DE3325746C1 - Stempel für Ausbaugestelle - Google Patents

Description

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:.·■> !filiere Zylini endseitigen KoI-■htend geführt ist, mit dem das innebeaufschlagenden

Druckraum als auch mit dem oberhalb des Kolbenstangenkoibens des äußeren Zvlinderrohrs vorgesehenen Druckraum Uussickeitsleitend verbunden ist, dadurch L'ek ο η η ze ich η et, daß zwischen den Kiilhenstantienkoiben (19) und das innere Zylinderrohr (12) mindestens zwei unterschiedlich lange, im Vergleich, zu dem inneren Zylinderrohr (12) in der Wanddicke (d) erheblich dünner bemessene Kolbenrohre (20—23) unter gegenseitiger Abstützung und Abstützung am inneren Zylinderrohr (12) relativversehiebiich einnebeltet sind, welche mit nach innen gerichteten Ringkragen (24—27) mit voneinander abweichenden lichten inneren Querschnitten (A—D) den Knibenstangenkolben (19) bzw. den in Richtung /um Kolbenstangenkolben (19) benachbarten Ringkragen (25—27) übergreifen und im Bereich der Ringkragen (24—27) Axialdichtungen (29) und Radialdichtungen (28) zur gegenseitigen Abdichtung und zum Abdichten gegenüber dem Kolbenstangenkolben (19) aufweisen. '

2. Stempel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- · zeichnet, daß die Kolbenrohre (20—23) in ihrer Länge gleichmaßig abgestuft sind.

3. Stempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Kolbenrohren (20—23) der Längenunterschied (E, F₁ G, H,/Jzweier benachbarter Kolbenrohre (20—23) bzw. zwischen einem Kolbenrohr (23) und dem Kolbenstangenkolben (19) bzw. zwischen einem Kolbenrohr (20) und einem Ringkolben (13) von innen nach außen abnimmt.

Die Erfindung richtet sich auf einen mit hydraulischem Fluid beaufschlagbaren Stempel für Ausbaugestelle in untertägigen Bergbaubetrieben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Sicherung untertägiger Räume, insbesondere Strebräume, ist es bekannt, selbstschreitende Ausbaugestelle in Form von Schilden, Böcken oder Rahmen zu verwenden. Die erforderlichen Unterstützungskräfte werden durch hydraulisch beaufschlagbare Zylinder (Stempel) erzeugt, die einerseits mit den Liegendschwellen der Ausbaugestelle und andererseits mit den Kappen b/w. kappenähnlichen Bauteilen gelenkig verbunden sind.

Insbesondere bei Schildausbaugestellen ergibt sich aufgrund wechselnder Flözmächtigkeiten die Notwendigkeit, die Stempel mit zum Teil erheblich variierenden Neigungen bezuglich der Vertikalen einzusetzen. In niedrigen Hö/machtigkeiten erhalten die Stempel dann .ne sehr starke Neigung zur Vertikalen, die bei zunehmenden Flözmächtigkeiten abnimmt. Wird es z.B. er-.irderlich, ein Schildausbaugestell aus einer niedrigen Flözmächtigkeit hochzufahren, so verringern die Stütz-.^ternpel zwangsläufig ihre Neigungswinkel zur Vertikalen, wobei jedoch bei konstanter Stempelkraft die vertikale Stützkomponente entsprechend zunimmt. Dies ist sowohl bei einstufigen als auch bei mehrstufigen Stempeln der Fall, wobei mehrstufige Stempel natürlich einen größeren Verstellbereich ermöglichen.

Ein besonderes Problem liegt nun darin, daß zur Erfüllung der besonders hohen sicherheitstechnischen Anforderungen in untertägigen Bergbaubetrieben ein Ausbaugestell auch schon im annähernd eingefahrenen Zustand der Stempel eine Mindesttragkraft gewährleisten muß. Wird folglich ein derartiges Ausbaugestell mit wenigstens zum Teil ausgefahrenen Stempeln eingesetzt, so erzeugen solche Stempel häufig Stützkräfte, die zu unerwünschten Gesteinszerstörungen sowohl im Hangenden als auch im Liegenden führen können. Selbst wenn das abzustützende Gebirge hochbelastbar ist und auch erhebliche Stützkräfte keine nennenswerten Zerstörungen der angrenzenden Hangend- und Liegendschichten erzeugen, ist es dennoch erforderlich, die Liegendschwellen, Kappen und anderen Bauteile, an denen die Stempel gelenkig angreifen, so zu dimensionieren, daß eine einwandfreie Abstimmung der Stempel mit diesen Teilen sichergestellt ist. Die Folge ist ein hohes Gewicht des reinen Stahlbauanteils, verbunden mit entsprechend hohen Gestehungskosten.

