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Mehrteiliger ring- oder bogenförmiger Streckenausbau für den untertägigen
Grubenbetrieb Die Erfindung richtet sich auf einen mehrteiligen ring- oder bogenförmigen
Streckenausbau für den untertägigen Grubenbetrieb derjenigen bekannten Gattung,
bei welcher die Segmente aus geflanschten Rinnenprofilen bestehen, die mit den Enden
paarweise gleichsinnig ineinandergelegt und im Überlappungsbereich durch Klemmverbindungen,
wie Klemmschellen od. dgl., miteinander verspannt sind. Durch die Verwendung im
Überlappungsbereich gleichsinnig ineinandergelegter und miteinander verspannter
geflanschter Rinnenprofile besteht die Möglichkeit, eine Umfangsnachgiebigkeit des
Ausbaurahmens zu erzielen, derart, daß er unter der wachsenden Belastung des Gebirgsdruckes
weitgehend verformungsfrei nachgeben kann.
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Für den Streckenausbau dieser Art haben geflanschte Rinnenprofile
gegenüber anderen Profilformen außerdem den Vorteil, daß die Widerstandsmomente
in der X- und Y-Achse weitgehend einander angeglichen werden können, so daß sie
den vielfältigen und sich teilweise einander überlagernden Beanspruchungen, denen
derartige Ausbaurahmen im Betrieb ausgesetzt sind, bei gleichem Metergewicht besser
gewachsen sind.
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Es ist für die genannten Zwecke bereits bekannt, für die in Umfangsrichtung
hintereinandergeschalteten und mit den Enden gleichsinnig ineinanderliegenden Segmente
sowohl kongruente als auch nicht kongruente Profilpaare zu verwenden. Während die
kongruenten Profilpaare in der Praxis im allgemeinen deswegen den Vorzug verdienen,
weil sie wegen der Verwendung übereinstimmender Profile die Lagerhaltung vereinfachen,
haben die nicht kongruenten Profilpaare demgegenüber den Vorteil, daß man hinsichtlich
ihrer Formgebung nicht an so enge Grenzen gebunden ist sowie feiner, daß sie die
Möglichkeit bieten, daß Außen- und Innenprofil in bezug auf die statischen Werte
unterschiedlich zu gestalten, so daß sie den auf sie einwirkenden verschiedenartigen
Beanspruchungen besser angepaßt werden können. Da beispielsweise bei aus drei Segmenten
zusammengesetzten Ausbaurahmen die beiden Seitenteile im wesentlichen Druck-bzw.
Knickbeanspruchungen, das mittlere, innenliegende Segment dagegen in erster Linie
Biegebeanspruchungen ausgesetzt sind, besteht bei Verwendung nicht kongruenter Profilpaare
die Möglichkeit, dem Innenprofil durch entsprechende Gestaltung der Profilform eine
größere Widerstandsfähigkeit gegen Biegebeanspruchungen zu verleihen und demgegenüber
den seitlich angeordneten Außenprofilen durch abweichende Profilgestaltung eine
höhere Widerstandsfähigkeit gegen Knickbeanspruchungen zu geben.
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Von dieser Möglichkeit ist in der Praxis bislang jedoch nur beschränkt
Gebrauch gemacht worden, indem die Profile eines solchen Paares zwar nicht kongruent,
wohl aber nach im Prinzip übereinstimmenden Konstruktionsnormen gestaltet sind,
innerhalb welcher sie sich im wesentlichen nur hinsichtlich ihrer absoluten Abmessungen,
dagegen nicht oder im wesentlichen nicht hinsichtlich der Abmessungsrelationen zwischen
den einzelnen Profilteilen, wie Boden, Stegen und Flansche, voneinander unterscheiden.
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So sind beispielsweise mittels der Böden aufeinander abgestützte Profilpaare
bekannt, bei denen beide Profile übereinstimmend einen im Verhältnis zur Höhe der
Flansche wesentlich dicker bemessenen gewölbten Boden besitzen, an den sich mit
einer stetigen Krümmung einwärts gebogene, zu den Flanschen hin verjüngte Stege
anschließen. Abgesehen davon, daß die derart prinzipiell gleich konstruierten Profile
keine Differenzierung entsprechend ihren unterschiedlichen Beanspruchungsverhältnissen
aufweisen, haben sie den grundsätzlichen Nachteil einer zu starken Massenanhäufung
im Bereich des Bodens. Obwohl sie dadurch in Verbindung mit den gewölbten Stegen
einen sehr hohen Widerstand gegen ein Aufklaffen der Profilstege bei Biegebeanspruchungen
besitzen, hat diese ungleichförmige Massenverteilung des Werkstoffes über die Profilhöhe
zur Folge, daß die Widerstandsmomente in der X- und Y-Achse um ein erhebliches Maß
voneinander abweichen und damit die Vorteile entfallen, deretwegen die geflanschten
Rinnenprofile gerade als Ausbauelemente für den Grubenbetrieb gegenüber anderen
bekannten Profilformen vorgezogen werden.
