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Diese
Erfindung betrifft Verbesserungen bezüglich Ketten, wie sie (beispielsweise)
zum Tragen von Lasten oder zum Betreiben von Maschinen verwendet
werden. Die Glieder einer derartigen Kette werden üblicherweise
durch Schweißen
oder, selten, durch eine Kombination aus Schweißen und Schmieden hergestellt. Üblicherweise
werden alle Glieder einer Kette geschweißt, gelegentlich werden alternierend
geschmiedete Glieder miteinander durch geschweißte Glieder verbunden.
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Üblicherweise
sind die Glieder im Wesentlichen im Querschnitt kreisförmig, der
Kontakt zwischen miteinander verbundenen Gelenken ist unter Last
theoretisch ein Punktkontakt, in der Praxis erstreckt er sich über einen
kleinen, im Wesentlichen kreisförmigen
Bereich.
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Die
Kräfte,
die zwischen benachbarten Kettengliedern übertragen werden, erzeugen
daher wenigstens in einem frühen
Stadium während
der Lebenszeit der Kette durch die kleinen Kontaktbereiche hohe
Belastungen auf den Kettengliedern.
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Da
der Kontaktbereich klein ist, nutzen sie sich die Kettenglieder
in dem Kontaktbereich schnell ab, die Rate der Reduktion des Durchmessers
der Kette nimmt ab, wenn der Kontaktbereich zwischen den Kettengliedern
zunimmt.
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Eine
solche Abnutzung der Kettenglieder hat den Nachteil, dass während der
Reduktion des Durchmessers der Kettenglieder in der radialen Richtung
(„radiale
Abrasion") klein
ist, verglichen mit dem Durchmesser der Kettenglieder selbst über eine
große
Länge der
Kette, was ein Nachspannen der Kette nach einer kurzen Zeitdauer
der anfänglichen
Benutzung erfordern kann.
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Die
DE-A-3929148 lehrt eine Kette, bei der wenigstens einige der Kettenglieder
im Querschnitt nicht kreisförmig
sind, der teilweise nicht kreisförmige
Querschnitt ist jedoch dazu ausgebildet, die äußeren Dimensionen der Kette
zu reduzieren, ohne die Kettenstärke
in unzulässiger
Weise zu schwächen.
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Nach
einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird eine Kette nach Anspruch
1 gebildet.
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Auf
diese Weise wird der Kontakt zwischen benachbarten Gliedern von
Anfang an über
einen relativ großen
Bereich erfolgen, was die Rate der radialen Abrasion der Kette verglichen
mit einer neuen Kette mit kreisförmigem
Querschnitt reduziert.
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Vorzugsweise
hat die Kette in Übereinstimmung
mit der Erfindung anfänglich
eine Querschnittsfläche, die
derjenigen einer üblichen
Kette ähnlich
ist. Wenn, beispielsweise, eine Kette mit einem Durchmesser von 16
mm in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt wird, beträgt die Querschnittsfläche der
Kette etwa 201 mm2, wie das der Fall wäre bei einer üblichen
Kette mit einem Durchmesser von 16 mm.
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Ein
Stangenmaterial mit kreisförmigem
Querschnitt für
die übliche
Kette kann zu einen Querschnitt deformiert werden, der einen erheblich
höheren
Querschnittflächenkontakt
zwischen zwei benachbarten Gliedern der Kette schafft, insbesondere
in den Scheitelbereichen. Auf diese Weise werden die Vorteile eines
anfänglich höheren Flächenkontakts
ohne jede Reduzierung der Festigkeit der Kette erreicht.
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Die
Kette hat die reduzierten Dehnungseigenschaften einer benutzten
Kette, während
sie die Festigkeitseigenschaften einer unbenutzten Kette hat.