Man hat sich in der Fachwelt bemüht, Stützstempel, insbesondere mehrstufige Stützstempel, zu entwickeln, die bei veränderlicher Neigung als Folge des Verstellwegs eine annähernd gleiche Traglast über die gesamte Ausfahrhöhe eines Ausbaugestells bieten. So hat man beispielsweise bei Ausbaugestellen mit Lemniskatcn-Lenker-Anordnungen über Ventile gesteuerte hydraulische Differentialzylinder als Stempel eingesetzt. Mit dieser Maßnahme konnte trotz sich stetig verändernder räumlicher Lage der verschiedenen Gelenkachsen der Lemniskaten-Lenker-Anordnung und der damit verbundenen Änderung der Stützkraft der Stempel nahezu eine gleichmäßige Stützkraft des Ausbaugestells erreicht werden. Dieses Konzept erlaubte es aufgrund der ihm innewohnenden Eigenarten aber nur in einem begrenzten Umfang die Tragkraft des Ausbaugestells über den Hub der Stempel zu vergieichmäßigen.

Ein anderer Vorschlag besteht darin, den hydraulischen Druck der Stützstempel in Abhängigkeit von der Ausfahrhöhe der Ausbaugestelle so zu steuern, daß der vertikale Stützkraftanteil der Stempel auch bei Veränderungen der Stempelneigung annähernd gleich bleibt (DE-OS 31 00 093). Hier stellt sich jedoch die Frage, ob der erhebliche zusätzliche Aufwand für die analog zu steuernden Ventile durch den erzielbaren Nutzen gerechtfertigt ist. Auch ist es aus sicherheitstechnischcn Gründen riskant, die Stahlbauteile eines Ausbaugestells auf den konstanten vertikalen Stützkraftanteil der Stempel hin zu dimensionieren. Treten beispielsweise Steuerungsdefekte bei mit vollem Fluiddruck beaufschlagten Stützstempeln auf, so ist eine außerordentliche Überlastung der Stahlbauteile unvermeidbar.

Zum Stand der Technik zählt es darüber hinaus, mehrstufige Stempel einzusetzen, bei denen eine Reduzierung der Stempelkraft dadurch herbeigeführt wird, daß bei konstantem Fluiddruck die jeweils in Aktion befindlichen Wirkflächen geändert werden. Das heißt, daß solche mehrstufigen Stül/stempel eine abgestufte

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Kraft-1 lub-Kennlinie aufweisen. Bei diener Gattung von Stüt/.stempeln sind aber die Unterschiede der Wirkflächen von Stufe zu Stufe als Folge der benötigten Mindestwanddicken für die Zylinderrohre so groß, daß unter Berücksichtigung der praktischen Forderungen die Traglastsprünge unzulässig groß sind.

Durch die DE-OS 29 41 168 ist schließlich ein mehrstufiger, mit hydraulischem Fluid beaufschlagbarer Stempel für Ausbaugestelle des untertägigen Bergbaus bekannt, in dessen nach oben offenen Außenstempelzylinder zwei zueinander abgedichtet relativ verlagerbare Zylinderrohre verschiebbar gelagert sind. Von denen ist das innere Zylinderrohr mit einem Ringkoiben sowohl am äußeren Zylinderrohr als auch an einer vom Zylinderboden des äußeren Zylinderrohrs aus in das innere Zylinderrohr hineinragenden, mit einem endseitigen Kolben versehenen Kolbenstange dichtend geführt. Der unterhalb des äußeren Zylinderrohrs wirksame Druckraum ist sowohl mit dem das innere Zylinderrohr im Ausfahrsinne beaufschlagenden als auch mit dem oberhalb des Kolbenstangenkolbens des äußeren Zylinderrohrs vorgesehenen Druckraum flüssigkeitsleitend verbunden.

