Eine AFC-Kettenmanagementstrategie verlängert die Lebensdauer und verhindert ungeplante Ausfallzeiten.
MiningketteDer richtige Kettendurchmesser kann über Erfolg oder Misserfolg eines Abbaubetriebs entscheiden. Während die meisten Langfront-Minen an ihren gepanzerten Förderbändern (AFCs) Ketten mit einem Durchmesser von 42 mm oder mehr verwenden, setzen viele Minen auch 48-mm-Ketten und einige sogar Ketten mit bis zu 65 mm Durchmesser ein. Die größeren Durchmesser können die Lebensdauer der Ketten verlängern. Betreiber von Langfront-Abbauanlagen erwarten oft Förderleistungen von über 11 Millionen Tonnen mit 48-mm-Ketten und bis zu 20 Millionen Tonnen mit 65-mm-Ketten, bevor die Kette ausfällt. Ketten dieser größeren Durchmesser sind zwar teuer, aber die Investition lohnt sich, wenn ein oder zwei Abbaufelder ohne Unterbrechung aufgrund eines Kettenbruchs abgebaut werden können. Reißt die Kette jedoch aufgrund von Fehlmanagement, unsachgemäßer Handhabung, mangelhafter Überwachung oder aufgrund von Umweltbedingungen, die Spannungsrisskorrosion (SRK) verursachen können, steht die Mine vor großen Problemen. In diesem Fall ist der für die Kette gezahlte Preis irrelevant.
Wenn ein Betreiber eines Langfrontabbaus nicht die optimale Kette für die jeweiligen Minenbedingungen einsetzt, kann ein ungeplanter Stillstand die beim Kauf erzielten Kosteneinsparungen schnell zunichtemachen. Was sollte ein Langfrontabbau-Betreiber also tun? Er sollte die standortspezifischen Gegebenheiten genau beachten und die Kette sorgfältig auswählen. Nach dem Kauf der Kette muss er zusätzlich Zeit und Geld investieren, um die Investition ordnungsgemäß zu verwalten. Dies kann sich jedoch erheblich auszahlen.
Durch Wärmebehandlung lassen sich die Festigkeit von Ketten erhöhen, ihre Sprödigkeit verringern, innere Spannungen abbauen, die Verschleißfestigkeit steigern oder die Bearbeitbarkeit der Kette verbessern. Die Wärmebehandlung hat sich zu einer anspruchsvollen Kunstform entwickelt und variiert von Hersteller zu Hersteller. Ziel ist es, ein optimales Verhältnis der Metalleigenschaften für die jeweilige Produktfunktion zu erzielen. Differenziell gehärtete Ketten gehören zu den anspruchsvolleren Verfahren, die Parsons Chain anwendet. Dabei bleibt der Kettenkopf hart, um Verschleiß zu widerstehen, während die Kettenglieder weicher sind, um die Zähigkeit und Duktilität im Einsatz zu erhöhen.
Härte ist die Fähigkeit, Verschleiß zu widerstehen, und wird entweder durch die Brinellhärte (HB) oder die Vickershärte (HB) angegeben. Die Vickers-Härteskala ist proportional: Ein Material mit 800 HV ist achtmal so hart wie eines mit 100 HV. Sie bietet somit eine rationale Härteskala vom weichsten zum härtesten Material. Bei niedrigen Härtewerten bis etwa 300 HV stimmen die Ergebnisse der Vickers- und Brinellhärteprüfung annähernd überein. Bei höheren Werten sind die Brinellhärtewerte aufgrund der Verformung des Eindringkörpers niedriger.
Der Charpy-Schlagversuch ist ein Verfahren zur Bestimmung der Sprödigkeit eines Materials. Dabei wird ein Kettenglied an der Schweißstelle gekerbt und in den Schwingweg eines Pendels platziert. Die zum Bruch der Probe benötigte Energie wird anhand der Verringerung des Pendelausschlags gemessen.
