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Mehrteiliger Grubenstempel Grubensternpel bestehen in aller Regel
aus zwei telegkopartig ineinander verschiebbaren Teilen, damit der Oberstempel nach
Maßgabe der Flözmächtigkeit bis an das Hangende ausgezogen werden kann. Die beiden
Stempelteile werden dann mittels einer Spannvorrichtung, einesSpannschlosses, miteinander
derart reibungsschlüssig verbunden, daß der Reibungsschluß die zu tragende Last
bis zu einem vorgegebenen Höchstwert aufnimmt und bei dessen Überschreitung nachgibt.
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Wie aus dem einschlägigen Schrifttum hervorgeht, sind die mannigfaltigsten
Ausführungen des Spannschlosses vorgeschlagen worden, da offenbar das Spannschloß
der wichtigste Stempelteil ist und die Brauchbarkeit eines Stempels mit der Frage
steht und fällt, ob das Spannschloß den praktischen Anforderungen gerecht wird.
Von den verschiedensten Spannschloßausführungen haben sich in der Praxis meist solche
mit Keilgetriebe durchgesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch die bisherigen
Keilgetriebe keine ideale Lösung eines Stempelschlosses sind, weil ihr Wirkungsgrad,
d. h. das Verhältnis der zum Spannen aufzuwendenden Energie zu der dadurch
zu erzeugenden Reibungskraft, durchaus zu wünschen übrig läßt. Ein erheblicher Teil,
und zwar meist weit mehr als die Hälfte der zum Spannen aufgewendeten Energie, ist
auf das Verlustkonto zu buchen, wird nämlich von der zwischen den Teilen des Keilgetriebes
unvermeidlichen Reibung aufgezehrt. Hieraus erklärt sich, daß die praktisch verwendeten
Grubenstempel mit Keilgetriebe einen unerwünscht hohen Energieaufwand zum Spannen
erfordern, um die jeweils gewünschte Tragfähigkeit zu erreichen. Zudem ist in dem
Energieverlust beim Spannen ein weiterer bemerkenswerter Mangel begründet, der sich
praktisch in der Weise auswirkt, daß der prozentual erhebliche Reibungsverlust innerhalb
des Keilgetriebes der erreichbaren Verspannung der Stempelteile miteinander eine
Grenze setzt. Da die von außen am Schloß angreifende Kraft wegen des starken Reibungsverlustes
wesentlich größer als die Nutzspannkraft sein muß, ist bei einer weiteren Steigerung
der am Schloß angreifenden Kraft ein Federn des Schlosses oder sogar des ganzen
Stempels unvermeidlich.
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Die sich hieraus ergebende Aufgabe einer grundsätzlichen Verbesserung
kann der Erfindung gemäß dadurch gelöst werden, daß als Spannvorrichtung zwei an
einem Stempelteil angreifende Drehmoment-Spannglieder vorgesehen sind, die durch
einander gegensinnige Drehmomente um die Stempellängsachse mit dem Stempelteil reibungsschlüssig
verspannbar sind.
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Die für das Drehmoment aufgewendete Spannkraft kommt ohne nennenswerte
Verluste den zu erzeugenden Normal- und Reibungskräften zugute, so daß bereits mit
verhältnismäßig kleinen Spannkräften (Drehmomenten) dem Stempel eine Tragfähigkeit
verliehen werden kann, für die mit den üblichen Keilgetrieben ein ungleich größerer
Energieaufwand notwendig ist. Sind z. B. bei den üblichen Stempeln für eine vorgegebene
Tragkraft drei kräftige Hammerschläge auf den Spannkeil erforderlich, so genügt
für eine Drehmoment-Spannvorrichtung gemäß der Erfindung bereits etwa ein
- nur mäßiger -
Hammerschlag. Damit wird aber für den Bergmann unter
Tage die Arbeit entscheidend erleichtert, ein Gewinn, der angesichts der physischen
und psychischen Belastung des Bergmannes bei seiner Arbeit schwerlich zu unterschätzen
ist.
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Die erfindungsgemäße Verspannung durch ein Drehmoment vermeidet in
grundsätzlicher Abkehr von den üblichen Spannvorrichtungen mit Keilgetriebe eine
Biegungsbeanspruchung der miteinander verspannten Stempelteile bzw. des Spannschlosses.
Dadurch wird aber ein in den Biegungsbeanspruchungen begründeter Nachteil ausgeschaltet.
In den Biegungsbeanspruchungen ist nämlich bei manchen bisherigen Stempeln die Tatsache
begründet, daß bei beginnendem Nachgeben des Oberstempels das Stempelschloß in seinen
Entspannungs-*zustand zurückfedert, so daß die Tragfähigkeit des Stempels erheblich
(schlagartig) absinkt.
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Weitere Vorzüge der Erfindung werden im Rahmen der Erörterung einiger
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele aufgeführt.
