DE4207449C2 - Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Einschienenhängebahnen des Bergbaus sind Sonderfördermittel, die in den Strecken zur Personen- und/oder Materialförderung eingesetzt werden. In zu­ nehmendem Maße dienen sie auch zum Schwerlasttransport, zum Beispiel von Ausbau­ schilden des Strebausbaus. Die Einschienenbahnschiene setzt sich aus einzelnen Schienen zusammen, die an den Schienenstößen vorzugsweise am Streckenaus­ bau aufgehängt werden. Sind diese Aufhängungen für eigengetriebene Einschie­ nenhängebahnen vorgesehen, so müssen sie außer den Gewichtskräften auch die in die Schiene eingeleiteten Fahrkräfte (Beschleunigungs- und Verzögerungs­ kräfte) vollständig aufnehmen, was auch für die Verschiebungskräfte gilt, die beim Eingreifen der Notbremseinrichtung wirksam werden. Man geht dabei da­ von aus, daß beim Einsatz der genormten Aufhängungen (DIN 20629 Teil 1 und 2) dann, wenn alle Bauteile der Aufhängung bestimmungsgemäß belastet wer­ den, den Anforderungen Rechnung getragen ist.

Die Bauteile der Aufhängung stimmen darin überein, daß ein Schäkel, der mit seinem Bolzen ein an der Schienenverbindung angebrachtes Aufhängeblech durchdringt, die Verbindung mit einer oder zwei, vorzugsweise gespreizten Ket­ ten herstellt, welche an einer Aufhängeklaue angebracht sind, die die Verbin­ dung zu einem Streckenbau herstellt. Während bei einigen Bauarten mit Hilfe eines weiteren Schäkels, der die Verbindung zur Aufhängeklaue herstellt, die Ketten mit diesem Schäkel eingekürzt werden können, um sie stramm zu ziehen, benötigen andere Bauarten in die Kette eingeschaltete Schäkel, um das Kürzen der Ketten zu bewerkstelligen. Der erfindungsgemäße Bergbau-Einschienen­ bahnschäkel ist unabhängig von der Verwendungsart in der jeweiligen Aufhän­ gung geeignet, die vorstehend beschriebenen Anforderungen zu erfüllen.

Schäkel dieser Art sind ihrerseits genormt (DIN 20635). Hierbei ist der Schäkel­ bolzen drehfest gelagert, um beim Aufdrehen der Mutter auf sein Gewindeende das Mitdrehen des Bolzens zu vermeiden und dadurch die Untertage erschwerte Montage zu vereinfachen und zu erleichtern. Die drehfeste Lagerung führt ande­ rerseits zum einseitigen Verschleiß des Bolzens. Daher schreibt die DIN neben der besonderen Form des Bolzens auch ein bestimmtes Material (23 MnNiCrMo 64 nach DIN 17115), eine Gasaufkohlung (mit einer Eindringtiefe von 0,05 bis 0,1 mm und einer Oberflächenhärte von 800 bis 900 HV) Produktklasse B nach DIN ISO 4749 Teil 1 vor. Tatsächlich wird dadurch die Verschleißfestigkeit des Schäkelbolzens entscheidend verbessert.

Der Bügel besteht nach der DIN jedoch aus St 52-3 N nach DIN 17100 und wird lediglich im Gesenk geschmiedet, sowie normal geglüht, wobei der Bohrgrat zu entschärfen ist. Es hat sich herausgestellt, daß die Bügelschenkel an sich den Anforderungen genügen, die der wesentlich in seiner Festigkeit gesteigerte Bol­ zen hieran stellt. Diese Anforderungen richten sich in erster Linie auf die soge­ nannte Zeitfestigkeit. Diese bedeutet, daß der Schäkel nur einer endlichen Zahl von Belastungen durch den Einschienenhängebahnzug (Überrollung der Schie­ nen unter der Aufhängung) standhält und dann durch Bruch versagt.

