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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden
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der Plansche von Antrieb und Getriebe, insbesondere von Motor und
Getriebe eines Kohlenhobels im untertägigen Bergbau, bestehend. aus zwei ineinander
drehbaren Ringflanschen, die über Sperrkörper jeweils bis zu einem vorgegebenen
Drehmoment starr miteinander verbunden sind, wobei die Sperrkörper in Bohrungen
eingeführt werden, die über den Umfang beider Ringflansche verteilt angeordnet sind.
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Derartige Vorrichtungen werden im untertägigen Bergbau, insbesondere
zur Verbindung von Antrieb und Getriebe von Kohlenhobeln, und zwar zur Sicherung
gegen eine Uberlastung des Antriebes eingesetzt. Kohlenhobel sind Gewinnungsgeräte,
die aus einem mit mehreren übereinander angeordneten Meißeln bestückten Hobellrörper,
dem Hobelantrieb, der an einem Ende des Strebes angeordnet ist und der Hobelkette
bestehen, mit deren Hilfe der Hobelkörper Jeweils zwischen den beiden Strebenden
hin-und hergezogen wird. Dadurch, daß mit Hilfe von Hydraulikzylindern das Pördermittel,
der sogenannte Panzer, an dem der Hobel geführt wird, gegen den Kohlenstoß gedrückt
wird, schalt der Hobelkörper Jeweils- eine vorgegebene Kohlenschicht aus dem Stoß.
Dabei kann es aus verschiedenen Gründen zu einer extremen Belastung des Hobelkörpers
bzw. Hobelkette kommen,
insbesondere dann, wenn der Hobelkörper
plötzlich in eine Bergeschicht oder ins Hangende oder Liegende gerät, so daß es
zu Beschädigungen des Antriebes oder der Hobelkette kommt.
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Bekannt sind sogenannte Scherkupplungen zur Sicherung des Antriebes
gegen Vberlastung, bei denen die Verbindung der Kupplungsflansche durch Scherbolzen
erfolgt, die bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes abgeschert werden.
Diese Scherbolzen sind zylindrische Körper, die materialmäßig so eingestellt werden,
daß sie bei vorgegebenem Drehmoment, z.B. bei 40 t brechen bzw. abgeschert werden.
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Diese Scherbolzen sitzen sehr stramm in den Bohrungen im äußeren bzw.
inneren Ringflansch, weil sie kein Spiel haben dürfen. Sie müssen daher sehr genau
bearbeitet werden und haben einen entsprechend hohen Gegenwert. Ist ein derartiger
Scherbolzen durch eine Überlastung abgeschert worden, so muß er von Hand ausgewechselt
werden. Das geschieht, indem mit einem Spezialwerkzeug unter den Kragen des Sperrbolzens
gefaßt und dieser dann entsprechend angehoben wird. Pür das Einsetzen bzw. Auswechseln
von Scherbolsen werden zweischen eine und mehr als zehn Minuten benötigt. Es kommt
daher nicht selten zu einem Gesamtstillstand von mehr als einer Stunde und damit
zu einem entsprechenden Pörderausfall. Hinzu kommt, daß durch herausfliegende abgescherte
Scherbolzen oder aber beim Auswechseln der
Scherbolzen leicht Verletzungen
auftreten können.
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Im Laufe des Einsatzes einer Hobelkette treten Materialermüdungenauf,
die zu einem früheren Bruch der Hobelkette führen können. In derartigen Fällen werden
früher abscherende Scherbolzen eingesetzt.
