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Scherbolzen und Scherbolzenbefestigung zur Verbindung zweier konzentrisch
zueinander umlaufender Teile, insbesondere für Antriebe von Gewinnungsmaschinen
und/oder Kettenförderern untertage Der Bergbau verwendete lange Zeit als Soll-Bruchverbindung
zweier gleichsinnig umlaufender Antriebsteile Scherbolzen, die parallel zur jeweiligen
Achse angeordnet waren. Konstruktive Erfordernisse und die Forderung des Bergbaues,
dem Bergmann das Auswechseln von Scherbolzen zu erleichtern, führten dazu, daß sich
eine Anordnung der Scherbolzenkupplungen auf der Bergestoßseite des Getriebes, also
an einer zugänglichen Stelle, durchsetzte. Damit setzte sich auch eine Konstruktion
durch, bei der zwei konzentrisch zueinander umlaufende Trommeln durch radial eingesteckte
Scherbolzen miteinander verbunden wurden. Die äußere Trommel war mit der abtreibenden
Getriebewelle verbunden, während die innere Trommel durch die hohle abtreibende
Welle zu den anzutreibenden Geräten führte. Auf die Notwendigkeit der Scherbolzen
selbst einzugehen, erübrigt sich. Das Auswechseln der Scherbolzen stellt für den
Bergmann eine erhebliche Belastung dar, da es durchaus nicht ungewöhnlich ist, daß
in einer Schicht 20 bis 30mal die Scherbolzen gewechselt werden müssen. Der damit
verbundene Zeitausfall geht der Förderung bzw. der Gewinnung verloren. Es war daher
ein konstruktives Erfordernis, die Scherbolzen so mit einem verbreiterten Kopf zu
versehen, daß der Bergmann mit Hilfe eines gabelförmigen, diesen Kopf unterfassenden
Werkzeuges das Scherbolzenoberteil durch einen kurzen Hebeldruck aus seiner Führung
herausheben konnte. Erfahrungsgemäß sitzen nämlich Scherbolzen, selbst wenn sie
anfänglich lose einschiebbar waren, nach einiger Betriebszeit so fest, daß eine
Entfernung nur mit Hilfe eines Werkzeuges möglich ist. Der abgescherte untere Teil
des Scherbolzens verbleibt in der inneren Trommel oder fällt über den topfförmigen
Innenraum der Trommel heraus.
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Fällt er nicht heraus, so wirdeon dem nächsten eingetriebenen Scherbolzen
herausgedrückt.
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Im Laufe der langjährige Betriebserfahrungen haben sich bestimmte
konstruktive Merkmale der Scherbolzenbefestigung als zweckmäßig herausgestellt und
sind allgemein eingeführt. Die Trommeln werden mit fluchtenden radialen Bohrungen
versehen. Jede Trommelbohrung erhält entsprechende Scherbolzenfutter aus Spezialstählen,
die auf den unmittelbar gegenüberliegenden Scherstellen keilartig ausgebildet sind,
um eine einwandfreie Scherwirkung ohne zu große Lasttoleranzen zu erzielen. Das
Futter der äußeren Trommel beginnt erst am Boden einer Förmigen Ausnehmung in der
Trommeloberfläche. Diese Ausneh. mung wird teilweise durch einen auswechselbaren
Ring ausgefüllt, der gegen Herausfallen durch einen Spannring gesichert ist. Unterhalb
dieses Ringes befindet sich ein Gummi-oder Kunststoffring mit einem geringeren lichten
Durchmesser als der Schaftdurchmesser des Scherbolzens. Auf dem Rand der Mittelbohrung
dieses Ringes, die dem Randdurchmesser des Schaftes entspricht, liegt der Kopf des
Scherbolzens auf, der gegenüber dem Schaftdurchmesser verbreitert ist. Dadurch wird
verhindert, daß der Bergmann beim Eintreiben des Scherbolzens weiter als bis zu
der genau vorgeschriebenen Stelle eintreiben kann. Die Fixierung dieser genauen
Stelle ist von besonderer Wichtigkeit, da die Mehrzahl der Scherbolzen an der Soll-Bruchstelle
eine Eindrehung tragen, an der der Scherbolzen abgeschert werden soll. Gegenüber
dem auf dem Ring aufliegenden Teil erweitert sich der Scherbolzenkopf zu einem tellerartigen
Dach, damit der Bergmann unter dieses Dach mit Hilfe eines Werkzeuges fast sen kann,
um das Scherbolzenoberteil nach oben hin aus der Trommel herauszuziehen. Der vorgesehene
Gummiring hat lediglich die Aufgabe, den Scherbolzen an einem Herausfallen in radialer
Richtung auf Grund der auftretenden Zentrifugalkräfte zu hindern.
