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Eiserner Grubenausbau mittels einzelstehender, ring- oder bogenförmig
gestalteter Profile Die Erfindung betrifft -einen eisernen Grubenausbau mittels
einzelstehender, ring-oder bogenförmig gestalteter Profile. Die Erfindung besteht
darin, die bekannten rinnenförmigen Delageisen oder artgleiche Walzeisenprofile
für diese Form des eisernen Grubenausbaues zu verwenden. Artgleiche Walzeisenprofile
sind rinnenförmige Profile mit Hauptgurtung und an den Seitengurtungen angesetzten
Flanschen, wobei die Profile hinsichtlich des im nachfolgenden dargelegten Verhältnisses
der Trägheitsmomente den bekannten Belageisen entsprechen oder von diesen im Rahmen
der im folgenden über die Erfindung gemachten Ausführungen abweichen.
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Man hat zwar schon vorgeschlagen, belageisenartige oder ähnliche Profile
im Grubenausbau in Forrri von Stempeln oder Schaleisen zu verwenden, ohne daß diese
eine weitere Verbreitung gefunden haben. Im Bogenausbau jedoch wurden bisher Doppel-T-Eisen;
Schienen oder ähnliche Profile allgemein verwandt. Diese Profile sind durch eine
hohe Widerstandskraft in der Senkrechten, entsprechend denn. Widerstandsmoment Wx,
und durch eine geringe seitliche Widerstandsfähigkeit gekennzeichnet. Man ging nämlich
bisher von der Anschauung aus, daß der Bogenausbau in gleicher Weise wie die gerade
Kappe nur auf Durchbiegung beansprucht würde und verwandte daher ausschließlich
diese reinen Biegungsprofile für diese Ausbauform. Die Erfindung geht jedoch von
der Beobachtung aus, daß sich diese Profile unter Tage dem hohen Gebirgsdruck weniger
störend in vertikaler Richtung, sondern so stark nach der Seite hin verbiegen und
verwinden, daß ihre Tragkraft außerordentlich vermindert wird. Hierdurch wird der
durch die Bogenform an sich gewonnene Vorteil einer Verstärkung des Aushaues bis
auf das 6- bis 8fache gegenüber der geraden Kappe vorzeitig zunichte gemacht, da
die Profile, bevor ihr hohes Widerstandsmoment in der Vertikalen ausgenutzt ist,
nach ihrer schwächsten Seite hin ausweichen. Diese seitlichen. Verwindungen sind
insofern noch als besonders nachteilig anzusehen, als sich derart verbogene Profile
zum größten Teil gar nicht oder nur unter erheblichen Kosten wieder zurechtbiegen
lassen.
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Die Erfindung geht dagegen von der Erkenntnis aus, daß die seitlichen
Deformationen der bisherigen Ausbauprofile darauf zurückzuführen sind, daß sich
der von außen auf den Umfang des Bogens wirkende Gebirgsdruck zum großen Teil tangential
über das ganze Profil fortsetzt und es daher in seiner Achse auf Knickung beansprucht.
Ein auf Knickung beanspruchter Stab weicht jedoch stets nach seiner schwächsten
Seite aus,
die bei den bisherigen, auf reine Biegung bemessenen
Bogenprofilen in seitlicher Richtung lab. Die gemäß der Erfindung für die Verwendung
im Ring- oder Bogenausbau vorgeschlagenen Belageisenprofile weisen jedoch gegenüber
allen anderen Profilen den Vorteil auf, neben hohen Widerstandswerten in der Vertikalen
Ix, Wx, bei gleichem Gewicht in ihrem Trägheitsmoment nach der Seite ly gleich
stark oder stärker als ihr Trägheitsmoment in der Vertikalen Ix ausgebildet werden
zu können, wodurch sie in hervorragender N.'eise geeignet sind, der erwähnten Knickbeanspruchung
im ring- oder bogenförmigen Ausbau in wirksamer Weise zu begegnen.
