Optimization of a quick-release fastener for cutting discs in industrial mining applications

Die Verfügbarkeit einer Untertage-Bergbaumaschine bildet die Grundlage für den wirtschaftlichen Betrieb des gesamten Bergbaues. Stillstände, für Wartungs- und Reparaturarbeiten müssen auf ein Minimum reduziert werden, um die täglichen Produktions-, bzw. Streckenvortriebsziele erreichen zu können. Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Optimierung eines Schnellspannsystems für Hartgesteins-Schneiddisken, das entwickelt wurde, um die Stillstandszeiten während des Schneidringwechsels auf dem Prototyp einer neuen Hartgesteins-Vortriebsmaschine zu reduzieren. Das Spannsystem basiert auf einer reibschlüssigen Kegelpressverbindung zwischen Welle, Spannring und Schneidring. Anhand von verschiedenen Finite Elemente Modellen (axialsymmetrisch, 30°-, 180°-Segment) werden Parameterstudien durchgeführt, in denen die Haupteinflussparameter Kegelwinkel, Reibung und anfängliches Spiel zwischen Welle und Spannring variiert werden. Für diese Modelle müssen neben den einzelnen Komponenten auch deren Kontaktinteraktionen und die Implementierung von Schraubverbindungen in der FE-Analyse berücksichtig werden. Aus diesem Grund werden verschiedene Kontaktformulierungen, Schraubenmodelle und Vereinfachungen untersucht, um ihre Eignung für die Parameterstudien zu ermitteln. Der nachfolgende Optimierungsprozess gliedert sich in die drei Hauptanwendungsgebiete, bzw. Parameterstudien Montage (Verspannen), Demontage (Abziehen des Spannrings) und die Auswirkung von externen Lasten (Schneidkräfte) auf das Spannsystem. Das Ziel ist es, den Einfluss der verschiedenen Parameterkonfigurationen zu ermitteln und jene Konfiguration zu finden, welche die auftretenden Schneidkräfte über den Kegelpresssitz ohne Relativbewegung zwischen den einzelnen Komponenten übertragen kann und gleichzeitig die Spannungen im Spannring in einem akzeptablen Bereich hält.