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Der uebergang ist jedoch meist fließend, so daß derartige Schäden
erst erkannt werden, wenn es trotz der Scherbolzenkupplung häufig zu Kettenbrüchen
und Beschädigungen des Antriebes gekommen ist.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine wiederverwendbare
und den jeweiligen Bedigungen entsprechend einstellbare Verbindung zwischen den
Ringflanschen von Antrieb und Getriebe, insbesondere von Kohlenhobeln zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrung im
äußeren Ringflansch über dem Sperrkörper durch einen Hochdruckzylinder verschlossen
und daß die Bohrung im inneren Ringflansch halbschalenförmig ausgebildet ist. Mit
Hilfe des Hochdruckzylinders kann der Sperrkörper in die halbschalenförmig ausgebildete
Bohrung im inneren Ringflansch gedrückt werden, eo daß zumindest für eine vorgegebene
Zeit eine starre Verbindung zwischen den beiden Ringflanschen besteht. Der Sperrkörper
ist so angeordnet, daß er zwischen der Stellung starre Verbindung" und der Stellung
"keine Verbindung" wechseln kann. Der
Zylinder drückt bei der Stellung
n starre VerbindungH den Sperrkörper gegen die als Wider lager ausgebildete Bohrung
im inneren Ringflansch bzw. läßt den Sperrkörper bei der Stellung "keine Verbindung"
in den äußeren Ringflansch zurückgleiten.
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Die Uberlastsicherung kann den jeweiligen Verhältnissen entsprechend
eingestellt werden, indem dem Hochdruckzylinder ein Uberdruckventil zugeordnet ist.
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Das Uberdruckventil ist z.B. so eingestellt, daß es bei 40 t Zugbelastung
der Hobelkette seinen Uberdruck abbaut und für den Sperrkörper den RUckzug in den
äußeren Ringflansch freigibt. Hierdurch wird die starre Verbindung zwischen Antrieb
und Getriebe aufgehoben, so daß der gleiche Effekt wie beim Scherbolzen, der abgeschert
worden ist, eintritt. Mit Hilfe einer normalen Stempelsetzpistole, die unter Tage,
insbesondere beim hydraulischen Einzelstempelausbau überall vorhanden ist, kann
nun über ein Einsatzventil der Hochdruckzylinder wieder aufgefüllt werden, so daß
der Sperrkörper wieder in eine der als Widerlager ausgebildeten Bohrungen im inneren
Ringflansch zurückgedrückt und damit die starre Verbindung wieder hergestellt ist.
Treten Materialermüdungen auf, kann das Uberdruckventil am Hochdruckzylinder entsprechend
schwäc-her eingestellt werden, so daß Kettenrisse verhindert werden.
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Der über den tolbendes Hochdruckzylinders beeinflußbare Sperrkörper
muß die Kräfte zwischen äußerem und innerem Ringflansch übertragen und gleichzeitig
bei Erreichen des vorbestimmten Drehmomentes in die Bohrung im äußeren Ringflansch
sicher zurückweichen können. Diese Porderung wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt,
daß der Sperrkörper eine gleichmäßig gekrümmte Oberfläche aufweist, auf der Jeder
Punkt gleich weit vom Mittelpunkt des Sperrkörpers entfernt ist. Kugeln, insbesondere
Stahlkugeln eignen sich für den vorgegebenen Zweck besonders gut, weil sie bei einer
entsprechenden Ausbildung der Bohrungen im inneren und im äußeren Ringflansch ein
sicheres Zurückweichen des Sperrkörpers bei Erreichen des vorgegebenen Drehmoment
es sicherstellen.
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Die notwendige Kraftübertragung vom inneren auf den äußeren Ringflansch
wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die Oberfläche des Sperrkörpers Konturen
aufweist. Diese Konturen können gleichmäßig oder auch ungleichmäßig sein und dienen
dazu, ein ungewollt es Drehen des kugelförmigen Sperrkörpers zu verhindern.
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Das notwendige Zurückweichen des Sperrkörpers bei Erreichen des vorgegebenen
Drehmoment es wird weiter dadurch sichergestellt, daß zwischen den Bohrungen im
inneren Ringflansch Stege angeordnet sind, die eine abgestufte Spitze aufweisen.
Die Spitzen berühren Jeweils den Innenkranz des äußeren Ringflansches und sichern
so einen gleichmäßigen Lauf
der beiden Bingflansche ineinander
bsw. miteinander.
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Gleichzeitig wird durch die Abstufung ein zusätzlicher Effekt beim
Zurückweichen des Sperrkörpers in die Bohrung im äußeren Ringflansch erreicht.
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Die Übertragung der Kräfte zwischen innerem und äußeren Ringflansch
ist insbesondere dadurch gegeben, daß die Tiefe der Bohrungen im inneren Ringflansch
größer als der Radius des Sperrkörpers und beim äußeren Ringflansch größer als der
doppelte Radius ist. Während der starren Verbindung, d.h.
