Kettenförderer - FABERG Normenausschuss Bergbau

THEMEN
Kettenförderer
I Wer den Standard setzt, hat den Vorteil im gLobaLen Markt*)
DIN-Preis 2007 "Nutzen der Normung"
Dipl.-Ing. Gerhard Merten
ist Vice President Strebförderer und Koh­
Lengewinnungssysteme DBT GmbH/Bucyrus
InternationaL, Inc. Company und Obmann
im NA 008-05-05 AA "EinzeLteiLe für
Förderer" des Normenausschusses Bergbau
(FABERG) im DIN.
Der folgende Beitrag erhielt den ersten Preis im Wettbewerb "Nutzen der Normung".
Der Beitrag stellt den Nutzen der Normung von Kettenförderern, die sowohl
über wie auch unter Tage eingesetzt werden, heraus. Mit Hilfe strategisch
geplanter Normung haben die deutschen Hersteller in diesem Marktsektor ihren Weltmarktanteil
auf über 50 % steigern können.
Zusammenfassung
Die Kette ist neben dem Rad eines der
wichtigsten Konstruktionselemente. Sie
erfüllt neben Hebe- und Anschlagaufgaben
als Förderelement wichtige Funktionen
in vielfältigen Maschinen und Anlagen,
z. B. in der Landwirtschaft, der
Abfallbeseitigung und insbesondere in
der untertägigen Rohstoffgewinnung.
Anfang der 90er-Jahre, durch die degressive
Entwicklung der heimischen Rohstoffgewinnung
bedingt, wurde der Exportmarkt
immer interessanter für die
deutsche Bergbauzulieferindustrie. Unter
Federführung deutscher Hersteller wurden
moderne Strebbautechnologien entwickelt.
Im Zuge stärkerer Automatisierung
und immer größerer Dimensionen
an Strebbaumaschinen hat sich heute
die monatliche Produktion in Hochleistungsbetrieben
auf über 1 Millionen Ton-
m Januar 2008
IAssessor Dipl.-Ing. Horst Michaely
ist Geschäftsführer des Normenausschusses
Bergbau (FABERG) im DIN.
nen Kohle pro Streb gesteigert. Von der
deutschen Strebbautechnologie in Hochleistungsbetrieben
profitieren heute die
wichtigsten "Kohleländer" China, USA,
Australien und Südafrika.
Als tragendes Element im Strebbau dient
der Kettenkratzerförderer (Kettenförderer)
zum Abtransport der Kohle. Die Einzelteile
zum Förderer: Rundstahlkette,
Kettenrad, Kettenverbindungsglieder und
Kratzer sind hoch belastet und jedes einzelne
von immenser Bedeutung. Ausfälle
von diesen Teilen verursachen Produktionsausfallkosten
in Hochleistungsbetrieben
von 500 Euro pro Minute, ein
Kettenriss kostet so den Betreiber rund
50 000 Euro, der Wechsel eines Kettenrades
rund 100 000 Euro.
Zur Erleichterung von Vertragsverhandlungen
und Regulierung von Schadensfällen
ist insbesondere im internatio-
nalen Geschäft die Existenz genormter
Festlegungen von großem Nutzen. Diese
waren jedoch Ende der 90er-Jahre nicht
vorhanden. Die ISO-Normen zum Bereich
Kettenkratzerförderer waren veraltet,
nicht vollständig und wiesen einen
niedrigen technologischen Stand auf, die
vorhandenen DIN-Normen für Einzelteile
für Förderer waren auf dem technologischen
Stand von 1990.
Die führenden deutschen Hersteller von
Ketten und Kettenförderern trafen die
Entscheidung, die in unterschiedlichen
Unternehmen gefundenen Lösungen und
Formen auch unter Freigabe von Patenten
zu vereinheitlichen und eine entwicklungsbegleitende
Normung zu betreiben.
Die Ergebnisse dieser Normung,
originär auf die Belange des rauen untertägigen
Betriebes ausgerichtet, finden
sich mittlerweile auch in vielfältigen anderen
Anwendungsbereichen, wie z. B. in
der Schifffahrt (Ankerketten und deren
Kettenräder), wieder.
