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Vorrichtung zum nachgiebigen Aufnehmen von hohen Drücken, insbesondere
Grubenstempel In der Bautechnik, vor allem aber beim Grubenausbau, kommt es häufig
darauf an, hohe Drucklasten nachgiebig aufzufangen und die unter der Last auftretende
Bewegung zum Stillstand zu bringen. So ist es beispielsweise beim Streckenausbau
erforderlich, die Polygonausbaue langsam unter Einwirkung der Gebirgslast abzusenken,
und zwar derart, daB jeweils die Lastaufnahme geringer ist als die Bruchgrenze der
zum Ausbau verwendeten Profile. Nach einem längeren Einsinkweg muB alsdann die Bewegung
zum Stillstand kommen und die Last ruhend und starr getragen werden. Ähnliche Aufgaben
treten auch unter Umständen im Strebausbau auf, wo ebenfalls eine zunächst nachgiebige
Lastaufnahme erfolgt, um nach einem kurzen Einsinkweg in eine ruhendeLastaufnahmeüberzugehen.
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Für den Bergtau sind daher nachgiebige Vorrichtungen, insbesondere
Grubenstempel, für diese Zwecke vorgeschlagen worden, und auch die Erfindung betrifft
derartige Vorrichtungen. Sie befaßt sich mit solchen Vorrichtungen, bei denen die
nachgiebige Aufnahme der Last durch ein körniges oder staubförmiges Mittel bewirkt
wird. Grubenstempel dieser Art sind an sich bekannt, und zwar wird bei diesen im
allgemeinen Sand o. dgl. in einem Raum eingeschlossen und der Druck auf die gesamte
eingeschlossene Sandmasse übertragen, beispielsweise indem ein die Last tragender
Kolben auf die Sandmasse
einwirkt und sie zusammenpreßt bzw. durch
eine meist am unteren Ende des Stempels oder auch in verschiedenen Höhenlagen vorgesehene
Öffnung oder Öffnungen aus dem geschlossenen Raum herauspreßt. Diese Einrichtungen'arbeiten
höchst unzuverlässig, weil der Sand dazu neigt, zu brikettieren und nicht in dem
gewünschten Maße aus den Öffnungen austritt. Der starre Zustand wird zu früh erreicht
oder auch in anderer Weise die gewünschte Absenkcharakteristik nicht erzielt, und
zwar auch dann nicht, wenn durch mechanische Mittel wie Ketten, die durch die Löcher
gezogen werden, um den Sand in ihrem Bereich locker zu halten, oder auch durch andere
Maßnahmen versucht wird, die mechanischen Vorgänge im gewünschten Sinne zu beeinflussen.
Außerdem ist es unerwünscht, daß ständige Überwachung erforderlich ist. Es sollte
vielmehr erreicht werden, daß ein einmal eingestellter Stempel oder ähnliche Vorrichtung
das Absinken vollkommen selbsttätigvornimmt,bisschließlich der ruhende Endzustand
erreicht ist. Mit den bekannten Vorrichtungen ist dies nicht oder nur sehr unvollkommen
zu erreichen, und vor allem arbeiten die Vorrichtungen nicht betriebssicher. Es
ist ferner nicht möglich, sie vorausberechenbar auf die jeweils obwaltende Verhältnisse
einzustellen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß diese Schwierigkeiten
und Unzulänglichkeiten vermieden werden können, wenn im Gegensatz zur bisherigen
Übung in weit größerem Maße die Reibung ausgenutzt wird, die zwischen der körnigen
oder staubförmigen Füllung und den Eisenteilen einer solchen Vorrichtung während
der Verkürzungsbewegung auftreten. Auf diese Weise ist es möglich, mit weit geringeren
Füllmittelmengen auszukommen als bisher und darüber hinaus zu erreichen, daß_ die
gewünschten Verhältnisse, wie Druckaufnahme und Bewegungsgeschwindigkeit, genauestens
eingestellt und vorausberechnet werden können.
