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Geflanschtes Rinnenprofil, insbesondere für den Grubenausbau Es sind
bereits geflanschte Rinnenprofile bekannt, die aus einem Bodenteil, an diesen beiderseits
angesetzten Stegen und aus an den Enden der Stege vorgesehenen, nach außen gerichteten
Flanschen bestehen. Profile dieser Gattung haben auch im Grubenausbau Eingang gefunden,
und zwar insbesondere beim sogenannten Gleitbogenausbau, d. h. bei derjenigen Ausführungsform
des ring- oder bogenförmigen Streckenausbaus, bei welcher die Ausbaurahmen aus mit
ihren Enden gleichsinnig ineinandergelegten, geflanschten Rinnenprofilen bestehen,
die im überlappungsbereich durch Verbindungsmittel derart nachgiebig miteinander
verspannt sind, daß sie sich bei Überschreiten eines bestimmten Gebirgsdruckes im
Sinne einer Verkürzung der Bogenlänge relativ gegeneinander verschieben und dadurch
einer vorzeitigen plastischen Verformung durch den Gebirgsdruck entziehen können.
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Für solche geflanschten Rinnenprofile sind die verschiedensten Gestaltungsformen
bekannt, wobei es insbesondere in Verbindung mit dem Gleitbogenausbau auch bereits
zum Stande der Technik gehört, die Profile derart auszubilden, daß sich ohne Preisgabe
der statischen Vorteile solcher Profile für den bogenförmigen Streckenausbau kongruente
Profilabschnitte gleichsinnig ineinanderlegen und im überlappungsbereich unter Wahrung
eindeutiger, vorausbestimmbarer Reibungsverhältnisse miteinander verspannen lassen.
Um dies zu ermöglichen, ist es notwendig, ganz bestimmte Konstruktionsbedingungen
einzuhalten, wozu außer der Wahl eines ausreichend großen öffnungswinkels zwischen
den Stegen insbesondere eine bestimmte Differenzierung der Wandstärke der einzelnen
Profilbereiche sowie ferner auch ein bestimmter, hierauf abgestellter Verlauf der
inneren und äußeren Begrenzungslinien der Profile gehört, von denen nicht oder nur
in sehr engen Grenzen ohne Inkaufnahme wesentlicher statischer Nachteile oder sogar
der Preisgabe des Vorteils der Kongruenz abgewichen werden kann.
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Gegenüber den einstegigen Profilen liegen die statischen Vorteile
derartiger Rinnenprofile im wesentlichen darin, daß sie es bei einer zweckentsprechenden
Verteilung des Werkstoffes über den Querschnitt ermöglichen, ihnen in den beiden
senkrecht aufeinander stehenden Hauptachsen mindestens angenähert gleich große Widerstandsmomente
zu verleihen, so daß sie den sich teilweise überlagernden und verschiedenartigen
Beanspruchungen durch den Gebirgsdruck wesentlich besser gewachsen sind. Auf der
anderen Seite haben die geflanschten Binnenprofile den Nachteil, daß sie bei Biegebeanspruchungen
zu einem seitlichen Aufklaffen der Stege neigen, wobei ein solches auf Biegeverformungen
zurückgehendes Aufklaffen der Stege mit einer starken Abnahme des Widerstandsmomentes
in der entsprechenden Achse einhergeht.
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Es hat sich erwiesen, daß das Ziel eines möglichst gleich großen Widerstandsmomentes
in den beiden Hauptachsen mit der Forderung einer möglichst hohen Verformungsstabilität
des Profils gegen ein Aufklaffen der Stege nur schwer in Einklang gebracht werden
kann, so daß man bisher im wesentlichen auf den Kompromiß angewiesen war, sich in
erster Linie für eine der beiden Wirkungen zu entscheiden und in bezug auf die andere
Wirkung Beschränkungen bzw. Nachteile in Kauf zu nehmen.
