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Schaleisen Die Erfindung betrifft ein Schaleisen mit an jedem Ende
angeordneten, eine Bohrung für einen Drehbolzen und Lagerflächen für einen Stützkeil
aufweisenden Backen, an denen ein Schaleisen angehängt und in frei tragendem Vorbau
mittels eines Keils abgestützt werden kann. Derartige, vorzupfändende Schaleisen
dienen zur vorläufigen Abstützung des beim Abbau freigelegten Hangenden und werden
durch Grubenstempel abgestützt, sobald der Ausbau des Strebes weiter fortschreiten
kann.
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Schaleisen mit Gelenkbolzen, die eine Anpassung des vorgepfändeten
Schaleisens an den Hangendenverlauf durch Eintreiben eines Keils in die Gelenkverbindung
ermöglichen, sind bekannt. Der Gelenkbolzen ist bei diesen bekannten Gelenkkappen
in Höhe der neutralen Faser angeordnet, und die Feststellung erfolgt durch einen
in Höhe des unteren Profilflansches eingeschlagenen und auf diesen wirkenden Keil.
Sie haben u. a. den Nachteil, daß der Hebelarm zwischen den beiden Komponenten des
das Kragmoment übertragenden Kräftepaares für die hohen Belastungen zu klein ist,
so daß die Flächenpressung sowohl beim Drehbolzen als auch beim Keil außerordentlich
hohe Werte annimmt. Durch die Anordnung von zwei Keilschlitzen für die Umdrehung
des Profils wird außerdem der Biegungsquerschnitt beträchtlich geschwächt, was eine
viel zu schwerere Konstruktion erfordert.
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Es sind auch schon Gelenkkappen bekannt, die am Kopfende der einen
Kappenseite einen winkelförmigen
Einschnitt aufweisen, gegen dessen
Flanken sich ein durch die Backen der Gabel des anderen Kappenendes der nächsten
Gelenkkappe gesteckter Keil legt. Bei derartigen Kappen ist jedoch außer acht gelassen,
daß sich bei Neigungsänderung der vorzupfändendenKappe die Auflage zwischen Keil
und Kappe ändert, wodurch nur eine punktförmige Druckübertragung auf den Keil erfolgt.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß sich bei verschiedenen Neigungen der dem
Hangenden angepaßten Kappe auch die Richtung des eingeschlagenen Keils und damit
auch die Kraftrichtung ändert, wodurch sich der Hebelarm zwischen den beiden Komponenten
des das Kragmoment mit Bolzen und Keil übertragenden Drehmoments je nach Neigung
der Kappe ändert. Durch die Anordnung des Keils neben und nicht unter dem Drehbolzen
wird der Biegungsquerschnitt beträchtlich geschwächt. Diese Schwächung ist bei der
bekannten Kappe besonders groß und beträgt über ein Drittel des Biegungsquerschnittes.
Berücksichtigt man, daß derart geschwächte Querschnitte nicht mehr in der einfachen
Weise auf Biegung berechnet werden dürfen, sondern wegen des Fehlens des für die
Übertragung der Querkraft wertvollsten Teils aus der Deformation berechnet werden
müssen, so ist dieser Nachteil ohne weiteres einleuchtend, denn bekanntlich bedeutet
eine Schwächung des mittleren Biegungsquerschnittes um etwa ein Drittel des Gesamtquerschnittes
zumindest eine Spannungssteigerung in den Randzonen um 5o %. Hinzu kommt noch, daß
die durch das Kragmoment auf den Keil ausgeübte Kraft sich punktförmig zu der beträchtlichen
Zugspannung in der oberen Biegungsfaser geometrisch addiert, wodurch wiederum eine
örtliche Spannungssteigerung von etwa 5o% hervorgerufen wird. Bei Addition sämtlicher
Spannungen dürften sich an einzelnen Stellen Spannungssteigerungen um mehr als zoo%
ergeben.
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Alle diese beträchtlichen Nachteile konstruktiver oder herstellungsmäßiger
Art der bekannten Schaleisenverbindungskonstruktionen, vor allem bezüglich der Festigkeitsverhältnisse
und der Auswirkungen der Neigungsänderungen auf die Kraftübertragung an den Keil
bei der Anpassung an das Hangende werden bei dem erfindungsgemäßen Schaleisen vermieden
und die Auswirkungen der Neigungsänderungen auf die Kraftübertragung an den Keil
durch die besondere Gestaltung der Keilwangen und überhaupt der ganzen Keilform
berücksichtigt, durch dessen besondere Gestaltung der Hebelarm des das Kragmoment
übertragenden Kräftepaares unverändert gehalten wird. Die Erfindung gibt eine Gelenkverbindung,
die nicht nur die Mängel der bekannten Schaleisen vermeidet, sondern auch ein leichtes
Vorpfänden ermöglicht und zur Anpassung an das Hangende ein Anwinkeln der Kappe
erlaubt.
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Das Schaleisen mit an jedem Ende angeordneten. eine Bohrung für einen
Drehbolzen und Lagerflächen für einen Stützkeil aufweisenden Backen, an denen ein
Schaleisen angehängt und in frei tragendem Vorbau mittels eines Keils abgestützt
werden kann, ist demnach gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung
eines großen, das Kragmoment aufnehmenden Hebelarms sowohl die den Drehbolzen aufnehmenden
Bohrungen als auch die den Keil aufnehmenden Lagerflächen außerhalb und zu verschiedenen
Seiten der horizontalen :Mittellinie des Schaleisens angeordnet sind.
