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Nachgiebiger Grubenausbau mit federnden Ausbauteilen Es sind nachgiebige
Grubenausbauten bekannt, die zur Vermeidung einer Überschreitung ihrer Tragfähigkeit
Bauelemente, wie Holz, zerquetschen oder unter Erzeugung eines Reibungswiderstandes
aufeinander oder ineinander gleiten bzw. aus diesen beiden Prinzipien kombiniert
sind oder auch nach hydraulischen Grundsätzen arbeiten.
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Die Nachteile dieser bekannten Grubenausbauten sind Materialzerstörung
und Verschleiß, bei hydraulischen Systemen Lastverluste durch unzuverlässige Abdichtungen.
Neben diesen Nachteilen ist es nicht möglich, die Ausbauelemente optimal auszunutzen,
da der Einsinkwiderstand oder allgemeiner der Nachgiebigkeitswiderstand von schwer
erfaßbaren Einflüssen unkontrollierbar abhängt und nicht reproduzierbar ist. So
haben z. B. Grubenstempel üblicher Bauart nach mehr oder weniger langer Gebrauchsdauer
eine recht unterschiedliche und kaum reproduzierbare Last-Weg-Charakteristik, die
eine einwandfreie Beherrschung des Hangenden erschwert, wenn nicht sogar unmöglich
macht.
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Es sind auch nachgiebige Grubenausbauten mit federnden Ausbauteilen
bekannt. Eine derartige Ausführungsform ist bei Metallgrubenstempeln verwirklicht
und dadurch gekennzeichnet, daß als im Oberstempel angeordnete Druckaufnahmevorrichtung
eine Feder oder eine an ihrer Stelle angeordnete Ölpackung verwendet wird, deren
in Abhängigkeit vom Gebirgsdruck (Gewichtsbelastung) erfolgende Zusammenpressung
ihrem Verlauf nach bekannt ist. Diese Ausführungsforrn hat man getroffen, um nach
Zusammendrücken der im wesentlichen als Schraubenfeder ausgebildeten Feder bzw.
der ölpackung bei einer bestimmten Lastaufnahme Alarmsignale auslösen zu können.
Tatsächlich ist bei bekannter Federcharakteristik die Lastaufnahme festlegbar. Es
ist auch eine andere Ausführungsform bekannt, bei der gleichsam der Stempelschaft
selbst als Spiralfeder ausgebildet und über einen starren Stempelkopf gegen das
Hangende angeschlossen ist. Die bekannten Ausführungsformen eines nachgiebigen Grubenausbaues
mit f edernden Ausbauteilen haben j edoch in die Praxis kaum Eingang
gefunden, da sie eine wesentliche Verbesserung nicht bringen, dagegen zusätzlicher
Wartung und Pflege bedürfen. Endlich sind die verwandten federnden Elemente in Form
von Spiral- oder Schraubenfedern verhältnismäßig unförmig und zur Verwendung irn
Untertagebau, insbesondere zur Verwendung an Ausbaurahmen od. dgl., wegen ihrer
Größe wenig geeignete Elemente, zumal wenn eine Lastaufnahme von 50 t oder
mehr verlangt wird. Bei den bekannten nachgiebigen Ausbauten mit federnden Ausbauteilen
hat man sich ferner nicht mit dem Problem beschäftigt, die in der Feder gespeicherte
Energie für besondere Zwecke unter Tage auszunutzen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, federnde Ausbauelemente
so im Untertageausbau einzusetzen, daß die gespeicherte elastische Energie nicht
als ungenutzte Deformationsarbeit im Nachgiebigkeitsmechanismus zu vernichten ist,
sondern daß diese Kräfte gespeichert und zu anderen Zwecken, Z. B. Vorrücken
der Ausbauten selbst oder zum Rauben, benutzt werden können.
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Die Erfindung betrifft einen nachgiebigen Grubenausbau mit federnden
Ausbauteilen, der nach der Erfindung gekennzeichnet ist durch Liegendträger mit
einerseits im Träger eingespannten, andererseits im Träger gelagertenTorsionsfedern,
wieTorsionsstäben, -wellen oder -rohren und an den freien Enden der Torsionsfedern
angebrachten Hebelarmen mit Tragvorrichtungen, die sich an das Hangende anlegen.
