DE19613518A1 - Kettenkratzförderer - Antriebswelle für den Steinkohlenbergbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrteilige Antriebswelle eines Kettenantriebes für Kettenkratzförderer bestehend aus einer Grundwelle mit ein- oder beidseitiger Innenverzahnung zur Aufnahme außenverzahnter Steckwellen für den Getriebe­ anschluß und eine auf der Grundwelle befestigte Kettenzahn­ trommel für das Zusammenwirken mit dem Förderer-Kettenband.

Kettenantriebe für Kettenkratzförderer in Hochlei­ stungsstreben des Steinkohlenbergbaues gemäß dem Stand der Technik bestehen aus einem Antriebsrahmen in dessen Seiten­ wangen die Antriebswelle gelagert ist. Die Antriebswelle besteht dabei aus einer Grundwelle, auf der die normaler­ weise zweiteilig mit Halbschalen ausgeführte außenverzahnte Kettentrommel - weiterhin als Kettenzahntrommel bezeichnet - befestigt ist. Die Befestigung erfolgt dabei durch einen reibschlüssigen Klemmsitz, bei welchem beidseitige Schrau­ benreihen mit hochvorgespannten Schrauben die nötige Klemm­ kraft und damit den Klemmsitz erzeugen. Durch die hohe Pressung zwischen Grundwelle und aufgeklemmter Kettenzahntrom­ mel können erhebliche Drehmomente zwischen Grundwelle und Kettenzahntrommel reibschlüssig übertragen werden. Dies er­ fordert jedoch auch eine entsprechende Anzahl an hochvorge­ spannten 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 de­ ren jeweiliger Lage angepaßte Eingriffsmöglichkeiten auf­ weisen. Durch das formschlüssige Zusammenwirken der radial angeordneten Zähne der Kettenzahntrommel mit dem Ketten­ band, wird an den im Eingriff befindlichen Zähnen der Ket­ tenzahntrommel die Umfangskraft von der Grundwelle über die Kettenzahntrommel auf das Kettenband übertragen.

Es ist dazu eine genaue Übereinstimmung der Zahntei­ lung der auf der Kettenzahntrommel ausgeführten Zähne mit der Kettengliedteilung der das Kettenband bildenden Ketten­ gliedersträngen erforderlich.

Das System Kettenantrieb ist ein Teilsystem des Ket­ tenkratzförderers mit der Aufgabe, Zugkräfte in das Ketten­ band zu übertragen, die zur Überwindung der Bewegungswider­ stände erforderlich sind. Die Hauptfunktion des Kettenan­ triebs ist also die Übertragung der erforderlichen Zugkräf­ te und die Übertragung der Bewegungsgröße der Antriebsma­ schine auf die Arbeitsmaschine und Umlenkung der Bewegungs­ richtung des Übertragungselementes Kettenband. Das Teil­ system Kettenantrieb selbst besteht aus zwei Baugruppen:

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

Diese beiden Baugruppen besitzen aufeinander abge­ stimmte 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 Lösungsva­ riante sieht Innenverzahnungen an dem oder den Enden der Grundwelle vor, mit denen dann durch Einschieben von außen­ verzahnten Steckwellen der formschlüssige Verbund zum Ge­ triebe und damit zur Antriebsmaschine hergestellt wird.

Bei den heutigen in Hochleistungsstreben des Steinkoh­ lebergbaus eingesetzten Kettenbändern vom Typ DMKB oder MKB der Standardgrößen 30×108, 34×126 oder gar 38×137 an den Strebförderern (DMKB: Doppelmittenkettenband, MKB: Mitten­ kettenband) 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 mitun­ ter Werte über 500 kN.