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Auf diese Weise haben sich im wesentlichen zwei unterschiedliche Ausführungsformen
herausgebildet. Die eine Ausführungsform war auf die Einhaltung eines mindestens
angenähert gleichen Widerstandsmomentes in den beiden Hauptträgheitsachsen abgestellt,
wobei der hiermit an sich einhergehende, verringerte Aufklaffwiderstand der Stege
allerdings durch eine geeignete Formgebung der Flansche im Sinne einer Verringerung
der Aufklafneigung in gewissen Grenzen kompensiert werden -kann. Diese Ausführungsform
weist im wesentlichen kantig abgesetzte, schmale, aber gegenüber der Bodendicke
höher bemessene Flansche auf, so daß sich die ineinandergelegten Profile im überlappungsbereich
unter Belassung eines Spaltes zwischen den Böden mittels der Flansche aufeinander
abstützen.
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Die andere Ausführungsform solcher Rinnenprofile ist in erster Linie
auf das Ziel abgestellt, den Stegen einen möglichst großen Widerstand gegen ein
Aufklaffen unter Biegeverformungen zu verleihen, - zu welchem Zweck bei ihnen eine
im Verhältnis zu den Flanschen wesentlich größere Werkstoffmasse im
Boden
konzentriert ist. Um diese Wirkung noch zu erhöhen, ist der Boden ferner wesentlich
schmaler als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform gewählt, zu welchem Zweck
die Stege von den im Querschnitt verhältnismäßig kleinen Flanschen her unter zunehmender
Vergrößerung ihrer Wandstärke kurvenförmig im Boden zusammenlaufen, wobei sie zusätzlich
auf der Außenseite des durchgehend gewölbten Bodens einen wulstförmig vorspringenden
Ansatz aufweisen. Infolge dieser Massenkonzentration des Werkstoffes im Bodenbereich
hat diese Profilgattung ihre größte Wandstärke in der Mitte des Profilbodens, so
daß sich diese Profile im Gegensatz zu der vorher beschriebenen Ausführungsform
im L7berlappungsbereich mittels der Böden aufeinander abstützen, während gleichzeitig
zwischen den Flanschen ein Spalt verbleibt.
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Diese Profilgestaltung hat zwar den Vorteil, daß die Stege einen verhältnismäßig
hohen Widerstand gegen ein Aufklaffen besitzen, wenn die Profilabschnitte im Zuge
der Gebirgsbeanspruchung Biegeverformungen unterliegen, dieser Vorteil wird jedoch
zwangläufig mit dem Nachteil einer Verschiebung der horizontalen Schwereachse zum
Boden hin erkauft, der den eigentlichen Vorteil der geflanschten Binnenprofile gegenüber
den sonstigen Profilen, nämlich annähernd gleich große Widerstandsmomente in den
beiden zueinander senkrecht stehenden Hauptträgheitsachsen aufzuweisen, weitgehend
aufhebt und zu einem wesentlich kleineren, wirksamen Widerstandsmoment in der X-Achse
führt. Außerdem lassen sich derartige Profile wegen des im Vergleich zu den übrigen
Profilbereichen unverhältnismäßig stark bemessenen Bodens nicht einwandfrei, d.
h. nicht auf gleichmäßige Härte, vergüten und haben schließlich den weiteren Nachteil,
daß sich eine Reihe wirksamer Verspannungsmittel für die ineinandergleitenden Profile,
insbesondere solche, die sich mit einem schwenkbaren Querkeil am Boden der Profile
abstützen, deswegen nicht anwenden lassen, weil die außenseitige Bodenkrümmung hierbei
zu einer unzulässig hohen Flächenpressung führen würde.