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Die in dem Erfindungsgedanken begründeten grundsätzlichen Vorzüge
sind an sich unabhängig von der Ausbildung der Drehmoment-Spannvorrichtung im einzelnen.
Im Interesse einer möglichst einfachen und robusten Ausführung empfiehlt es sich,
als Spannvorrichtung zwei den' einen Stempelteil umfassende Ringe vorzusehen, die
am äußeren Umfang je einen Ansatz für den Angriff einer Spannkraft,
z. B. eines Spannkeiles, aufweisen. Dabei läßt sich sowohl ein Vertikal- als auch
ein Horizontalkeil verwenden. Die Reibung des Keiles an dem Drehmoment-Übertragungsring
ist zwar Verlustreibung, die den Wirkungsgrad beeinträchtigt. Dieser Verlust bleibt
aber in
mäßigen Grenzen und tut deshalb der Überlegenheit des Drehmoment-Spannprinzips
im Vergleich zu den älteren Spannschlössern keinen Abbruch.
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Die durch das Drehmornent unter Vermittlung der Normalkräfte erzeugten
Reibungskräfte sind von der Oberflächenbeschaffenheit der miteinander verspannten
Flächen, also von der Reibungskennziffer, abhängig. Demgemäß ist die übliche Anordnung
von Reibungsbeilagen angezeigt. Diese werden im Falle eines Oberstempel-Polygonprofils
an den Polygonseiten einseitig zweckmäßig bis an die Polygonecken versetzt angeordnet.
Hinsichtlich der Genauigkeit der Fertigung genügt ein Fluchten der in den Ringen
befestigten Reibbeilagen miteinander.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes,
und zwar zeigt: . Abb. 1 ein Schaubild der Drehinoment-Spannvorrichtung,
Abb. 2 eine andere Ausführung schaubildlich zum Teil im Schnitt, Abb.
3 einen Längsschnitt gemäß III-III der Abb. 2, Abb. 4 einen Querschnitt gemäß
IV-IV der Abb. 3,
Abb. 5 einen Querschnitt gemäß V-V der Abb.
3,
Abb. 6 eine Spannvorrichtung mit Horizontalkeil im Schnitt sinngemäß
zu Abb. 4, Abb. 7 Schema zur Erläuterung der besseren Spannkraft-Ausnutzung
gemäß der Erfindung.
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- Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 zeigt einen Oberstempel
1 mit quadratischem Hohlprofil und einen rohrförmigen Unterstempel 2.
Auf das untere Ende des Oberstempels 1 sind übereinander drei Spannringe
3"" 3, und 4 aufgesetzt, die je eine dem Oberstempelprofil angepaßte
quadratische Öffnung haben. jeder der Einzelringe ist am äußeren Umfang mit einem
Ansatz 5", 5 b bzw. 6 versehen. An diesen Ansätzen greifen Spannkräfte
an, so daß den beiden Einzelringen 3., 3b einerseits und dem mittleren Ring
4 andererseits ein gegensinniges Drehmoment erteilt wird. Zur Ausübung der Spannkraft
ist nach Abb. 1
zwischen die Ringansätze ein Vertikalkeil 7 eingesetzt.
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Durch Eintreiben des Keiles 7 werden die drei Einzelringe auf
dem Oberstempel 1 reibungsschlüssig verspannt. Mit dem unteren Einzelring
3b stützt sich der Oberstempel 1 unter Vermittlung der auf ihm verspannten
Ringe auf dem Unterstempel 2 ab.
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Auf der Innenwandung der Einzelringe sind Reibbeilagen 8",
8b bzw. 9 befestigt. Diese Reibbeilagen sind auf den Quadratseiten
der Ringöffnung seitlich bis an eine Quadratecke des Oberstempels 1 versetzt
angeordnet, damit die durch das Drehmoment erzeugten Normalkräfte an jenen Stellen
des Oberstempel-Hohlprofils angreifen, an denen dieses am deformationssteifsten
ist. je mehr die Reibbeilagen nach der Quadratseitenmitte des Profils hin verlegt
werden, um so mehr wird die einzelne Profil-Quadratseite auf Biegung beansprucht.
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Die beiden Außenringe 3" und 3, können inAbwandlung von der
Ausführung nach Abb. 1 mit dem Unterstempel 2 fest verbunden oder mit diesem
einteilig sein. Es ergibt sich dann die Ausführung nach Abb. 2. Bei dieser sind
die Ansätze 5., 5b der beiden Einzehinge 3", 3b zu einem Ansatz
5 vereinigt, der dieselbe Höhenlage hat, wie der Ansatz 6 des Gegen-
oder Mittelringes 4. Die feste Verbindung der beiden Einzelringe 3" und
3, mit dem Unterstempel 2 hat zur Folge, daß durch die Drehmoment-Spannvorrichtung
der Oberstempel 1 und der Unterstempel 2 gegeneinander verspannt werden und
die auf dem Oberstempel 1 ruhende Last ausschließlich unter Vermittlung des
Reibungsschlusses auf denUnterstempe12 übertragen wird unter Fortfall einer stützenden
Auflagekraft zwischen dem unteren Ring 3b und dem Unterstempel 2 (Abb.