Die meisten Kettenhersteller reservieren einige Meter jeder Charge, um eine vollständige zerstörende Prüfung durchführen zu können. Die vollständigen Prüfergebnisse und Zertifikate werden üblicherweise mit der Kette geliefert, die in der Regel paarweise zu je 50 m Länge versendet wird. Während dieser zerstörenden Prüfung werden auch die Dehnung bei der Prüfkraft und die Bruchdehnung grafisch erfasst.
Die optimale Kette
Ziel ist es, all diese Eigenschaften zu kombinieren, um die optimale Kette zu schaffen, die folgende Leistungsmerkmale aufweist:
• Höhere Zugfestigkeit;
• Höhere Beständigkeit gegen Verschleiß der inneren Glieder;
• Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen am Kettenrad;
• Höhere Beständigkeit gegen martensitische Rissbildung;
• Verbesserte Zähigkeit;
• Erhöhte Ermüdungslebensdauer; und
• Resistenz gegen SCC.
Es gibt jedoch keine perfekte Lösung, sondern nur verschiedene Kompromisse. Eine hohe Streckgrenze führt tendenziell zu hohen Eigenspannungen. In Verbindung mit einer hohen Härte zur Steigerung der Verschleißfestigkeit verringert sie tendenziell die Zähigkeit und die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion.
Hersteller arbeiten kontinuierlich an der Entwicklung von Ketten mit längerer Lebensdauer und höherer Widerstandsfähigkeit unter schwierigen Bedingungen. Einige Hersteller verzinken ihre Ketten, um sie vor Korrosion zu schützen. Eine Alternative bietet die COR-X-Kette. Sie besteht aus einer patentierten Vanadium-Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung und ist besonders widerstandsfähig gegen Spannungsrisskorrosion. Das Besondere an dieser Lösung ist, dass die Korrosionsschutzeigenschaften in der gesamten metallurgischen Struktur der Kette homogen sind und ihre Wirksamkeit auch bei Verschleiß erhalten bleibt. COR-X verlängert die Kettenlebensdauer in korrosiven Umgebungen nachweislich erheblich und verhindert Ausfälle durch Spannungsrisskorrosion nahezu vollständig. Tests haben gezeigt, dass die Bruch- und Betriebskraft um 10 %, die Kerbschlagzähigkeit um 40 % und die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion um 350 % im Vergleich zu herkömmlichen Ketten (DIN 22252) erhöht sind.
Es gibt Fälle, in denen COR-X-Ketten mit 48 mm Durchmesser 11 Millionen Tonnen Material ohne kettenbedingten Ausfall transportiert haben, bevor sie stillgelegt wurden. Die erste OEM-Breitbandketteninstallation von Joy in der BHP-Billiton-Mine San Juan nutzte eine in Großbritannien hergestellte Parsons COR-X-Kette, die während ihrer Lebensdauer bis zu 20 Millionen Tonnen Material von der Abbaufront befördert haben soll.
Kette umdrehen, um die Lebensdauer der Kette zu verlängern
Die Hauptursache für Kettenverschleiß ist die Rotation jedes vertikalen Kettenglieds um das benachbarte horizontale Glied beim Ein- und Austritt in das Antriebsritzel. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß in einer Ebene der Kettenglieder. Daher ist eine der effektivsten Methoden zur Verlängerung der Lebensdauer einer gebrauchten Kette das Drehen um 180°, sodass sie in die entgegengesetzte Richtung läuft. Dadurch werden „unbenutzte“ Flächen der Kettenglieder beansprucht, was zu weniger Verschleiß und somit zu einer längeren Kettenlebensdauer führt.
Eine ungleichmäßige Belastung des Förderbandes kann aus verschiedenen Gründen zu ungleichmäßigem Verschleiß der beiden Ketten führen, wodurch eine Kette schneller verschleißt als die andere. Ungleichmäßiger Verschleiß oder eine Dehnung einer oder beider Ketten, wie sie bei Doppelketten mit Außenbordantrieb auftreten kann, kann dazu führen, dass die Mitnehmer nicht mehr synchron laufen, wenn sie um das Antriebsritzel laufen. Dies kann auch durch eine durchhängende Kette verursacht werden. Dieser Unwuchteffekt führt zu Betriebsstörungen sowie zu erhöhtem Verschleiß und möglichen Schäden an den Antriebsritzeln.