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Alternativ
kann der Querschnitt kleiner sein als dies sonst erforderlich wäre, indem
anfänglich
sichergestellt wird, dass die Kette einen Querschnitt hat derart,
dass eine gewünschte
sichere Arbeitsbelastung erreicht wird, wenn die Reduktion in der
Festigkeit der Kette, die anfänglich
hergestellt wird, unter Berücksichtigung
der Abrasion in Betracht gezogen wird.
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Das
Flächenprofil
der Kette kann eine Wiedergabe des Flächenprofils eines üblichen
Gelenks nach einer Zeitdauer sein, beispielsweise einer langen Verwendungszeit,
sein, in Folge dessen eine erhebliche Abnutzung stattgefunden hat.
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Ein
solches Profil kann auf den Innenseiten der Scheitelflächen lediglich
der Kettenglieder vorgesehen sein und kann, falls erforderlich,
lediglich an alternierenden Kettengliedern vorhanden sein.
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Wenn
gewünscht,
können
die geschmiedeten Glieder mit einer Innenseite der Scheitelfläche hergestellt
sein, die in einem gegenüberliegenden
(Flächen-)Eingriff
mit den eingreifenden (d. h. geschweißten) Gelenken sitzt. Diese
geschmiedeten Glieder können
zunächst
in üblicher
Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Schmieden in einen
im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt und können
sodann an den Scheitelbereichen zur Herstellung des gewünschten
Flächenprofils
gestaucht werden.
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Vorzugsweise
ist das gewünschte
Flächenprofil
jedoch an den geschmiedeten Gelenken vorgesehen und üblicherweise über die
ganze Länge
der Gelenke, einschließlich
der äußeren Flächen der
Gelenke, d. h. an den Schenkeln. Auf diese Weise kann die Abnutzung über andere
Bereiche der Kette während
der Verwendung, beispielsweise durch einen Abnutzungskontakt mit
einem Förderkastens
oder mit einer Grundfläche, ebenfalls
reduziert werden.
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Auf
diese Weise kann ein Material mit konstantem Querschnitt, dass das
gewünschte
Profil aufweist, geschnitten, zur Erzeugung von Gliedern in Übereinstimmung
mit der Erfindung geformt und geschweißt werden.
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Üblicherweise
ist das Ausgangsmaterial mit dem gewünschten Flächenprofil auf wenigstens zwei,
vorzugsweise vier gegenüberliegenden
Flächen
versehen, was das Bilden eines Gliedes in Übereinstimmung mit dieser Erfindung
unabhängig
von der axialen Ausrichtung eines Abschnitts des Materials ermöglicht.
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Nach
der Erfindung wird eine Kette geschaffen, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass wenigstens einige der Glieder auf der Kontaktfläche mit
einem Profil ausgebildet ist, das einen Krümmungsradius hat, der größer ist
als der des Gliedes als Ganzes.
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Durch
den Ausdruck „Krümmungsradius
des Gliedes als Ganzes" meinen
wir, dass der Krümmungsradius
des Querschnitts eines kreisförmigen
Gelenkes eine vergleichbare Querschnittsfläche zu dem betrachtenden Gelenk
hat.
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Die
Kontaktfläche
ist die Fläche,
die bei der Verwendung die Kontaktfläche eines benachbarten Gliedes
ergreift und durch die bei der Verwendung der Kette Kräfte übertragen
werden.
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Für eine Kette
mit Gelenken von einem Durchmesser von 20X (wobei X eine Stecke
ist), kann der Krümmungsradius
des Profils 12X oder mehr sein, d. h. ein um 20% größerer Krümmungsradius
als dies normalerweise der Fall sein wird und ist üblicherweise
15X oder mehr, d. h. ein um 50% größerer Krümmungsradius als dies normalerweise
der Fall sein würde.
Für eine
Kette mit Gliedern von 15 mm Durchmesser kann die Kontaktfläche ein
Profil haben mit einem Krümmungsradius
von wenigstens 10 mm und vorzugsweise ein Radius von 12 mm oder
mehr.
