DE19613518C2

DE19613518C2 - Kettenkratzförderer - Antriebswelle für den Steinkohlenbergbau

Info

Publication number: DE19613518C2
Application number: DE19613518A
Authority: DE
Inventors: Engelbert Eisenbarth
Original assignee: RAG AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: DE19613518A1; US6190276B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrteiligen Antriebswelle eines Kettenantriebes für Kettenkratzförderer gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Kettenantriebe für Kettenkratzförderer in Hochleistungsstreben des Steinkohlenbergbaues gemäß dem Stand der Technik bestehen aus einem Antriebsrahmen in dessen Seitenwangen die Antriebswelle gelagert ist. Die Antriebswelle besteht dabei aus einer Grundwelle, auf der die normalerweise zweiteilig mit Halbschalen ausgeführte außenverzahnte Kettentrommel - weiterhin als Kettenzahntrommel bezeichnet - befestigt ist. Die Befestigung erfolgt dabei durch einen reibschlüssigen Klemmsitz, bei welchem beidseitige Schraubenreihen mit hochvorgespannten Schrauben die nötige Klemmkraft und damit den Klemmsitz erzeugen. Durch die hohe Pressung zwischen Grundwelle und aufgeklemmter Kettenzahntrommel können erhebliche Drehmomente zwischen Grundwelle und Kettenzahntrommel reibschlüssig übertragen werden. Dies erfordert jedoch auch eine entsprechende Anzahl an hochvorgespannten Schrauben. Deshalb wurde auch schon realisiert, die Verbindung durch zusätzliche formschlüssige Maßnahmen, z. B. mit Paßfedern oder Nutenkeilen, übertragungsfester zu gestalten. Die auf der Grundwelle befestigte Kettenzahntrommel weist zahnartige, sternförmig nach außen ragende Dorne auf, die geometrisch den Kettengliedern des Kettenbandes und deren jeweiliger Lage angepasste Eingriffsmöglichkeiten aufweisen. Durch das formschlüssige Zusammenwirken der radial angeordneten Zähne der Kettenzahntrommel mit dem Kettenband, wird an den im Eingriff befindlichen Zähnen der Kettenzahntrommel die Umfangskraft von der Grundwelle über die Kettenzahntrommel auf das Kettenband übertragen. Es ist dazu eine genaue Übereinstimmung der Zahnteilung der auf der Kettenzahntrommel ausgeführten Zähne mit der Kettengliedteilung der das Kettenband bildenden Kettengliedersträngen erforderlich.

Das System Kettenantrieb ist ein Teilsystem des Kettenkratzförderers mit der Aufgabe, Zugkräfte in das Kettenband zu übertragen, die zur Überwindung der Bewegungswiderstände erforderlich sind. Die Hauptfunktion des Kettenantriebs ist also die Übertragung der erforderlichen Zugkräfte und die Übertragung der Bewegungsgröße der Antriebsmaschine auf die Arbeitsmaschine und Umlenkung der Bewegungsrichtung des Übertragungselementes Kettenband.

Das Teilsystem Kettenantrieb selbst besteht aus den Baugruppen:

- Antriebswelle, welche die rotatorische Arbeit in translatorische Arbeit umformt und dabei die Kraft- und die Bewegungsrichtung ändert;
- Kettenband, die der Übertragung der Kraft sowie der Übertragung der örtlichen und zeitlichen Lageänderung der Mitnehmer dient.

Diese beiden Baugruppen besitzen aufeinander abgestimmte Abmessungen, die in DIN-Normen und Werksnormen festgelegt sind.

Bei den Grundwellen älterer Bauart handelt es sich um einteilige Wellen mit ein- oder beidseitig überkragenden außenverzahnten Wellenstümpfen, auf die der innenverzahnt ausgeführte Getriebeausgang des nachgeschalteten Getriebes aufgeschoben werden kann. Die fortgeschrittenere Lösungsvariante sieht Innenverzahnungen an dem oder den Enden der Grundwelle vor, mit denen dann durch Einschieben von außenverzahnten Steckwellen der formschlüssige Verbund zum Getriebe und damit zur Antriebsmaschine hergestellt wird.