Diese Werte machen deutlich, welche Umfangskräfte im Kraftfluß zwischen Grundwelle, Kettenzahntrommel und Ket­ tenband wirksam umgesetzt werden müssen, um die erforderli­ chen 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 Halb­ schale der Kettenzahntrommel mit einer Keilnut versehen sind, in die beim Anziehen der Schrauben ein Federkeil ein­ gepreßt 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 rea­ lisieren, 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 Zahn­ fußfestigkeit, die Dauerfestigkeit und damit auf die Stand­ zeit der Kettenzahntrommel aus und steht dem Ziele einer beanspruchungsgerechten Gestaltung entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verbindung Grundwelle/Kettenzahntrommel so zu gestalten, daß der Kraftfluß und das zu übertragende Drehmoment beherrscht wird, ohne die nachteiligen Folgen der Standzeitminderung und damit auch der betrieblichen Einsatzdauer zufolge der Zahnfußschwächung, die durch die konstruktive Ausbildung der Verbindung Grundwelle/Kettenzahntrommel entstanden sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf der Grundwelle befestigte Kettenzahntrommel durch radial verlaufende Schnitte mehrteilig ausgeführt ist und in mehreren oder in allen Einzelteilen auf die Grundwelle aufgeschrumpft ist.

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 Momentenübertragung einer Schrumpfverbindung rechnerisch nur sehr schwer - wenn überhaupt, dann nur an einfachen geometrischen Formen - abgeschätzt werden kann. Gründe da­ für 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.

Erfindungsgemäß wird nun versucht, den Grad der Kom­ pliziertheit für das Schrumpfen dadurch zu verringern, daß die aufzuschrumpfende Kettenzahntrommel durch radiale Schnitte in Teilkörper zerlegt wird, die in mehreren Schrumpfschritten wieder funktionsgerecht aneinander ge­ reiht werden.

Durch die erfindungsgemäße Herstellung der Verbindung zwischen Grundwelle und Kettenzahntrommel bzw. den die Ket­ tenzahntrommel bildenden Teilkörpern - z. B. zwei Hülsen und eine Kettenstern - kann nicht nur die Geometrie in den Zahnfüßen der Kettenzahntrommel wieder Beanspruchung ge­ recht ausgebildet werden, was für sich schon zu einer Erhö­ hung der Standzeit führt, sondern auch die Druckvorspannung im Sitz der Grundwelle bewirkt zusätzlich eine erhöhte Bie­ gebelastbarkeit durch Herabsetzen der Normalspannungsspit­ zen bei der Biegebeanspruchung.

Ebenfalls günstiger ist die Kerbwirkungszahl der Ver­ bindung für Torsion im Vergleich zu einem Sitz mittels Paß­ feder oder Nutenkeil.

Es hat sich herausgestellt, daß bereits eine Dreitei­ lung der Kettenzahntrommel in zwei Hülsen und einen Ketten­ stern einen beherrschbaren Schrumpfvorgang gestattet. Al­ lerdings hängen die präzisen Schrumpfparameter wie Erwär­ mungstemperatur, Haltedauer und Abkühlgeschwindigkeit we­ sentlich von den Abmessungen, insbesondere vom Außendurch­ messer D der Grundwelle und der Wandstärke t der Hülsen bzw. des Kettensternes ab.

Für Verhältnisse t/D von 1/20 bis 1/200 mit Aufwärm­ temperaturen zwischen 100 und 300°C und völliger Durchwär­ mung, kann die Pressung zwischen Grundwelle und den Schrumpfkörpern variiert werden. Dabei wird es jedoch pro­ blematisch mit jedem °C Temperaturanstieg über die 200°C-Marke hinaus, da der Kettenstern vergütet und die Oberflä­ chen der Zahnflanken und Taschen gehärtet sind. Eine zu ho­ he Temperatur beim Aufwärmen in Verbindung mit einer zu langen Haltedauer beim Durchwärmen verursacht Phasenumwand­ lungen im Werkstoff, insbesondere in den thermisch akti­ vierbaren Bereichen - Härtezonen -, die die erforderliche Oberflächenhärte und Einhärtungstiefe zu stark zurückbilden könnte. Auch eine zügige Abkühlung nach der Zusammensetzung könnte den Gefügebereich, der von Phasenumwandlungen be­ troffen wäre reduzieren. Dem stehen jedoch andererseits starke Wärmespannungen, vor allem lokal in den wärmeabflu­ tenden Bereichen, entgegen. Eine zu forcierte Abkühlge­ schwindigkeit mit einem stark inhomogenen Temperaturprofil birgt die Gefahr der Rißbildung, die mit der Wandstärke er­ heblich 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, transien­ ten Eigenspannungen durch lokale Temperaturunterschiede und der daraus resultierenden Relativausdehnung zu beherrschen.