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Diese an sich bewährte Konstruktion ermöglicht nicht nur ein leichtes
Auswechseln der Scherbolzen, sondern auch ein Auswechseln der Scherbolzenbüchsen,
des Gummiringes und des oberen Abdeckungsringes.
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Kein Teil ragt über den Umfang der äußeren Trommel hinaus, so daß
Beschädigungen der häufig im Haufwerk schleifenden Trommel nicht eintreten können.
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Im Bergbau stellen aber die Scherbolzen einen Massenverbrauchsartikel
dar, desen Preis eine nicht unerhebliche Bedeutung hat. Der Preis wird aber von
dem verwendeten Material-und den Bearbeitungskosten bestimmt. Die Bearbeitungskosten
ergeben sich im wesentlichen aus der Bearbeitungszeit, die wiederum wesentlich von
dem Durchmesserunterschied des größten Durchmessers zum kleinsten Durchmesser be.
stimmt wird. Der Durchmesser des Kopfes mußte aber bisher erheblich größer gewählt
werden als der Durchmesser des Schaftes, so daß die hierfür aufgewendete Arbeit
und Maschinenzeit etwa 80 % der Gesamte kosten betrug. Als Material mußte ein Stangenmaterial
gewählt werden, das durchgehend den Durchmesser des Scherbolzenkopfes aufwies. Annähernd
40 % des Materialgewichtes mußte abgedreht werden ; daraus ergibt sich, daß nicht
nur die Bearbeitungs-und Maschinenkosten, son" dern auch die Materialkosten wesentlich
gesenkt werden können, wenn sich eine Möglichkeit bietet, auf einen Kopf des Scherbolzens
zu verzichten, der im Durchmesser größer ist als der Schaft.
Einer Änderung der Form des Scherbolzens steht jedoch noch ein anderer Umstand entgegen
: die große Zahl der z. Zt. im Einsatz befindlichen Antriebe für Gewinnungsmaschinen
und Doppelkettenkratzerförderer läßt keine Konstruktionsänderung an den Trommeln
der Scherbolzenw kupplung zu. Änderungen können daher nur an solchen Teilen vorgenommen
werden, die ohne großen Aufwand ausgewechselt werden können.
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Obwohl der Wunsch, den Preis des Scherbolzens zu senken, schon eine
sehr lange Zeit besteht, und die Ursache der zu hohen Kosten, nämlich der verbreiterte
Kopf des Scherbolzens, schon sehr lange erkannt war-es wurde z. B. schon vorgeschlagen,
den Kopf als getrennt te Platte zu stanzen und auf die Stirnseite des Scherbolzens
aufzunieten-, war doch die Fachwelt von der unumstößlichen Notwendigkeit eines verbreiterten
Kopfes bei Scherbolzen so überzeugt, daß man alle nur denkbaren Wege ging, um die
Kosten zur Herstellung eines Scherbolzens zu verringern, ohne den wesentlichen Kostenfaktor
beseitigen zu können. Es wurden Scherbolzen minderer Materilaqualität verwendet,
was zu erheblichen Verlusten durch Ausfall der Maschinenanlagen usw. führte. Es
wurde versucht, warm oder kalt geschlagene Scherbolzen zu verwenden usw. Alle diese
Versuche, die nicht nur von der die Maschinen liefernden Industrie, sondern auch
von einer großen Anzahl kleinerer Zuliefererfirmen durchgeführt wurden, sind von
den
beteiligten Bergbaukreisen unterstützt worden und führten zu
einer großen Zahl verschiedener Scherbolzentypen, die aber alle einen gegenüber
dem Schaftdurchmesser verbreiterten Kopf aufwiesen. Auge*" hend von der rein kalkulatorischen
Erkenntnis, daß das nicht zu übertreffende Ideal eines Scherbolzens ein aus einem
maßlich genau glatt gezogenen Starenmaterial hergestellter scherbolzen sei, der
lediglich auf die erforderliche Länge abgeschnitten und mit den erw forderlichen
Andrehungen zu versehen ist, lag der Neuerung die Aufgabe zugrunde, den verbreiterten
Kopf so durch irgendeine andere Einrichtung zu ersetzen, daß diese andere Einrichtung
für eine Vielzahl auszuwechselnder Scherbolzen erhalten bleibt.
