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Bei bekannten Klemmverbindungen dieser Grundbauart besteht der Nachteil,
daß sich die Schraubenanzugsmonlente nur zum Teil in Schraubenlängskraft umsetzen
lassen, die allein die Klemmkraft der Verbindung und damit den Einschubwiderstand
der Profilsegmente gegenüber dem auf den Ausbaurahmen außen lastenden Gebirgsdruck
bestimmt. Da die Erhöhung der Schraubenanzugsmomente sowohl bei Handkraft als auch
bei Schlagschraubern auf etwa 50 Kpm begrenzt ist, sind auch den innerhalb der Klemmverbindung
wirksamen und für die Reibung zwischen den Profilsegmenten bzw. für den Einschubwiderstand
maßgeblichen Spannkräften entsprechende Grenzen gesetzt. Demgemäß lassen sich auch
Ausbau-
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rahmen aus Profilsegmenten schwerer Profilgewichtsklassen nur begrenzt
für eine ihrer Gewichtsklasse entsprechende Vergrößerung der Tragfähigkeit der Ausbaurahmen
nutzen, da sie infolge der begrenzten Klemmkraft innerhalb der Verbindung unter
dem von außen einwirkenden Gebirgsdruck häufig bereits nachgeben, lange bevor ihre
der jeweiligen Profilgewichtsklasse eigentlich entsprechende Tragfähigkeit ausgeschöpft
ist.
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Ein wesentlicher Grund für die bei der Übersetzung der Schraubenanzugsmomente
in Schraubenlängskraft auftretenden hohen Verluste ist der hohe Reibwiderstand der
Spannmuttern an den ihnen anliegenden Flanschen, insbesondere der unteren Schellenhälfte,
beim Anziehen der Verbindung. Abgesehen von durch die Muttern an den Flanschen hervorgerufenen
Fressungen bei sich innerhalb der Verbindung schräg stellenden Spannschrauben sind
für den hohen Reibungswiderstand vor allem die Oberflächenrauhigkeit, der verhältnismäßig
große Reibradius und die breite Reibfläche zwischen der gewöhnlich ebenen Auflagefläche
der Mutter und dem Schellenflansch ursächlich. Es hat sich erwiesen, daß auf diese
Weise ein wesentlicher Teil der nach oben begrenzten Schraubenanzugsmomente für
die Ausnutzung als Schraubenlängskraft innerhalb der Verbindung verlorengeht, so
daß die Klemmkraft innerhalb der Verbindung auch bei Anwendung von Drehmomentschlüsseln
in der Regel nicht dem rechnerischen Auslegungszustand entspricht, sondern diesen
unter Umständen beträchtlich unterschreitet. Eine weitere nachteilige Folge liegt
darin, daß die Klemmkraft auf diese Weise innerhalb der verschiedenen Verbindungen
sowohl bei verschiedenen als auch bei ein und demselben Ausbaurahmen um ein unkontrollierbar
hohes Maß schwanken kann.
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Da Ausbaurahmen der hier in Rede stehenden Gattung ungeachtet der
jeweiligen Profilgewichtsklasse ihrer Segmente nur in dem Maße zu tragen vermögen,
das dem Einschubwiderstand ihrer schwächsten Verbindung entspricht, fallen die vorbeschriebenen
Nachteile der bekannten Klemmverbindungen um so mehr ins Gewicht, je schwerer die
für den jeweiligen Einsatzfall ausgewählten Profilgewichtsklassen sein müssen. Mit
den zunehmend höheren Anforderungen, insbesondere beim Streckenausbau im untertägigen
Grubenbetrieb, steigt aber gerade der Bedarf an Ausbausegmenten der schwereren Profilklassen.
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Um die Reibung zwischen den Schellenflanschen und den Schraubmuttern
zu vermindern und auf diese Weise einen höheren Anteil der Schraubenanzugsmomente
in Schraubenlängskraft umsetzen zu können, ist bei der gattungsgemäßen Klemmverbindung
entsprechend einem älteren, aber nicht vorbekannten Vorschlag (deutsche Patentanmeldung
P 26 02 209) bereits vorgesehen, die Druckringe in Gestalt der bekannten Unterlegscheiben
so auszubilden, daß sie aus einem Basiswerkstoff aus Kunststoff, Textil oder Metall
bzw.
