Überblick über hydraulische Felsbrecher

1.1 Übersicht über hydraulische Felsbrecher

Ein hydraulischer Felsbrecher, auch hydraulischer Brecher oder hydraulisches Schlagwerk genannt, ist eine hydraulische Schlag-Schwingmaschine. Unter Verwendung von Hochdruck-Hydrauliköl als Arbeitsmedium erzielt sie durch Rückkopplung zwischen einem Ventilsteuersystem und einem Zylinder-Kolben-System eine schnelle Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens innerhalb eines Zylindergehäuses und wandelt so hydraulische Energie in mechanische Kolbenenergie um, wodurch der Meißel zur äußeren Arbeit angetrieben wird.

Die Hauptfunktionen eines hydraulischen Felsbrechers sind: Schlag und Vibration. Aufgrund der leistungsstarken Schlag-Vibrations-Eigenschaften eines hydraulischen Felsbrechers findet er breite Anwendung in den Bereichen Metallurgie, Bergbau, Eisenbahn-, Straßen- und Bauwesen sowie kommunale Technik und Immobilienentwicklung. Er kann Aushubarbeiten, Brecharbeiten, Abrissarbeiten und andere Arbeiten an Fels, Beton, Stahlschalen, Schlacke, gefrorenem Boden, Eis, Betonstraßenoberflächen, Brückendecken und Gebäuden durchführen. Zudem lässt er sich durch Austausch des Meißels auch für Nieten, Entrostung, Verdichten und Pfahlrammarbeiten einsetzen.

Häufige Einsatzgebiete hydraulischer Felsbrecher sind:

(1) Bergbau – Steinbruchbetrieb, Steingewinnung, Tunnelvortrieb, Brechen von Gitterstäben (Grizzly Bars), Sekundärzerkleinerung von Gestein;

(2) Metallurgische Industrie – Ofendemontagemaschinen, Schalenreinigungsmaschinen, Demontagemaschinen, Abstichöffnungsmaschinen zur Reinigung von Schlacke in Stahlschalen sowie zum Abbau von Ofenauskleidungen;

(3) Kommunaltechnik — Aufbrechen von Straßenoberflächen bei Wasser-, Gas- und Elektroinstallationen, Aufbrechen harter Fundamente, Aushubarbeiten, Bohrungen;

(4) Hochbau — Abriss alter Gebäude, Aufbrechen von Beton, Verdichtung des Untergrunds;

(5) Straßen- und Eisenbahnbau — Sprengungen zur Straßenöffnung, Aufbrechen von Betonstraßenoberflächen, Reparatur von Autobahnen, Einrammen von Leitpfosten, Abriss von Straßenbrücken.

Als neuartiges, hochwirksames hydraulisches Werkzeug weisen hydraulische Felsbrecher im Vergleich zu herkömmlichen pneumatischen Schlagwerkzeugen eine Reihe unübertroffener Vorteile auf, die sich hauptsächlich in folgenden Punkten zeigen:

— Hohe Schlagenergie. Ein hydraulischer Felsbrecher kann entsprechend dem Öldruck und der Ölfördermenge der Trägermaschine sowie der Vorschubkraft angepasst und ausgelegt werden. Die Schlagenergie liegt im Allgemeinen zwischen 300 und 10.000 Joule; der weltweit größte hydraulische Felsbrecher erreicht derzeit eine einzelne Schlagenergie von 30.000 Joule.

— Hohe Arbeitseffizienz. Die Arbeitseffizienz hydraulischer Felsbrecher liegt im Allgemeinen bei 60 % bis 65 %; bei Modellen mit überlegener Leistung kann sie bis zu 70 % erreichen, während die Arbeitseffizienz pneumatischer Werkzeuge lediglich 20 % bis 30 % beträgt.

— Energieeinsparung. Das Arbeitsmedium eines hydraulischen Felsbrechers ist wiederverwendbares Hochdruckhydrauliköl; zudem ist ein Speicherbehälter (Akku) integriert. Das Arbeitsmedium pneumatischer Werkzeuge hingegen ist Druckluft, die nicht nur bei der Verdichtung einen erheblichen Anteil an thermischer Energie verbraucht, sondern auch beim Ausblasen eine große Menge Energie verliert.

— Geringes Geräuschpegel. Der Standardgeräuschpegel hydraulischer Felsbrecher liegt bei 95 bis 98 dB; leise Varianten erreichen 85 bis 87 dB. Pneumatische Werkzeuge erzeugen aufgrund des explosionsartigen Expansionsgeräusches beim Ausblasen komprimierter Gase durchgängig Geräuschpegel von über 100 dB. Vor dem Hintergrund immer strengerer Umweltschutzanforderungen besitzen hydraulische Felsbrecher daher eine wichtige Bedeutung.

— Gute Bauausführbarkeit und niedrige Wartungskosten. Ein hydraulischer Felsbrecher arbeitet zusammen mit der Trägermaschine und ermöglicht sehr einfach Operationen unter verschiedenen räumlichen Winkeln; der Felsbrecher ist vollständig umschlossen, die Komponenten haben eine lange Lebensdauer, die Wartung ist einfach und bequem, und die gesamten Betriebskosten sind gering.