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wahrend der kugelförmige Sperrkörper in der als Widerlager dienenden
Bohrung im inneren Ringflansch liegt, liegt der Mittelpunkt um einen Betrag x unter
halb der Innenkante des äußeren Ringflansches. Bei Überschreiten des Drehmoment
es ist ein vollständiges Zurtckweichen des Sperrkörpers dadurch sichergestellt,
daß die Bohrung im äußeren Ringflansch größer als der doppelte Radius, d.h. größer
als der Durchmesser des Sperrkörpers ist.
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Nach einet weiteren Ausbildung weist der Hochdracksylinder einen Kolben
auf, dessen Austahrwegmindestens dem Radius des Sperrkörpers entspricht. Damit ist
sichergestellt, daß die auftretenden Kräfte den kugelflSrmig ausgebildeten Sperrkörper
jeweils optimal belasten, d.h. unter Ausnutzung des gesamten Durchmessers der Kugel.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung zu den Figuren
weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung, Fig. 2 Einzelheit.
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Der äußere Ringflansch 1 und der innere Ringflansch 6 sind ineinander
drehbar gelagert, so daß, wenn beide miteinander durch einen Sperrkörper oder eine
sonstige Vorrichtung verbunden sind, die vom Motor, z.B. dem inneren Ringflansch
6 mitgegebene Drehung auf den äußeren Ringflansch 1 übertragen werden kann. Der
innere Ringflansch 6 ist mit gleichmäßig über seinen Umfang verteilten radialen
Bohrungen 7 versehen, die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem
Kreis angeordnet sind. Dadurch ergeben sich zwischen den Bohrungen 7 Stege 13. Die
Bohrungen 7 sind halbschalenförmig, d.h. die Form der Kalotten entspricht im wesentlichen
der Form des betreffenden Abschnittes des Sperrkörpers 3. Die Krümmung der Kalotte
setzt sich in konvexe Krümmungen der Stege 13 fort, die deshalb eine Spitze 14 aufweisen.
Dadurch wird einerseits eine im wesentlichen punktmäßige Berührung des inneren Ringflansches
6 mit dem äußeren Ringflansch 1 geschaffen; andererseits wird damit erreicht, daß
bei einem vorgesehenen Drehmoment ein Hereindrücken des Sperrkörpers 3 in die Bohrung
2 des äußeren Ringflansches 1 erfolgt. Zweckmäßig ist die Bohrung 7 im inneren Ringflansch
6 mindestens so tief wie die Halbkugel des Sperrkörpers 6.
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Der Sperrkörper 3 wird durch den Kolben 15 des Hochdruckzylinders
4, der in der erweiterten Bohrung 2 im äußeren Ringflansch 1 angeordnet ist, in
der Stellung starre Verbindung" in die als Widerlager ausgebildete halbschalenförmige
Bohrung 7 im inneren Ringflanschgedrückt. Die Zylinderspitze 18 ist so ausgebildet,
daß sie dem bisher verwendeten Scherbolzenkopf entspricht, der mit Hilfe einer Art
Gabel aus dem äußeren Ringflansch nach dem Bruch entfernt werden konnte. Ein entsprechendes
Gerät faßt auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen Zylinderspitze und
äußerem Kranz des äußeren Ringflansches und ermöglicht so ein Heraushebeln des Zylinders,
insbesondere dann, wenn der Zylinder oder die darin befindlichen Aggregate beschädigt
sind. Der Hals 19 des Zylinders muß dabei so kräftig ausgebildet sein, daß er beim
Herausnehmen des Zylinders entsprechende Kräfte aufnehmen kann.
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Fig. 1 zeigt die beiden möglichen Arbeitsstellungen des Hochdruckzylinders
4 bzw. des Kolbens 15 und des Sperrkörpers 3. Im oberen Teil ist der Hochdruckzylinder
4 im äußeren Ringflansch 1 mit eingezogenem Kolben 15 dargestellt, so daß der innere
Ringflansch sich im äußeren Ringflansch bewegen bzw.
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drehen kann, ohne Kräfte auf den äußeren Ringflansch 1 zu übertragen.