Die Fig. 1/1 zeigt eine erfindungsgemäß gestaltete und gefügte Antriebswelle, bei welcher die mehrteilige Ket­ tenzahntrommel auf die Grundwelle (1) in zwei Schrumpf­ schritten aufgebracht ist.

Die Schrumpffolge besteht dabei zunächst aus dem Auf­ bringen der rechten Schrumpfhülse (2) mit nachfolgender ge­ steuerter Abkühlung und dem dann folgenden Aufbringen des Kettensternes (3) mit unmittelbarer Nachfolge der linken Schrumpfhülse (4) möglichst noch im gleichen Wärmezustand, wonach ebenfalls ein gesteuerter Temperaturrückgang er­ folgt.

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.

Wegen der nicht in allen Fällen auszuschließenden Aus­ wirkungen der Temperaturintervalle auf das Werkstoffgefüge, insbesondere des Kettensternes, speziell dem Vergütungszu­ stand und der Einhärtungstiefe an den Zahnflanken besteht weiterhin erfindungsgemäß die Möglichkeit, den Kraftfluß über Grundwelle, Schrumpfhülsen, Kettenstern und Kettenband so zu beeinflussen und zu leiten, daß keine Aufschrumpfung des Kettensternes auf die Grundwelle mehr erforderlich wird.

Dazu werden die aufzuschrumpfenden Schrumpfhülsen an ihren - dem Kettenstern zugewandten - Stirnseiten mit form­ schlußfähigen Aussparungen versehen. In Ergänzung dazu er­ hält der Kettenstern beidseitige formschlußfähige Auskra­ gungen, die sich mit den Aussparungen der Schrumpfhülsen geometrisch paßgenau zu einer formschlüssigen Verbindung ergänzen, die geeignet ist Drehmomente und damit Antriebs­ momente zu übertragen. Nach Aufschrumpfung der rechts- oder linksseitigen Schrumpfhülse (z. B. 4) wird der Kettenstern (3) aufgezogen und die noch aufzuschrumpfende Schrumpfhülse (z. B. 2) in einem zweiten Schrumpfvorgang aufgebracht. In dieser Art der Gestaltung der Antriebswelle wird der Ket­ tenstern weitestgehend keiner thermischen Belastung ausge­ setzt, die Phasenumwandlungen im Werkstoffgefüge hervorru­ fen könnte. Die einfache Geometrie der Schrumpfhülsen ver­ einfacht die Herstellung der Schrumpfverbindung zu Lasten eines höheren Fertigungsaufwandes durch die Vorbereitung des erforderlichen Formschlusses. Vorteilhafterweise wird der Formschluß auf mehrere Eingriffe beidseitig der Ketten­ sternes verteilt, da durch die Verteilung auf eine größere Pressfläche die Pressung an den Eingriffsflächen reduziert wird. Durch einen paßgenauen Sitz der den Formschluß bil­ denden beidseitigen Auskragungen des Kettensternes wird ei­ ne "Lose" im Sitz vermieden. Möglicherweise im Betrieb er­ forderliche 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 Schrumpfhülse
3 Kettenstern
4 Schrumpfhülse.

Claims (3)

1. Mehrteilige Antriebswelle eines Kettenantriebes für Ket­ tenkratzförderer bestehend aus einer Grundwelle mit ein- oder beidseitiger Innenverzahnung zur Aufnahme außenver­ zahnter Steckwellen für den Getriebeanschluß und eine auf der Grundwelle befestigte Kettenzahntrommel für das Zusam­ menwirken mit dem Förderer-Kettenband, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Grundwelle befestigte Kettenzahntrommel durch radial verlaufende Schnitte mehrteilig ausgeführt ist und in mehreren oder in allen Einzelteilen auf die Grundwelle aufgeschrumpft ist.

2. Kettenzahntrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus zwei Hülsen und einem Kettenstern besteht.

3. Mehrteilige Kettenzahntrommel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hülsen an den zum Kettenstern zugewandten Stirn­ seiten axial mit formschlüssig wirkenden Aussparungen ver­ sehen sind; der Kettenstern an seinen beiden Stirnseiten axial mit formschlüssig wirkenden Auskragungen versehen ist die sich geometrisch mit den Aussparungen der Hülsen zu ei­ nem beidseitigen formschlüssigen Eingriff paßgenau ergänzen und die Hülsen auf die Grundwelle aufgeschrumpft sind.