1.2 Eine kurze Geschichte der Entwicklung hydraulischer Felsbrecher

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts untersuchten Menschen systematisch pneumatische und hydraulische Übertragungssysteme und erforschten aktiv hydraulische Geräte, die in der Lage waren, hohe Leistungen zu übertragen und zu steuern. 1963 beantragte das deutsche Unternehmen Krupp das weltweit erste Patent für ein hydraulisches Schwingungsgerät; 1967 stellte es auf der Hannover-Messe den weltweit ersten praktisch einsetzbaren, fahrzeugmontierten hydraulischen Steinbrecher HM400 vor. Dieser wurde erstmals bei Fundamentbauarbeiten eingesetzt, beispielsweise zum Zerkleinern von Betonstraßenoberflächen, zur Reparatur von Fundamenten, zum Aushub von Gräben in hartem Boden sowie zum Abbrechen großer Felsblöcke im Steinbruch. Auch das französische Unternehmen Montabert meldete 1964 das erste Patent für einen handgeführten hydraulischen Steinbrecher (BBH-Serie) an und entwickelte 1969 die hydraulische Steinbrecher-Produktreihe BRH. Aufgrund ihrer leistungsstarken Funktion und breiten Anwendungsperspektiven wurden hydraulische Steinbrecher in Europa, Japan und anderen Ländern rasch sehr ernst genommen und entwickelten sich schnell weiter. Viele Unternehmen investierten erhebliche Mittel in die Entwicklung, Konstruktion und Erprobung hydraulischer Schwingungsgeräte, wodurch hydraulische Steinbrecher verschiedenster Größen, Typen und Funktionalitäten nacheinander auf den Markt kamen. Die Einsatzgebiete erweiterten sich kontinuierlich, die technische Leistungsfähigkeit verbesserte sich fortlaufend und die Produkte wurden ständig aktualisiert und durch neue Modelle ersetzt. Krupp führte 1985 die Schwingungsdämpfungstechnologie für hydraulische Steinbrecher ein, verbesserte 1995 das Schwingungsdämpfungssystem, stellte 1998 die Verschleißschutztechnologie ‚Marathon‘ vor und brachte 2000 die Produktserien ‚ECO‘ und ‚Marathon‘ auf den Markt. Das Unternehmen Montabert lancierte 1987 die BRV-Serie mit selbstregulierender Energie und reagierte 1992 auf die wachsende Marktnachfrage mit der Einführung der kompakten Steinbrecher-Baureihe BRP. Rammer unternehmen, das 1978 in Finnland gegründet wurde; obwohl es eine kurze Geschichte hat, entwickelte es sich von Anfang an zu einer führenden Kraft im Bereich hydraulischer Felsbrecher – so brachte es bereits zu Beginn den S600-Felsbrecher auf den Markt, damals der weltweit größte; der 1981 vorgestellte S2000 wog drei Tonnen; die Produktserie von 1986 nutzte das Prinzip der ‚konstanten Schlagenergie (CBE)‘; die extrem leisen City-Serie-Produkte wurden 1991 eingeführt; das 1995 entwickelte ‚City Pro‘-System ermöglichte es den Bedienern, die Leistung des hydraulischen Felsbrechers je nach dem zu bearbeitenden Material auszuwählen, sowie ein Wasserstrahl-Staubsuppressionssystem. KONAN aus Japan führte 1973 die Krupp-Technologie zur Herstellung hydraulischer MKB-Felsbrecher ein; anschließend begannen japanische Unternehmen wie Furukawa, Teisaku und Toku, auf der Grundlage pneumatischer Schlaggeräte hydraulische Felsbrecher zu entwickeln; NPK wurde 1985 gegründet. SOOSAN unternehmen, das 1984 gegründet wurde und die rasche Entwicklung koreanischer hydraulischer Felsbrecher vorantrieb. Das italienische Unternehmen INDECO wurde 1976 gegründet; 1986 stellte es die Entwicklung eines ‚intelligenten hydraulischen Felsbrechers‘ vor, der Schlagfrequenz und -energie je nach Gesteinshärte anpassen kann …