Systemspannung
Um sicherzustellen, dass nach der Installation die Verschleißrate der Kette kontrolliert wird und sich beide Ketten aufgrund des Verschleißes in einem kontrollierten und vergleichbaren Maße verlängern, ist ein systematisches Spannungs- und Wartungsprogramm erforderlich.
Im Rahmen eines Instandhaltungsprogramms misst das Instandhaltungspersonal den Kettenverschleiß und die Kettenspannung und tauscht die Kette aus, sobald der Verschleiß 3 % übersteigt. Um die Bedeutung dieses Verschleißgrades zu verdeutlichen: Bei einer 200 m langen Strebbaufront bedeutet ein Kettenverschleiß von 3 % eine Kettenlängenzunahme von 12 m pro Strang. Das Instandhaltungspersonal tauscht außerdem die Vorschub- und Rücklaufkettenräder sowie die Abstreifer bei Verschleiß oder Beschädigung aus, prüft das Getriebe und den Ölstand und kontrolliert regelmäßig den festen Sitz der Schrauben.
Es gibt bewährte Methoden zur Berechnung der korrekten Kettenvorspannung, die sich als sehr hilfreiche Richtlinie für die Anfangswerte erweisen. Die zuverlässigste Methode ist jedoch die Beobachtung der Kette beim Abrollen vom Antriebsritzel unter Volllast. Die Kette sollte beim Abrollen vom Antriebsritzel gerade so ein minimales Spiel (zwei Glieder) aufweisen. Sobald dieses Spiel erreicht ist, muss die Kettenvorspannung gemessen, notiert und für die zukünftige Verwendung als Betriebswert für diese Kettenseite festgelegt werden. Die Vorspannung sollte regelmäßig gemessen und die Anzahl der abgenommenen Kettenglieder protokolliert werden. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von ungleichmäßigem oder übermäßigem Verschleiß.
Verbogene Mitnehmerstangen müssen unverzüglich gerichtet oder ausgetauscht werden. Sie beeinträchtigen die Förderleistung und können dazu führen, dass die Stange aus der unteren Führung fällt und auf das Kettenrad springt, wodurch beide Ketten, das Kettenrad und die Mitnehmerstangen beschädigt werden.
Die Bediener von Langfronten sollten besonders auf abgenutzte und beschädigte Kettenabstreifer achten, da diese dazu führen können, dass lose Kette im Kettenrad verbleibt, was zu Blockierungen und Beschädigungen führen kann.
Das Kettenmanagement beginnt während der Installation.
Die Bedeutung einer geraden Stirnfläche kann nicht genug betont werden. Jede Abweichung in der Stirnflächenausrichtung führt wahrscheinlich zu unterschiedlichen Vorspannungen zwischen den Ketten auf der Stirn- und der Zungenseite und damit zu ungleichmäßigem Verschleiß. Dies tritt besonders häufig an der neu eingerichteten Stirnfläche auf, da sich die Ketten in der Einlaufphase befinden.
Ist ein ungleichmäßiger Verschleiß entstanden, lässt er sich praktisch nicht mehr korrigieren. Meistens verschlimmert sich der Verschleiß sogar noch, da die Kette durch den Verschleiß noch mehr Spielraum erzeugt.
Die negativen Auswirkungen einer ungenauen Strebbaulinie, die zu übermäßigen Abweichungen der Vorspannung zwischen den Strebbauseiten führt, werden anhand der Zahlen verdeutlicht. Beispielsweise bei einem 1.000 Fuß langen Strebbau mit einer 42-mm-AFC-Kette, die auf jeder Seite etwa 4.000 Glieder aufweist. Unter der Annahme, dass der Verschleiß zwischen den Gliedern an beiden Enden der Glieder stattfindet, weist die Kette 8.000 Stellen auf, an denen durch den Druck zwischen den Gliedern beim Vortrieb, durch Vibrationen entlang des Strebbaus, durch Stoßbelastung oder durch Korrosion Material abgetragen wird. Daher führt jede Abnutzung von 1/1.000 Zoll zu einer Längenzunahme von 8 Zoll. Jede noch so geringe Abweichung der Verschleißraten zwischen Strebbau- und Abbauseite, verursacht durch ungleichmäßige Spannungen, führt schnell zu erheblichen Längenunterschieden der Kette.