Hauptintention zur Normung war die Erkenntnis,
dass DIN-Normen im Exportmarkt
einen hohen Stellenwert genießen
und verkaufsfördernd wirken. Den
an der Normung beteiligten Kreisen kam
es darauf an, die wichtigsten Entwicklungen
der Einzelteile zum Förderer zu
typisieren und zu normen als Basis für
eine Steigerung des Exportanteils deutscher
Bergbauzulieferer im globalisierten
Weltmarkt. Dabei wurden an die Normung
von technologisch hochwertigen
Einzelteilen für Kettenkratzerförderer mit
ihren hohen Qualitätsanforderungen, reproduzierbaren
mechanischen Prüfungen,
metallurgischen Analysen und untereinander
abgestimmten Maßtoleranzfeldern
hohe Ansprüche gestellt.
*) Dieser Beitrag wurde mit dem ersten Preis im DIN­
Preis-Wettbewerb "Nutzen der Normung" 2007 ausgezeichnet.
Der Preis wurde am 8. November 2007
im Rahmen der Festveranstaltung "Weltfaktor Normung"
an die Verfasser überreicht.

I Tabelle 1: Normen des Bereiches "Kettenförderer"
DIN 22252
Rundstahlketten für Stetigförderer und Gewinnungsanlagen
im Bergbau
2001-09
E DIN 22253 Kettenverbindungsglieder - Bügelschlösser - Maße, Anforderungen, Prüfung 2007-02
DIN 22255 Flachketten für Stetigförderer im Bergbau 2001-08
DIN 22256
Kettenräder für Kettenkratzerförderer und Gewinnungsanlagen - Maße, Anforde- 2002-10
rungen, Prüfung
DIN 22258-1 Kettenverbindungsglieder - Teil 1: Flachschlösser 2003-04
DIN 22258-2 Kettenverbindungsglieder - Teil 2: Kenterschlösser 2003-08
DIN 22258-3 Kettenverbindungsglieder - Teil 3: Blockschlösser 2003-08
DIN 22259 Mitnehmer für Kettenkratzerförderer im Bergbau 2007-05
Mit den nach den Normen hergestellten
Erzeugnissen hat der Betreiber eine
große Sicherheit vor Produktionsausfällen
erhalten. Der Betreiber ist weltweit
in der Lage, für sein Fördererprodukt die
notwendigen Ersatzteile auf Maßhaltigkeit,
Qualität, Schnittstellenverträglichkeit
selbst zu überprüfen. In vielen Fällen
kommt es nach Einsatz von Plagiaten
oder minderwertigen Ersatzteilen zu Einbußen
der Betriebssicherheit, zu Standzeitreduzierung
und Systemausfällen. Im
Gegensatz dazu kommt es durch den Einsatz
der normierten Produkte zu Kostenvorteilen
von rund 8 Millionen Euro.
Bild 1: Recycling: Kettenförderer vor BrecheranLagen
transportieren stahlarmierten
grobstückigen Bauschutt
Bild 3: Gipsindustrie: Grundstoff für Gipskartonplatten
Durch die Veröffentlichung und Festschreibung
der Entwicklungen deutscher
Ingenieure des Bereiches Ketten
und Kettenförderer konnten die Umsatzzahlen
deutscher Hersteller im internationalen
Geschäft um fast 50 % gesteigert
und ein Weltmarktanteil im Bereich
der Strebfördertechnik von über 50 % erreicht
werden!
Hierzu kommt der sicherheitliche Aspekt:
Die Reduzierung der hohen Unfallzahlen,
verursacht durch Kettenrisse, durch den
Einsatz der nach DIN hergestellten Produkte
ist mit Geld nicht zu bewerten.
Bild 2: Kalksteinindustrie: Kettenförderer für
Schotterindustrie, Straßen- und GLeisbau,
Betonzuschlag für die Zementindustrie
Bild 4: Natursteinindustrie: Transport von
hoch abrasiven Grobnatursteinen
Rundstahlkette als
Fördererelement
THEMEN
Nach ihrer Erfindung als Schmuck wurde
die Kette bald als Befestigungsmittel
und Förderelement eingesetzt. Bereits im
1. Jahrhundert vor Christus konstruierte
der römische Architekt und Ingenieur
M. V. Pollio ein Schöpfwerk mit Gliederkette.
Von diesem einfachen Anfang an
ist das Prinzip der endlosen Förderung
mittels Kette und Mitnehmerelement
noch heute in der modernen Fördertechnik
gültig.