Es ist jedoch beobachtet worden, daß dies nicht für den Bug des Bügels gilt. Der neue, unbelastete Bügel hat ein spezifisches "Arbeitsvermögen". Mit jeder Bela­ stung der Aufhängung durch den Einschienenhängebahnzug wird dem Bügel im Bereich des Bugs etwas von seinem Arbeitsvermögen genommen, was im Ergeb­ nis bedeutet, daß der Bügel bzw. sein Werkstoff "ermüdet". Ist das "Arbeitsvermögen" aufgebraucht, versagt der Bügel durch Bruch. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß diese Brüche nicht nur an den an sich durch den hochfesten Schäkelbolzen bruchbelasteten Laibungen der Bohrungen in den Bügelschenkeln auftreten, sondern insbesondere in der Rundung des Bugs. Wor­ auf diese Erscheinung beruht, ist im einzelnen nicht geklärt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bergbau-Einschienen­ bahnschäkel der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der den auftretenden Belastungen besser zu widerstehen vermag.

Diese Aufgabe löst die Erfindung zum einen mit den Merkmalen des An­ spruchs 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü­ che 2 bis 14.

Die Erfindung nach Anspruch 1 sieht eine Lösung vor, die das Arbeitsvermögen des Bügels durch die Änderung der Form des Bügels steigert. Diese führt durch die von dem Vollkreis abweichende Querschnittslinie des Bugs zu dem verbesser­ ten Widerstandemoment W_x und damit in der Zugrichtung, wenn man die Schwerpunktachse x des Bugquerschnitts senkrecht zur Bügelebene annimmt. Hierbei wird einerseits die statische Festigkeit des Bügels verbessert, anderer­ seits aber der Verschleiß vermindert, welcher durch die bleibende Beanspru­ chung des Anschlußkettengliedes auf der Innenseite des Bügels auftritt, indem dort mehr Werkstoff konzentriert ist als in den übrigen Bereichen des Bügels, wodurch die Materialermüdung herausgeschoben wird.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung nach Anspruch 2 verbessert die Festigkeit des Bugs, indem der ganze Bügel gehärtet und aufgekohlt wird. Dadurch ergibt sich eine entscheidende Verschleißminderung. Während die bloße Härtung und Auf­ kohlung lediglich den Verschleiß mindert, wird durch die abweichende Formge­ bung des Bugquerschnittes auch die statische Festigkeit erhöht, so daß diese Ausführungsform der Erfindung sich vor allem für Aufhängungen eignet, welche die Belastungen von Schwerlasttransporten aushalten müssen. Natürlich sind derart verbesserte Schäkel nicht nur für den Bergbau, sondern auch für andere Anwendungsfälle geeignet, bei denen es auf eine Steigerung der Festigkeit und/oder eine Verschleißverminderung ankommt.

Das Lösungsprinzip, wonach durch Änderung der Querschnittsform einerseits dem Hauptverschleiß mehr Material entgegengesetzt wird, andererseits aber die Tragfähigkeit bei Erreichen der Streckgrenze des Werkstoffes durch Verbesse­ rung des W_x-Wertes des Profils gesteigert wird, läßt sich mit symmetrischen Profilen erreichen. Bekanntlich errechnet sich das Widerstandemoment aus dem Trägheitsmoment dividiert durch den Abstand der Randfaserschichten vom Schwerpunkt. Solche Profilformen sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 5.

Da man andererseits die Belastungsrichtung des Bugprofils in aller Regel nicht ändern kann, die daher in der Regel von innen nach außen gerichtet ist, lassen sich auch Querschnittsformen unsymmetrischer Profile verwenden, wenn diese Profile so geändert werden, daß sich das größere Widerstandemoment von der Innenseite des Bugs bis zur Schwerpunktachse des Bugprofils ergibt. Solche Profilformen lassen sich mit den Ansprüchen 6 und 7 verwirklichen. Sofern man andererseits ein unsymmetrisches Profil verwirklichen will, jedoch mit dem klei­ neren Widerstandemoment auskommt, kann man auch umgekehrt vorgehen und das geringere Widerstandemoment von der Schwerpunktachse bis zur anderen Randfaser des Bugs verwirklichen, was insbesondere dann der Fall sein wird, wenn man die Verbesserung des Bügelwerkstoffes nach Anspruch 2 gleichzeitig verwirklicht. Solche Profilformen sind Gegenstand der Ansprüche 8 und 9.

Des weiteren hat es sich bei den bekannten Bergbau-Schäkeln gezeigt, daß es bei dauernden statischen und dynamischen Belastungen Probleme im Augenbereich des Schäkels gibt. Durch die hohen Kräfte und Momente, die auf den Schäkel beispielsweise beim Betrieb einer Einschienenhängebahn wirken, kann es auch zu einer Rißbildung im Augenbereich kommen, die dazu führen kann, daß der Augenbereich bricht, was möglicherweise nicht nur zur Beschädigung der Ein­ schienenhängebahn, sondern auch zur Verletzung von Personal führen kann.