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Besonders bemerkenswert ist, daß eine Reibung von Metall auf Metall
vermieden wird und das Füllmittel so gewählt werden kann, daß eine unerwünschte
schädliche Beeinflu§sung der gegeneinander reibenden Teile vermieden wird. Gemäß
der Erfindung ist eine solche nachgiebige Vorrichtung zum Aufnehmen hoher Drücke,
und insbesondere ein Stempel für den Grubenausbau, gekennzeichnet durch zwei mit
geringem Spiel ineinander geführte Teile, von welchen das eine als Ober- und das
aridere als Unterstempel dient, d. h. also Innen- und Außenstempel bilden.
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Zwischen Ober- und Unterstempel ist ein mit körnigem oder staubförmigem
Gut, insbesondere Sand, gefüllter Raum vorgesehen. Dieser Körper aus losem Gut wird
zwischen Ober- und Unterstempel bremsend wirksam, wenn das Absenken der Last, beispielsweise
infolge des zunehmenden Gebirgsdruckes, einsetzt.
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Um diese Wirkung sicherzustellen, kann gemäß einer Form der Erfindung
an Innenstempel eine axial verschiebbare Platte vorgesehen sein. Der Raum zwischen
der Platte und dem Innenstempelboden nimmt den Körper aus körnigem oder staubförmigem
Gut auf. Der Umfang dieses Körpers steht in bremsender Verbindung mit dem Außenstempel.
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Es können aber auch nach einer anderen Form der Verkörperung der Erfindung
ein oder mehrere von Teilen beider Röhre umschlossene Ringräume für das Einfüllen
von bremsendem, kugelförmigem, körnigem oder staubförmigem Gut vorgesehen sein.
Als Füllmittel kommt vornehmlich Sand in Frage, es ist aber auch möglich, andere
Stoffe zu verwenden. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird durch einen
Kragen am ruhenden Rohr und eine durch Keile am beweglichen Rohr festklemmbare Schelle
mit einem in die vom Kragen gebildete Tasse kolbenartig eintauchenden Ringänsatz
erreicht, daß bei einsetzender Bewegung des Oberstempels die in die Kragentassen
eingefüllte lose Masse zusammengedrückt und zur Bremswirkunggebracht wird. Das in
Form eines Ringes vorliegende lose Füllmittel drückt hierbei einerseits auf einen
Abschnitt der Wandung des sich bewegenden Innenrohres und andererseits auf die Kragenwandungen
des ruhenden Unterstempels.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen,diesenkrechte
Axialschnitte durch die Bremseinrichtung einiger Ausführungsformen darstellen.
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In Abb. i ist ein Ober- oder Innenstempel i, als Rohr ausgebildet,
dargestellt, der im Unter- oder Außenstempel 2 mit geringem Spiel geführt wird.
Ober- und Unterstempel sind, wie auch sonst bei Stempeln üblich, mit Kopf- bzw.
Fußplatte geeigneter Form ausgerüstet. Im Oberstempel ist eine Stange oder ein Bolzen
12 zentral geführt, der eine Platte 15 trägt. Die Platte ist durch den Bolzen 12
axial verschiebbar. Zwischen Platte 15 und dem Oberstempelboden 16 ist Raum für
den Bremskörper 4 aus Sand o. dgl. Mittels des Keiles i i, der durch einen Schlitz
des Bolzens 12 hindurchragt, wird der Bolzen 12 und damit die Platte 15 axial verschoben,
wodurch der Körper 4 unter Vorspannung gesetzt wird: Der Umfang des Körpers 4 preßt
sich hierbei gegen die Innenwand des Unterstempels und bremst die Bewegung des Oberstempels
gegenüber dem Unterstempel, wenn die Absinkbewegung einsetzt. Durch das Maß der
Vorspannung wird die Einsinkgeschwindigkeit und die schließlich starr getragene
Last bestimmt. Sie läßt sich zuvor berechnen und genauestens einstellen.
