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Satz von geflanschten Rinnenprofilen, insbesondere für den mehrteiligen
ring- oder bogenförmigen Streckenausbau im Grubenbetrieb Die Erfindung betrifft
einen Satz von geflanschten Rinnenprofilen, wie sie beispielsweise für den mehrteiligen
ring- oder bogenförmigen Streckenausbau im Grubenbetrieb verwendet werden, bei welchem
die mit den Enden paarweise gleichsinnig ineinandergelegten Profile im Überlappungsbereich
durch Klemmschellen od. dgl. derart miteinander verspannt sind, daß der auf diese
Weise aus mehreren Profilen zusammengesetzte Ausbaurahmen eine Umfangsnachgiebigkeit
erhält, die es ihm gestattet, unter dem Gebirgsdruck bei Überschreitung eines vorbestimmten
Reibungswiderstandes weitgehend verformungsfrei nachzugeben. In diesem Zusammenhang
ist es bekannt, für die in Umfangsrichtung hintereinandergeschalteten und sich an
den Enden gleichsinnig ineinanderlegenden Profile unterschiedliche Profilformen,
d. h. sogenannte nicht kongruente Profilpaare, zu verwenden. Unter Einhaltung bestimmter
Konstruktionsbedingungen besteht jedoch auch die Möglichkeit, für die sich an den
Enden überlappenden Profile eine identische Profilform mit kongruenten äußeren und
inneren Profillinien, sogenannte kongruente Profilpaare, zu verwenden, die gegenüber
den nicht kongruenten Profilpaaren den Vorzug besitzen, daß die Walzwerke je Gewichtsklasse
nur einen Walzensatz zu unterhalten brauchen und die Lagerhaltung bei den Gruben
durch die Verwendung nur eines einzigen Profils für jede Gewichtsklasse vereinfacht
wird. Ein weiterer wesentlicher Vorzug kongruenter Profile liegt schließlich darin,
daß man in der Konstruktion und Zusammensetzung der Ausbaurahmen, seien sie bogen-
oder ringförmig ausgebildet, wesentlich freier ist als bei Verwendung nicht kongruenter
Profile, bei denen die unterschiedlich ausgebildeten Außen- und Innenprofile normalerweise
nicht gegeneinander austauschbar sind.
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Demgegenüber hat die Verwendung nicht kongruenter Profile allerdings
den Vorzug, daß man hinsichtlich der Formgebung der Profile nicht an so enge Grenzen
gebunden ist, wie dies bei Verwendung kongruenter Profilpaare zwangläufig deswegen
notwendig ist, weil sich diese nur unter Einhaltung ganz bestimmter Konstruktionsgrenzen
gleichsinnig ineinanderlegen lassen und die es daher gestatten, das Außen- und Innenprofil
in bezug auf die statischen Werte unterschiedlich zu gestalten, derart, daß sie
den auf sie einwirkenden verschiedenartigen Beanspruchungen, insbesondere Knick-
und/oder Biegebeanspruchungen, besser angepaßt werden können.
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Da die Belastung der die Ausbaurahmen zusammensetzenden Profilsegmente
durch den Gebirgsdruck nicht gleich, sondern sowohl hinsichtlich der Größe als auch
hinsichtlich der Art der Beanspruchung verschieden ist, indem - abgesehen von den
häufigen Fällen bines einseitig erhöhten Gebirgsdruckes - die Seitensegmente in
stärkerem Maße auf Knickung, die Firstsegmente dagegen in erster Linie auf Biegung
beansprucht werden, ist es ferner bereits bekannt, diesen unterschiedlichen Beanspruchungen
dadurch Rechnung zu tragen, daß die Ausbaurahmen aus Profilen mit unterschiedlichem
Querschnitt zusammengesetzt werden. Um hierbei den Vorteil der Austauschbarkeit
der Profile als Innen- oder Außenprofil beibehalten zu können, obschon diese eine
unterschiedliche Querschnittsgröße aufweisen und mithin kein kongruentes Profilpaar
darstellen, wird zu diesem Zweck von einem nicht kongruenten Profilpaar ausgegangen,
bei welchem das eine Profil durch einseitige Parallelverschiebung seiner im übrigen
unverändert beibehaltenen Konturlinien längs der Hauptsymmetrieebene gegenüber dem
anderen, geometrisch ähnlichen Profil zwar eine unterschiedliche Querschnittsgröße,
aber die gleiche Querschnittsform aufweist, wobei im übrigen jedes der beiden Profile
dieses Profilpaares so gestaltet ist, daß es mit einem jeweils identischen Profil
zu einem kongruenten Profilpaar ineinanderlegbar ist.