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Es ist hier zu erwähnen, daß die Verwendung eines Rinnenprofils mit
schmaler, dünner Bodengurtung, hohen, dünnen Stegen und dicken Flanschen zur Herstellung
eines ringöder bogenförmigen Rahmens als Lehrbogen für Strecken unter Tage im Tunnelbau
bekannt ist. Dieser Rahmen soll bei möglichst geringem Gewicht eine verhältnismäßig
hohe Belastung aushalten und ist gegen ein seitliches Ausbiegen aus der Rahmenebene
da= durch gesichert, daß zwei solcher Profile mit entsprechend geringem
I y paarweise nebeneinander angeordnet sind. Eigentliche Ausbau der Strecke
selbst sind diese Bögen nicht. Die Anwendung des beanspruchten Profils ist aber
auf den eigentlichen eisernen Grubenausbau beschränkt.
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Für den von der Erfindung erstrebten Zweck einer möglichst weitgehenden
statischen Ausnutzung des aufgewendeten Werkstoffes der Streckenrahmen ist das bekannte
Lehrbogenprofil nicht geeeignet. Es wird als einzelstehender Rahmen infolge seiner
ungünstigen Abweichungen von der belageisenartigen Form, insbesondere wegen seilfies
unterlegenen l y, ebenso leicht aus der Rahmenebene ausweichen wie umgekehrt
beispielsweise ein aus eisernen Eisenbahnschwellen gebildeter Streckenring oder
-bogen wegen zu schwachen Widerstandsmomentes Wx zu leicht in der Rahmenebene durchgebogen
wird, als daß der für das an sich gegebene hohe 1y aufgewendete Werkstoff auch nur
einigermaßen ausgenutzt würde. Demgegenüber hat das beanspruchte Profil den Vorteil
einer hohen Widerstandskraft gegen Biegung bei für den Zweck der Erfindung zugleich
ausreichender Widerstandskraft gegen seitliches Ausknicken.
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Soweit ferner schon vorgeschlagen wurde, belageiseiiartige Profile
für Grubenstempel zu verwenden, handelt es sich lediglich um einen Vorschlag, aus
zwei miteinander an den Flanschen vernieteten Belageisen einen rohrförmigen Außenstempel
eines zusammenschiebbaren Stempels zu bilden, dessen Innenstempel ein abgeflachter
Holzpfahl ist. Es dient hier demnach nicht ein alleinstehendes Belageisen, sondern
ein aus zwei Belageisen gebildetes Rohr als Teil des Stempels. Wohl kann auch das
beanspruchte Profil beispielsweise zur Verstärkung besonderem Druck ausgesetzter
Teile des ring- oder bogenförmigen Ausbaurahmens in durch Vereinigung von zwei Profilen
gebildeter röhrenartiger Form verwendet werden. Die dem Zwecke der Erfindung dienende
eigentliche Verwendung ist aber die als alleinstehendes Profil, wobei die benachbarten
Enden der Teile des Rahmens einander Rinne in Rinne überlappen können; denn erst
in dieser Form beim ring- oder bogenförmigen Ausbaurahmen verwendet, läßt das beanspruchte
Profil seine hervorragende Eignung für den Zweck der Erfindung in Erscheinung treten.
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Bei einem ähnlichen bekannten Grubenstempel soll ein den Innenstempel
bildender konischer Holzpfahl von zwei den Außenstempel bildenden, durch ein Keilschloß
zusammengehaltenen Rinnenprofilen umfaßt werden. Diese Rinnenprofile sind jedoch
nicht nach Art der bekannten Belageisen gestaltet, sondern haben die Form von Hohlschwellen.
Mit eisernen Hohlschwellen u. dgl. Profilen, deren Verwendung übrigens auch als
Kappen oder Verzugsmittel bekannt ist, kann aber der von dem beanspruchten Belageisenprofil
gebotene Vorteil weitestgehender Ausnutzung des Werkstoffes bei Gebirgsdruck infolge
sehr erheblich abweichenden Verhältnisses der auf die X- und Y-Achse bezogenen Tr
ägheitsmomente nicht erzielt werden.