Bei diesem Grubenstempel wird dadurch eine gleichbleibende Traglast über die gesamte Ausfahrlänge angestrebt, daß auf der nicht mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Seite des endseitig der Kolbenstange angeordneten Kolbens ein sowohl beim Rauben als auch beim Ausfahren der Zylinderrohre mit Gas gefüllter Ringraum zwischen der Kolbenstange und dem inneren ZylindeiTohr vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Stempel für Ausbaugestelle in untertägigen Grubenbetrieben so zu verbessern, daß die Stützkräfte sehr feinfühlig auf die jeweils vorhandenen Verhältnisse des Nebengesteins abgestimmt und die Ausbaugestelle unter Verringerung des Stahlbauanteils leichter und mit geringerem Aufwand ausgebildet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Der Erl'indungsgedanke baut auf einer Stempelausbildung auf, bei welcher die Tragkräfte in jeder Stufe aufgrund des Doppelkolbensystems aus der Addition bzw. Subtraktion der mit dem Druckfluid beaufschlagten Wirkflächen im Ringraum unterhalb des Ringkolbens einerseits und im Druckraum oberhalb des Kolbenstangenkolbens andererseits resultieren. Auf der Basis dieses Konzepts ist es möglich, mehrstufige Stempel mit exakt gleicher Stützkraft über die gesamte Hubhöhe zu schaffen und dabei gezielte Lastsprünge zu erreichen.

Durch die Anordnung von dünnwandigen Kolbenrohren mit nach, innen gerichteten Ringkolben oberhalb des Kolbenstangenkolbens kann die Wirkfläche des Kolbenstangenkolbens in mehrere Wirkflächen unterschiedlicher Größe aufgelöst werden, wobei jede Wirkl'lächc in Abhängigkeit von der Ausfahrlänge des Stempels zum Tragen kommt. Die sich dadurch hubabhängig laufend verringernde Kolbenwirkfläche mit entsprechend geringen Kraftsprüngen führt zu einem ausreichend gleichförmigen Stützkraftverlauf über den gesamten Verstellbereich eines Ausbaugestells. Die Stützkraflkennlinie ist dabei reversibel. Unabhängig davon, ob der Stempel aktiv ausgeschoben oder passiv eingeschoben wird, ist in jeder beliebigen Stellung die vorgegebene Kraft vorhanden. Auch sind Überlastungen des Ausbaugestells, z. B. wegen defekter Steuerventile ausgeschlossen, da der hydraulische Druck in allen Stufen konstant ist.

In der eingefahrenen Stellung des Stempels liegen sämtliche Ringkragen dichtend aufeinander und der Ringkolben befindet sich im Abstand von dem ihm benachbarten Endabschnitt des äußersten Kolbenrohrs. Die Wirkfläche wird durch den Querschnitt des inneren Zylinderrohrs bestimmt. Werden nun der Ringraum unterhalb des Ringkolbens und der Arbeitsraum oberhalb

ίο des Kolbenstangenkolbens mit Druckfluid beaufschlagt, fährt das innere Zylinderrohr aus, bis der Ringkolben am äußersten Kolbenrohr zur Anlage gelangt und dieses mitnimmt. Dessen Ringkragen hebt sich vom Ringkragen des benachbarten Kolbenrohrs ab. Folglich wird die Wirkfläche um den kreisringförmigen Querschnitt des äußersten Kolbenrohrs vermindert. Erreicht der Ringkolben das nächste Kolbenrohr und nimmt dieses mit, so hebt sich dessen Ringkragen von dem benachbarten Ringkragen ab. Die Wirkfläche wird nochmals verkleinert. Dieselbe Funktion vollzieht sich beim nächsten Kolbenrohr usw. bis das letzte Kolbenrohr vom Kolbenstangenkolben abgehoben hat.

Es ist erkennbar, daß mit zunehmender Verstellänge die Wirkflächenkräfte der dünnwandigen Kolbenrohre nacheinander durch gezielt bestimmbare Teilhübe in ihrer Wirkung aufgehoben werden. So lange sich die Ringkragen der Kolbenrohre aneinander bzw. auf dem Kolbenstangenkolben abstützen, sind ihre Wirkflächenkräfte als äußere Stützkräfte nutzbar. Sobald aber der Ringkolben auf eines der Kolbenrohre aufläuft, hebt sich dessen Ringkragen ab. Der Wirkkraftanteil dieses Kolbenrohrs wird dann in eine innere Kraft umgewandelt und die Gesamtstützkraft des Stempels nimmt um diesen Anteil ab.

