DE3246935C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Bolzen zur Verbindung von Kettengliedern für Kettenfahrzeuge mit Scharnierketten oder Verbinderketten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Verbinderkette ist aus der US 41 75 798 bekannt, bei der die Bolzen in den Kettengliedern in Gummihülsen gelagert sind. Die Bolzen benachbarter Kettenglieder sind durch Verbinder verdrehfest miteinander gekoppelt.

Ein hochbeanspruchbarer Bolzen zur gelenkigen Verbindung von Gleiskettengliedern ist aus der US 32 27 586 bekannt. Der rohrförmige Bolzen besteht aus einem speziellen Stahl und weist innere und äußere Härtezonen auf. Nachteilig daran ist, daß derartige Bolzen bei einer Verbindergleiskette zum vorzeitigen Bruch neigen, da eine Aufhärtung durch Reibkorrosion zwischen den Bolzen und mit ihnen fest verschraubten Verbindern nicht zu vermeiden ist.

Aus der DE 28 36 498 ist eine hochbelastbare Förderkette aus nichtmetallischen Werkstoffen bekannt, wobei ein die Kettenglieder verbindender Bolzen aus glasfaserverstärktem Polymer-Kunststoff besteht. Ein derartiger Bolzenwerkstoff ist für Gleisketten ungeeignet. Denn die notwendigen Materialdicken würden das für die Gleiskette zugelassene Bauvolumen überschreiten. Andererseits würde der Bolzenwerkstoff nach wenigen Kilometern ermüden, so daß ein Bruch der Kette die Folge wäre.

Bekanntermaßen hängt bei Gleisketten die Standfestigkeit in der Regel vom Verschleiß der Lagerung der Bolzen ab. Die Bolzen biegen sich unter der Last, die aufgrund des Kettenantriebes und durch Belastungen der Kette im Gelände hervorgerufen wird, unterschiedlich durch. Die während des Fahrbetriebes auftretenden unterschiedlichen Beanspruchungen der Bolzen führen mit der Zeit zu Schädigungen der Gummilagerung bzw. Beschädigung der Bolzen und der aus Metall ausgebildeten Lagerbuchsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bolzen vorzuschlagen, der nicht nur eine mit dem bekannten Bolzen vergleichbare Standzeit aufweist, sondern auch die Standzeit der Lagerung der Bolzen in den Kettengliedern wesentlich verbessert.

Dieser Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Bolzen durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Festigkeit der aus Kohlefaser verstärkten Kunststoffe (CFK) werden gegenüber den bekannten Bolzen aus Stahl weit übertroffen. Die hohe Steifigkeit des Bolzens führt zu einer wesentlich geringeren Durchbiegung des Bolzens bei Belastung. Die auf die aus Gummi oder Metall bestehende Lagerung übertragene Belastung wirkt als Steckenlast und verteilt die Spannungen im Lager gleichmäßiger als bei bekannten Anordnungen, was zur Erhöhung der Standzeit der Lagerung führt. Der bei Bolzen aus Stahl üblicherweise auftretende Aufhärtung durch Reibkorrosion zwischen den Bolzen und mit ihnen fest verschraubten Verbindern ist bei Bolzen aus CFK ausgeschlossen. Ebenso entfällt die Beeinträchtigung der Festigkeit des Bolzens durch Korrosion.

Entsprechend dem Anwendungsfall ist die Faserlage in Achsrichtung des Bolzens. Weitere Faserlagen sind eine gekreuzte Faserlage oder eine Kombination aus achsgleicher und gekreuzter Faserlage.

Der erreichte Elastizitätsmodul für den Bolzen aus faserverstärktem Kunststoff liegt etwa bei 460 000 N/mm² und ist daher etwa um den Faktor 2 größer als bei Stahl.

Die bei Bolzen im Fahrbetrieb auftretenden Temperaturen zeigen keinen relevanten Festigkeitsabfall des verwendeten Kunststoffes. Die Alterung von CFK ist durch Versiegelung der den Witterungseinflüssen ausgesetzten Oberflächen mittels Beschichtung durch z. B. Metall oder Kunststoffe, vermeidbar. Die Beschichtung durch Metall macht den Bolzen mit einer Kunststoffmatrix aus Epoxidharz flammenunempfindlich. Daneben kommt auch eine Matrix aus nicht brennbarem Kunststoff, wie Polyamid, infrage.

Eine einfache Fertigung des Bolzens ist durch die Verwendung von einem Rohr- oder Vollkern möglich.