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Gemäß älteren Vorschlägen ist es auch bei flanschabgestützten Profilen
an sich bereits bekannt, diese im Bereich der Stege und des Bodens durchgehend mit
zum Boden hin kleiner werdendem Radius zu krümmen und die Stege mit einer zur Bodenmitte
hin zunehmenden Wandstärke zu versehen. Auf diesem Wege ist es jedoch nicht möglich,
den Aufklaffwiderstand der Stege wesentlich zu vergrößern. Dies ist auch bei einer
Abart dieses bekannten Profils nicht möglich, bei welcher der ebenfalls durchgehend
geivölbte Boden im Sinne einer Vergrößerung der Wandstärke mit einer innenseitigen
Abflachung versehen ist, ganz abgesehen davon, daß für den Aufklaffwiderstand der
Stege nur die verhältnismäßig dünne Wandstärke im beiderseitigen Endbereich dieser
Abflachung maßgeblich ist.
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Die wesentliche Ursache dafür, weswegen bei flanschabgestützten Profilen
mit dem in erster Linie angestrebten Ziel annähernd gleich großer Widerstandsmomente
in den beiden Hauptträgheitsachsen und die gleichzeitige Erzielung eines den bodenabge
stützten Profilen etwa entsprechend hohen Aufklaffwiderstandes der Stege, zumal
bei Verwendung kongruenter Profile, nicht vereinbar schien, ist darin zu sehen,
daß die im Hinblick auf die annähernd gleichen Widerstandsmomente in den beiden
Hauptträgheitsachsen notwendige gleichmäßige Massenverteilung des Werkstoffes beiderseits
der beiden Achsen im Widerspruch zu der Verwendung ausreichend schmaler und dafür
entsprechend dickerer Böden steht, wie sie bei den über den Böden abgestützten Profilen
in Verbindung mit einer in den Boden übergehenden Krümmung der Stege und einer entsprechend
großen Wandstärkenzunahme ohne weiteres möglich und im Hinblick auf die Bodenabstützung
auch unerläßlich ist. Um die mit diesen Merkmalen einhergehende Verschiebung des
Massenschwerpunktes zum Boden hin zu vermeiden, ist es namentlich bei kongruenten
Profilen mit Flanschabstützung bisher demgemäß für notwendig erachtet worden, statt
des bei den bodenabgestützten Profilen typischen gewölbten, d. h. durchgehend gekrümmten,
dafür aber schmalen und dicken Bodens einen in Verbindung mit nur wenig gekrümmten
Stegen wesentlich breiter gehaltenen und dabei geradlinig ausgebildeten, ausgeprägten
Boden zu verwenden, wobei dessen Werkstoffmasse annähernd der gemeinsamen Werkstoffmasse
der beiden zusammen zwar schmaler, dafür aber wesentlich höher bemessenen Flansche
entsprach.
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Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es entgegen
der bisherigen Annahme durchaus möglich ist, die Vorteile beider vorstehend behandelten
Profilgattungen, nämlich das annähernd gleich große Widerstandsmoment in den beiden
Hauptträgheitsachsen der flanschabgestützten Profile einerseits und des hohen Aufklaffwiderstandes
der Stege von bodenabgestützten Profilen andererseits, miteinander zu vereinigen
und gleichzeitig ihre Nachteile zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die
Erfindung von derjenigen, vorstehend beschriebenen, bekannten Profilgattung aus,
bei welcher die sich vom Boden her zu den Flanschen hin verjüngenden Stege einen
Öffnungswinkel von weniger als etwa 45° einschließen und die Stege an der Innen-
und Außenseite des Profils kurvenförmige Begrenzungslinien aufweisen, wobei der
Boden auf der Innenseite durch je eine stetige Kurvenlinie mit kleinem Radius in
die Stege übergeht, an die sich zu den Flanschen hin Kurvenlinien mit größerem Radius
anschließen, kennzeichnet sich dieser gegenüber jedoch dadurch, daß der niedriger
als die Flanschhöhe bemessene Boden außenseitig eine geradlinige Abflachung aufweist,
deren Breite bis zu etwa dem Zweifachen größer als die in der Hauptsymmetrieachse
des Profils gemessene Stärke des Bodens bemessen ist.