Wie viele Kolbenrohre ineinander geschachtelt werden, hängt von den Abmessungen des jeweiligen Stempels ab. Ein nahezu gleichförmiger Stützkraftverlauf ist selbstverständlich dann erzielbar, wenn die hubabhängigen Wirkflächenveränderungen extrem klein sind. Hierzu sind sehr dünnwandige Kolbenrohre erforderlich. Dies bildet jedoch keine besonderen Probleme, da sich trotz des vorhandenen hohen Innendrucks im Stempel die jeweils innenliegenden Kolbenrohre bei radialer Beanspruchung über die äußeren Kolbenrohre am inneren Zylinderrohr abstützen. Dieses ist dann entsprechend zu dimensionieren.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 können die Kolbenrohre in ihrer Länge gleichmäßig abgestuft sein. Vorteilhafter ist es aber, wenn entsprechend den

so Merkmalen des Anspruchs 3 der Längenunterschied zweier benachbarter Kolbenrohre bzw. zwischen einem Kolbenrohr und dem Kolbenstangenkolben bzw. zwischen einem Kolbenrohr und dem Ringkolben von innen nach außen abnimmt. Wie groß der jeweilige Teilhub eines Kolbenrohrs ist, kann weitgehend frei vorab bestimmt und damit auch ein gleichförmiger Stützkraftverlauf über die Hublänge eines Stempels gewährleistet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen zweistufigen Teleskopstempel für ein Schildausbaugestell im vertikalen Längsschnitt in der eingefahrenen Position und

Fig.2 den Teleskopsteinpel der F-"ig. 1 in einer ausgefahrenen Zwischenstellimg. ebenfalls im vertikalen Längsschnitt.

Der in den F-"ig. 1 und 2 \eranscluuilichte Teleskop-

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Stempel 1 besitzt einen Unterstempel 2, der mit der kugelabschnittsförmigen Stirnfläche 3 in einer daran angepaßten Lagerstelle einer ansonsten nicht näher dargestellten Liegendschwelle eines Schildausbaugestells schwenkbar festgelegt ist.

Im Unterstempel 2 ist ein äußeres Zylinderrohr 4 dichtend zwangsgeführt. Die Abdichtung erfolgt einmal über eine Dichtung 5 im Unterstempel 2, welche das Zylinderrohr 4 umgreift und einmal über eine Dichtung 6 im Boden 7 des Zylinderrohrs 4, welche an der inneren Oberfläche 8 des Unterstempels 2 entlanggleitet. Die Zuführung des Druckfluids zum Teleskopstempel 1 erfolgt über einen Kanal 9 im Unterstempel 2 zunächst in den Arbeitsraum 10 zwischen den Unterstempel 2 und dem Boden 7 des äußeren Zylinderrohrs 4.

Die Figuren geben weiter zu erkennen, daß vom Zylinderboden 7 des äußeren Zylinderrohrs 4 aus eine Kolbenstange 11 in ein im äußeren Zylinderrohr 4 zwangsgeführtes inneres Zylinderrohr 12 hineinragt. Das innere Zylinderrohr 12 ist mit einem Ringkolben 13 an der Kolbenstange 11 und am äußeren Zylinderrohr 4 zwangsgefühFt Die Abdichtung wird über Dichtungen 14, 15 im Ringkolben 13 bewirkt. Die Abdichtung des inneren Zylinderrohrs 12 gegenüber dem Endabschnitt 16 des äußeren Zylinderrohrs 4 erfolgt über eine Dichtung 17 am freien Ende 16 des äußeren Zylinderrohrs 4.

Das kugelabschnittsförmige Kopfende 18 des inneren Zylinderrohrs 12 dient zur gelenkigen Festlegung an der ebenfalls nicht näher dargestellten Kappe des Schildausbaugestells.

Zwischen den am freien Ende der Kolbenstange 11 befindlichen Kolben 19 und das innere Zylinderrohr 12 sind beim Ausführungsbeispiel insgesamt vier in der Wanddicke dsehr dünne Kolbenrohre 20—23 eingegliedert. Die Kolbenrohre 20—23 stützen sich radial aneinander ab, wobei aufgrund des im Stempel 1 vorhandenen hohen Innendrucks die Kolbenrohre 20—23 sich insgesamt an dem inneren Zylinderrohr 12 abstützen. Die Kolbenrohre 20—23 besitzen eine unterschiedliche Länge. Sie ragen frei in den Ringraum 31 zwischen der Kolbenstange 11 und dem inneren Zylinderrohr 12 hinein.

Die oberen Enden der dünnen Kolbenrohre 20—23 besitzen Ringkragen 24—27 mit unterschiedlichen lichten inneren Querschnitten A—D. Die Ringkragen 24—27 weisen radiale Dichtungen 28 auf, mit denen sie gegenüber dem jeweils benachbarten nächst äußeren Kolbenrohr 21 —23 bzw. dem Zylinderrohr 12 abgedichtet sind. Ferner besitzen die Ringkragen 24—27 Axialdichtungen 29 (F i g. 2), mit denen sie aneinander und am Kolbenstangenkolben 19 abdichtend zur Anlage gelangen. In den Kolben 19 ist auch eine Dichtung 30 eingebettet, welche die Dichtung zwischen dem innersten Kolbenrohr 23 und dem Kolbenstangenkolben 19 herstellt.