Auch hier besteht die Aufgabe, einen bekannten Bergbau-Schäkel derart zu ver­ bessern, daß er den auftretenden Belastungen besser zu widerstehen vermag. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Der erfindungsgemäße Bergbau-Schäkel, dessen Bügel im Bereich seiner Schenkelenden je ein Auge mit je einer Bohrung aufweist, ist er­ findungsgemäß um den Augenbereich jedes Auges herum mit einer Materialver­ stärkung versehen. Diese Materialverstärkung kann vorzugsweise als umlaufen­ de Verstärkungsrippe ausgebildet sein. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ver­ stärkungsrippe wird nicht nur der Augenbereich an sich verstärkt, sondern auch das Widerstandsmoment W_x erheblich verbessert. Durch die genannte Material­ verstärkung bzw. umlaufende Verstärkungsrippe wird somit der Schäkel insge­ samt derart verstärkt, daß der Bügel nunmehr den auftretenden Belastungen besser standzuhalten vermag.

Ein weiterer Vorteil der Verstärkungsrippe, wie auch der Ausbildung der Profile nach den vorgenannten Ansprüchen liegt aber auch darin, daß der Bergmann vor Ort aufgrund der von der "Normalform" abweichenden Form mit geändertem Profil und/oder Verstärkungsrippe erkennen kann, daß es sich bei einem profi­ lierten bzw. mit Verstärkungsrippe versehenen Schäkel um einen erfindungsge­ mäßen Schäkel handelt, welcher auf höhere Belastungen ausgelegt ist.

Statt der Verstärkungsrippe kann selbstverständlich auch eine andere Form ge­ wählt werden. Wichtig ist, daß die gewählte Form eine Erhöhung des Wider­ standsmoments W_x bedingt und sich von der "Normalform" äußerlich unterschei­ det, so daß der erfindungsgemäße Bügel sofort erkennbar und von bekannten Bügeln unterscheidbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schäkel nicht nur umlaufende Verstär­ kungsrippen aufweist, sondern im Bereich des Bugs, wie oben erwähnt, profiliert ist. Zusammen mit der in Anspruch 2 erwähnten Härtung und Aufkohlung wird dann ein Bügel eines Bergbau-Schäkels zur Verfügung gestellt, welcher maximale Sicherheit bei auftretenden Belastungen gibt.

Um schließlich letzte Unsicherheitsstellen bei dem erfindungsgemäßen Bergbau- Schäkel mit Verstärkungsrippen und Profil im Bugbereich zu vermeiden, ist er­ findungsgemäß vorgesehen, daß die Verstärkungsrippen an ihren Enden in ein Profil des Bugs, wie oben erwähnt, übergehen. Somit ist sichergestellt, daß auch der Übergang vom Augenbereich in den Bugbereich gesichert ist.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 unter Weglassung des Bolzens einen Bügel eines Bergbau-Einschienenhän­ gebahnschäkels gemäß der Erfindung in Draufsicht,

Fig. 2 in einer Vielzahl von übereinander angeordneten Querschnitten längs der Linie A-A der Fig. 1 unterschiedliche Ausführungsformen, die sich durch ihre Profilform voneinander unterscheiden,

Fig. 3 eine Draufsicht eines Bügels einer erfindungsgemäßen Bergbau-Schäkels unter Weglaseung eines Bolzens und

Fig. 4 eine Ansicht in Pfeilrichtung IV aus Fig. 3.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht der Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel grundsätzlich aus einem wie eingangs beschrieben in seiner Verschleißfestigkeit gesteigerten Bolzen und einem geschmiedeten Bügel 1. Der Bügel hat parallele Schenkel 2, 3, welche mit fluchtenden Bohrungen 4, 5 für den nicht dargestellten Bolzen versehen sind. Ein Vorsprung 6, welcher mit dem Kopf des Bolzens zu­ sammenwirkt, verhindert die Drehung des Bolzens beim Aufdrehen einer Mutter auf das Bolzengewinde.