Auf der linken Seite ist ein Hochdruckzylinder in Arbeitsstellung dargestellt, bei
dem der Kolben 15 den Sperrkörper 3 in die als Widerlager
ausgebildete
halbschalenförmige Bohrung 7 des inneren Ringflansches 6 drückt, so daß der äußere
Ringflansch 1 gezwungen ist, sich entsprechend dem inneren Ringflansch 6 zu bewegen
bzw. mit zudrehen.
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In der Regel sind über den Umfang des äußeren Ringflansches 1 vier
derartige Hochdruckzylinder 4 mit Sperrkörpern 3 verteilt. Davon muß mindestens
ein Hochdruckzylinder 4 mit Sperrkörper 3 im Eingriff sein, während die übrigen
drei Hochdruckzylinder in der Stellung zeine Verbindung" bleiben können.
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Die Anordnung von mehreren derartigen Hochdruckzylindern 4 und Sperrkörpern
3 ist deshalb zweckmäßig, weil bei einem Ansprechen des im Hochdruckzylinder 4 vorgesehenen
Überdruckventils 8 und damit einem Zurtekschnellen des Sperrkörpers 3 in die Bohrung
2 der äußere Ringflansch 1 nicht immer in einer solchen Stellung verbleibt, daß
er optimal für die Bedienung zu erreichen ist. Es ist auch denkbar, mehr als vier
Hochdruckzylinder und Sperrkörper über den Umfang des äußeren Ringflansches 1 zu
verteilen. Dagegen ist es sweckmäßig, Bohrungen 7 und Stege 13 Jeweils gleichmäßig
über den inneren Ringflansch 6 zu verteilen, so daß nach einem Ansprechen eines
Überdruckventile 8 möglichst leicht ein Widerlager für den Sperrkörper gefunden
werden kann, wenn dieser beim Nachstellen des Hochdruckzylinders 4 mit Hydraulik
n üssigkeit z.B.
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über den Bolzen 15 in Richtung auf den inneren Ringflansch 6 gedrückt
wird. Das Eindrücken des Sperrkörpers
3 in die als Widerlager dienende
Bohrung 7 wird durch die besondere Ausbildung des Steges 13 mit seiner abgestuften
Spitze 14 wesentlich erleichtert, da nachdem die Verbindung zwischen äußerem und
innerem Ringflansch abgebrochen ist, der Antrieb abgestellt wird und damit der innere
Ringflansch geringfügig in die eine oder andere Richtung verschoben werden kann.
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Pig. 2 seigt einen Ausschnitt und darin insbesondere einen erfindungsgemäßen
Hochdruckzylinder 4 mit Überdruckventil 8, Kolben 15, Sperrkörper 3 und Bohrung
7 sowie Bohrung 2. Dargestellt ist die Arbeitsstellung "starre Verbindung*, d.h.
der Sperrkörper 3 wird durch den Kolben 15 in die als Widerlager ausgebildete Bohrung
7 im inneren Ringflansch 6 gedrückt, und zwar so weit, daß der Mittelpunkt 5 des
Sperrkörpers mindestens in der Höhe des Innenkreises 20 des äußeren Ringflansches
1 liegt. Damit ist sichergestellt, daß die vom inneren Ringflansch 6 über den Sperrkörper
3 auf den äußeren Ringflansch 1 zu übertragenden Kräfte den Sperrkörper 3 in der
optimalen Stellung beanspruchen. Dies ist insbesondere so lange gegeben, wie der
Abstand swischen Mittelpunkt 5 des Sperrkörpers 3 und Innenkreis 20 des äußeren
Ringflansches 1 das Maß 17 nicht überschreitet. Die Ecke 21 von Bohrung 2 und Innenkreis
20 sollte möglichst nicht allzusehr abgerundet sein, um einer Drehbewegung des Sperrkörpers
3 entgegenzuwirken.
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Dies wird weiter dadurch verhindert, daß die Oberfläche des Sperrkörpers
3 hier nicht dargestellte Konturen gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Pon aurweist.
Diese
Konturen dürfen nicht so stark ausgebildet sein, daß sie
ein Hineingleiten des Sperrkörpers 3 in die Bohrung 2 behindern.