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Durch die Verwendung einer außenseitigen Bodenabflachung mit einer
Breite, die bis zu etwa dem Zweifachen größer als die in der Hauptsymmetrieachse
des Profils gemessene Stärke des Bodens ist, wird nicht nur die sonst mit einem
derartigen Krümmungsverlauf der Stege verbundene übermäßige Materialanhäufung am
Boden beseitigt, sondern zugleich eine Verlagerung der horizontalen Schwereachse
zum Boden hin vermieden, so daß das Profil gemäß der Erfindung ebenso wie die bereits
bekannten flanschabgestützten Profile ein annähernd gleich großes Widerstandsmoment
in den beiden Hauptträgheitsachsen aufweist. Darüber hinaus bleibt durch die außenseitige
Abflachung des Bodens der weitere Vorteil erhalten, den die flanschabgestützten
Profile auch bisher bereits gegenüber den bodenabgestützten Profilen aufwiesen,
nämlich die bessere und gleichmäßigere Vergütbarkeit und die Verwendbarkeit von
am Boden angreifenden Verspannungsmitteln.
Dadurch, daß die Bodenabflachung
die Stelle der größten Wandstärke sowohl der Stege als auch des Bodeüs in den Wurzelbereich,
d. h. in den Ansatzpunkt der Stege an den beiden Enden des Bodens, verlegt, wird
schließlich der weitere wesentliche Vorteil erreicht, daß die Profile einen erheblich
höheren Widerstand gegen ein Aufklaffen der Stege besitzen als er bislang bei den
flanschabgestützten Profilen erreichbar schien und wie er in ähnlicher Größe bisher
nur bei den bodenabgestützten Profilen verwirklicht werden konnte. Demgegenüber
lassen sich auch die Profile gemäß der Erfindung ebenso wie die bereits bekannten
fianschabgestützten Profile wegen ihrer außenseitigen Bodenabflachung besser als
die bodenabgestützten Profile walzen und ferner im Zuge der Herstellung von Bogensegmenten
auch leichter und mit geringerem Verschleiß der Biegewalzen biegen, da sich der
Biegedruck im Bereich des Bodens auf eine größere Fläche verteilt und die Profile
weniger leicht ausbrechen als dies bei Profilen mit außenseitig gewölbtem Boden
der Fall ist.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Außenabmessungen
des Profils derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Breite der außenseitigen
Bodenabflachung etwa einem Viertel der über die Flansche gemessenen Breite und .etwa
einem Drittel bis einem Viertel der Höhe des Profils entspricht.
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In Anwendung auf den Gleitbogenausbau, bei welchem gleichsinnig ineinandergelegte,
vorzugsweise kongruente Rinnenprofile im überlappungsbereich miteinander verspannt
sind und die Profile sich mittels der in der Höhe stärker als der Boden bemessenen
Flansche aufeinander abstützen, ist es des weiteren zweckmäßig, die Krümmungsradien
der Profilstege auf der Profilinnen- und -außenseite derart gleich zu bemessen,
daß sich die Stege der ineinandergelegten Profilabschnitte unter Vermeidung einer
Klemmwirkung auf mindestens einem Teil ihrer Länge lediglich berühren. Hierdurch
befinden sich die für die Nachgiebigkeit maßgebenden, wirksamen Reibungsflächen
lediglich zwischen den Flanschen, die den Einflüssen der Walztoleranzen in wesentlich
geringerem Umfang unterworfen sind als die übrigen Profilflächen, woraus sich die
Möglichkeit zur Einstellung genau kontrollierbarer Reibungsverhältnisse ohne Überschreitung
der zulässigen Flächenpressung herleitet. Zur feinfühligeren Regulierung des Einsinkwiderstandes
im Bereich der Verbindung können Schrauben mit geringer Gewindesteigung benutzt
werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Grubenausbaurahmen nach dem Gleitbogenprinzip in Ansicht
und F i g. 2 einen Schnitt durch den überlappungsbereich nach der Linie 11-II in
F i g. 1.