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Wie aus Abb. 2 ersichtlich, besteht die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform
ebenfalls aus dem rohrförmigen Oberstempel i, der mit geringem Spiel beweglich im
rohrförmigen Unterstempel 2 geführt ist. Auf den Unterstempel 2 ist am oberen Ende
dagegen ein Kragen 3 ,aufgesetzt und beispielsweise durch Schweißen befestigt. Es
kann aber auch das obere Ende des Rohres muffenartig ausgebildet sein, um auf diese
Weise eine- ringförmige Tasse 4 zu bilden. Diese Tasse 4 ist einerseits begrenzt
vom Kragen 3 und andererseits von der Außenwand des beweglichen Rohres i. In diesen
Raum 4 wird das lose bremsende Füllmittel eingefüllt, und zwar .vorzugsweise Sand.
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In die Tasse des Kragens 3 taucht kolbenartig
ein
Ansatz 5 eines Körpers 6 ein, der in seinem oberen Teil ebenfalls mit Hilfe eines
Kragens 3' eine Tasse 4 bildet. Auch diese wird mit Sand gefüllt. Im gewählten Ausführungsbeispiel
befindet sich über dem Kragenkörper 6 ein weiterer Kragenkörper 6' mit kolbenartig
wirkendem Ringansatz 5' der ebenfalls eine Tasse .' bildet. In diese Tasse 4' taucht
wieder ein kolbenartig wirkender Ringkörper 7 ein, der jedoch an einer geschlitzten
Schelle 8 befestigt ist. Die Schelle 8 kann durch den Keil 9 an der Rohrwandung
des Oberstempels i festgekeilt werden.
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Die Kragenkörper 3, 6 und 6' sowie die Schelle 8 müssen durch Keilwirkung
gegeneinander unter Vorspannung gesetzt werden. Im gewählten Ausführungsbeispiel
sind zu diesem Zweck die Tassen oder Kragenkörper und die Schelle mit Ansätzen io.
versehen, die miteinander korrespondierende Bohrungen aufweisen. Durch diese korrespondierenden
Bohrungen ist ein mit Keilschlitzen i i versehener Bolzen 12 hindurchgeführt. Wenn
in die Schlitze i i Keile eingetrieben werden, so ist ohne weiteres ersichtlich,
daß bei der gewählten Anordnung ein als Vorspannung wirkender Druck auf die Füllungen
4, 4 und ,' ausgeübt wird. Es ist zweckmäßig, solche Vorspannungsbolzen in mehrfacher
Anordnung symmetrisch auf den Umfang zu verteilen, um eine gleichmäßige Druckwirkung
zu gewährleisten. Die spezielle Ausbildung des Bolzens und der Ansätze kann ohne
Abweichung vom Erfindungsgedanken auch anders ausgeführt werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 2 sind insgesamt drei ringförmige
Sandkörper vorgesehen. Es ist selbstverständlich auch möglich, zwischen der Schelle
und dem Unterrohrkragen mehr oder weniger solcher kragenbildender Ringkörper anzuordnen,
deren ringförmige Ansätze jeweils kolbenartig in die nächst untere Tasse eintauchen,
bzw. von der Schelle aus unmittelbar auf die Tasse 4 des ruhenden Unterstempels
zu wirken. Je mehr Tassen angeordnet sind, um so größer ist die Bremswirkung, und
die Anzahl der zweckmäßigerweise anzuordnenden Tassen ergibt sich mithin auf Grund
der Betriebsverhältnisse, unter denen die Vorrichtung arbeiten soll.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 sind ebenfalls ein Unterstempel
2 und ein Oberstempel i vorgesehen. Am Unterstempel 2 ist der kragenförmige Ansatz
3 zur Bildung der Tasse 4 angeordnet; auf die Füllung ,4 wirkt der kolbenartige
Ansatz 7 der Schelle 8 unmittelbar ein. An das bewegliche Rohr i ist eine vollkommen
sinnentsprechende Einrichtung in Verbindung mit einem Rohr 13 angesetzt. Bei dieser
Vorrichtung bewegen sich unter der Lastaufnahme das Rohr 13 gegenüber Rohr
i, und Rohr i gegenüber Rohr 2.