Bei den heutigen in Hochleistungsstreben des Steinkohlebergbaus eingesetzten Kettenbändern vom Typ DMKB oder MKB der Standardgrößen 30 × 108, 34 × 126 oder gar 38 × 137 an den Strebförderern (DMKB: Doppelmittenkettenband, MKB: Mittenkettenband) treten Vorspannkräfte von teilweise erheblich mehr als 100 kN auf für Streblängen um ca. 200 m.

Diese Vorspannkräfte werden durch die Betriebskräfte je nach Antrieb im Beharrungszustand der Förderung und beim Anfahren um ein Mehrfaches übertroffen und erreichen mitunter Werte über 500 kN.

Diese Werte machen deutlich, welche Umfangskräfte im Kraftfluß zwischen Grundwelle, Kettenzahntrommel und Kettenband wirksam umgesetzt werden müssen, um die erforderlichen Kettenkräfte im Kettenband aufzubringen.

Bei der gemäß dem Stand der Technik zweiteilig mit Halbschalen ausgebildeten Kettenzahntrommel wird versucht, den Kraftfluß form- und reibschlüssig zu sichern. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Grundwelle und eine Halbschale der Kettenzahntrommel mit einer Keilnut versehen sind, in die beim Anziehen der Schrauben ein Federkeil eingepresst wird. Zusätzlich werden durch das Anziehen der Schrauben die Halbschalen der Kettenzahntrommel auf die Grundwelle geklemmt. Die erforderliche Anzahl der Schrauben und deren Nenndurchmesser, um den Kraftfluß sicher zu realisieren, hat jedoch bereits ein Ausmaß erreicht, daß aus Platzgründen Ausrundungen an den Zahnfüßen der Kettenzahn trommel unumgänglich sind.

Dies wirkt sich entsprechend schwächend auf die Zahnfußfestigkeit, die Dauerfestigkeit und damit auf die Standzeit der Kettenzahntrommel aus und steht dem Ziele einer beanspruchungsgerechten Gestaltung entgegen.

Aus der AT 344 599 ist bereits bekannt, dass das Kettenrad(Zahnrad) mittels Presssitz mit einer Kettenzahntrommel (Trommel) verbunden ist und aus der DE 296 08 293 U1 ist bekannt, das Antriebskettenrad für Kettenstetigförderer im Bergbau, bestehend aus zwei Kettenradteilstücken mit radial gerichteten Trennstellen auszuführen, wobei die Kettenradteilstücke axiale Verlängerungen aufweisen, die mittels tangential gerichteter Verbindungsschrauben verbindbar sind und sich sich dadurch auszeichnen, dass in die Trennstelle der Kettenteilstücke passfederartige Mittel eingesetzt sind, die die Trennfuge überbrücken. Diese können als Bolzen ausgeführt sein, die in parallel zueinander und parallel zur Zusammenfügungsrichtung der Teilstücke gerichtete passende Ausnehmungen eingesetzt sind. Für längere Einsatzzeiten wurde auch schon vorgesehen, dass die passfederartigen Mittel Demontagehilfs schrauben aufweisen, mittels derer sie wieder aus dem Press- oder Passsitz der Ausnehmung herausdrängbar sind. Ein dazu vergleichbarer Stand der Technik ist der DE OS 27 09 414 zu entnehmen, da auch daraus bekannt ist, die auf die Grundwelle befestigte Kettenzahntrommel durch radial verlaufende Schnitte mehrteilig auszuführen. Aus DE OS 28 22 175 und DE AS 11 14 140 sind Lösungen bekannt, eine Verbindung mittels Schweißen herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbindung Grundwelle /Kettenzahntrommel so zu gestalten, dass der Kraftfluß und das zu übertragende Drehmoment auch bei Hoher Leistungsübertragung beherrscht wird, ohne die nachteiligen Folgen der Standzeitminderung, Materialermüdung oder gar Zahnabrissen während der betrieblichen Einsatzdauer zufolge einer konstruktiven Zahnfußschwächung der Zähne der Kettenzahntrommel.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kettenzahntrommel gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrens nach Anspruch 1 aufgebracht wird, wobei die auf der Grundwelle zu befestigende Kettenzahntrommel durch radial verlaufende Schnitte mehrteilig ausgeführt und in mehreren oder in allen Einzelteilen auf die Grundwelle aufgeschrumpft wird.