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einem Verbundwerkstoff bestehen, wobei dieser Basiswerkstoff mit einer
schmier- bzw. gleitfähigen Substanz zumindest angereichert, gegebenenfalls gesättigt
ist.
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Beim Anziehen der Muttern wird der Basiswerkstoff mehr oder weniger
verquetscht, so daß die schmier-bzw. gleitfähige Substanz austritt und in den Bereich
zwischen der Verbindungsmutter und der Unterlasche gelangt und auf diese Weise den
Reibungswiderstand herabsetzt.
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Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, das Übersetzungsverhältnis
von Schraubenanzugsmo-
ment zu Schraubenlängskraft durch Verminderung der Reibungsverluste
zwischen den Schellenflanschen und den Spannmuttern bei deren Anziehen durch zwischen
ihnen eingeschaltete Druckringe zu verbessern. Dies soll jedoch, abweichend von
dem älteren Vorschlag, auf fertigungstechnisch einfachere Weise lediglich durch
eine im Sinne der gestellten Aufgabe geeignetere Umgestaltung der Querschnittsform
der unterlegscheibenartigen Druckringe geschehen, die den Druckringen zwar einerseits
den Charakter und die Vorteile der bekannten Unterlegscheiben beläßt, durch ihre
Formgebung andererseits aber gleichwohl sicherstellt, daß der für das Übersetzungsverhältnis
zwischen Anzugsdrehmoment und Schraubenlängskraft maßgebliche Reibungsverlust an
der Kontaktfläche mit der Spannmutter wesentlich gemindert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung dadurch,
daß die Druckringe an den Schellenflaschen mit ihrer ihrer größten radialen Breite
entsprechenden, im wesentlichen ebenen Stirnfläche anliegen, während sie sich auf
der gegenüberliegenden Stirnseite gegen die ebene Auflagefläche der Mutter mit einer
zu ihrem Innenraåius hin eingezogenen wesentlichen schmaleren Ringfläche abstützen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der im übrigen
in üblicher Weise massiven Druckringe wird unter Beibehaltung aller Vorzüge bekannter
Unterlegscheiben mit breiter Auflagefläche auf seiten der Schellenflansche der wesentliche
Vorzug erreicht, daß die der Mutter zugekehrte und für die Höhe des Reibungsverlustes
maßgebliche Druckfläche nicht nur schlechthin sehr schmal bemessen ist, sondern
zugleich den technisch kleinstmöglichen Reibradius aufweisen kann. Er sollte nicht
größer oder doch nicht nennenswert größer als der Schraubenlochdurchmesser in den
Schellenflanschen sein.
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Es hat sich gezeigt, daß beide sich in ihrer Wirkung einander überlagernde
Maßnahmen, d. h. sowohl die absolute Verschmälerung der Druckfläche als auch die
wesentliche Verkürzung deren Reibradius, den Reibwiderstand beim Anziehen der Spannmuttern
so erheblich herabsetzen, daß der weit überwiegende Anteil der Schraubenanzugsmomente
unmittelbar in Schraubenlängskraft umgesetzt werden kann, und es folglich in den
meisten Fällen entbehrlich ist, mit zusätzlichen Schmiermitteln zu arbeiten.
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Da die Druckringe gemäß der Erfindung trotz ihrer besonderen Querschnittsgestaltung
einfach und billig hergestellt werden können und infolge ihrer Serienfertigung sämtlich
gleich ausfallen, ist es mit ihrer Hilfe auch leichter, nicht nur die Klemmverbindungen
jedes einzelnen Ausbaurahmens, sondern alle Klemmverbindungen sämtlicher Ausbaurahmen
einer Strecke, z. B.
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mittels Schlagschraubern oder Drehmomentschlüsseln, auf weitgehend
gleich hohe und dabei im Ergebnis höhere Klemmspannung anzuziehen als dies bisher
möglich schien.
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Bei Klemmverbindungen der hier in Rede stehenden Grundgattung ist
es zwar bereits seit langem bekannt, außer den üblichen ebenen, massiven Unterlegscheiben
(DT-PS 9 57 115) auch von diesen abweichend gestaltete, gleichfalls auf die Spannschrauben
aufgesetzte Druckringe zu verwenden. Diese verfolgen aber einen von der vorliegenden
Erfindung und auch von dem gattungsgemäß älteren Vorschlag gänzlich verschiedenen
Zweck; sie weisen auch weder willkürlich noch bewußt diejenigen Wirkungen auf, um
deren Ausnutzung es im Rahmen der vorliegenden Erfindung
entscheidend
geht.