In der F i g. 1 befindet sich der Teleskopstempel 1 in der eingezogenen Stellung. Sowohl das äußere Zylinderrohr 4 als auch das innere Zylinderrohr 12 sind eingefahren. Es ist erkennbar, daß sämtliche Ringkragen 24—27 aneinander bzw. am.Kolbenstangenkolben 19 anliegen.

Bei Beaufschlagung über den Zuführkanal 9 wird zunächst der Boden 7 des äußeren Zylinderrohrs 4 angehoben, bis er an einem Absatz 32 des Unterstempels 2 zur Anlage kommt (F i g. 2). Bei weiter anhaltender Beaufschlagung mit dem Fluiddruck tritt das Fluid über einen Kanal 33 in den Ringraum 31 zwischen der Kolbenstange 11 und dem äußeren Zylinderrohr 4 sowie über einen Kanal 34 in der Kolbenstange 11 in den Arbeitsraum 35 oberhalb des Kolbenstangenkolbens 19 ein. Die Stützkraft der sich aus dem äußeren Zylinderrohr 4 und dem inneren Zylinderrohr 12 zusammensetzenden zweiten Stufe des Teleskopstempels 1 resultiert aus der Addition der kreisringförmigen Winkflächen im Ringraum 31 mit den kreisförmigen Wirkflächen im Arbeitsraum 35.

Durch die Anordnung der Ringkragen 24—27 an den Kolbenrohren 20—23 wird nun die Wirkfläche im Arbeitsraum 35 vom größten Durchmesser — bestimmt durch den Innendurchmesser des inneren Zylinderrohrs 12 — bis zu einem durch die Wirkfläche des Kolbenstangenkolbens 19 bestimmten Durchmesser reduziert. Das heißt, wird aus der Stellung gemäß F i g. 1 der Ringkolben 13 angehoben, so stößt er zunächst gegen die Stirnseite 36 des äußersten Kolbenrohrs 20. Dies wird angehoben, so daß sich die Wirkfläche im Arbeitsraum 35 um die kreisringförmige Querschnittsfläche des äußersten Kolbenrohrs 20 vermindert. Bei weiterem Ausfahren des Stempels 1, was in der Regel eine Verringerung der Neigung des Teleskopstempels 1 gegenüber der Vertikalen bedeutet, gelangt auch die Stirnseite 37 des nächsten Kolbenrohrs 21 am Ringkolben 13 zum Anschlag, so daß auch dieses Kolbenrohr 21 mitgenommen wird. Es erfolgt eine weitere Reduzierung der Wirkfläche im Arbeitsraum 35. Sobald also ein dünnwandiges Kolbenrohr 20—23 auf den Ringkolben 13 aufläuft, wird der Wirkkraftanteil dieses Kolbenrohrs 20—23 in eine innere Kraft umgewandelt und die Gesamtstützkraft des Stempels 1 um diesen Anteil gemindert. Diese Verminderung erfolgt so lange, bis auch das innerste Kolbenrohr 23 bezüglich seines Ringkragens 27 vom Kolbenstangenkolben 19 abgehoben hat und damit nur noch die Wirkfläche des Kolbenstangenkolbens 19 zur Verfugung steht.

Die Figuren lassen schließlich noch erkennen, daß die Kolbenrohre 20—23 verschieden lang bemessen sind. Die Länge nimmt vom innersten Kolbenrohr 23 zum äußersten Kolbenrohr 20 zu. Dabei nimmt der Längenunterschied E, F, G, H, J zwischen dem Kolbenrohr 23 und dem Kolbenstangenkolben 19, zweier benachbarter Kolbenrohre 23, 22 oder 22, 21 oder 21, 20 sowie zwischen dem Kolbenrohr 20 und dem Ringkolben 13 von innen nach außen ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentanspruch;1

1. Mit hydraulischem Fluid
mehrstufiger Stüt/stempel für -V
tertägigen Bergbaubetrieben, v,
zwei zueinander ahiredicritet r ^; :r
Zylinderrohre aufweist. \on (:enen :.is
derrohr mit einem Rm:7ko,ivn «■■•λ»:'
Zylinderrohr als aucn .in i-ner \-
des äußeren Zvlindi-rrniirs ,«:s ::■
derrohr hincinrasenden. :iw '_··π-λ'
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wobei die Dnick/uiiihnimi soweit¹,
re Zylinderrohr >ni Nüsfahrsinn

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