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Ähnlich kann
die Kontaktfläche
bei einer Kette mit Gliedern von 28 mm Durchmesser ein Profil haben mit
einem Krümmungsradius
von 18 mm oder mehr, vorzugsweise 22 mm oder mehr.
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Das
Profil, das an den Kontaktflächen
vorgesehen ist, kann an den Scheitelflächen der Glieder vorhanden
sein, nur an den Scheitelflächen
der Glieder oder kann über
die gesamte Fläche
der Glieder vorgesehen sein.
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Wenn
das Kettenglied ein geschweißtes
Glied ist, kann das Profil auf den Innen- und auf den Außenflächen vorgesehen
sein, vorzugsweise auf zwei Paaren von einander gegenüber liegenden
Flächen.
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Nach
dieser Erfindung wird weiter eine Kette geschaffen, bei der wenigstens
einige der Glieder einen Querschnitt haben, der im Wesentlichen
in Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken ist.
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Ein
Quadrat mit abgerundeten Ecken (Ballenform) ist eine geometrische
Form, die vier konvex gebogene Seiten hat, die sich in den Eckbereichen
der Form treffen, wobei der Krümmungsradius
der Seite größer ist
als ein Kreis mit einer vergleichbaren Querschnittsfläche.
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Nach
der Erfindung ist weiter ein Kettenglied geschaffen für eine Kette
von der Art wie sie oben angegeben ist.
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Nach
der Erfindung wird weiter ein Ausgangsmaterial zur Verwendung bei
der Herstellung eines Kettengliedes der o. a. Art geschaffen.
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Nach
einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Kette
nach Anspruch 13 vorgeschlagen.
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Das
Verfahren kann weiter den Schritt des Modellierens von mindestens
zwei Kettengliedern einer herkömmlichen
Kette mittels Computer, Überlagern
der beiden Kettenglieder in einander in einem Ausmaß, das ein
Ausmaß der
Abnutzung simuliert, Berechnen des Querschnitts des so hergestellten
Profils und Herstellen von Kettengliedern, die diesen Querschnitt
besitzen, die in ihren Scheitelbereichen zumindest ein Profil aufweisen.
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Es
folgt jetzt eine eingehende Beschreibung, die unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnungen zu lesen ist, einer Kette nach einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, die zum Zwecke der Darstellung der Erfindung lediglich
beispielhaft ausgewählt
ist, wobei die Kette ein Kettenglied aufweist, das auch für die Erfindung
in bestimmten seiner Aspekte illustrativ ist.
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In
den Zeichnungen sind:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht, die die Form des Kontaktbereiches
zwischen zwei Gliedern einer Kette mit dem üblichen kreisförmigen Querschnitt
zeigt;
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2 eine
Seitenansicht, die einen Teil einer Kette in Übereinstimmung mit der Erfindung
zeigt;
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3 eine
Querschnittsansicht, der in 2 gezeigten
Kettengliedes zeigt, entlang der Linie 3-3 von 2;
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4 eine
schematische Ansicht des Zusammenwirkens zwischen zwei Gliedern
mit in üblicherweise ausgebildeten
kreisförmigen
Querschnitt nach 2 mm Abnutzung;
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5 eine
entsprechende Ansicht der Schnittstelle zwischen zwei Kettengliedern
nach der Erfindung nach 2 mm Abnutzung;
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6 eine 1 entsprechende
Ansicht, die den Bereich des Kontakts zwischen Gliedern der Kette zeigt,
die das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung wiedergibt;
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7 eine
schematische Ansicht der Verwendung in Verbindung mit den nachfolgenden
Tabellen;
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8 eine
Darstellung, die die verringerte Abnutzungsrate, die bei Verwendung
der Erfindung erreicht wird, wiedergibt.