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So ist es z B. bekannt (DT-GM 16 69 961), zwischen dem Schellenflansch
und der Spannmutter Tellerfedern oder Tellerfederpakete einzuschalten, um auf diese
Weise sicherzustellen, daß der Spannungszustand innerhalb der Verbindung auch dann
noch erhalten bleibt, wenn die ineinanderliegenden Profilsegmente erst nach einer
gewissen Einschubbewegung unter Schließung der Spalte zwischen ihren Abstützungsflächen
ihre endgültige Verspannungslage zueinander eingenommen haben. Dabei ist jedoch
beabsichtigt, die Tellerfedern beim Anziehen der Muttern unter entsprechender Vorspannung
so zu verformen, daß sie im verspannten Zustand ihre vollkommen ebene Lage einnehmen.
Während sie in diesem Zustand wie übliche Unterlegscheiben wirken und folglich aus
diesem Grunde nicht den gleichen Effekt wie die vorliegend beanspruchten Druckringe
aufweisen können, erfordern sie beim Anziehen der Muttern einen zusätzlichen Kraftaufwand
für ihre Verformung, der bei der Umsetzung des Anzugsdrehmoments in Schraubenlängskraft
naturgemäß in Form entsprechender Verluste verlorengeht. Demgegenüber erfüllten
die Druckringe gemäß der Erfindung gerade dann ihre bestimmungsgemäße Funktion,
wenn die Spannmuttern zwecks Erzielung des endgültigen Verspannungszustandes schon
unter verhältnismäßig hohem Drehmoment festgezogen werden müssen.
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Weiterhin ist es bekannt (FR-PS 10 81 646), auf die Bügelschrauben
zwischen den Schellenflanschen und der Spannmutter Druckringe aufzusetzen, deren
Aufgabe es ist, sich beim Anziehen der Verbindung über einen möglichst langen Verformungsweg
unter im wesentlichen gleichbleibendem Verformungswiderstand zu verformen. Dadurch
sollen die Verbindung und der Verspannungszustand innerhalb der Verbindung weitgehend
unabhängig davon gemacht werden, wie weit die Spannmuttern im Einzelfalle angezogen
sind. Auch die danach bekannten Druckringe sind daher weder von ihrer Zweckbestimmung
noch von ihrer Gestaltung her mit den Druckringen gemäß der vorliegenden Erfindung
vergleichbar. Während sie einerseits nichts dazu beizutragen vermögen, den Reibungsverlust
zwischen ihnen und den Spannmuttern zu vermindern, erhöhen auch sie andererseits
den Kraftaufwand beim Anziehen der Mutter, der insoweit als Verlust in das Übersetzungsverhältnis
zwischen Anzugsdrehomement und Schraubenlängskraft eingeht.
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Es hat sich aufgrund von Versuchen als vorteilhaft erwiesen, die
sich an der ebenen Auflagefläche der Mutter abstützende schmalere Ringfläche des
Druckringes, in radialer Richtung gemessen, höchstens halb so breit wie die radiale
Breite der gegenüberliegenden Ringfläche des Druckringes zu bemessen. Ihre radiale
Breite ist bevorzugt schmaler als ein Drittel der gegenüberliegenden Ringfläche.
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Um den technisch kleinstmöglichen Reibradius zu erzielen, ist es
gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, wenn der Druckring
einen kleineren Innendurchmesser als das von der Spannschraube durchsetzte Loch
im Schellenflansch aufweist und die sich gegen die ebene Auflagefläche der Mutter
abstützende schmalere Ringfläche des Druckringes einen Außendurchmesser besitzt,
der mindestens angenähert dem Durchmesser des Flanschloches entspricht.
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Die axiale Höhe des Druckringes ist zweckmäßig gleich der oder nur
wenig kleiner als die radiale Breite
der am Schellenflansch anliegenden Ringfläche
des Druckringes bemessen.
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Die Querschnittsform des Druckringes kann im übrigen in weiten Grenzen
beliebig gewählt werden und richtet sich zweckmäßig nach fertigungstechnischen Belangen.
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Eine besondere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß der
Druckring eine zur radial eingezogenen schmaleren Ringfläche hin kugelförmig gewölbte
Außenkontur aufweist.