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Obschon es auf diese Weise, ebenso wie bei kongruenten Profilen, möglich
ist, die Reihenfolge der hintereinandergeschalteten Profile, unabhängig davon, ob
sie als Außen- oder Innenprofil dienen sollen, beliebig zu vertauschen und demgemäß
die jeweils querschnittsstärkeren Profile des Ausbaurahmens in
der
Zone der zu erwartenden höheren Beanspruchungen anzuordnen, hat dieser bekannte
Vorschlag den Nachteil, daß bei einer nur in einer Achse benötigten Vergrößerung
des Widerstands- oder Trägheitsmomentes zwangläufig auch eine entsprechende Vergrößerung
in der hierzu senkrechten Achse in Kauf genommen, d. h. in jedem Falle ein größeres
Metergewicht verwendet werden muß, als es festigkeitsmäßig erforderlich wäre bzw.
ausgenutzt werden kann.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils geht die Erfindung ebenfalls von einem
Satz von geflanschten Rinnenprofilen aus, bei welchem mindestens ein Paar mit den
Enden gleichsinnig ineinandergelegter, untereinander nicht kongruenter Profile im
überlappungsbereich unter Berührung ihrer Flansche oder Böden, vorzugsweise nur
ihrer Flansche, miteinander verspannt ist und jedes der beiden Profile derart gestaltet
ist, daß es mit einem jeweils identischen Profil zu einem kongruenten Profilpaar
ineinanderlegbar ist, kennzeichnet sich dem vorbekannten Vorschlag gegenüber jedoch
dadurch, daß die Profile des nicht kongruenten Profilpaares untereinander geometrisch
unähnlich ausgebildet sind, wobei das Außenprofil ein im Verhältnis zum Innenprofil
wesentlich größeres Trägheitsmoment in der y-Achse (1,,), das Innenprofil dagegen
ein im Verhältnis zum Außenprofil wesentlich größeres Widerstandsmoment in der x-Achse
(Wx) aufweist. In Abweichung von dem bekannten Vorschlag wird die Vergrößerung des
jeweils nur in einer, bei den beiden Profilen aber in unterschiedlichen Achsen benötigten
höheren Widerstand- oder Trägheitsmomentes lediglich durch eine andersartige Massenverteilung
des bei einem bestimmten Metergewicht zur Verfügung stehenden Werkstoffes, d. h.
lediglich durch Änderung der Profilform bewirkt, so daß die auf diese Weise entstehenden
geometrisch unähnlichen Profile keine unterschiedliche Querschnittsgröße und demgemäß
auch kein unterschiedliches Metergewicht aufzuweisen brauchen. Die Erfindung geht
hierbei von der Erkenntnis aus, daß es bei der Verwendung eines ohnehin nicht kongruenten
Profilpaares, bei dem jedoch jedes einzelne Profil mit einem jeweils identischen
Profil zu einem kongruenten Profilpaar zusammenlegbar ist, keinen wirtschaftlich
ins Gewicht fallenden Vorteil darstellt, sie in beliebiger Weise als Innen- oder
Außenprofil verwenden zu können, da es im Regelfall aus anderweitigen Gründen ohnehin
notwendig oder zumindest zweckmäßig ist, als Seitensegmente Außenprofile und als
Firstsegmente Innenprofile zu wählen, daß es dagegen ein wirtschaftlich erheblich
ins Gewicht fallende Nachteil bildet, eines nur in einer Achse benötigten höheren
Trägheits- oder Widerstandsmomentes wegen zu einem schwereren Profil greifen zu
müssen, ohne den hierdurch bedingten größeren Materialeinsatz festigkeitsmäßig,
d. h. wirtschaftlich vertretbar, ausnutzen zu können.
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Im Falle der Erfindung verleiht das vergrößerte Widerstandsmoment
in der x-Achse dem Innenprofil bei gleichem Metergewicht eine besonders hohe Biegesteifigkeit,
so daß es seine Funktion als Firstsegment beim ring- oder bogenförmigen Streckenausbau
wirkungsvoller erfüllen kann als solche Profile, die hinsichtlich ihrer x-Achse
und y-Achse ein im wesentlichen ausgeglichenes Widerstandsmoment aufweisen. Demgegenüber
führt die Vergrößerung des Trägheitsmomentes in der y-Achse beim Außenprofil zu
einer Erhöhung der Knicksteifigkeit, so daß es mit Rücksicht auf seinen üblichen
Einsatz als Seitensegment ebenfalls besser den sich hieraus ergebenden einseitigen
Beanspruchungen gewachsen ist, ohne deswegen ein größeres Metergewicht als das Innenprofil
aufzuweisen.