Die Erfindung erstreckt sich hauptsächlich auf einen mechanischen, selbsttätig schreitenden
Strebausbau, wobei zur Aufnahme der auftretenden Kräfte geeignete Torsionsfedern
beispielsweise läufer- oder unterzugartig am Liegendträger angebracht sein können
und daher nicht mehr stören als der übliche Verzug.
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Im einzelnen läßt sich der Vorschlag der Erfindung, die gespeicherte
Energie der federnden Elemente zu anderen Zwecken, z. B. zum- Vorrücken, auszunutzen,
auf verschiedene Weise verwirklichen' beispielsweise so, daß die Torsionsfedern'
- z.B. durch Sperrklinkenvorrichtungen, im gespannten Zustand blockierbar
sind.
Dabei können auch mehrere Torsionswellen mit Hebelarmen nebeneinander
mit gemeinsamer Tragvorrichtung für das Hangende am Liegendträger angeordnet sein.
Endlich ist es möglich, als Torsionswellen konzentrisch ineinandergelegte Hohlwellen
anzuordnen. Bei der beschriebenen Ausführungsform mit Sperrklinken kann die mechanische
Energie der unter der Gebirgslast deformierten Torsionsfedern gespeichert und für
das Vorrücken des Ausbaues, wie weiter unten erläutert wird, in einfacher Weise
ausgenutzt werden.
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Die Ausbauten selbst können im übrigen starr oder auch zusätzlich
durch Reibungsmechanismen nachgiebig gestaltet sein. Es kann sich empfehlen, zur
Aufnahme der Gebirgskräf te einen Körper anzuordnen, welcher längs einer schiefen
Ebene auf einem Hebelarm einer Torsionsfeder -leitet. Auch können Getriebe, insbesondere
Keilgetriebe, welche Gebirgskräfte auf die Torsionsfedern übertragen bzw. auf die
zugeordneten Hebelarme übertragen, vorgesehen sein.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß wenig sperrige, trotzdem aber zu großer Lastaufnahme geeignete Federn
in einfacher Weise an eineni Ausbau angebracht sind und damit der Ausbau federnd
elastisch gestaltet ist. Die Ausbauten können so leicht und mit Ausnutzung sowie
gegebenenfalls unter Rückgewinnung der in den Torsionsfedern gespeicherten Energie
wieder geraubt werden. Auf nicht reproduzierbare und dadurch nachteilige übliche
Nachgiebigkeitsmechanismen kann nach Bedarf vollständig verzichtet werden.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnun- erläutert. Es zeigt Fig. 1 zur Erläuterung ein Zerreißdiagramm
von erfindungsgemäßen verwandten Torsionsfedern, Fig. 2 schematisch einen erfindungsgemäßen
Ausbau, Fig. 3 im Prinzip die Beanspruchung der erfindungsgemäßen verwandten
Torsionsfedern, Fig. 4 das der Beanspruchung nach Fig. 3 zugehörige Last-Weg-Diagramm,
die Fig. 5 bis 7 eine Torsionsfeder-Kombination für erfindungsgemäße
Ausbauten, die Fig. 8 bis 10 besondere Ausbildungen von Torsionsfedern,
Fig. 11 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausbaues mit federndem
und elastischem Nachgiebigkeitsmechanismus, Fig. 12 eine Ausführungsform mit Keilgetriebe
zwischen Kraftaufnahmeträgern und Torsionsfedern, Fig. 13 schematisch die
Ausnutzung der gespeicherten Energie zum Vorrücken des Ausbaues und Fig. 14 eine
Gebirgsdruckmeßvorrichtung für erfindungsgemäßen Ausbau.