An den Befestigungs- bzw. Lagerstellen der Bolzen sind entsprechend dem Anwendungsfall Buchsen aus Stahl oder Lagermetall mit dem Bolzen fest verbunden.

Für spezielle Anwendungsfälle ist der Bolzen mit partieller Verminderung des Durchmessers versehen, der Bolzen ist dadurch kostengünstig. Der Querschnitt des Bolzens ist in einfacher Weise durch spanlose oder zerspanende Formgebung kreisförmig, eckig, oval oder polygonal mit abgerundeten Ecken herzustellen. Gegenüber Bolzen aus Stahl wird eine wesentliche Minderung des Gewichtes von ca. Faktor 5 erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfacht dargestellte Verbinderkette,

Fig. 2 eine vereinfacht dargestellte Scharnierkette,

Fig. 3 die Lastverteilung eines Bolzens nach dem Stande der Technik in einem Kettenkörper gemäß einem Schnitt III-III nach Fig. 1,

Fig. 4 die Lastverteilung an einem Bolzen in einem Kettenkörper,

Fig. 5 einen Belastungsfall eines Bolzens in einem Kettenkörper im Fahrbetrieb nach einem Schnitt V-V nach Fig. 1,

Fig. 6 bis 12 Ausführungsvarianten des Bolzens,

Fig. 13 einen einbaufertigen Bolzen.

Nach Fig. 1, 3 bis 5 sind Kettenkörper 1 bis 3 einer Verbinderkette 4 durch in Gummi 5 gelagerte Bolzen 6 aus Stahl und Verbinder 7 miteinander verbunden. Die Kettenkörper 1 bis 3 liegen auf einem Untergrund 10 auf. Auf den Kettenkörpern 1 bis 3 rollt ein Laufrad 11 eines nicht weiter dargestellten Kettenfahrzeuges.

Nach Fig. 2 besteht eine Scharnierkette 12 aus Kettengliedern 13 bis 15 und einem Bolzen 52 nach Fig. 11.

Nach Fig. 3 ist der Bolzen 6 mittels Gummit 5 in dem Kettenkörper 1 gelagert. An dem Bolzen 6 sind die Verbinder 7 in bekannter Weise form- und kraftschlüssig befestigt. Das Gummi 5 ist auf dem Bolzen 6 anvulkanisiert und füllt die Bohrung 16 vollständig aus. An den Verbindern 7 greifen in Pfeilrichtung 21, 22 und am Kettenkörper 1 in Pfeilrichtung 23 Kräfte an. Der Bolzen 6 biegt sich entsprechend der Darstellung durch, wobei das Gummi 5 entsprechend verformt wird. Die Lastverteilung in dem Gummi 5 ist durch das Bezugszeichen 25 dargestellt.

Nach Fig. 4 sind vergleichsweise zu Fig. 3 dieselben Verhältnisse angegeben. Der Bolzen 6 nach Fig. 3 ist gegen einen Bolzen 30 ausgetauscht. Dadurch ergibt sich eine günstigere Lastverteilung in dem Gummi entsprechend der Bezugszahl 31.

Entsprechend günstige Werte für die Lastverteilung ergeben sich in gleicher Weise für die Scharnierkette 12 nach Fig. 2. Eine diesbezügliche zeichnerische Darstellung der Lastverteilung kann daher entfallen.

Nach Fig. 5 ist eine Biegelinie 32 des Bolzens 6 (nach dem Stande der Technik) mit 32 und eine Biegelinie 33 mit dem Bolzen 30 mit 33 bezeichnet. Aufgrund der Biegelinie 33 ergibt sich eine entsprechend günstige Lastverteilung in dem Gummi 5.

Die Lastverteilungen entsprechend den Beanspruchungsarten nach den Fig. 4 und 5 wirken in Ebenen, die in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Die Ebene, in der die Lastverteilung 31 liegt, ist identisch mit der Kettenzugrichtung, während die nicht dargestellte Lastverteilung entsprechend der Biegelinie 33 in einer Ebene liegt, die rechtwinkelig zur Zugrichtung steht. Dadurch wird deutlich, daß die Walkarbeit des Gummis 5 durch Verwendung des Bolzens 30 wesentlich geringer ist, als nach dem Stande der Technik. Daher resultiert die relativ hohe Standfestigkeit des Gummis 5.

Nach Fig. 6 ist in einem Bolzen 35 die Faserlage 36 in Längsrichtung des Bolzens 35.