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Trotz der Vorteile, die die Möglichkeit einer geeigneteren Anpassung
der Profilform an die jeweils unterschiedlichen einseitigen Beanspruchungen der
Profile unter Beibehaltung des gleichen Metergewichtes mit sich bringt, schließt
es die Erfindung selbstverständlich nicht aus, auch Profile mit unterschiedlichem
Metergewicht zu verwenden, wenn dies beispielsweise wegen einseitig auf den Streckenboden
einwirkender Gebirgsbelastungen wünschenswert oder zweckmäßig sein sollte. Auch
in diesen Fällen liegt der Vorteil der Erfindung grundsätzlich darin, die im Hinblick
auf das Metergewicht zur Verfügung stehende Werkstoffmasse besser, d. h. wirtschaftlicher,
im Sinne der nur in einer Achsrichtung benötigten Vergrößerung des Widerstands-
bzw. Trägheitsmomentes auszunutzen.
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Da auch im Falle der Erfindung sowohl das Innenals auch das Außenprofil
des nicht kongruenten Profilpaares mit jeweils identischen Profilen zu kongruenten
Profilpaaren zusammengesetzt werden können, bleibt neben dem Vorteil einer wirtschaftlicheren
Materialausnutzung der weitere Vorteil des zuvor behandelten bekannten Vorschlages
erhalten, in bezug auf die Zusammensetzung der Profile der einzelnen Ausbaurahmen
freier zu sein, als dies bislang die nicht kongruenten Profilpaare zuließen, deren
Formgebung es grundsätzlich ausschließt, jedes der beiden Profile mit einem jeweils
identischen Profil zu einem kongruenten Profilpaar zusammenzusetzen. Diese Vorteile
der Erfindung wirken sich beispielsweise bei dreiteiligen Ausbaurahmen, bei denen
die Notwendigkeit besteht, das Firstsegment als Innenprofil in die beiden als Außenprofil
dienenden Seitensegmente einzulegen, dahin aus, daß die Seitensegmente eine im Verhältnis
zu ihrem Metergewicht sehr hohe Knickfestigkeit besitzen, das Firstsegment dagegen
eine im Verhältnis zu dem gleichen Metergewicht besonders große Biegefestigkeit
aufweist, wobei der Ausbaurahmen zusätzlich durch ein in das zum Gebirgsstoß hin
offene Firstsegment eingelegtes, kongruentes Profilstück verstärkt werden kann,
wie dies beispielsweise beim Ausbau von Abbaustrecken häufig im Hinblick auf einen
einseitig erhöhten Kraftangriff des Gebirges wünschenswert ist. Bei vierteiligen
Ausbaubögen besteht die Möglichkeit, die beiden aus untereinander kongruenten Profilen
bestehenden und als Außenprofile mit großer Knicksteifigkeit ausgebildeten Seitensegmente
mit den in diese eingelegten beiden untereinander wiederum aus kongruenten Innenprofilen
mit hoher Biegesteifigkeit bestehenden Firstsegmenten zu kombinieren, eine Möglichkeit,
die bei Verwendung der bekannten untereinander nicht austauschbaren Profile nicht
kongruenter Profilpaare ebenfalls daran scheiterte, daß keines der beiden Profile
mit einem jeweils kongruenten Profil ineinanderlegbar ist.
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Gemäß der Erfindung können die Profile des nicht kongruenten Profilpaares
so gestaltet sein, daß sie sich unmittelbar über die Flansche und/oder die Böden
gegeneinander abstützen, während die aus diesem gebildeten kongruenten Profilpaare
entweder
unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung von
Distanzstücken über die Flansche und/oder die Böden abgestützt sind.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß das Außenprofil
bei etwa gleicher Flanschstärke wie das Innenprofil einen gegenüber diesem dünneren,
im wesentlichen ebenwandigen Boden aufweist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Profilscheiben eines nicht kongruenten Profilpaares,
deren Profile mit jeweils identischen Profilen zu kongruenten Profilpaaren zusammensetzbar
sind, F i g. 2 einen dreiteiligen Ausbaurahmen mit eingelegtem Verstärkungssegment,
F i g. 3 einen vierteiligen Ausbaurahmen, F i g. 4 einen ringförmigen Ausbaurahmen.