In vielen Branchen der Industrie wie Recycling,
Müllentsorgung, Kläranlagen,
Energiewirtschaft, Glas-, Gips-, Steine-,
Erden-Zementindustrie, Gießereien und
Tunnelbau sowie dem Bergbau wird diese
Technologie in robusten Kettenkratzerförderern
(Kettenförderern) erfolgreich
eingesetzt. Kettenförderer sind im Gegensatz
zu Förderbändern besonders geeignet
für den Transport von Problemfördergütern
unterschiedlicher Konsistenz
und/oder Temperatur, z. B. Schlacken,
Haus-, Sonder- und Sperrmüll. Sie eignen
sich ebenfalls hervorragend als Abzugsoder
Beschickungsförderer für klebrige
Bild 5: KLärschLammentsorgungjWasserreinigung:
Förderer zum Transport von kLebrigem
KlärschLamm
Januar 2008 m

wobei der Kohlenhobel über eine "Endlos"-Rundstahlkette
gezogen wird.
Direkt anschließend ist der Förderer zu
nennen. Der wichtigste Bestandteil im
Förderer ist das Kettenband, bestehend
aus Rundstahlkette, Kettenrädern, Kettenkratzer
und Kettenverbindungselementen.
Die wirtschaftliche Bedeutung von störungsfreien
Abbaubetrieben rückte mehr
und mehr in den Vordergrund. Betriebsstudien
und Kostenanalysen zeigen, dass
der Ausfall eines KettenbandesjKettenrisses
beim Betreiber Mitte der 90er-Jahre
Produktionsausfallkosten von etwa
25 000 Euro verursachte.
Die ISO-Normen zum Bereich Kettenkratzerförderer
waren veraltet, nicht
vollständig und wiesen einen niedrigen
technologischen Stand auf, die vorhandenen
DIN-Normen für Einzelteile für
Förderer waren auf dem technologischen
Stand von 1990.
Da Kettenbänder einem enormen Verschleiß
ausgesetzt sind und die Standzeiten
nicht befriedigend waren, stieg
der Bedarf an Rundstahlketten und Ersatzteilen
zum Kettenband. Bedingt
durch die relativ hohen Ersatzteilkosten
der Originalhersteller kam es zu verstärkter
Produktpiraterie von Einzelteilen zum
Förderer wie z. B. Kettenkratzer und Kettenrädern.
Unter der Produktpiraterie
litten die Qualität und technische Innovation.
Schnittstellen wurden nicht
beachtet, ursprünglich abgegebene Garantien
konnten nicht eingehalten werden.
Im Garantiefall war die Klärung von
Verantwortlichkeiten nicht möglich.
Die deutschen Fachleute waren sich einig,
dass die Schwierigkeiten aus dem
Fehlen eines in sich abgestimmten aktuellen
Regelwerkes resultierten. Insbesondere
im internationalen Geschäft mit
unterschiedlichen Gesetzgebungen und
Vertragsrechten ist die Notwendigkeit
von klaren technischen Vorgaben sehr
hilfreich. Die vorhandenen ISO-Normen
waren leider lückenhaft und die Bereitschaft
zur Überarbeitung war international
nicht vorhanden.
Obwohl der Arbeitsausschuss ein nationales
Gremium in einem nicht unproblematischen
Wirtschaftszweig ist, bewirkt
gerade die dadurch notwendig gewordene
internationale Ausrichtung der vertre-
tenen deutschen Hersteller eine ständige
Bewegung in der Normungstätigkeit.
So ist die Aktualitätsprüfung der vom
Arbeitsausschuss betreuten Normen keine
notwendige Pflicht, sondern immer
Grund zu grundsätzlicher Überprüfung
des eigenen Standes, zeitnaher und möglichst
schneller Anpassung der Normen
bei Abweichungen. Die Notwendigkeit
hierzu ergibt sich daraus, dass sich nach
Erkenntnissen der vertretenen Hersteller
gerade die deutschen Normen, die einen
hohen Stand der Technik repräsentieren,
im Ausland verkaufsfördernd auswirken.