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Von dieser Aufgabenstellung ausgehend, schlägt die Neuerung vor, einen
Scherbolzen zur radialen Verbindung zweier konzentrisch zein ander gleichsinnig
umlaufender Teile, insbesondere für Antriebe von Untertage-Kettenförderern und/oder
Gewinnungsmaschinen, vorzugsweise Hobel und/oder Zweikettenkratzerförderer, die
die im Strebbau gewonnene Kohle abfördern, wobei der Scherbolzen einen angedrehten
Kopf trägt, mit dessen Hilfe der Bergmann den Scherbolzen nach dem Bruch desselben
aus dem Scherbolzenfutter entfernt, so zu fertigen, daß der Durchmesser des Kopfes
dem Durchmesser des Scherbolzenschaftes entspricht und von diesem lediglich durch
eine Zone geringeren Durchmessers getrennt ist, wobei zum Kopf hin ein steiler Übergang,
zum Schaft hin aber ein flacher Übergang vorgesehen ist, wobei dann die Zone geringeren
Durchmessers dazu dient, einen aufschiebbaren Ersatzkopf aufzunehmen, der mit Ansätzen
in entsprechende Ausnehmungen des ohnehin vorgesehenen Abdeckungsringes eingreift
und daher in einigeschlagenem Zustand unverlierbar ist, dem Bergmann aber die Möglichkeit
bietet, ihn mit einem Werkzeug zu unterfassen und den Scherbolzen dadurch aus seinem
Futter herauszuheben.
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Diese neuerungsgemäße Lösung hat jedoch neben dem Vorteil, daß ein
erfindungsgemäßer Scherbolzen Verwendung finden kann, den Nachteil, daß dieses aufgeschobene
Teil unter den besonderen Umständen untertage leicht verlierbar ist und besondere
Einrichtungen aufweisen muß, um zu verhindern, daß es sich beim Einschlagen des
Scherbolzens nicht gegenüber dem Scherbolzen verschiebt und so der Kragen nicht
in die entsprechende Ausnehmung eingreift.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Neuerung wird auf der Außenseite
der Trommel, aber innerhalb einer versenkten Ausnehmung, ein federnd und/oder gelenkig
mit der Trommel oder dem Abdeckungsring verbunde. ner Schieber angebracht, der in
die Zone geringeren Querschnitts unterhalb des Kopfes eingreift und somit ein zu
weites Eintreiben der Scherbolzen sowie ein Herausfallen durch die Zentrifugalkraft
während des Laufs der Trommel verhindert.
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Nach einem weiteren und vorzugsweise anwendbaren Vorschlag der Neuerung
wird der mit an sich bekannten Mitteln befestigte Ring auf seiner Unterseite mit
Auskragungen zur Aufnahme eines federnden Keiles versehen und auf der dieser Ausnehmung
abgekehrten Seite eine die ganze Materialstärke durchfassende Ausnehmung für den
Eingriff eines in die Nut des Scherbolzens eingreifenden Hebelwerkzeuges vorgesehen.
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Durch diese neuerungsgemäße Befestigung wird erreicht, daß die Stirnfläche
des Scherbolzenkopfes mit der Oberfläche des die Öffnung in der Trommel verschließenden
Ringes praktisch eine Ebene bildet. Der Bergmann kann mit den ihm zur Verfügung
stehenden Werkzeugen, wenn er sich nicht eines Dornes bedient, den Scherbolzen nicht
weiter als bis zur Oberflächenebene des Verschlußringes eintreiben. Der unterhalb
des Ringes unverlierbar eingesetzte federnde Keil springt in die Querschnittsverengung
unterhalb des Kopfes ein und verhindert ein Herausfallen des Scherbolzens in radialer
Richtung. Die Keilfeder bzw. der Keil braucht keine Kräfte beim Einschlagen des
Scherbolzens aufzuneh. men, sondern hat nur die Aufgabe, die geringen, in radialer
Richtung auftretenden Zentrifugalkräfte aufzunehmen. Es ist daher ohne weiteres
möglich, die Feder so elastisch zu gestalten und in Fett oder Moldän-Disulfit einzubetten
daß die Lebensdauer dieser Keilfeder praktisch unbegrenzt ist. Anstelle der Feder
ist es naturgemäß auch möglich, den als Stand der Technik beschriebenen Gummi-oder
Kunststoffring weiterzuverwenden. Allerdings besteht dann die Möglichkeit, daß dieser
Ring durch den Eingriff des Hebelwerkzeuges beim Lösen des Scherbolzens beschädigt
wird. Durch die Aussparung des Ringes nach oben ist es dem Bergmann auf einfachste
Weise möglich, mit einem hebelartigen Werkzeug in die Aussparung einzugreifen und
mit der Kante des Werkzeuges unter den steilen Rand des Kopfes zu greifen und den
Scherbolzen herauszulösen. Dabei sind nur geringe Kräfte zur Überwindung des durch
die Keilfeder
gegebenen Widerstandes erforderlich. Die erforderlichen
konstrukt tiven Änderungen erschöpfen sich in einer Umgestaltung des Verschlußringes
und ggfs. der Verwendung einer einfachen Keilfeder.