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Soweit belageisenartige oder belageisenähnliche Profile in Verwendung
als Kappeisen bekanntgeworden sind; handelt es sich in dem einen Fall um einen.
mehrere Jahrzehnte zurückliegenden Vorschlag, bei einem in besonderer Weise gestalteten.
Wagenumlauf im Gewinnungsbetrieb das Hangende mittels gerader Schaleisen abzufangen,
die auf einem einzigen in der Mitte angeordneten Stempel aufliegen. Beide Hälften
der hier zufällig belageisenartig gestalteten Schaleisen sind frei tragend. Bei
dieser Ver`iendungsart aber wird das Profil anders beansprucht als beim ring- oder
bogenförmigen Ausbaurahmen. Es ist weder mittelbaren noch unmittelbaren Beanspruchungen
auf Knickung ausgesetzt und vermag hier infolgedessen eine gegenüber den anderen
Ausbauprofilen überlegene Eignung für den Zweck der Erfindung nicht an den Tag zu
legen.
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Nach einem anderen bekannten, von der Praxis unberücksichtigt gebliebenen
Vorschlag soll ein in belageisenähnlicher Form aus Blech gebildetes Profil als Kappe
verwendet
werden, und zwar mit der ausdrücklichen Bestimmung, daß
dieses Kappeneisen als gerader Träger zu benutzen ist. Abgesehen davon, daß demgegenüber
das Profil nach der vorliegenden Erfindung nicht für die Verwendung als gerade Kappe
empfohlen wird, kommt auch ,eine Gestaltung des Profils aus Blech für den Gegenstand
der Erfindung nicht in Betracht; wegen der überall gleichen Dicke des Bleches kann
ein aus Blech gebildetes Profil den Erfordernissen der für den erlndungsgemäßen
Zweck günstigsten Massenverteilung bei weitem nicht genügen.
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Schließlich sei noch ein seit Jahrzehnten bekannter Vorschlag erwähnt,
wonach mit Längsflanschen versehene Halbrohre zum Führen und Zusammenhalten der
in abwechselnder Anordnung von starren und nachgiebigen Körpern gebildeten bogenförmigen
Kappe eines Grubenausbaurahmens dienen sollen. Diese Halbrohre haben in der Praxis
des Grubenausbaus keine Verbreitung und Bedeutung gefunden. Sie weichen ebenfalls
von dem beanspruchten Belageisen in körperlicher und statischer Hinsicht sehr wesentlich
ab und sind deshalb für den Zweck der Erfindung nicht geeignet.
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Um die bisherigen Belageisenprofile für die Knickbeanspruchung in
vollem Maße geeignet zu machen, kann man sie in ihren Stegen und Gurtungen verstärkt
ausbilden. Hierdurch werden etwa durch die Knickbeanspruchung auftretende Verzerrungen
des Profilquerschnittes wirksam verhütet; denn bei den bisherigen Belageisen, die
außerhalb der Grube lediglich zu Abdeckzwecken, wie Brückenbelägen, verwandt wurden,
war einer Knickbeanspruchung und einer Beanspruchung über die Streckgrenze, wie
sie im Grubenausbau häufig ist, nicht Rechnung getragen worden.
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Vorteilhaft können dabei die Flächenquerschnitte der Gurtungen gleich
oder angenähert flächengleich bemessen werden, so daß die neuträle Achse in der
Mitte des Profis liegt. Um das Wiederzurechtbiegen der Profile zu erleichtern, können
weiterhin die beiden halben Gurtungen, die bei Anstrebung des theoretisch höchsten
Widerstandsmomentes bei geringstem,Gewicht halb so lang und gleichdick der Hauptgurtung
sind, zusammengenommen kürzer und dicker, aber flächengleich oder angenähert flächengleich
der Hauptgurtung gestaltet werden. Im letzteren Falle werden die unteren Gurtungen,
um die höchste Wertungsziffer, d. h. Widerstandsmoment pro kg Profilgewicht zu erzielen,
am besten etwas größer in der Fläche gehalten als die obere. Die .äußeren Gurtungen
der belageisenartigen Bogenstreckeneisen können zweckmäßig beim Walzen noch entsprechend
der Längendifferenz (äußere Bogenlängen weniger innere Bogenlängen) verstärkt bzw.
geschwächt werden, so daß die Gurtungen. nach dem Biegen, bei dem die äußeren gezogen
und die inneren gedrückt werden, wieder gleich oder angenähert flächengleich sind.