Die reibschlüssige Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung durch Schrumpfsitz oder Presssitz ist schon lange bekannt und an geometrisch einfachen Körpern und Teilen verwirklicht worden.

Es ist jedoch auch bekannt, dass die Gestaltung und die Momenten übertragung einer Schrumpfverbindung rechnerisch nur sehr schwer - wenn überhaupt, dann nur an einfachen geometrischen Formen - abgeschätzt werden kann. Gründe dafür sind, der sich unter Pressung ausbildende mehrachsige Spannungszustand, einsetzende plastische Verformungen, Druckvorspannungen im Werkstoff, Glättungseffekte an der Oberfläche usw. All diese Gründe sind Ursachen dafür, dass - im Sinne eines technischen Vorurteiles - Schrumpfverbindungen an komplizierten, miteinander zu verbindenden Teilkörpern nicht oder nur vereinzelt gewagt werden.

Es wurde nun gefunden, den Grad der Kompliziertheit für das Schrumpfen dadurch zu verringern, dass die aufzuschrumpfende Kettenzahntrommel durch radiale Schnitte so in Teilkörper zerlegt wird, dass eine Schrumpfung in mehreren Schrumpfschritten wieder funktionsgerechte Aneinanderreihung erlaubt.

Durch die so gefundene Lösung zur Herstellung der Verbindung zwischen Grundwelle und Kettenzahntrommel bzw. den die Kettenzahntrommel bildenden Teilkörpern - z. B. zwei Hülsen und ein Kettenstern - kann nicht nur die Geometrie in den Zahnfüßen der Kettenzahntrommel wieder beanspruchungsgerecht besser ausgebildet werden, was für sich schon zu einer Erhöhung der Standzeit führt, sondern auch die Druckvorspannung im Sitz der Grundwelle bewirkt zusätzlich eine erhöhte Biegebelastbarkeit durch Herabsetzen der Normalspannungsspitzen bei der Biegebeanspruchung.

Ebenfalls vorteilhaft ist die dadurch günstigere Kerbwirkungszahl der Verbindung für ein Torsionsbeanspruchung im Vergleich zu einem Sitz mittels Passfeder oder Nutenkeil.

Es wurde gefunden, dass bereits eine Dreiteilung der Kettenzahntrommel in zwei Hülsen und einen Kettenstern einen beherrschbaren Schrumpf vorgang ermöglicht. Allerdings hängen die präzisen Schrumpfparameter wie Erwärmungstemperatur, Haltedauer und Abkühlgeschwindigkeit wesentlich von den Abmessungen, insbesondere vom Außendurchmesser D der Grundwelle und der Wanddicke t der Hülsen bzw. des Ketten sternes ab.

Für Verhältnisse t/D von 1/20 bis 1/200 mit Aufwärmtemperaturen zwischen 100 und 300°C und völliger Durchwärmung, kann die Pressung zwischen Grundwelle und den Schrumpfkörpern variiert werden. Dabei wird es jedoch problematisch mit jedem °C Temperaturanstieg über die 200°C-Marke hinaus, da der Kettenstern vergütet und die Oberflächen der Zahnflanken und Taschen gehärtet sind. Eine zu hohe Temperatur beim Aufwärmen in Verbindung mit einer zu langen Haltedauer beim Durch wärmen verursacht Phasenumwandlungen im Werkstoff, insbesondere in den thermisch aktivierbaren Bereichen - Härtezonen -, die die erforderliche Oberflächenhärte und Einhärtungstiefe zu stark zurückbilden könnte. Auch eine zügige Abkühlung nach der Zusammensetzung könnte den Gefüge bereich, der von Phasenumwandlungen betroffen wäre reduzieren. Dem stehen jedoch andererseits starke Wärmespannungen, vor allem lokal in den wärmeabflutenden Bereichen, entgegen. Eine zu forcierte Abkühl geschwindigkeit mit einem stark inhomogenen Temperaturprofil birgt die Gefahr der Rissbildung, die mit der Wanddicke erheblich zunimmt. In einem Durchmesserbereich der Grundwelle von z. B. 250 mm bis 300 mm muß die Abkühldauer in etwa auf 24 h gestreckt werden, um die sich ausbildenden, transienten Eigenspannungen durch lokale Temperatur unterschiede und der daraus resultierenden Relativausdehnung zu beherrschen.