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Die
Kette nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist eine Mehrzahl von Kettengliedern auf, von denen
zwei, 2a und 2b, in 2 gezeigt
sind, die eine Kette mit geschweißten Gliedern ist. Die Glieder
sind aus einem Ausgangsmaterial mit einem Querschnitt wie er in 3 dargestellt
ist, der hier als „Kreis
mit abgerundeten Ecken" bezeichnet
werden soll. Insbesondere ist die Kette nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
eine 16 mm Kette, der Querschnitt weist vier konvex gebogene Seiten 10a, 10b, 10c und 10d auf,
von denen jede einen Krümmungsradius
hat, der wenigstens 10% größer ist
als derjenige der Kettengröße (d. h.
wenigstens 10% größer als
8 mm) und vorzugsweise wenigstens 15 mm größer als die Kettengröße. In dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
haben die konvex gebogenen Flächen 10a–10d einen
Krümmungsradius
von 13 mm, verglichen mit dem Krümmungsradius
des Kreises einer vergleichbaren Querschnittsfläche (d.h. 8 mm).
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Die
Flächen 10a bis 10d können sich
in einem Punkt treffen, üblicherweise
sind die Verbindungspunkte gerundet, wie in 3 gezeigt.
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Die
in 2 gezeigte Kette hat ein Profil über einen
operativen Teil seiner Fläche,
der dem Teil des Flächenprofils
einer üblichen
Kette mit kreisförmigem
Querschnitt nach einer Zeitdauer der Abnutzung äquivalent ist. Dieses Flächenprofil
kann wie folgt hergestellt werden.
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Ein
3-D Modellierungsprogramm, beispielsweise Pro-Engineer®, wird
verwendet, um Modelle von Standardgliedern zu schaffen, die, beispielsweise,
in üblicher
Weise einen kreisförmigen
Querschnitt haben, obwohl jedes geeignete Profil verwendet werden
könnte.
Die Größe und der
Form der simulierten Gelenke wären
die Werte, die typischerweise für
diese Anwendung verwendet werden, und der Radius der Gelenke wird entsprechend
gewählt.
Bei diesem Beispiel werden übliche
kreisförmige
Glieder mit einem Krümmungsradius von
8 mm verwendet.
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Diese
Gelenke werden sodann „ineinander
montiert", in der
Computersimulation, um eine Zweigliederkette zu bilden, mit einem
Kontaktpunkt zwischen den Gliedern. Um die Abnutzung der Glieder
zu simulieren, sind die beiden Glieder übereinander gefügt um die
Schritte 0,1 mm, 0,5 mm, 1,0 mm, 1,5 mm und 2 mm. Der Betrag der
Kontaktfläche
zwischen den beiden Gelenken kann durch das Computerprogramm bei
jeder Stufe berechnet werden. Natürlich ist der Flächenkontaktbereich
in den entsprechenden Gelenken um so größer, umso tiefer die Bewegung
in das entsprechende Gelenk ist, wenn die Kette sich abnutzt.
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Zunächst nutzt
sich die Kette schnell von einem theoretischen Kontaktpunkt ab,
bis ein Sitz zwischen den Gliedern geschaffen ist, und es ist diese
schnelle anfängliche
Abnutzung, die das Problem der Längung der
Kette verursacht. Nachdem das Profil der Kontaktbereiche zwischen
den Gliedern berechnet worden ist, ist es möglich, einen Interferenzschritt
auszuwählen
und den Querschnitt an diesem Punkt zu betrachten. Dies entspricht
dem Querschnitt der Kette nach einer Zeitdauer der Abnutzung. Der
genaue Betrag der Abnutzung, dem das Flächenprofil entspricht, hängt von
dem Wert des gewählten
Interferenzschrittes ab und es ist relativ leicht, die Änderungen
des Flächenkontaktbereiches
bei unterschiedlichen Interferenzschritten auszudrucken und daraus
zu erkennen, wie tief eine Interferenz erforderlich ist, um die
schnelle anfängliche
Abnutzung zwischen den Kettengliedern zu kompensieren.