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Die Befestigung des Verschlußringes kann in der bisher vorgesehenen
Form weiterhin erfolgen, da es nur erforderlich ist, auf der Oberseite des Ringes
den Außendurchmesser um ein Geringes zu verringern, um dem Spannring genügend Freiheit
zu geben, sich aus seiner Nut in der Trommel herauszulösen.
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Durch die beschriebenen einfachen neuerungsgemäßen Maßnahmen in bezug
auf den Scherbolzen und in bezug auf die Befestigung des Scherbolzens ist praktisch
ohne zusätzlichen Aufwand die Möglichkeit gegeben, den Preis der in sehr großer
Zahl verwendeten Scherbolzen um 50 % des ursprünglichen Preises zu senken.
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Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt die bisher übliche Ausbildung der Scherbolzen
und ihre Befestigung an der äußeren Trommel der Scherbolzenkupplung.
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Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung, bei dem der
Scherbolzen einen Kopf aufweist, der den gleichen Durchmesser hat wie der Schaft.
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Die Fig. 2 a zeigt eine erläuternde Skizze zu Fig. 2.
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Die Fig. 3 zeigt ein verbessertes Ausführungsbeispiel der neuerung.
gemäßen Scherbolzenbefestigung.
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Die Fig. 3 a ist eine Erläuterung zu Fig. 3.
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Die Fig. 1 stellt die Scherbolzenform und Scherbolzenbefestigung dar,
wie sie bei der Mehrzahl der z. Zt. im Untertagebergbau eingesetzten Scherbolzenkupplungen
für Antriebe von Kettenförderer Verwendung finden. Mit 1 ist die äußere Trommel,
mit 2 die innere Trommel bezeichnet. Äußere und innere Trommel sind durch die radial
von außen in entsprechende Bohrungen 3 eingesteckten Scherbolzen 4 verbunden. Die
Scherbolzen sind an ihrem unteren Ende mit einem konischen Teil 5 versehen, um beim
Eintreiben der Scherbolzen die nicht immer fluchtenden Löcher an der Trennfuge zwischen
der Trommel 1 und der Trommel 2 gewaltsam zu zentrieren. Der Scherbolzen weist einen
verbreiterten Kopf 6 auf, unter dem sich eine Eindrehung 7 befindet, unter die der
Bergmann mit Hilfe eines Werkzeuges fassen kann, um den oberen Teil eines an der
Trennfugenebene 8 abgescherten Bolzens herausziehen zu können. Unterhalb der Eindrehung
7 ist eine weitere konische Eindrehung 9 vorgesehen, in die elastische Klemringe
10 eingreifen, um ein durch die Zentrifugalkräfte verursachtes, selbsttätiges Lösen
der Scherbolzen aus dem Scherbolzenfutter 11 zu verhindern. Die Scherbol. zenfutter
11 sitzen in entsprechenden Bohrungen der Trommeln 1 und 2.
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Diese Bohrungen sind an der Außenseite der Trommel 1 zu kreisförmigen
Ausnehmungen 12 erweitert. In diese Ausnehmung 12 ist ein ringförmiger Körper 13
eingelegt, der mit Hilfe von Spannringen 14 oder dergl. herausnehmbar befestigt
ist.