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Gemäß F i g. 1 besteht der Bogenausbau aus drei segmentförmig gebogenen
Profilabschnitten 1, 2 und 3, welche im tlberlappungsbereich gleichsinnig ineinandergelegt
und mittels der im Abstand angeordneten bügelförmigen Klemmschellen 4, 4 a miteinander
verspannt sind.
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F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch den
überlappungsbereich der Profile. Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel untereinander
kongruenten Profile weisen sich vom Boden 5 zu den Flanschen 6 hin. verjüngende
Stege 7 auf, die einen Öffnungswinkel a von etwa 40° einschließen. Die Stege weisen
an der Innen- und Außenseite des Profils kurvenförmige Begrenzungslinien
8,9
auf, wobei der Boden auf der Innenseite durch eine stetig in die Stege
übergehende Kurvenlinie 10 begrenzt ist, während die Außenseite des Bodens
11 im wesentlichen geradlinig abgeflacht ist. Das Verhältnis zwischen der Stärke
a des Bodens 5 und der Breite b
der Abflachung 11 beträgt hierbei etwa
0,5.
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Der etwa parabelartige Krümmungsverlauf der inneren Begrenzungslinie
des Profils wird in dem den Flanschen zugekehrten Bereich der Stege gegenüber dem
dem Boden zugekehrten Bereich durch einen größeren Krümmungsradius bestimmt, wobei
die Krümmungsradien der Profilstege auf der Innen- und Außenseite in beiden Bereichen
etwa gleich groß bemessen sind. In der Zeichnung sind die oberen größeren Radien
mit r1 und die kleineren Radien im unteren Bereich mit r2 bezeichnet. Der Bogenradius
im Scheitelbereich der Bodeninnenseite besitzt die Bezugsziffer r3. Die Radien r1,
r2 und r3 verhalten sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel untereinander
etwa wie 20. 8: 1.
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An den den Flanschen zugekehrten Enden der Stege 7 gehen diese mit
konvexen bzw. konkaven Begrenzungslinien in die etwa senkrecht zur Symmetrieachse
des Profils gerichteten Flanschflächen 12 und 13 über.
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Der Profilboden 5 weist in den beiden Wurzelbereichen 14 der Stege
7 seine stärkste Bemessung auf, wobei die Wandstärke zu den den Flanschen zugekehrten
Enden der Stege hin etwa gleichförmig abnimmt. Die Höhe h der Flansche 6 verhält
sich zu der Stärke a des Bodens 5 etwa wie 3 : 2, während die mittlere Breite b1
der Flansche 6 etwa gleich der in der Hauptsymmetrieachse y-y des Profils gemessenen
Stärke a des Bodens 5 bemessen ist.
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In bezug auf die Außenabmessungen des Profils entspricht die Breite
der Bodenabflachung 11 einerseits etwa ein Viertel der über die Flansche 6 gemessenen
Breite B und andererseits etwa ein Drittel bis ein Viertel der Höhe H des Profils.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich, werden die gleichsinnig im überlappungsbereich
ineinandergelegten Profilabschnitte 1 und 2 durch den Verbindungsbügel 4 unter Abstützung
ihrer Flanschflächen 12 bzw. 13 verspannt, während sich die Stege 7 im wesentlichen
auf ganzer Länge unter Vermeidung einer Klemmwirkung lediglich berühren. Eine Abstützung
im Bereich der Böden 5 erfolgt hierbei nicht.
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Das Verspannungsmittel besteht aus einer die Profile auf der Oberseite
umgreifenden. etwa U-förmig ausgebildeten Bügelschraube 4 c und einer die Außenseite
des Außenprofils umgreifenden, etwa entsprechend der Profilform gekröpften Lasche
4 d. Die Verspannung der beiden Bügelhälften 4 c und 4 d erfolgt unter Vermittlung
eines die Bügelenden bildenden Gewindeabschnittes 15 mit geringer Gewindesteigung
durch die Spannmuttern 16.
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Die Verspannung der Profilabschnitte im Überlappungsbereich kann auch
in anderer Weise, beispielsweise unter Verwendung einer Keilverbindung erfolgen.