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In dem Hochdruckzylinder 4 ist ein Überdruckventil 8 angeordnet. Das
Ventilgehäuse 30 ist in den oberen Teil des Zylinders 23 eingebaut und schließt
den Druckraum 22 ab, der über dem Kolbenkopf 16 angeordnet ist, welcher zu dem Kolben
15 gehört. Der Kolben 15 ist an dem dem Kolbenkopf 16 abgewandten und in der Bohrung
2 beweglichen Ende 24 entsprechend der Oberfläche des Sperrkörpers 3 ausgenommen
und umfaßt so den Sperrkörper teilweise.
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Eine Scheibe 25 ist in die Ausnehmung des Gehäuses des Ventiles 8
eingesetzt,und weist an ihrem Rand eine Dichtung 31 auf. Die Scheibe steht bei geschlossenem
Ventil 8 vor enderRadialbohrung 33, die ein Entweichen der FlUssigkeit bzw. des
Druckmediums aus dem Druckraum 22 ermöglicht.
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An der Innenwand der Ausnehmung für den Ventileinsatz 8 ist ein Spalt
28 vorgesehen, der über oeffnungen 27 mit der Umgebung in Verbindung steht.
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Die Ventilfeder 11 stützt sich auf einem Verschlußstück 9 ab, in den
ein Sitz für die Kugel 34 eines mit einer Feder belasteten Füllventiles 29 ausgebildet
ist. Uber das Füllventil kann der Zylinderraum 22 über das Rohr 35 mit einem hydraulischen
Arbeitsmedium gefüllt werden, dessen Druck auf 40 t Zug-belastung der Hobelkette
umgerechnet ist, wobei das Ventil 8 auf diesen Druck eingestellt ist.
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Statt einer HydraulikfQllung kommt auch eine Druckgasfüllung in Betracht.
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Der Druckraum 22 wird zweckmäßig aus dem unter Tage für den hydraulischen
Ausbau bereits bestehenden Drucknetz über das Einlaßventil 29 z.s. mit einer Stempelsetzpistole
gefüllt, bis der Kolben 15 den Sperrkörper 3- in die Bohrung 7 des inneren Ringflansches
gedruckt hat und die gewünschte starre Verbindung zwischen innerem und äußeren Ringflansch
besteht.
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Uberschreitet nun während des Betriebes der Druck im Druckraum 22
infolge einer über den Sperrkörper 3 und den Kolben 15 übertragenden Belastung der
Hobelkette bzw. des Antriebes die Spannung der Feder 11 in der Kammer 10, so wird
die Scheibe 25 gegen die Federspannung angehoben und der in dem Druckraum 22 aufgebaute
Druck kann sich über den Spalt 28 abbauen. Damit kann der Kolben 15 und der Sperrkörper
3 zurückweichen,so daß die starre Verbindung aufgehoben ist. Dieser Vorgang kann
noch dadurch beschleunigt werden, daß die entweichendeDruckflüssigkeit über Kanäle
unter den Kolbenkopf 16 geleitet wird (nicht dargestellt), um diesen damit zusätzlich
nach oben zu drücken. Ist dann durch dasAusströmen der Flüssigkeit der Druck in
dem Druckraum 22 zurückgegangen, so drückt die Feder 11 die Scheibe 25 in die Ausgangsstellung
zurück und durch Nachfüllen des Druckraumes 22 kann der Sperrkörper 3 wieder in
Arbeitsstellung "starre Verbindung" gebracht werden.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere darin
zu sehen, daß ein Verlust der Sperrkörper praktisch ausgeschlossen wird, ohne daß
die
Funktionsweise der Verbindung damit gestört wird.
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Vielmehr kann mit Hilfe einer Xnderung der Federspannung in der Kammer
10 jederzeit eine Anpassung der Vorrichtung an die durch den Zustand der Hobbkette
gegebenen Umstände herbeigeführt werden. Der Vorgang des Wiedereinrastens der Uberlaatsicherung
wird erheblich verkürzt und eine Gefährdung der Belegschaft durchabgescherte Scherbolzen
oder ähnliche Teile ist nicht mehr gegeben.
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L e e r s e i t e