Die beiden Bügelschenkel 2, 3 gehen in einen nach einem Teilkreis gekrümmten Bug 7 über. Dieser verläuft über mehr als einen Halbkreis, so daß sich im Krümmungsmittelpunkt 8 eine gegenüber dem Schenkelabstand vergrößerte lichte Weite ergibt. Der Bügel läßt sich mit jedem Schenkel 2, 3 in ein Anschluß­ kettenglied einfuhren, das sich bei Belastung der Kette auf der Innenseite 9 des Bugs 7 abstützt, jedoch innerhalb der Krümmung unterschiedliche Positionen je nach Zugrichtung einnehmen kann. Das Profil des Bugs 7 ist mindestens bis zu den Ansätzen 10, 11 der Schenkel 2, 3 konstant und in seinen verschiedenen Ausführungsformen in Fig. 2 dargestellt. Die Belastungsrichtung dieser Profile verläuft jeweils von unten nach oben.

In die verschiedenen Profilformen sind die Schwereachsen x und y eingetragen, die sich im jeweiligen Schwerpunkt des Profils schneiden. Die Widerstandsmo­ mente ergeben sich dann jeweils aus den inneren Abständen e_i der inneren Rand­ faserschicht vom Profilschwerpunkt nach der Formel

Wx_i = Jx/e_i

Im Ausführungsbeispiel a der Fig. 2 ist die Umrißlinie 12 des Profils 14 elliptisch. Das Profil ist daher symmetrisch. Das bedeutet, daß die beiden Widerstandsmo­ mente des Profils bezüglich der x-Achse gleich sind. Das gilt auch für die Umriß­ linie des Profils 15 bei b, die sich aus bogenförmigen Teillängen 16, 17 bzw. 18, 19 zu­ sammensetzt. Dabei ist in Richtung der y-Achse je ein oberer und ein unterer konvexer Bogen gleichen, jedoch kleineren Halbmessers als der zweier weiterer konvexer Bögen zugeordnet, welche in die Richtung der x-Achse weisen. Auch dieses Profil ist symmetrisch und hat daher gleiche Widerstands­ momente bezüglich der x-Achse.

Ein weiteres, bei c dargestelltes Profil 20 unterscheidet sich von dem Profil 15 nur dadurch, daß die in Richtung der x-Achse zugeordneten Bögen 21, 22 der Bugumrißlinie konkav ausgebildet sind, wodurch die in Richtung der y-Achse zugeordneten inneren und äußeren Profilteillängen 23, 24, welche konvex aus­ gebildet sind, einem flacheren Bogen folgen als die Teillängen 16 und 17 im Profil 15.

Das unter dem Profil 20 bei d dargestellte Profil 25 ist unsymmetrisch. Es weist eine eiförmige Umrißlinie auf, von der der größere Bogen 26 unterhalb der x- Achse angeordnet ist, während der größere Teil des Querschnittes und damit der geringere Bogen 27 oberhalb der x-Achse liegen. Das hat zur Folge, daß das unte­ re Widerstandemoment We_i4 geringer als das obere Widerstandemoment We_a4 ist.

Hiervon unterscheidet sich das Profil 28 bei e durch die umgekehrte Eiform, so daß nunmehr der Bogen mit dem geringeren Krümmungshalbmesser 27 unterhalb der x-Achse liegt und der mit dem größeren Krümmungshalbmesser über dieser Linie angeordnet ist. Das hat zur Folge, daß das Widerstandsmoment We_a5 ge­ ringer als das Widerstandemoment We_i5 ist.

Das Profil 29 bei f weist eine Bugumrißlinie aus zwei konvexen Bögen 30, 31 auf, von denen der Bogen 31 mit dem größeren Krümmungshalbmesser einer Kreislinie folgt und sich oberhalb sowie unterhalb der x-Achse er­ streckt, während der Bogen 30 mit dem kleineren Krümmungsradius die Bu­ gumrißlinie unterhalb der x-Achse schließt.

Die Bugumrißlinie des Profils 32 bei g entspricht der eines Rechtecks mit abgerunde­ ten Ecken 33, 34, 35, 36, wobei die längeren Rechteckseiten, wie aus der Fig. 2 ohne weiteres ersichtlich, parallel zur y-Achse angeordnet sind. Dieses Profil ist sym­ metrisch mit der Folge gleicher Widerstandsmomente We_i und We_a.

Zusätzlich zu den beschriebenen Profilformen kann das Material des Bügels zur Verschleißminderung gehärtet und der Bügel auf seinem Rand aufgefohlt sein. Hierfür kommen insbesondere die eingangs für den nicht dargestellten Bolzen angegebenen Werte in Betracht.