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Der Druckring kann jedoch über etwa die Hälfte seiner axialen Höhe
auch eine zylindrische Außenkontur aufweisen, wobei sich an diese zur schmaleren
Ringfläche hin eine gewölbte oder ebene Kegelfläche anschließt.
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In diesem Falle ist die Innenbohrung des Druckringes zweckmäßig über
die wesentliche Länge ihrer Höhe zylindrisch ausgebildet, wobei sich jedoch an diese
zur schmaleren Ringfläche des Druckringes hin ebenfalls eine leicht nach außen geneigte
oder gewölbte Schrägfläche anschließen kann.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß der Druckring
eine durchgehend zylindrische Innenbohrung aufweist, während die Außenkontur zur
schmaleren Ringfläche hin kegelförmig abgeschrägt ist.
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Schließlich ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform denkbar,
den Druckring außenseitig in etwa halber Höhe zur Bildung der eingezogenen schmaleren
Ringfläche stufenförmig abzusetzen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt F i g. 1 den Überlappungsbereich zweier gleichsinnig ineinanderliegender,
mit Flanschen versehener Rinnenprofile kongruenten Querschnitts mit an jedem Profilende
vorgesehener Klemmverbindung, F i g. 2 die linke Hälfte eines Querschnitts durch
die Klemmschelle nach der Linie 11-lIder Fig. 1, F i g. 3 einen Ausschnitt aus F
i g. 2 in vergrößertem Maßstab, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform des Druckringes,
F i g. 5 eine nochmals abweichende Ausführungsform des Druckringes und F i g. 6
eine vierte Ausführungsform des Druckringes.
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F i g. 1 zeigt den Ausschnitt des Überlappungs- bzw.
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Verbindungsbereichs von zwei mit den Endabschnitten gleichsinnig ineinanderliegenden
und gegen den Reibungswiderstand nachgiebig aneinander längsgeführten Profilsegmenten
1 und 2 eines mehrteiligen, bogenförmigen Ausbaurahmens 3 für Grubenstrecken. Die
Profilsegmente 1 und 2 haben untereinander gleichen Querschnitt und sind in bekannter
Weise so ausgebildet, daß sie sich im Überlappungsbereich ohne wesentliche Klemmung
gleichsinnig ineinanderlegen lassen, wobei sie sich mittels der Flansche aufeinander
abstützen.
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Die Beiden im Überlappungsbereich gleichsinnig ineinanderliegenden
Profilsegmente 1 und 2 werden bei Belastungen des Ausbaurahmens 3 durch den von
außen auf ihn einwirkenden Gebirgsdruck in Richtung der beiden Pfeile x und y relativ
zueinander eingeschoben, so daß der Ausbaurahmen »nachgeben« kann, bevor er unter
zu hohen Beanspruchungen durch Biegung bleibend plastisch verformt wird. Im Zuge
des Nachgebens führen sich die Profilsegmente 1 und 2 mittels der Flansche aneinander
längs, so daß der Einschubwiderstand gegen das Nachgeben durch die gegenseitige
Reibung der Profile im Bereich der Profilflansche bestimmt wird.
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Um die Reibung und damit den Einschubwiderstand innerhalb der Grenzen
des Verformungswiderstandes der Profilsegmente so hoch wie möglich zu machen, sind
die schellenartigen Klemmverbindungen 4 und 5 vorgesehen, deren Klemmkraft die Größe
des Einschubwiderstandes bestimmt.
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Die beiden Spannschellen 4 und 5 sind im Abstand zueinander so angeordnet,
daß die Spannschelle 4 das innenliegende Profil 1 stirnseitig umgreift, während
die Spannschelle 5 am stirnseitigen Endbereich des außenliegenden Profils 2 vorgesehen
ist. Beim Nachgeben der Verbindung, d. h. beim relativen Einschieben der beiden
Profilsegmente 1 und 2 zueinander, werden die Spannschellen 4 und 5 von dem jeweiligen
Ende der Profile 1 und 2 mitgenommen, so daß sich deren Abstand zueinander vergrößert.
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Beide Spannschellen 4 und 5 bestehen aus je einer beide Profile 1
und 2 übergreifenden oberen Schellenhälfte 4a bzw. 5a und einer das Außenprofil
2 an der Unterseite umgreifenden unteren Schellenhälfte 4b bzw.