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Der
Querschnitt für
dieses Ausführungsbeispiel
war das Ergebnis einer Modellierung bei einer 2,0 mm Interferenztiefe
zwischen zwei üblichen
kreisförmigen
Kettengliedern. Das Profil der Kontaktfläche der Glieder bei dieser
Interferenztiefe ähnelt
in dem Bereich der abgenutzt ist, einer Seite des Querschnitts in
Quadratform mit abgerundeten Ecken, der in Fig. gezeigt ist, der
einen Krümmungsradius
hat, der erheblich größer ist
als derjenige eines Kreises mit einer vergleichbaren Querschnittsfläche. Das
Herstellen eines Kettengliedes mit einem Querschnitt mit abgerundeten
Ecken ist ein einfacher Weg der Nutzung der Ergebnisse der Simulation zur
Bildung einer Kette mit einem „vorabgenutzten" Profil.
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Zwei
Ketten mit einem quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken
kann auch auf dem Computer in einer ähnlichen Weise, die derjenigen
von der in 5 gezeigt ist, modelliert werden.
Die Kontaktfläche
zwischen den beiden Gelenken ist erheblich größer als diejenige zwischen üblichen
Gliedern mit kreisförmigen
Querschnitt, wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist.
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Um
Glieder mit diesem vorteilhaften Querschnitt herzustellen, wird
eine geeignete Länge
eines Ausgangsmaterials in eine geeignete, quadratische Form mit
abgerundeten Ecken durch Walzen gewalzt, die in einen geeigneten
Querschnitt ausgebildet sind. Die Form der Walzen wird durch die
Ergebnisse der Computersimulation bestimmt. Das Ausgangsmaterial
wird dann auf Länge
geschnitten, in eine Biegemaschine fallen gelassen, wo die Stücke zwischen
zwei Klauen ergriffen werden und in einen Gliederformer gewalzt.
Während dieses
Vorgangs kann ein Glied als Teil einer Kette gebildet werden. Wenn
alle vier Flächen
mit einem geeigneten Profil auf den Flächen 10a bis 10d versehen
sind, wird eine innere Kontaktfläche
geschaffen, die durch die Kontaktfläche des benachbarten Gliedes
ergriffen wird, wie in 2 gezeigt, unabhängig davon,
welche der vier axialen Ausrichtungen des Gliedes den Punkt der
Bildung annimmt.
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Andere
Wege des Bildens sind möglich,
im Allgemeinen aber weniger vorteilhaft. Das Ausgangsmaterial kann
extrudiert werden, was jedoch teuer ist, oder in Gesenken geschmiedet
werden, die geeignet von CNC-Maschine profiliert sind, dies erfordert
jedoch das Schmieden und Schweißen
alternierender Glieder, was bei der Herstellung unbequem ist.
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1 zeigt
die Kontaktfläche
A1 zwischen benachbarten Gliedern
6a,
6b einer
Kette mit Gliedern mit einem üblichen
kreisförmigen
Querschnitt, nach einer kurzen Zeitdauer der Abnutzung, während
6 die Kontaktfläche A2 zwischen
den beiden Gliedern
2a,
2b einer Kette in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt, nach einer kurzen Zeitdauer
der Abnutzung, wie es sich aus der nachfolgenden Tabelle ergibt, in
der X die Erosionsstrecke ist, angegeben in
5. Tabelle
1: Oberflächenkontaktbereich
(16 mm)
Tabelle
2: Erosionsvolumen (16 mm)
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Es
ergibt sich aus den oben genannten Figuren, dass eine erhebliche
Abnutzung in der Kette in Übereinstimmung
mit der Erfindung (dem "profilierten
Kettenglied") erforderlich
ist, verglichen mit dem üblichen, runden
Kettenglied, um die Rate der effektiven Längung einer Kette aufgrund
von Abnutzung zu reduzieren und um die Abnahme der sicheren Arbeitsbelastung
der Kette aufgrund der radialen Abrasion zu reduzieren. Die Reduktion
der Rate der Abnutzung durch die Verwendung der Erfindung ist in 8 gezeigt.