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Fig. 1 zeigt das bekannte schematische Schaubild einer Zerreißprobe,
wobei die Dehnung bis zum Punkt P verhältnisgleich der Belastung zunimmt. Oberhalb
der Proportionalitätsgrenze liegt die Elastizitätsgrenze, bis zu welcher die Körper
maximal beansprucht werden können, ohne bleibende Deformationen zu erleiden. Bis
zu diesem Punkt können erfindungsgemäß die Werkstoffe beansprucht werden.
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Nach Fig. 2 besteht ein erfindungsgemäßer Ausbau aus einem Liegendträger
1, an dem eine Welle 2 einseitig fest eingespannt und auf der anderen Seite
drehbar gelagert ist, An der drehbar gelagerten Seite überträgt der Hebel
3 ein Drehmoment des eigentlichen Hangendtragrahmens 4. Dabei gleicht die
Torsionsfeder der eingespannten Welle 2 nach Fig, 3, an deren freiem Ende
ein Verdrehungswinkel V entsteht. Die zugehörige Last-Weg-Charakteristik ist in
Fig. 4 gezeigt. Die Linie a steigt verhältnisgleich wie im Schema der Fig.
1 an; die punktierte Linie b geht von einer Vorspannung aus, und die
unterbrochene Linie c gibt eine Überlagerung durch das Auftreten von Biegemomenten
wieder, worauf im folgenden eingegangen wird.
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Gemäß Fig. 5 können zwei oder mehrere auf Torsion beanspruchte
Wellen 2, 2 a, deren Verdrehungswinkel sich bei entsprechender konstruktiver Ausführung
addieren, hintereinandergeschaltet werden, z. B. derart, daß die Welle 2 in der
Wand 5 fest eingespannt und der Hebelarm 7 am freien Ende mit Hebelarm
8 der Welle 2 a verbunden wird. Außerdem besitzt die Welle 2 a einen freien
Arm 9, auf den die Kraft P drückt, welche beide Wellen auf Torsion beansprucht.
DerTorsionswinkel ist dadurch gewachsen. Fig. 6 zeigt die konzentrische Hintereinanderschaltung
mehrerer Wellen in der Form von Rohren. Das Außenrohr 10 ist in der Traverse
12 fest eingespannt und im Hebel 13 drehbar gelagert, wobei die Welle
11 an der Stelle fest mit dem drehbar gelagerten Rohr 10 verbunden
ist. Auf der entgegengesetzten Seite kann an derWelle ein Hebel 14 ein Drehmornent
übertragen. Es verdrehen sich dann sowohl die Welle 11 als auch das Rohr
10, wobei sich die Verdrehungswinkel ebenfalls addieren. Nun können Rohr
und Welle an dem Ende im Punkt 12 z. B. mit einem Rasterkranz versehen werden, so
daß eine bei der Herstellung des Elements oder aber im betrieblichen Einsatz bewirkte
»Vor-Verdrehung« der erwünschten Vorspannung entspricht. Die Nachgiebigkeit wird
dann erst von einer gewissen Belastung aus eintreten, wobei die in Fig. 4 gezeigte
Linie b entstehen kann. Wenn die Hebel, welche das Drehmoment bewirken, in
ihrer Ausgangsstellung schräg zur Last auf einem Torsionsstab aufgesetzt sind (Fig.
2, Hebel 3), so überträgt sich gleichzeitig ein Biegemoment. Da die Welle
jedoch gleich neben dem Angriffspunkt gelagert ist, wird bei zweckentsprechender
konstruktiver Ausführung keineVerbiegung entstehen, sondern lediglich eine Überlagerung
der geraden Last-Weg-Linien (Fig. 4, Linie c). Es ist also möglich, eine
beliebige Charakteristik zu erzielen, die den bekannten bzw. erstrebten Stempelkennlinien
nahekommt und gegenüber diesen den Vorteil hat, reproduzierbar zu sein.
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Weitere konstruktive Möglichkeiten sind in der Parallelführung mehrerer
Hebel und der Beanspruchung mehrerer Wellen gegeben, wie Fig. 7 zeigt.