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Gemäß F i g. 1 besteht das Gegenstand der Erfindung bildende Profilpaar
aus untereinander nicht kongruenten geometrisch unähnlichen Profilen, bei denen
das Innenprofil mit 1 und das Außenprofil mit 2 bezeichnet sind. Das dem Innenprofil
zugeordnete bzw. mit diesem zu einem kongruenten Profilpaar zusammensetzbare identische
Profil ist mit la und das dem Außenprofil 2 zugeordnete und mit diesem ebenfalls
zu einem kongruenten Profilpaar zusammensetzbare identische Profil mit 2 a bezeichnet.
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Bei den in der Zeichnung links von der y-Hauptachse dargestellten
Profilformen stützen sich sämtliche vier Profile unmittelbar mit den Flanschen aufeinander
ab. Bei der in der Zeichnung rechts von der y-Achse dargestellten Profilform sind
die Flansche dünner, im Interesse der Einhaltung eines annähernd ausgeglichenen
Widerstandsmomentes in der x-Achse und y-Achse, jedoch seitlich ausladender ausgebildet,
so daß sich hierbei nur die Profile 1' und 2' des nicht kongruenten Profilpaares
unmittelbar mit den Flanschen abstützen, während sich diese mit den ihnen jeweils
zugeordneten identischen Profilen 1ä und 2a' nur mittelbar über im überlappungs-
bzw. im Verspannungsbereich zwischen den Flanschen eingelegte Distanzstücke 3, 3
a aufeinander abstützen.
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Während die mit y-y bezeichnete Hauptachse allen Profilen gemeinsam
ist, veranschaulicht die mit x-x bezeichnete, zur y-Achse senkrecht gerichtete Hauptachse
nur deren Lage in bezug auf das Profil 1 a bzw. 1 ä .
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist das das Innenprofil 1 bildende Profil
des nicht kongruenten Profilpaares ebenso wie das diesem zur Ergänzung eines kongruenten
Profilpaares zugeordnete Profil 1 a derart ausgebildet, daß die Stege 4 an der Innen-
und Außenseite des Profils kurvenförmige Begrenzungslinien aufweisen, wobei der
Boden 5 auf der Innenseite durch eine stetig in die Stege übergehende Kurvenlinie
begrenzt ist, während die Außenseite des Bodens im wesentlichen geradlinig abgeflacht
ist. Das Verhältnis zwischen der Stärke des Bodens 5 und der Breite der Abflachung
beträgt hierbei vorzugsweise etwa 0,5.
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Sowohl bei den Profilen 1, 1 a als auch bei den Profilen 1', l a'
ist die Massenverteilung über den Profilquerschnitt derart gewählt, daß die Widerstandsmomente
des Profils in der x-Achse und y-Achse - wie dies bei geflanschten Rinnenprofilen
im Gegensatz zu anderen Profilen, beispielsweise Doppel-T-Profilen, möglich ist
- weitgehend aneinander angenähert sind, wobei jedoch eine Differenzierung bewußt
in der Weise vorgenommen ist, daß es ein verhältnismäßig hohes Widerstandsmoment
in der x-Achse aufweist. Da das Innenprofil bei mehrteiligen Ausbaurahmen stets
im Bereich der Streckenfirste angeordnet ist, wird hierdurch den höheren Biegebeanspruchungen
Rechnung getragen, da sich die Vergrößerung des W" in Form einer vergrößerten Biegesteifigkeit
des Profils auswirkt.
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Obwohl die in der Zeichnung rechts von der y-Achse dargestellte Profilform
dünnere Flanschstärken aufweist, die bei Verarbeitung eines verhältnismäßig unreinen
Stahls mit Rücksicht auf die bei diesem bestehende höhere Rißempfindlichkeit gewisse
Vorteile bieten, sind die vorstehend in bezug auf die Profile 1 und 1 a erläuterten
Verhältnisse auch hierbei gegeben, da die Flansche entsprechend ihrer Wandstärkenverringerung
eine größere seitliche Länge besitzen.
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Das mit 2 bzw. 2' bezeichnete Außenprofil des nicht kongruenten Profilpaares
sowie das diesem zur Ergänzung zugeordnete identische Profil 2 a bzw.
2 ä
sind im Gegensatz zu den Verhältnissen bei den Profilen 1,1a bzw.
1',1ä derart gestaltet, daß sie ein vergrößertes Trägheitsmoment in der y-Achse
(1,) aufweisen, so daß bei diesem Profil eine gegenüber dem Innenprofil erheblich
vergrößerte Knicksteifigkeit erzielt wird. Da das Außenprofil bei mehrteiligen Bogen
regelmäßig für die Seitensegmente benutzt wird, in denen die auf den Ausbaurahmen
von außen einwirkenden Gebirgskräfte in Form von Längsbeanspruchungen übertragen
werden, wirkt sich hier die auf Kosten der Biegesteifigkeit erhöhte Knicksteifigkeit
vorteilhaft aus.