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Da Verlaschungen im Grubenausbau den schwächsten Punkt des Ausbaus
darstellen und somit in den weitaus häufigsten Fällen den Ausgangspunkt für die
erwähnten seitlichen Deformationen bilden, werden die Verlaschungen der Bogenteile
in der Weise vorgenommen, daß die benachbarten Enden der B.elageisen in an sich
bekannter Weise mit ihren Rinnen ineinandergeschohen werden. Durch die damit gegebene
Verdoppelung der Profile wird gerade an dieser gefährlichen Stelle eine wirksame
Verstärkung des Ausbaus erzielt und somit ein in allen Teilen gleichmäßig standfester
Ring- oder Bogenausbau geschaffen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Es zeigen die Abb, i bis 3 einige Belageisenformen, wie sie nach der
Erfindung für den eisernen Grubenausbau in Ring- oder Bogenform Verwendung finden
sollen, und die Abb. q. bis 7 einige Konstruktionsbeispiele der Erfindung.
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Bei den Profilen nach den Abb. i bis 3 sind mit i die Hauptgurtung,
mit z die beiden Halbgurtungen und mit 3 die Stege bezeichnet.
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Abb. i zeigt ein Belageisen handelsüblicher Form, während die Abb.
a und 3 Spezialprofile darstellen. Mit X und Y sind jeweils die Beanspruchungsachsen
bezeichnet. In Abb. 2 sind die beiden Halbgurtungen z gleich dick und zusammengenommen
flächengleich der Hauptgurtung i. Die X ... X-Achse liegt in halber Höhe
des Profils.
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Abb. 3 zeigt das gleiche Profil wie Abb. a, jedoch sind die halben
Gurtungen z dicker und kürzer als die Hauptgurtung i, aber zusammengenommen flächengleich
oder etwas größer als die Hauptgurtung i ausgebildet. Die Schwerachse
X ... X liegt angenähert in halber Höhe.
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Abb. q. zeigt zwei Belageisenprofile zu einem Kastenträger vereinigt
(durch Schweißen usw.).
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Abb. 5 zeigt eine Verlaschung für den eisernen Ring- oder Bogenausbau
nach der Erfindung im Querschnitt. Die Verbindung zweier Bogenteile erfolgt dabei
durch übereinanderschieben der Enden der beiden Belageisenprofile q. und 5 und Bolzen.
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In Abb.6 ist ein weiteres Spezialprofil zur Darstellung gebracht,
dessen untere Gurtungen 2 mit Vorsprüngen 6 versehen sind, wodurch
Nuten
entstehen, in die die Bolzen und 8 mit Halteeisen 9 hineingreifen und hierdurch
sicher gehalten werden.
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Abb.7 zeigt .ein Ausführungsbeispiel eines Streckenbogens nach der
Erfindung. Die Laschenverbindung ist dabei in der Weise ausgeführt, daß die beiden
Enden der Bogenhälften stumpf zusammengestoßen und von einem Profilstück z o überdeckt
werden. Mit i i sind Stellen besonderer Druckwirkung bezeichnet, die durch Profilteile
i z und 13 besonders verstärkt werden können. Die Anordnung der Profilteile
12 erfolgt dabei nach der Art der Abb. q. durch Vereinigung der beiden Profile zu
einem Kastenträger, während das Profilteil 13 ähnlich Abb. 5 über das eigentliche
Bogenprofil hinweggreift.