Beteiligung aller im Wettbewerb
stehenden, konkurrierenden
Kettenhersteller und Aufnahme
neuester technologischer Entwicklung
in DIN-Normen durch
Freigabe von Patenten
1995 setzte sich der Arbeitsausschuss
"Einzelteile für Förderer", bestehend aus
Mitarbeitern der wichtigsten deutschen
Bergbauzulieferer fü r Ketten kratzerförderer
und Betreiber, zusammen, um Entscheidungen
hinsichtlich Überarbeitung
"alter" und Erstellung "neuer" DIN-Normen
für die Einzelteile des Kettenkratzerförderers
zu treffen. Es galt, bestehende
alte Normen an den neuesten
Technologiestand anzupassen. Ziel war,
mit klarer Definition an Technik, Qualität
und Schnittstellen den deutschen Marktanteil
weltweit weiter auszubauen.
Die Festschreibungen der Forschungsergebnisse
in Normen sollten für Kosteneinsparungen
durch deren Anwendung in
der Konstruktion sowie als Grundlage für
das Bestell- und Prüfwesen sorgen.
Für den sicheren und störungsarmen Betrieb
eines Kettenkratzerförderers ist
wesentlich die Qualität der Einzelbauteile
maßgebend. So ist durch die zunehmende
Qualitätsverbesserung der
Bauteile in den letzten 40 Jahren unter
anderem die Lebenserwartung der Fördererkette
um das Sechsfache gesteigert
worden, mit den entsprechenden positiven
wirtschaftlichen Auswirkungen.
Die durch die Qualitätsverbesserung verringerten
Stillstandszeiten durch Kettenrisse
müssen aber, um weitere Einsparungen
zu erzielen, in Zusammenhang
mit dem System "Kettenkratzerförderer"
betrachtet werden. Hierbei spielen Härte,
Elastizität, Material und Formgebung
von Kette und Kettenschlössern eine gra-
Bild 9: Übertageaufbauten in China
THEMEN
Bild 8: Übertageaufbauten in den USA
vierende Rolle für die Standzeit des Kettenrades
und umgekehrt. Die "Scharnierbarkeit"
von Kettenschlössern z. B. ist
unabdingbar für deren Funktion, gleichzeitig
aber technisch schwer zu beschreiben.
Dass das System "Kettenkratzerförderer"
trotzdem funktioniert sowie die Leistungssteigerung
der Einzelteile und des
Gesamtsystems, basiert auf jahrzehntelangen
Erfahrungen, Erkenntnissen aus
systematischen Betriebsversuchen und
wissenschaftlichen Untersuchungen.
Bei der Erarbeitung der neuen DIN-Normen
setzte der Arbeitsausschuss folgende
Schwerpunkte:
• Standardisierung von technologisch
hochwertigen Einzelteilen für Kettenkratzerförderer
• hohe Qualitätsanforderungen
• reproduzierbare mechanische Prüfungen
unter Berücksichtigung metallurgischer
Analysen
• untereinander abgestimmte Maßtoleranzfelder
• Freigabe von Patenten und Eigenentwicklungen.
In den 90er-Jahren sind unabhängig
voneinander von den vier bedeutendsten
deutschen Kettenherstellern und dem
Systemzulieferer Hochleistungsflachket-
Januar 2008 m

DIN Mli I t:1LU
Bild 11: (oben) Typischer Verschleiß Kette
DIN 22252 (alt) in einer Kalottentasche
(unten) Verschleiß in einem Kettenrad mit
GR-Verzahnung
• den wirtschaftlichen Hochleistungsbergbau
zu ermöglichen,
• den Verkauf der deutschen Produkte
zu steigern,
• der Produktpiraterie entgegenzuwirken
und
• das deutsche Know-how zu sichern.
Entwicklungsbegleitende
Forschung als Grundlage
Kette, Kettenrad, Verbindungsglied und
Kratzer als Teilsysteme haben aufeinander
bezogene Abmessungen, die typisiert
werden mussten. Mit der vorhandenen
Ingenieurkapazität aus dem Arbeitsausschuss
wurden zu diesem Thema umfangreiche
Studien ersteLLt und umfassende
Versuche durchgeführt. So wurden
Materialabstimmungen physikaLisch auf
VerträgLichkeit untersucht und Härtebereiche
in der Tasche getestet. Die Ergebnisse
sind in die Normen eingeflossen.