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Auf der anderen Seite sind auch solche nicht kongruente Profilpaare
bekannt, bei denen die Profile
bei einem flachen, verhältnismäßig
dünnwandigen Boden gerade, zu den Flanschen hin divergierende Stege aufweisen und
bei denen die Flansche beider Profile - auch in Verbindung mit Bodenabstützung -
eine größere Höhe als die Bodendicke besitzen. Abgesehen davon, daß auch die Profile
dieses Profilpaars nach übereinstimmenden Konstruktionsnormen gestaltet sind, d.
h. Innen- und Außenprofil nicht entsprechend ihren verschiedenen Festigkeitsanforderungen
unterschiedlich sind, haben sie gegenüber dem vorerwähnten Profilpaar den Nachteil
eines verringerten Widerstandes gegen ein Aufklaffen der Profilstege bei Biege-
und Verdrehungsbeanspruchungen, so daß sich deren Gestaltung zwar für die Bedürfnisse
des Außenprofils, nicht dagegen mit gleichem Vorteil für die Bedürfnisse des Innenprofils
eignet.
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Von den beiden vorstehend behandelten, in der Praxis häufig anzutreffenden
Profilpaaren mit im Prinzip ähnlich konstruierten Einzelprofilen abgesehen, ist
es auch bereits bekannt, die Profile eines nicht kongruenten Profilpaares völlig
verschieden voneinander zu gestalten, wobei jedoch weder das Außen- noch das Innenprofil
eine solche Gestaltung aufweist, daß es im Hinblick auf die Beanspruchungsverhältnisse
und im Verhältnis zur Massenverteilung des Profilwerkstoffes als optimal oder auch
nur günstig angesprochen werden könnte. Während das im wesentlichen überall gleich
große Wandstärke aufweisende Außenprofil in Verbindung mit einem flachen Boden mit
einer stetigen Krümmung nach auswärts gewölbte Stege besitzt, an die sich die nach
außen gewinkelten Flansche mit einer etwa dem Boden entsprechenden Wandstärke anschließen,
ist das in den Außenkonturen der Innenkontur des Außenprofils angepaßte Innenprofil
innenseitig unter Einschluß des Bodens nach Art einer durchgehenden Parabel ausgebildet,
wobei die Höhe der Flansche annähernd der im Verhältnis zum Außenprofil größeren
Dicke des Bodens entspricht. Da die neutrale Linie der Stege beider Profile nach
außen gekrümmt ist, weisen beide Profile gegenüber Biegebeanspruchungen trotz ihrer
unterschiedlichen Gestaltung sowohl eine größere Neigung zum als auch einen geringeren
Widerstand gegen ein Aufklaffen der Stege auf als die Profile der beiden vorstehend
behandelten bekannten Profilpaare. Obschon gerade das Innenprofil in erster Linie
Biegebeanspruchungen ausgesetzt ist und daher einen erhöhten Widerstand gegen ein
Aufklaffen der Stege erforderte, ist diesem Gesichtspunkt bei diesem bekannten Profilpaar
nicht Rechnung getragen, da die im Verhältnis zum Außenprofil stärker bemessenen
Flansche auf der einen Seite die Neigung zum Aufklaffen vergrößern, der im Verhältnis
zum Außenprofil dickere Boden dagegen deswegen nicht zu einer Vergrößerung des Widerstandes
gegen ein Aufklaffen beizutragen vermag, weil sich die schwächste Stelle der Stege
annähernd in deren Längsmitte befindet und bei Biegebeanspruchungen erst etwa an
dieser Stelle das Aufklaffen einsetzt.
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Schließlich ist es gemäß einem älteren Vorschlag ebenfalls bereits
bekannt, für den ring- oder bogenförmigen Streckenausbau solche handelsüblichen
geflanschten Rinnenprofile zu verwenden, die einen geraden, innen und außen flachen
Boden besitzen, an den sich zu den freien Enden hin divergierende, mit stetiger
Krümmung einwärts gebogene Stege anschließen, die in den Endbereichen in seitlich
nach außen abgewinkelte Flansche übergehen. Soweit hierbei in Verbindung mit einem
mehrteiligen, aber starren Ausbaurahmen mit den Enden gleichsinnig ineinanderliegende
und im Oberlappungsbereich miteinander durch Bolzen gekuppelte Profilsegmente verwendet
wurden, waren diese hinsichtlich ihrer Gestaltungsform jedoch untereinander nicht
differenziert, namentlich nicht in der Weise, daß hierdurch den unterschiedlichen
Beanspruchungsverhältnissen des Innen- und Außenprofils hätte Rechnung getragen
werden können.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die auf das gleiche Profilmetergewicht
bezogene Tragfähigkeit nachgiebiger Ausbaurahmen durch eine zweckentsprechende Anpassung
der Profilgestaltung an die unterschiedlichen Festigkeitsanforderungen des Innen-
und Außenprofils zu verbessern. Zu diesem Zweck geht die Erfindung von der vorstehend
zuletzt behandelten Profilgrundform aus, nach welcher beide Profile uner Verwendung
eines geraden, innen und außen flachen Bodens mit stetiger Krümmung einwärts gebogene
Stege aufweisen und kennzeichnet sich dadurch, daß die Profile in der Weise unterschiedlich
gestaltet sind, daß das mit dem gegenüber dem Außenprofil schmaler bemessenen Boden
versehene Innenprofil gegenüber der Dicke des Bodens niedriger bemessene Flansche
und das Außenprofil demgegenüber im Verhältnis zur Dicke des Bodens höher bemessene
Flansche aufweist. Die derart gestalteten Profile des Profilpaares weisen zwar beide
trotz der vergleichsweise dünnwandigen Böden zufolge der zu den Flanschen hin nach
einwärts gekrümmten Stege und der hierdurch bedingten günstigeren Massenverteilung
des Werkstoffes über die Profilhöhe einen verhältnismäßig hohen Widerstand gegen
ein Aufklaffen der Profilstege bei Biegeverformungen auf, unterscheiden sich aber
hinsichtlich ihrer übrigen Gestaltungsform, namentlich hinsichtlich der Abmessungsrelationen
zwischen Flansche und Böden, dennoch so, daß das im allgemeinen im Firstbereich
angeordnete Innenprofil einen gegenüber dem Außenprofil erheblich höheren Verformungswiderstand
gegenüber Biegebeanspruchungen und Aufklaffen besitzt, das im allgemeinen seitlich
angeordnete Außenprofil dagegen einen gegenüber dem Innenprofil erheblich höheren
Verformungswiderstand gegenüber Druck- und Knickbeanspruchungen aufweist.