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Diese bewährte Konstruktion ermöglicht sowohl ein Auswechseln der
| Scherbolzenfutter 11, der Klemmringe 10, der Abdeckringe 13
und |
| ohne Lösen der vorgenannten Teile das Herausziehen des Scherbolzens |
mit Hilfe den Scherbolzenkopf 6 unterfangender Werkzeuge. Es sind keine über den
Trommelrand am Außenumfang hervorstehenden Teile vorhanden, die dadurch abgerissen
oder beschädigt werden können, daß die Trommeln gelegentlich im Haufwerk laufen
oder die sich ggfs. an der Kleidung des Bergmannes oder an seinen Werkzeugen anhaken
könnten. Auch der Scherbolzenkopf kann während des Betriebes nicht so beschädigt
oder deformiert werden, daß er nicht mit Hilfe eines Werkzeuges nach oben aus der
Trommel herausgezogen werden kann. Der in der unteren Trommel befindliche abgescherte
Teil des Scherbolzens fällt entweder von selbst aus der inneren Trommel heraus oder
wird beim Einschlagen des nächsten Scherbolzens herausgetrieben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und Fig. 2 a weist der Scherbolzenkopf
6 denselben Durchmesser auf wie der Schaft des Scherbolzens 4. Als Ersatz für den
Scherbolzenkopf nach Fig. 1, der einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist
als der Schaft, dient das hufeisenförmige Teil 15, das mit einer die Nut 7 unterhalb
des Scherbolzenkopfes, auf diesen unverlierbar aufgeschoben werden kann.
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Nachdem dies geschehen ist, wird der Scherbolzen mit bergbauüblichen
Mitteln eingetrieben, wobei das Teil 15 teilweise in eine von dem Steg 17 umschlossene
konzentrische Ausnehmung eingreift. Der Kragen 18 des Teiles 15 steht über diesem
Steg 17 so weit hervor, daß der Bergmann mit Hilfe eines Werkzeuges ihn hinterfassen
und somit den Scherbolzen aus seinem Futter herausheben kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Neuerung zeigt die Fig.
und 3 a. Hier füllt der Ring 13 die Ausnehmung 12 (s. Fig. 1) fast völlig aus. Der
Scherbolzenkopf 6, der, wie erwähnt, denselben Durchmesser hat wie der Scherbolzenschaft,
sitzt innerhalb einer konzentischen Bohrung dieses Ringes 13 a und bildet mit der
Außenfläche des Ringes im eingeschlagenen Zustand eine glatte Ebene, jedoch weist
dieser Ring eine seine Materialstärke durchfassende Ausnehmung 19 auf, durch die
der Bergmann mit Hilfe eines Werkzeuges 20 in die Nut 7 unterhalb des Scherbolzenkopfes
eingreifen kann und durch Betätigung des Werkzeuges 20 in der Lage ist, den Scherbolzen
herauszuziehen. Die in bekannter Weise erfolgende Befestigung des
Ringes
13 a ist nicht dargestellt und soll der Einfachheit halber auch nicht beschrieben
werden. Der Ring weist jedoch an seiner Unterseite eine sehnenartige Nut oder Ausnehmung
auf, in die eine Keilfeder beliebiger Gestalt, beispielsweise stabförmig, einlegbar
ist, so daß seine beiden Enden vorzugsweise an den Innenflächen der Trommelausnehmung
12 anliegen. Die Nut 21 ist so bemessen, daß ihre Innenseite den Umfang des Scherbolzens
an Ausdrehung 7 tangiert oder als Sehne schneidet.
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Da der Ring 13 a unverlierbar mit der Trommel 1 verbunden ist, ist
auch die Keilfeder 22 unverlierbar ; durch die Anordnung der Nut und durch die Länge
der Keilfeder 23 ist sie außerdem in ihrer Lage fixiert. Wird nun der Scherbolzen
in die Bohrung des Ringes 13 a eingetrieben, so wird die Keilfeder 22 durch das
konische Ende 5 des Scherbolzens zur Seite gedrückt, bis die Keilfeder 22 in die
Nut 7 unterhalb des Scherbolzenkopfes einspringt. Die Keilfeder 22 braucht nicht
etwa die Kräfte aufzunehmen, die unmittelbar beim Einschlagen auf den Scherbolzenkopf
auftreten, da der Scherbolzenkopf 6 auf jeden Fall kleiner ist als die von dem Bergmann
verwendeten Werkzeuge und es somit gar nicht möglich ist, daß der Scherbolzen weiter
als bis zur oberen Ebene des Ringes 13 a eingetrieben wird.
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Die Keilfeder 22 legt aber den Scherbolzen einwandfrei fest, ohne
daß ihre Kraft ausreicht, das Herausziehen des Scherbolzens mit Hilfe des Werkzeuges
20 zu verhindern, da der unterhalb der Nut 7 angeordnete konische Teil des Scherbolzenschaftes
die Keilfeder 22 beim gewaltsamen Anheben des Scherbolzens mit dem Werkzeug 20 zur
Seite drückt und somit den Scherbolzen freigibt.