Nach Fig. 7 ist in einem Bolzen 37 die Faserlage 38 nur in den Außenlagen (Mantelfläche des Bolzens) zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Oberfläche gekreuzt. Im Innern des Bolzens ist die Faserlage 36 in Längsrichtung des Bolzens 37.

Nach Fig. 8 enthält ein Bolzen 40 einen Rohrkern 41, der ebenfalls aus CFK besteht. Im übrigen ist die Faserlage 36 in Längsrichtung des Bolzens 40.

Nach Fig. 9 weist ein Bolzen 44 einen Vollkern 45 aus CFK auf. Die Faserlage der Schale 46 entspricht der Fig. 7.

Der Rohrkern 41 und der Vollkern 45 können auch aus anderen Werkstoffen, wie Metall, bestehen.

Nach Fig. 10 ist ein Bolzen 48 für die Verbindergleiskette 1 mit Buchsen 49 aus Stahl fest verbunden. An diesen Buchsen 49 greifen die zu Fig. 1 gezeigten Verbinder 7 an. Die Buchsen 49 schützen die Bolzenenden 50 vor Beschädigungen bei Montage der Verbinder 7 und erhöhen den Reibschluß zwischen dem montierten Bolzen 51 und Verbinder 7.

Nach Fig. 11 sind die Kettenglieder 14 und 15 der Scharnierkette 12 (Fig. 2) durch einen Bolzen 52 aus CFK mit Sechskantprofil 53 und Gummi-Metallbuchsen 54 in bekannter Weise miteinander gelenkig verbunden.

Nach Fig. 12 ist ein Bolzen 60 aus CFK mit im Durchmesser unterschiedlich großen Abschnitten 61, 62 dargestellt. Die Abschnitte 61 können direkt mit den Verbindern 7 verbunden werden oder mit Buchsen 49 aus Metall versehen werden.

Nach Fig. 13 ist ein Abschnitt des Bolzens 51 nach Fig. 10 mit der Buchse 49 aus Stahl dargestellt. Der Bolzen 51 trägt an der von der Buchse 49 nicht bedeckten Oberfläche eine Schicht 56 aus aufgedampften Metall, wie Aluminium. Der Bolzen 51 ist neben der Buchse 49 aus Stahl und der genannten Schicht 56 mit anvulkanisierten Gummiringen 63 versehen. Der Durchmesser der Gummiringe 63 ist größer als die Bohrung 16 des Gleiskettengliedes 2. Die Montage des Bolzens 51 erfolgt durch ein geeignetes Werkzeug in Pfeilrichtung 65.

Dabei werden die Gummiringe 63 verformt und ergeben eine lückenlose Lagerung des Bolzens 51 im Kettenglied 2.

Die Lagerung aus Gummi ist mit den vorgenannten CFK-Bolzen ohne Beeinträchtigung der Leistungsdaten des CFK-Bolzens möglich.

Der Volumenanteil der Kohlefaser an dem Gesamtvolumen des Bolzens beträgt ca. 60%.

Die CFK-Bolzen können verschiedene Querschnitte aufweisen, wie kreisförmig, elliptisch, oval, Polygon mit Kanten oder mit gerundeten Übergängen.

Claims (7)

1. Bolzen zur Verbindung von Kettengliedern für Kettenfahrzeuge mit Scharnierketten oder Verbinderketten, wobei die verwendeten Bolzen entsprechend ihrer Verwendung in der Scharnierkette oder Verbinderkette mit Gleitbuchsen oder Gummilagern und Verbindern versehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bolzen (30, 35, 37, 40, 44, 48, 52, 60) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit hochbeanspruchbaren Kohlefasern in einer Matrix aus Epoxidharz oder Polyamid bestehen,
die Faserlage (36) im Inneren des Bolzens in Längsrichtung des Bolzens (37) ist, und
die Faserlage (38) an der Mantelfläche des Bolzens (37) gekreuzt ist.

2. Bolzen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Volumenanteil der Kohlefasern im Kunststoff von etwa 60%.

3. Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (40, 44) einen Rohr- oder Vollkern (41, 45) aufweisen.

4. Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (51) fest mit einer oder mehreren Buchsen (49) aus Stahl oder Lagermetall verbunden sind.

5. Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (60) Abschnitte (62) mit verminderten Querschnitten aufweisen.

6. Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Bolzen (51) mit einer metallischen Schicht (56), wie Aluminium, versehen ist.

7. Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (51) mit anvulkanisierten Gummiringen (63) versehen sind.