Zwei gleichzeitige Schmiedeteile am Kettenrad können zu übermäßigem Verschleiß des Zahnprofils führen. Dies liegt am Verlust der festen Führung im Antriebskettenrad, wodurch das Kettenglied auf den Zähnen des Antriebskettenrads gleiten kann. Diese Gleitbewegung schneidet in das Kettenglied ein und erhöht den Verschleiß der Kettenradzähne. Ist dieses Verschleißmuster erst einmal etabliert, beschleunigt es sich. Beim ersten Anzeichen von Einschneiden des Kettenglieds müssen die Kettenräder überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden, bevor die Kette zerstört wird.
Eine zu hohe Kettenvorspannung führt zu übermäßigem Verschleiß an Kette und Kettenrad. Die Kettenvorspannung muss so eingestellt werden, dass unter Volllast kein zu großes Kettenspiel entsteht. Andernfalls können die Abstreifleisten herausschnellen, und es besteht die Gefahr, dass sich die Kette beim Abgang verheddert und das Kettenrad beschädigt wird. Bei zu hoher Vorspannung drohen zwei Gefahren: übermäßiger Verschleiß zwischen den Kettengliedern und übermäßiger Verschleiß an den Antriebskettenrädern.
Übermäßige Kettenspannung kann tödlich sein.
Häufig wird die Kette zu stark gespannt. Ziel sollte es sein, die Kettenspannung regelmäßig zu überprüfen und lose Kettenglieder jeweils um zwei Glieder zu entfernen. Mehr als zwei Glieder deuten darauf hin, dass die Kette zu locker ist. Das Entfernen von vier Gliedern hingegen führt zu einer zu hohen Kettenspannung, die starken Verschleiß zwischen den Kettengliedern verursacht und die Lebensdauer der Kette erheblich verkürzt.
Bei korrekter Ausrichtung der Kettenfronten sollte die Vorspannung auf einer Seite diejenige auf der anderen Seite um nicht mehr als eine Tonne überschreiten. Durch sorgfältiges Kettenmanagement wird sichergestellt, dass die Differenz während der gesamten Lebensdauer der Kette maximal zwei Tonnen beträgt.
Die durch Verschleiß zwischen den Kettengliedern bedingte Längenzunahme (manchmal fälschlicherweise als „Kettenlängung“ bezeichnet) kann bis zu 2 % betragen, und die Kette kann trotzdem mit neuen Ritzeln weiterlaufen.
Der Verschleiß zwischen den Kettengliedern ist unproblematisch, solange Kette und Ritzel gemeinsam verschleißen und somit ihre Kompatibilität erhalten bleibt. Allerdings führt der Verschleiß zwischen den Kettengliedern zu einer Verringerung der Bruchlast und der Stoßfestigkeit der Kette.
Eine einfache Methode zur Messung des Kettengliederverschleißes ist die Verwendung eines Messschiebers. Dabei wird in fünf Teilungsabschnitten gemessen und die Ergebnisse in die Tabelle zur Kettenlängung eingelesen. Ketten sollten in der Regel ausgetauscht werden, wenn der Kettengliederverschleiß 3 % übersteigt. Einige vorsichtige Instandhaltungsmanager sehen es nicht gern, wenn die Kettenlängung 2 % überschreitet.
Eine gute Kettenpflege beginnt bereits bei der Installation. Intensive Überwachung und gegebenenfalls Korrekturen während der Einlaufphase tragen zu einer langen und störungsfreien Lebensdauer der Kette bei.
(Mit freundlicher Genehmigung vonEllton Longwall)
Veröffentlichungsdatum: 26. September 2022