Derzeit gibt es weltweit über 30 bedeutende Hersteller hydraulischer Steinbrecher. Nach Herkunft klassifiziert, lassen sie sich in europäische, japanische, koreanische und einheimisch-chinesische Marken unterteilen, wovon jedoch nur wenige Marken weltweit vertrieben werden. Europäische Hersteller hydraulischer Steinbrecher zeichnen sich durch die Integration von Fertigung, Marke und Service aus; die Produktionshersteller verfügen sowohl über starke technische F&E-Kapazitäten als auch über eigene Vertriebsnetzwerke und Kundendienstkompetenzen. Jeder Hersteller hydraulischer Steinbrecher legt besonderen Wert auf den Aufbau seiner eigenen Marke; die Branchenkonzentration ist hoch, und in den letzten Jahren wurden drei bedeutende branchenweite Fusionen und Umstrukturierungen abgeschlossen, wodurch sich die drei führenden Marken Rammer (einschließlich Toyo), Atlas Copco (einschließlich Krupp) und Montabert von Doosan herausbildeten. Japanische Hersteller hydraulischer Steinbrecher ähneln den europäischen Produktionsherstellern – sie verfügen im Allgemeinen ebenfalls über eigene Vertriebsnetzwerke und bieten gleichzeitig Serviceleistungen für ihre Kunden an. Jeder Hersteller hydraulischer Steinbrecher legt besonderen Wert auf den Aufbau seiner eigenen Marke; die Branchenkonzentration ist relativ hoch. Nur die sieben Unternehmen Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (bereits von Rammer übernommen) und Okada sind landesweit tätig. Koreanische Hersteller hydraulischer Steinbrecher zeichnen sich durch eine Trennung von Fertigung, Marke und Service aus; die gesamte industrielle Arbeitsteilung ist relativ differenziert, mit zahlreichen kleineren Zulieferbetrieben für Einzelteile; es gibt nahezu hundert Distributoren hydraulischer Steinbrecher, doch nur wenige Hersteller – darunter Soosan, Hanwoo, Daemo und MSB – verfügen über nennenswerte Größe. Tabelle 1-1 gibt einen Überblick über die jährliche Produktionsmenge der wichtigsten globalen Hersteller hydraulischer Steinbrecher im Jahr 2010.

Tabelle 1-1 Jahresproduktionsübersicht der wichtigsten weltweiten Hersteller hydraulischer Felsbrecher im Jahr 2010 (ohne China)

Chinas Forschung zu hydraulischen Brechern begann nicht spät. Bereits Mitte der 1970er-Jahre waren inländische wissenschaftliche Forschungsinstitute und Universitäten wie das Pekinger Eisen- und Stahl-College, das Mittelsüdliche Bergbaucollege, das Changsha-Bergbau-Forschungsinstitut und das Changsha-Bergbau-Forschungsinstitut in dieses Feld eingestiegen. Chinesische Forscher führten umfassende Untersuchungen zur hydraulischen Schwingungstechnik durch und erzielten zahlreiche Forschungsergebnisse; aufgrund der insgesamt langsamen Entwicklung der heimischen Hydrauliktechnik und des damals relativ niedrigen Fertigungsniveaus wurde jedoch kein wesentlicher Durchbruch bei der Produktentwicklung erzielt. Nach den 1980er-Jahren forschten chinesische Wissenschaftler neben eigenständigen Entwicklungen auch technologieorientiert und nahmen eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung hydraulischer Gesteinsbohrmaschinen und hydraulischer Steinbrecher mit eigenen Merkmalen im Bergbaubereich ein. Einige inländische pneumatische Werkzeugfabriken und Baumaschinenfabriken schlossen sich ebenfalls der Forschungsinitiative an – darunter beispielsweise die pneumatische Werkzeugfabrik Tonghua in Jilin, die Baumaschinenfabrik Shanghai sowie die pneumatische Werkzeugfabrik Shenyang – und mobilisierten jeweils eigene Kapazitäten für die Produktforschung und -erprobung; aufgrund rückständiger Fertigungstechnologien und instabiler Produktqualität blieb die Entwicklung hydraulischer Gesteinsbrecher jedoch eingeschränkt. 1988 präsentierte das deutsche Unternehmen Krupp in China mit einer „Ausstellung hydraulischer Gesteinsbrecher“ seine Produkte; über 200 Vertreter aus inländischen Forschungsinstituten und Unternehmen nahmen an der Ausstellung teil. Die beeindruckende Funktionalität der Produkte weckte großes Interesse bei den Teilnehmern, und Krupp-Produkte begannen, in China Fuß zu fassen. Nutzten diese Gelegenheit, analysierten und erforschten das Tianjin-Institut für Maschinenbau und die Technische Hochschule Harbin die Krupp-Produkte; zudem starteten die Hydraulikteilefabrik Changzhi und die Baumaschinenfabrik Shanghai Versuche zur Serienfertigung eigener Produkte.

Mitte der 1990er Jahre, angesichts der raschen wirtschaftlichen Entwicklung Chinas, des schnellen städtischen Wandels und der steigenden Infrastrukturinvestitionen, verbesserte sich der Mechanisierungsgrad im Ingenieurbau kontinuierlich. Der chinesische Markt für hydraulische Felsbrecher erlebte die beste Entwicklungsphase seiner Geschichte; eine Reihe namhafter ausländischer Unternehmen begann nacheinander, den chinesischen Markt zu erschließen. Auch heimische Unternehmen stellten sich der Konkurrenz und bildeten nach mehr als einem Jahrzehnt intensiver Bemühungen allmählich eine Reihe bekannter einheimischer Marken wie Anhui Jingye (Jingye), Yantai Aide, Jiangsu Libosite und Changzhi Hydraulic heraus.