In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bügels 1 eines Bergbau-Schäkels unter Weglassung des Bolzens dargestellt. Der in Fig. 3 dargestellte Bügel 1 unterscheidet sich von dem Bügel aus Fig. 1 inso­ fern, als der in Fig. 3 dargestellte Bügel 1 im Bereich seiner Schenkelenden 40, 41 jeweils eine umlaufende Verstärkungsrippe 45, 46 aufweist, welche um den Augenbereich 44 jedes Auges 42, 43 herum angeordnet ist. Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, umgibt die Verstärkungsrippe 45, 46 den Augenbereich 44 vollständig und geht anschließend an ihren Enden 47, 48 in den Schenkel 2 über.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 gehen die Enden 47, 48 der Verstärkungsrippen 45, 46 in ein Profil 15, 20, 25, 28, 29, 32 des Bugs 7 über, welches gemäß Fig. 2 beschrieben worden ist. Die Zuverfügungstellung ei­ nes Bügels 1 mit Rippen 45, 46 und profiliertem Bug 7 schafft jedoch einen Schä­ kel mit maximaler Sicherheit.

Statt der Verstärkungsrippe 45, 46 kann selbstverständlich auch eine Profilände­ rung der Schenkelenden 40, 41 im Augenbereich 44 vorgesehen werden, welche ein erhöhtes Widerstandemoment W_x bedingt.

Claims (14)

1. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel, dessen Bolzen gehärtet und aufge­ kohlt ist und Schenkel seines Bügels durchdringt, dessen Bug eine oder mehrere Ketten einer Schienenaufhängung aufnimmt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Profil des Bugs (7) bis zu den Ansätzen (10, 11) der Schenkel (2, 3) konstant und in seiner Belastungsrichtung durch eine von unten nach oben vom Vollkreis unter Vergrößerung des Widerstandsmo­ mentes Wx_i der Aufhängung abweichende Queschnittslinie verstärkt ist.

2. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bügel (1) zur Verschleißminderung gehärtet und auf seinem Rand aufgekohlt ist.

3. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrißlinie (12) des Bugquerschnittes (14) elliptisch ist.

4. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bugumrißlinie aus bogenförmigen Teillängen (16-19) zusammengesetzt ist, wobei in der y-Richtung je ein oberer und ein unterer konvexer Boden gleichen, jedoch kleineren Halbmessers als der zweier weiterer konvexer Bögen zugeordnet ist, welche in die x- Richtung weisen.

5. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der x-Richtung zugeordneten bogenförmigen Teillängen der Bugumrißlinie konkav ausgebildet sind.

6. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bugumrißlinie eiförmig ist.

7. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der größere Bogen (26) der eiförmigen Umrißlinie un­ ter der x-Achse angeordnet ist.

8. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der größere Bogen (26) der eiförmigen Umrißlinie über der x-Achse angeordnet ist.

9. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bugumrißlinie aus zwei konvexen Bögen (30, 31) zusammengesetzt ist, von dem der Bogen (31) mit dem größeren Krümmungsradius einer Kreislinie folgt und bis unter die x-Achse reicht, während der Bogen (30) mit dem kleineren Krümmungsradius der Bugum­ rißlinie unter der x-Achse schließt.

10. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bugumrißlinie der eines Rechtecks mit abge­ rundeten Ecken (33, 34, 35, 36) entspricht, wobei die längeren Rechteckseiten parallel zur y-Achse orientiert sind.

11. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um den Augenbereich (44) je­ des Auges (42, 43) herum eine Materialverstärkung ausgebildet ist.

12. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Materialverstärkung als umlaufende Verstär­ kungsrippe (45, 46) ausgebildet ist.

13. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkungsrippen (45, 46) an ihren Enden (47, 48) in ein Profil (15, 20, 25, 28, 29, 32) des Bugs (7) übergeht.

14. Bergbau-Einschienenhängebahnschäkel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Bügels (1) MnNiCr- Mo64 nach DIN 17 115 in der Ausführung gasaufgekohlt ist, vorzugsweise mit einer Aufkohlungstiefe von 0,05 bis 0,1 mm sowie einer Oberflächen­ härte von 800 bis 900 HV, Produktklasse B nach DIN ISO 4759 Teil 1.