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Soweit
das Strecken der Kette betroffen ist, hat es sich gezeigt, dass über den
größten Teil
des Bereiches ein 16 mm Glied in Übereinstimmung mit dieser Erfindung
weniger Streckung als eine übliche
20 mm übliches
rundes Kettenglied erzeugt, über
den größten Teil
seiner Lebensdauer, wie dies in der nachfolgenden Tabelle angegeben
ist: Tabelle
3: Erosionsvolumen (16 mm)
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Die übliche Kette
zeigt, wie aus 8 erkennbar ist, ein erhebliches
Maß an
Abnutzung über
den ersten Zyklus des Testens aus den Gründen, die oben beschrieben
worden sind. Dagegen ist die Abnutzungsrate der Kette nach der Erfindung
ganz erheblich geringer und erreicht den Punkt, der von der üblichen
Kette erreicht wird, bei 4,75% Abnutzung, was etwa dem Profil einer
Kette entspricht, auf den inneren Seiten der Scheitelflächen der
Glieder, bei einer Erosionstiefe von 2 mm.
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Obwohl
90% des Vorteils der Reduktion der Abnutzung durch Verwendung des
quadratischen Profils mit abgerundeten Ecken nur auf der Innenseite
der Kontaktfläche
des Gelenkgliedes erreicht werden kann, bestehen Vorteile bei der
Verwendung eines Metalls mit einem Profil auf allen vier Seiten.
Zusätzlich
kann durch das Vorsehen dieses Pofils über die gesamte Kette, einschließlich der
Außenflächen der
Schenkel der Glieder, die Rate der Reduktion der Querschnittsfläche dieser
Ketten in den Schenkeln verursacht sein durch die Kettenabnutzung
gegen Außenflächen, die
dadurch auch vermindert wird. Ein Beispiel einer solchen Abnutzung ist
eine Kette, die bei einem Bergbaufördergerät verwendet werden oder bei
einem Ziehen über
einen Förderkasten
oder wo die Kette über
eine harte Bodenfläche
gezogen wird.
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Wenn
Y ein irregulärer
Erosionsstrecke ist (siehe
7) kann
die folgende Reduktion der Abnutzung erreicht werden: Tabelle
4: Erosionsvolumen (16 mm)
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Die
Erfindung wurde oben in Bezug auf eine Kette erläutert, die geschmiedete Glieder
aufweist, gebildet aus einem Ausgangsmaterial mit einem konstanten
Querschnitt, gezeigt in 3, wobei die Kette eine Größe von 16
mm hat. Es versteht sich jedoch, dass die Prinzipien der Erfindung
vorteilhaft sind sowohl für geschweißte und
geschmiedete Glieder und insbesondere in Bezug auf geschmiedete
Glieder, das Profil kann auf der inneren Kontaktfläche des
Kettengliedes vorgesehen sein und allein an den Innenflächen der
Scheitelpunkte der Kettenglieder.
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In
der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „aufweist" „beinhaltet
oder einschließt" und „aufweisend" bedeutet „beinhaltend
oder bestehend aus".
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Die
Merkmale, die in der vorangehenden Beschreibung oder in den nachfolgenden
Ansprüchen
oder in den beiliegenden Zeichnungen offenbart sind, die in ihren
besonderen Ausführungsformen
oder in Begriffen, die die offenbarte Funktion beschreiben, ausgedrückt sind,
oder ein Verfahren oder ein Vorgang zum Gewinnen des offenbarten
Ergebnisses, können,
wenn geeignet, gesondert oder in jeder Kombination der Merkmale zur
Reduzierung der Erfindung in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungen
verwendet werden.