Fig. 1/1 zeigt eine entsprechend dem Lösungsgedanken gestaltete und gefügte Antriebswelle, bei welcher die mehrteilige Kettenzahntrommel auf die Grundwelle 1 in zwei Schrumpfschritten aufgebracht ist.

Die Schrumpffolge besteht dabei zunächst aus dem Aufbringen der rechten Hülse 2 mit nachfolgender gesteuerter Abkühlung und dem dann folgenden Aufbringen des Kettensternes 3 mit unmittelbarer Nachfolge der linken Hülse 4 möglichst noch im gleichen Wärmezustand, wonach ebenfalls ein gesteuerter Temperaturrückgang erfolgt.

Eine andere Reihung bei der Zusammensetzung der Teile ändert weder das Ziel der Erfindung noch die zu lösende Aufgabe. Immer stehen die Schrumpffolge, die erforderlichen Temperaturintervalle und die Höhe der Temperatur in engem Zusammenhang mit den Maßen und den möglichen Auswirkungen auf das Werkstoffgefüge.

Die aufzuschrumpfenden Hülsen 2,4 sind an ihren - dem Kettenstern 3 zugewandten - Stirnseiten mit formschlussfähigen Aussparungen versehen. In Ergänzung dazu erhält der Kettenstern 3 beidseitig formschlussfähige Auskragungen, die sich mit den Aussparungen der Hülsen 2, 4 geometrisch passgenau zu einer formschlüssigen Verbindung ergänzen, die geeignet ist Drehmomente und damit Antriebsmomente der gewünschten Größe zu übertragen. Nach Aufschrumpfung der rechts- oder linksseitigen Hülse, z. B. 4, wird der Kettenstern 3 aufgeschrumpft und die noch aufzuschrumpfende Hülse, z. B. 2, in einem zweiten Schrumpfvorgang aufgebracht. Die einfache Geometrie der Hülsen 2, 4 vereinfacht die Herstellung der Schrumpf verbindung zu Lasten eines höheren Fertigungsaufwandes durch die Vorbereitung des erforderlichen Formschlusses. Vorteilhafterweise wird der Formschluss auf mehrere Eingriffe beidseitig der Kettensternes 3 verteilt, da durch die Verteilung auf eine größere Pressfläche die Pressung an den Eingriffsflächen reduziert wird. Durch einen passgenauen Sitz der den Formschluss bildenden beidseitigen Auskragungen des Kettensternes 3 wird eine "Lose" im Sitz vermieden. Möglicherweise im Betrieb erforderliche Umkehrungen der Drehrichtung bleiben deshalb ohne weitere Folgen wie Schläge, Rucke oder schlagartige Krafteinleitungen, die sich insbesondere negativ auf die Lebensdauer des Kettenbandes - allgemein aller betroffenen zugbelasteten Übertragungselemente - auswirken würden.

Bezugszeichenliste

1

Grundwelle

2

Hülse

3

Kettenstern

4

Hülse

Claims

1. Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden einer Kettenzahntrommel mit der Grundwelle eines Kettenantriebes für Kettenkratzförderer, wobei die Grundwelle eine ein- oder beidseitige Innenverzahnung zur Aufnahme außenverzahnter Steckwellen für den Getriebeanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die auf der Grundwelle (1) zu befestigende Kettenzahntrommel in an sich bekannter Weise aus zumindest einem Kettenstern (3) und zwei diesen beidseitig benachbarten Hülsen (2, 4) zusammengesetzt wird und
dass die Verbindung von Hülsen (2, 4) und Kettenstern (3) mit der Grundwelle (1) durch Aufschrumpfen erfolgt, wobei nacheinander und voneinander unabhängig zunächst eine der Hülsen, dann der Kettenstern (3) und abschließend die zweite Hülse auf die Grundwelle (1) aufgeschrumpft und gesteuert abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettenstern (3) und die zweite Hülse gemeinsam aufgeschrumpft und abgekühlt werden.

3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Stirnseiten von Hülsen (2, 4) und benachbartem Kettenrad (3) eine zusätzliche Zahnverbindung vorgesehen wird, derart, dass Aussparungen auf den Stirnseiten des Kettenrades (3) in zugeordnete Auskragungen auf der jeweils gegenüberliegenden Stirnseite einer Hülse eingreifen.