Bilder aus der gemeinsamen Forschungsarbeit
Nach der theoretischen FestLegung von
ToLeranzen der Teilsysteme foLgte der
praktische Funktionstest aLLer miteinander
arbeitenden Einzelkomponenten
(BiLd 11).
Durch die intensiven, gemeinsamen Forschungsarbeiten,
die sich auf aLLe EinzeLteile
bezogen, exempLarisch an Hand des
Kettenrades beschrieben, ist es den MitgLiedern
des Arbeitsausschusses geLungen,
in den ersteLLten Normen den aktueLLen
Stand der Wissenschaft und Technik
zu beschreiben (Bild 12).
WeLtweit sind rund 200 HochLeistungsförderer
im Betrieb, mit einer Investitionssumme
von rund 180 MiLLionen Euro
für die Erstausrüstung allein für die Kettenbänder.
So kostet ein Kettenband für einen
Hochleistungsabbaubetrieb mit 330 m
Länge einschLießLich Kettenrädern etwa
600 000 Euro!
Der Auftragseingang bzw. die Umsatzentwicklung
der Bergbaumaschinen in den
Letzten zwöLf Jahren zeigt eine wesent-
THEMEN
Bild 12: Physikalische Kompatibilität
Test: Kettenrad DIN 22256 und verschiedene Flachschlösser nach DIN 22258-1 und Kettenkratzer
DIN 22259
ObwohL sich in den Normen Abnahmeprüfzeugnisse
und Rechengrundlagen
wiederfinden, gehen die deutschen HersteLLer
davon aus, dass die Kenntnis dieser
technischen Daten noch nicht die Fähigkeit
zur praktischen Ausführung und
insbesondere der Produktion beinhaLtet.
Nachahmern fehLen der Zeit- und der
Wissensvorteil, den die aktive TeiLnahme
an der Normung mit sich bringt.
Die Ergebnisse dieser Normung, origi när
auf die BeLange des rauen untertägigen
Betriebes ausgerichtet, finden sich mitt­
LerweiLe aLs GrundLage in vieLfäLtigen anderen
Anwendungsbereichen, wie z. B.
in der Schifffahrt (DIN EN 14874 "Fahrzeuge
der Binnenschifffahrt - Steglose
Ankerkette - Kettenscheibe"), wieder.
Nutzen der DIN-Normen für
Betreiber und HersteLLer
Liche Verschiebung der Märkte. War 1995
der AnteiL des Umsatzes am heimischen
Markt noch 45 % und der ExportanteiL
55 %, so hat sich dieses VerhäLtnis
drastisch verändert. Der Gesamtumsatz
ist um einen Faktor 4 gestiegen, dabei
ist der Anteil am heimischen Markt auf
< 12 % gesunken, der Exportanteil auf
> 88 % gestiegen. Die wichtigsten Exportländer
für deutsche BergbauzuLieferer
sind USA, AustraLien, China und RussLand
mit seinen GUS-Staaten (Seite 30,
Bild 13).
Seit Erscheinen der ersten erarbeiteten
Normen, die eine Produktdokumentation
auf für den Verbraucher abgesicherter
Basis ermögLichen, haben sich die Umsatzzahlen
für deutsche Unternehmen
im außereuropäischen AusLand außergewöhnLich
positiv entwickeLt (Seite 31,
BiLder 14 und 15)
Die Kohleproduktion aus dem Untertagebau,
speziell dem Strebbau, hat sich
von 435 000 Tonnen pro Monat (USA
1994) auf> 1 MiLLionen Tonnen pro Monat
(2007 USA, China, AustraLien) gesteigert.
Hochleistungsbetriebe erreichen
jährLiche Fördermengen bis zu 12 Mil­
Lionen Tonnen verwertbarer KohLe aus
einem Abbaubetrieb. Der AnteiL deutscher
Strebbau- und Strebfördertechnik
für Hochleistungsbetriebe beträgt allein
für die DBT weLtweit 55 %.
Januar 2008 m