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Die Räume, in denen die Sandfüllung eingebracht wird, brauchen nicht
notwendigerweise die in den beiden Ausführungsformen nach Abb. 2 und 3 gezeigte
Gestalt aufzuweisen. So können beispielsweise die obere und die untere Begrenzungsfläche
oder auch beide geneigt verlaufen. Es entsteht auf diese Weise ein keilförmiger
Raum, dessen größte Fläche zweckmäßigerweise auf das sich bewegende Innenrohr i
richtet. Genau so wie die Gestalt dieser Räume abwandelbar ist, ohne die Erfindung
zu verlassen, ist es selbstverständlich auch möglich, den Kragenkörpern 3 bzw. 6
und 6' andere Form zu verleihen und sie als Gesenkstücke oder Gußstücke herzustellen.
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Der Oberstempel und der Unterstempel müssen selbstverständlich mit
Kopf- bzw. Fußteilen versehen werden, deren Formen denjenigen entsprechen können,
die bei Grubenstempeln üblicher Ausbildungsart angewendet werden: Am rohrförmigen
Unterstempel 2 wird ferner zweckmäßig ein Ring 14 durch Schweißen, Aufschrumpfen
o. dgl. befestigt, der dazu dient, eine Setzvorrichtung vorübergehend zu tragen,
wenn der Stempel gesetzt wird. Die Setzvorrichtung kann unmittelbar gegen die Kopfplatte
wirken oder am Oberstempel i angreifen.
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Der konstruktiven Ausführung ist ein weiter Spielraum gegeben, ohne
daß der Erfindergedanke verlassen wird, z. B. ist es möglich, die bremsenden Organe
ins Innere der Stempel zu verlegen, wie Abb. 4 zeigt, und dabei bequeme Möglichkeiten
zum Setzen und Rauben anzubringen.
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Die Füllräume 4, 4', 4' bilden sich in Kragenkörpern 3, 3', 3", die
bei dieser Ausführungsform innerhalb des Außenstempels 2 liegen. Die Kragenkörper
werden durch den zentralen Bolzen 12 axial verschoben, wenn der Keil 9 zum Stellen
eingetrieben wird, der sich seinerseits auf dem Oberstempel i abstützt. Gelöst wird
die Vorrichtung durch Umsetzen des Keiles 9 in gestrichelte Stellung g', wo er als
Lösekeil wirkt.
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Die Vorrichtung nach Abb.4 wirkt sinngemäß wie diejenigen nach Abb.
2 und 3.
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Die Wirkungsweise der letztgenannten Vorrichtungen ist folgende: Die
beiden Stempel i und. 2 werden ineinandergesetzt. Alsdann wird der Ringraum 4, und
wenn vorgesehen, auch die weiteren Ringräume 4 und 4' mit Sand gefüllt. Alsdann
wird mit Hilfe des Bolzens 12 und der Keile i i die für notwendig gehaltene Vorspannung
gegeben, die dadurch entsteht, daß die Sandkörper in den Tassen durch die kolbenartigen
Ansätze 5, 5' und 7 zusammengedrückt werden. Diese Maßnahme wird durchgeführt, nachdem
mit Hilfe einer Setzeinrichtung die Kopfplatte des Stempels unter das Hangende gepreßt
worden ist und während die Setzkraft noch aufrechterhalten bleibt. Die Setzkraft
wird erst entlastet, wenn die Schelle 8 mit Hilfe des Keiles 9 gegen den Oberstempel
i verriegelt ist. Bei einsetzendem Gebirgsdruck bewegt sich das Rohr i abwärts und
nimmt die Schelle 8 mit, wobei die Bewegung abgebremst wird durch die Sandfüllungen
in den Kragenräumen. Mit zunehmender Belastung und zunehmender Bewegung werden die
ringförmigen Sandkörper unter Erhöhung der Reibung zunehmend stärker zusammengedrückt,
bis schließlich bei einer zuvor berechneten Lastaufnahme und einen ebenfalls zuvor
berechenbaren Einsinkweg die Bewegung zum Stillstand kommt und die Last starr getragen
wird.