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Die Vergrößerung des Trägheitsmomentes in der y-Achse auf Kosten des
Widerstandsmomentes in der x-Achse wird bei diesen Außenprofilen 2,2a bzw. 2', 2a'
dadurch erzielt, daß sie einen gegenüber dem Innenprofil wesentlich breiteren, dafür
jedoch dünneren, im wesentlichen ebenwandigen Boden 5 a erhalten, während sich die
Stege 4 a wiederum zu den verstärkten Flanschen 6a hin verjüngen. Die Begrenzungslinien
der Stege 4 a auf der Profilinnen- und -außenseite haben ebenfalls im wesentlichen
kurvenförmigen Verlauf, doch weisen sie eine geringere Krümmung als im Falle der
Innenprofile auf.
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Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines dreiteiligen
Ausbaurahmens sind die beiden innenliegenden Seitensegmente durch die untereinander
kongruenten Außenprofile 2, 2 a gebildet, während das Firstsegment aus dem mit diesen
nicht kongruenten Innenprofil l a, 1 besteht.
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Die im überlappungsbereich jeweils vorgesehenen Klemm- bzw. Spannschellen
sind mit 7 bezeichnet und nur schematisch angedeutet. Sie bewirken in Verbindung
mit der unmittelbaren Abstützung der gleichsinnig ineinanderliegenden Profile eine
Umfangsnachgiebigkeit des Rahmens, die es den Profilsegmenten ermöglicht, gegen
einen nachgiebigen Reibungswiderstand unter dem Gebirgsdruck einzuschieben.
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Das mit 8 bezeichnete Verstärkungsstück besteht aus einem Profilsegment,
das mit dem als Innenprofil ausgebildeten Profil des Firstsegmentes 1 bzw. 1 a identisch,
d. h. kongruent ist, so daß es sich in die nach oben offene Rinne des Firstsegmentes
einlegen und gegebenenfalls mit diesem durch eine Spannschelle 7a verspannen läßt.
Die
Verwendung solcher Verstärkungssegmente ist dann zweckmäßig, wenn der Ausbaurahmen
in Abbaustrecken Verwendung findet, bei denen der Gebirgsdruck unsymmetrisch am
Umfang des Ausbaurahmens angreift. Durch ein nur in diesem Bereich erhöhten Gebirgsdruckes
eingelegtes Verstärkungssegment läßt sich daher der Ausbaurahmen erheblich widerstandsfähiger
gegen Biegebeanspruchungen gestalten.
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Bei dem in F i g. 3 dargestellten vierteiligen Ausbaurahmen sind die
Seitensegmente wiederum durch untereinander kongruente Außenprofile 2 bzw. 2 a gebildet,
während die beiden in diese gleichsinnig eingelegten Firstsegmente aus wiederum
untereinander kongruenten Innenprofilen 1 und 1 a bestehen. Beide Firstsegmente
weisen zufolge der Verwendung kongruenter Innenprofile mit vergrößertem Widerstandsmoment
in der x-Achse eine hohe Biegesteifigkeit auf, während demgegenüber die für die
Seitensegmente verwendeten Außenprofile zufolge der Vergrößerung des Trägheitsmomentes
in der y-Achse eine erhöhte Knicksteifigkeit aufweisen.
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Bei dem ringförmigen Ausbaurahmen gemäß F i g. 4 bestehen sowohl die
beiden Seitensegmente als auch das außenliegende Sohlensegment aus untereinander
kongruenten Außenprofilen 2 bzw. 2 a, während das in diese gleichsinnig eingelegte
Firstsegment aus einem mit diesen nicht kongruenten Innenprofil 1 bzw. 1 a besteht.
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Bei dieser Ausführungsform besteht eine Abwandlungsmöglichkeit darin,
daß nur das Sohlensegment aus einem Außenprofil 2 bzw. 2 a gebildet ist, während
sowohl die Seitensegmente als auch das Firstsegment aus untereinander kongruenten
Innenprofilen 1 bzw. 1 a bestehen.
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Da ringförmige Ausbaurahmen im Regelfalle dort eingesetzt werden,
wo mit einem Quellen der Sohle gerechnet werden muß, kann es sich in diesem Sonderfall
empfehlen, für das Sohlensegment eine Profilform zu verwenden, bei der auf eine
einseitige Erhöhung des Trägheitsmomentes in der y-Achse verzichtet wird.