1). Der Mittelring 4 braucht sich also beim Spannen nicht auf den unteren
Ring 3b abzustützen. Zur Herabsetzung der Reibung des Mittelringes 4 zwischen
den Außenringen 3" und 3, beim Spannen kann der Mittelring 4 an seinen beidenStirnseiten
einenSchmierfettauftrag od. dgl. erhalten. Der Mittelring 4 beginnt sich erst auf
den unteren Ring 3b beim Einsinken des Oberstempels unter der zu tragenden
Last unter Überwindung des Reibungswiderstandes zwischen den beiden miteinander
durch das Spanndrehmoment verspannten Stempelteilen abzustützen. - Sinngemäß
kann sich ein Schrnierfettauftrag auf den Ring 4 bei der Ausführung nach Abb.
1 als nützlich zur Steigerung des Wirkungsgrades erweisen.
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Im übrigen ist die Wirkungsweise der Ausführung nach Abb. 2 dieselbe
wie jene nach .4,.bb. 1. Beide Ausführungen stimmen auch darin grundsätzlich
überein, daß beim Spannen der Oberstempel gegen die Spannglieder nicht seitlich
verlagert wird, weil die Normalkräfte nur durch ein Drehmoment erzeugt werden. Infolgedessen
bleibt auch eine Abnutzung der Reibbeilagen - zum Unterschied von den üblichen
Keilgetrieben - in dieser Hinsicht ohne Einfluß. Einer der beiden Spannringe
3,
3b ist grundsätzlich für die Drehmomentverspannung entbehrlich.
Aus konstruktiven Gründen empfiehlt es sich indessen, drei Spannringe vorzusehen;
bei der Ausführung nach Abb. 2 ergeben die beiden Außenringe 3, 3b eine gute
Führung des Oberstempels 1 vor dem Verspannen, so daß der Oberstempel beim
Setzen gegen seitliches Neigen geschützt ist.
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Die im Vergleich zu den üblichen Keilgetrieben weit bessere Ausnutzung
der aufgewendeten Spannkraft veranschaulicht in einer Gegenüberstellung Abb.
7. Wird mit dem üblichen Keilgetriebe und einem quadratischen Oberstempel
eine Spannkraft S aufgewendet, dann ergibt sich eine Tragfähigkeit:
Q, = 2 Su Wird in den Spannring 4 gemäß der Erfindung sinngemäß
die Spannkraft S eingeleitet, so ergibt sich für diesen einen Ring 4 eine
Tragfähigkeit:
Denselben Wert ergibt der andere (zweiteilige) Ring 3.,
3" so daß also
die Tragfähigkeit insgesamt:
wird, so daß
beträgt. Dieses Verhältnis ist 2 bei
und 3 bei a, = b.
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Es läßt sich also die Tragfähigkeit je nach Wahl der Hebelarme
a und b beträchtlich steigern. Der in dem Prinzip der Drehmoment-Spannvorrichtung
begründete Übersetzungsfaktor
ist offensichtlich grundsätzlich unabhängig von dem Profil des Ober- oder Unterstempels.
Er kommt also genau so bei z. B. Sechskant-Profil oder auch bei unrundem, etwa ovaJen
Profil, sowie schließlich auch dann zur Geltung, wenn ein kreisrundes Profil mit
Längsleisten oder -rippen für den Angriff der Normalkräfte gewählt wird. Das Übersetzungsverhältnis
kann gegebenenfalls bei anderen als quadratischen Profilen noch günstiger als oben
dargestellt werden.
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Ebenso kann an Stelle eines Vertikalkeiles gemäß den Abb.
1 und 2 auch ein Horizontalkeil 10 vorgesehen werden, z. B. in der
in Abb. 6 veranschaulichten Weise.
Darüber hinaus ist das
Drehmoment-Spannprinzip gemäß der Erfindung nicht etwa auf einen Spannkeil angewiesen.
Die an den Spannringen zur Ausübung des Drehmomentes angreifende Spannkraft kann
in anderer Weise, z. B. auch mittels eines Kniehebelsystems, hydraulisch oder pneumatisch
ausgeübt werden.
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Die Herstellung der Spannringe erfordert keinerlei Genauigkeit, denn
die Innenflächen der Ringe brauchen nicht miteinander zu fluchten; es genügt, daß
die Reibflächen der Reibbeilagen S., 8b, 9 in gemeinsamer Ebene liegen. Das
läßt sich fertigungstechnisch dadurch ohne Schwierigkeit erreichen, daß die Ringe
nach Befestigung der Reibbeilagen übereinandergeschichtet und dann mittels eines
durch die Ringe nach Art des Oberstempels hindurchgeführten Räumwerkzeuges in einem
Arbeitsgang bearbeitet werden.