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5b. Die Schellenhälften weisen je einen seitlich nach außen wegkragenden
Flansch 4c und 4d bzw. 5c und 5d auf. Die sich mit Bezug auf die Teilungsebene beiderseits
paarweise im Abstand etwa parallel gegenüberliegenden Flansche 4c und 4d bzw. 5c
und 5d der beiden Schellenhälften sind mittels Spannschrauben 6 miteinander verspannt,
deren Längskraft die Klemmkraft innerhalb der Verbindung und damit den Einschubwiderstand
der Profilsegmente bestimmt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spannschrauben
6 als Hakenschrauben ausgebildet, deren oberes Hakenende 6a durch eine Ausnehmung
7 der oberen Schellenhälfte hindurch deren Flansch 4c bzw. 5c hintergreift.
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Die Spannschraube 6 durchsetzt ein Loch 8 in den Flanschen der unteren
Schellenhälfte, das einen gegenüber dem Außendurchmesser der Spannschraube 6 größeren
Innendurchmesser aufweist. Auf das dem Haken 6a gegenüberliegende Gewindeende 6b
der Spannschrauben 6 ist je eine Mutter 9 aufgeschraubt, die im Bereich ihres Bundes
9a eine ebene Auflagefläche aufweist.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist zwischen der ebenen Auflagefläche
9c der Mutter 9 und der unteren, ebenfalls ebenen Fläche des Flansches 4d der unteren
Schellenhälfte ein Druckring 10 eingeschaltet.
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Dieser Druckring 10 hat einen im Prinzip dreieckigen Querschnitt,
derart, daß seine sich gegen die ebene
Auflagefläche 9c der Mutter 9 abstützende
Ringfläche, in radialer Richtung gemessen, nur etwa ein Drittel so breit ist wie
die gegenüberliegende ebene Ringfläche, die an der ebenen Fläche des Flansches 4d
anliegt.
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Außerdem ist der Innendurchmesser des Druckringes 10 um so viel kleiner
als der Innendurchmesser des Schraubloches 8 im Flansch 4d bemessen, daß der Außendurchmesser
der sich auf der Mutter 9 abstützenden kleineren Ringfläche 10a etwa dem Schraubenlochdurchmesser
im Flansch 4dentspricht. Die Außenkontur des Druckringes ist kugelförmig gestaltet,
so daß sie sich zur radial eingezogenen schmaleren Ringfläche 10a hin kugelförmig
wölbt.
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Die axiale Höhe des Druckringes 10 ist nur wenig kleiner als die
radiale Breite der am Schellenflansch 4d anliegenden Ringfläche 10b des Druckringes
bemessen.
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Auf diese Weise ist die beim Anziehen der Schraubmutter 9 an dieser
wirksame Reibfläche sehr schmal, wobei der Reibradius nicht größer als der Schraubenlochdurchmesser
ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 weist der Druckring 11 über etwa
die Hälfte seiner axialen Höhe eine zylindrische Außenkontur auf, an die sich zur
schmaleren Ringfläche 11a hin eine Kegelfläche 1 lc anschließt. Die gegenüberliegende
Ringfläche 11b ist, in radialer Richtung gemessen, mehrfach breiter als die schmalere
Ringfläche 11a, die nahezu die Form einer Ringschneide aufweist. Die Innenbohrung
des Druckringes 11 ist über den wesentlichen Teil ihrer Länge zylindrisch ausgebildet,
wobei sich an diese zur schmaleren Ringfläche 11a hin eine geringfügig nach außen
geneigte oder gewölbte Schrägfläche anschließt.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 weist der Druckring 12, ebenso
wie im Falle der Ausführungsform gemäß F i g. 3, eine durchgehend zylindrische Innenbohrung
auf, während die Außenkontur zur schmaleren Ringfläche 12a hin kegelförmig abgeschrägt
ist. Die dieser gegenüberliegende Ringfläche 12b ist, in radialer Richtung gemessen,
etwa dreimal so breit wie die schmalere Ringfläche 12a.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 weist der Druckring 13 ebenfalls
eine durchgehend zylindrische Innenbohrung auf, wobei er außenseitig in etwa halber
Höhe zur Bildung der eingezogenen schmaleren Ringfläche 13a bei 13c stufenförmig
abgesetzt ist. Die der schmaleren Ringfläche 13a gegenüberliegende Ringfläche 13b
ist mehr als zweimal so breit bemessen.