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Da Profile auch für den hier in Rede stehenden Zweck allgemein bekannt
sind, bei denen die Flansche sowohl höher als auch niedriger als die Dicke des Bodens
bemessen sind, richtet sich die Erfindung nicht auf die Gestaltung des Einzelprofils,
sondern ausschließlich auf die Art der Differenzierung, nach der sich die Profile
des Profilpaars im Rahmen der beanspruchten Zweckverbindung hinsichtlich dieser
bekannten Gestaltungsmerkmale voneinander unterscheiden.
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Obschon sich die Profile gemäß der Erfindung im Oberlappungsbereich
in bekannter Weise allseitig oder gegebenenfalls auch nur mit den Flanschen aufeinander
abstützen können, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Dicke des Bodens
und die Höhe der Flansche beider Profile derart aufeinander abzustimmen, daß sie
sich im Verspannungsbereich in bekannter Weise mindestens mittels der Böden aufeinander
abstützen.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich ferner dadurch,
daß mindestens das Innenprofil zu den Flanschen hin verjüngte Stege besitzt, wie
es von geflanschten Rinnenprofilen mit gewölbtem Boden und einwärts gekrümmten,
zu den Flanschen hin divergierenden Stegen her an sich bekannt ist. Bei gleichem
Profilgewicht bietet die Verjüngung der Stege zu den Flanschen hin eine weitere
Möglichkeit, das Innenprofil sowohl hinsichtlich der Aufklaflneigung als auch hinsichtlich
des Aufklaflwiderstandes bei Biegeverformungen zu verbessern. Obschon es denkbar
ist, auch das Außenprofil mit zu den Flanschen hin verjüngten Stegen zu versehen,
bietet es im Sinne des erfindungsgemäßen Lösungsprinzips besondere Vorteile, die
Profile zusätzlich in der Weise zu differenzieren, daß nur das Innenprofil zu den
Flanschen hin verjüngte Stege, das Außenprofil dagegen Stege mit über ihrer Länge
gleicher Wandstärke aufweist, die sich gegenüber Druck- und Knickbeanspruchungen
günstiger verhalten.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Bei dem gleichsinnig ineinanderliegenden Profilpaar mit geometrisch unähnlichen
Profilen ist das Innenprofil mit A und das Außenprofil mit B bezeichnet. Beide Profile
weisen einen flachen, d. h. nicht gewölbten, verhältnismäßig niedrig bemessenen
Boden 1 a bzw. 1 b auf, an den sich die mit einer stetigen Krümmung nach einwärts
gebogenen bzw. gewölbten Stege 2 a bzw. 2 b anschließen, die in den
Endbereichen in die seitwärts nach außen abgewinkelten Flansche 3 a bzw. 3 b übergehen.
Beim Innenprofil A weisen die Stege 2 a
zu den Flanschen 3 a hin eine
Verjüngung auf, wohingegen die Begrenzungslinien der Stege bei dem Außenprofil B
annähernd parallel zueinander verlaufen. Während das Außenprofil B einen im Verhältnis
zur Höhe der Flansche 3 b niedriger bemessenen Boden 1 b aufweist, liegen die Verhältnisse
beim Innenprofil A insofern umgekehrt, als hierbei die Höhe der Flansche 3 a niedriger
als die Dicke des Bodens 1 a bemessen ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Dicke des Bodens
und die Höhe der Flansche der beiden gleichsinnig ineinanderliegenden Profile derart
aufeinander abgestimmt, daß sich die Profile während der Verspannung in erster Linie
mit den Böden aufeinander abstützen, wohingegen im Bereich der Flansche ein kleiner
Spalt verbleibt.