Es ist ersichtlich, daß diese Einrichtung, die die Stelle
eines Schlosses bei den sonst üblichen sandfreien Stempeln vertritt, vollkommen
betriebssicher arbeitet, da die verhältnismäßig kleinen Füllräume sich in ihrem
Verhalten bei der Druckaufnahme übersehen lassen, insbesondere sind Erscheinungen,
wie das Brikettieren o. dgl. vermieden, die bei den bekannten mit Sand gefüllten
Stempeln sich neben anderen Nachteilen so besonders unvorteilhaft auswirkten.
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Die Erhöhung der Reibung und der damit verbundenen Bremswirkung erfolgt
nach einer vom Erfinder gefundenen Exponentialfunktion, bei der der Reibungsbeiwert
im Exponenten steht und damit eine potenzierende Wirkung hat. Die Kurve der Lastaufnahme
entspricht in idealer Weise den Anforderungen, die an einen Grubenstempel zu stellen
sind. Von einem einstellbaren Vordruck von io bis 12 t aus steigt der Druck über
einen einstellbaren :curzen Einsinkweg von etwa 2o mm auf 5o t und steigt dann langsam
weiter und übersteigt jedoch nie einen zulässigen Höchstdruck. Nach einem Einsinkweg
von etwa 250 mm hat ein Muster z. B. 70 t erreicht. Die Konstruktion
ist so ausführbar, daß auch andere als die beschriebenen Lastwegkurven zu realisieren
sind, wenn dies erwünscht ist. Durch die relativ geringe Reibung der Schelle 8 wird
ein Vordruck erzeugt, der bei in Bewegung befindlichem Oberstempel i in den einzelnen
Sandfüllungen einen nach Potenzen höheren Druck und damit eine wachsende Reibung
erzeugt.
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Da der Reibungsbeiwert der Füllung eine wesentliche Rolle spielt,
kann auch durch geeignete Wahl des Füllmittels auf die sich einstellenden Verhältnisse
Einfluß genommen werden. Es können dem eingefüllten Mittel plastisch machende Mittel,
wie beispielsweise Gummimasse, zugesetzt werden, die einesteils zur besserenDruckverteilungundahdererseits
zum Zusammenhalt des Füllmittels bei losem Stempel dienen können. Es kann die Körnigkeit
verschieden gewählt werden, es sind Mischungen von körnigen und pulverförmigen Stoffen
möglich, und gegebenenfalls können auch Stahlkugeln geeigneter Größe in die Räume
eingefüllt werden. Ferner kann der Reibungsbeiwert auch dadurch beeinflußt werden,
daß die Wandungen der Füllmittelräume mit Stoffen unterschiedlicher Rauheitsgrade,
beispielsweise Papier, Ölpapier, Schmirgel-Ieinen o. dgl., belegt werden. Ferner
können zur Vermeidung des Herauspressens des Füllmaterials '
sinngemäß U-förmige
oder zweckentsprechend profilierte nachgiebige Metallringe eingelegt werden, die
etwa die gleiche Wirkung haben wie Ledermanschetten bei hydraulischen Kolben.
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Als Werkstoff tür die Herstellung der Vorrichtungen kommt im wesentlichen
Stahl in Frage, grundsätzlich besteht indes die Möglichkeit, auch andere Werkstoffe
zu verwenden, wie beispielsweise Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist im wesentlichen beschrieben
worden im Hinblick auf die Verhältnisse des Bergbaues, wo ein derartiger Stempel
für den Polygonausbau in der Strecke oder auch für den Ausbau im Streb verwendet
werden können. Die Vorrichtung ist aber auch im Hoch-und Tiefbau benutzbar, wo es
darauf ankommt, schwere Lasten langsam und gleichmäßig abzusenken.