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Die Gelenk- und Halteorgane sind in an den Schaleisenenden angeordneten
Backen verlegt, wobei vorzugsweise an dem einen Ende des Schaleisens nur eine und
an dem anderen Ende dagegen zwei Backen angebracht sind, derart, daß beim Aneinanderhängen
der Schaleisen die einzelne Backe zwischen die beiden Backen des benachbarten Schaleisens
eingeschoben werden kann.
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Um eine breitflächige, satte Kraftübertragung an den Keil bei jeder
Schaleisenneigung und bei jeder Eindringtiefe des Keils zu sichern, haben gemäß
einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Schaleisens nach der Erfindung die
Wangen des Keils und die mit ihnen zusammenwirkenden Lagerflächen die Form regulärer
Flächen, beispielsweise die Form eines Zylinders, eines Kegels, einer Schraubenlinie
oder eines hyperbolischen Paraboloids. Vorzugsweise verlaufen hierzu auch die dem
Drehbolzen zugewandte Keilseite und die entsprechenden Backenschmalseiten zylindrisch
und konzentrisch zur Bolzendrehachse.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Schaleisens nach
der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. r und 2 geben ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schaleisen in
Aufriß und Aufsicht wieder; Fig. 3 zeigt die Vereinigung zweier benachbarter Schaleisen;
in Fig. 4 und 5 ist im Aufriß und in Aufsicht eine andere Ausführungsform wiedergegeben,
wobei Fig. 5 einen Teilschnitt nach Linie V-V durch Fig.4 zeigt; Fig. 6 ist eine
perspektivische Wiedergabe des in Fig. 5, jedoch nicht in Fig. 4 eingezeichneten
Keils. Das Schaleisen, das z. B. aus einem doppelten Balken a bestehen kann, ist
an dem einen Ende mit einer einfachen, z. B. aus einer Eisenplatte gestalteten Backe
b und am anderen Ende mit einer zweifachen Backe b' aus zwei Eisenplatten versehen,
die dazu bestimmt sind, die einfache Backe des benachbarten Schaleisens zwischen
sich aufzunehmen.
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Die Backe b besitzt in ihrem unteren Teil eine kreisförmige Bohrung
c und in ihrem oberen Teil eine in einen Haken d auslaufende Lagerfläche ä. Die
Backe b', die ihr symmetrisch ist, besitzt ebenfalls eine Bohrung c' und eine in
einen Haken d' auslaufende Lagerfläche g'.
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Ist die Backe b eines Schaleisens in die Backe b'
des
benachbarten Schaleisens eingeschoben, so überdecken sich die Bohrungen c und c',
so daß man einen Gelenkbolzen e in sie einführen kann. Die Haken d und c/' befinden
sich einander gegenüber, und man kann zwischen sie einen Haltekeil f einschieben.
Dieser dringt so weit ein, wie der von der Lage des zu unterstützenden Hangenden
abhängige
Winkel zwischen den Schaleisen und damit auch der Abstand
der Haken d und d' dies zuläßt.
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Um eine gute Berührung zwischen dem Keil und den Backen sicherzustellen,
ist es erforderlich, daß ihre Berührungsflächen bestimmte Bedingungen erfüllen und
daß hauptsächlich die untere Fläche des Keils und die Flächen g und g' der Backen,
die ihm als Sitz dienen, zylindrisch gebogen sind und konzentrisch zur Gelenkachse
verlaufen.
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Im Falle der Fig. i bis 3 sind die seitlichen Wangen h des Keils und
die korrespondierenden Flächen i und i der Haken d und
d' zylindrisch gebogen. Man erhält die besten Ergebnisse, wenn man diesen
Wangen und Flächen die Form einer Oberfläche, z. B. eines Konoids, eines Helicoids
oder eines hyperbolischen Paraboloids gibt. Hierdurch wird eine innige Berührung
über -die ganze Ausdehnung dieser Flächen und in jeder Betriebslage der Schaleisen
und der Keile gewährleistet.
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Fig. q. und 5 zeigen schematisch im Aufriß die inneren Flächen
i und ä der in Haken d und d' auslaufenden Lagerflächen für
den Keil und die Anordnung eines Keils f zwischen diesen Flächen.
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Wie erkennbar ist, ragen die Haken d und d'
nicht über
die obere Flächengrenze der Balken a hinaus, während die Gelenkbohrungen c und c'
sich unterhalb der unteren Flächengrenze des Balkens befinden. So bildet der Abstand
zwischen der Achse e und dem Keil g einen Hebelarm, der ausreicht, die innere Beanspruchung
der die Verbindung bildenden Teile zu vermindern, derart, daß bei gleicher Festigkeit
eine Materialersparnis erzielt werden kann. Im übrigen kann die Schwenkung der Schaleisen
bewirkt werden, ohne das Hangende auszuhauen oder zu bearbeiten.
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Die Herstellung der Backen kann leicht und wirtschaftlich mit Hilfe
von Eisenplatten erfolgen, während die Schaleisenkörper aus Walzlängen hergestellt
werden können.
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Die Verbindung und das Lösen von Schaleisen gestalten sich im Betrieb
einfach, und sie passen sich in ihrer Lage zueinander jeder Ausbildung des Hangenden
an.