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Weiterhin kommen gegebenenfalls auch zusammengesetzte Querschnitte
in Betracht (s. Fig. 8), wobei sich durch Flächenverschiebung gegeneinander
größere Verdrehungswinkel ergeben. Diese zusammengesetzten Querschnitte können zweckmäßigerweise
in einem rohrförmigen Querschnitt geführt und zusammengehalten werden.
je nach der zu lösenden Aufgabe kann ein größeres oder kleineres Flächenträgheitsmoment
erwünscht sein, so daß geschlossene oder in sich geteilte Querschnitte der verschiedenen
Formen (s- Fig. 9) zur Anwendung kommen können.
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Es sind auch solche Profilformen möglich, bei denen sich z. B. eine
Zone der Materialshäufung spiralenförmig um eine Torsionswelle legt, damit diese
Zone gleichzeitig einer Zugbeanspruchung ausgesetzt werden kann.
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Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung können gegebenenfalls
Materialbeanspruchungen im elastischen Bereich mit Reibungsbeanspruchungen kombiniert
werden. Schematisch zeigt Fig. 11 einen Gleitkörper 15, welcher einerseits
an einer Linie 16,
und ferner auf dem Hebel 17 gleitet,
wobei Hebel 17
und Rundstab 18 auf Torsion beansprucht werden. Da sich
das Drehmoment aus den Faktoren Last mal Hebelarm ergibt, wird Md mit zunehmender
Verkürzung des Hebelarmes kleiner.
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Fig. 12 zeigt, wie die vertikal angreifende Kraft P
durch Keil
19 bewirkt, daß der Hebel 20 in horizontaler Richtung verschoben wird, wodurch
ein vertikal stehender Stab auf Verdrehung beansprucht wird.
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Im Gegensatz zu den bis heute üblichen Konstruktionen können aufgenommene
Drücke von elastischen Körpern aufgespeidhert und bei Entspannung für andere Arbeiten
frei gemacht werden, z. B. für das Vorrücken eines Ausbaurahmens. Fig.
13 zeigt diese Möglichkeit schematisch. Der Drehstab 18 ist in einem
Rahmen auf beiden Seiten drehbar gelagert. An einem Ende befindet sich der Hebel
22, am anderen Ende der Hebel 23. Eine entsprechende Bewegung des Hebels
23 führt den Hebel 22 unter das Hangende. Ein weiterer Druck auf den Hebel
23 verkleinert den Winkel 1 und ergibt eine Vorspannung. Alsdann wird
Hebel 23 mit einer Sperrklinke 24 am Rahmen arretiert. Der Gebirgsdruck führt
zu einer weiteren Verkleinerung des Winkels 1, indem Hebel 22 sich absenkt.
Bei Entspannen und Vorrücken des Rahmens wird Hebel 22 mit Hebel 23 durch
Verbindungsstange 25 verbunden. Alsdann wird die Sperrklinke 24 ausgelöst,
und der Drehstab kann mit beiden unter Verspannung stehenden Hebeln um seine Achse
so weit geschwenkt werden, bis der Rahmen frei von der Auflage des Gebirges ist.
Alsdann blockiert eine Sperrklinke 26 den Hebel 22. Wird die Verbindungsstange
25 nun fortgenommen oder vergrößert, so vergrößert sich der Winkel
1 wieder. Dies äußert sich jedoch nur in einer Bewegung des Hebels
23, dessen Entspannung nunmehr auf eine Antriebsmechanik übertragen werden
kann, welche ein Fortbewegen des Rahmens zur Folge hat.
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Gemäß Fig. 14 ist es bei elastischer Beanspruchung mit einfachen Mitteln
möglich, stets meßbare Rückschlüsse auf die Größe des Gebirgsdruckes zu ziehen.
Die Möglichkeit, ständig die Verhältnisse im Gebirge zahlenmäßig zu kontrollieren,
ist nicht nur von wissenschaftlicherBedeutung für dieGebirgsdruckforschung, sondern
auch von hohem praktischem Wert. In Fig. 14 wirkt der Gebirgsdruck P auf den Hebel
27 eines Torsionsstabes 18; er wird mittels eines Zeigers auf einer
Skala 29 gemessen.