DEP0014174MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 1. Oktober 1948 Bekanntgemacht am 15. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist ein ring- oder bogenförmiger Streckenausbau bekannt, der aus mit ihren Enden gleichsinnig ineinandergelegtenRinnenprofilen belageisenartiger Form besteht. Bei dieser als »Gleitbogenausbau« bezeichneten Ausbauart sind die benutzten Profile im. Überlappungsbereich durch Verbindungsmittel derart verspannt, daß sie sich bei Überschreiten eines bestimmten Gebirgsdruckes axial gegeneinander verschieben können, wodurch der Ausbau die wünschenswerte Nachgiebigkeit erhält. Diese Profile besitzen einen trapezähnlichen Rinnenquerschnitt, derart, daß die durch einen Bodenteil verbundenen Profilstege nach den Profilflanschen zu divergieren. Während bei den einstegigen Grubenausbauprofilen (z. B. I-Profilen) das Widerstandsmoment in der Z-Achse ein Mehrfaches desjenigen in der F-Achse ist, haben diese belageisenähnlichen Profile den Vorteil, daß diese Widerstandsmomente gleich gehalten oder einander angenähert werden können, derart, daß sie sich um

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nicht mehr als etwa 50°/» voneinander unterscheiden.

Bei dem bisher üblichen Streckenausbau mit geflanschten Rinnenprofilen benutzte man ausnahmslos für die Herstellung zwei in ihren statischen Werten etwa gleiche, in ihrer geometrischen Form aber voneinander abweichende Profile (Innenprofil und Außenprofil), die sich in verspanntem Zustand außer mit den Stegen auch noch mit den Profilboden aufeinander abstützten. Die unterschiedliche Querschnittsfoirm von Innenprofil und Außenprofil eines solchen Rahmens war dadurch bedingt, daß man bislang glaubte, die Profilstege möglichst senkrecht zum Profilboden (unter Berücksichtigung der Walzschräge) stellen zu müssen, um der Gefahr des Aufldaffens der Profile unter der Wirkung des Gebirgsdruckes zu begegnen. Die Anwendung eines solchen sehr kleinen »Öffnungswinkels« zwischen den Profilstegen zwang dazu, das Innenprofil etwas schmaler als das Außenprofil zu bemessen, um die Profile ineinanderlegen zu können. Die Notwendigkeit, für einen Grubenausbaurahmen mindestens zwei verschiedenartige Profile zu verwenden, verteuerte nicht nur die Herstellung, sondern brachte auch betriebliche Erschwerungen mit sich. Die Gefahr des Aufklaffens wurde aber für so schwerwiegend angesehen, daß man diese Nachteile bewußt in Kauf nahm; obwohl für andere Zwecke belagähnliche Profile bekannt waren, deren großer Öffnungswinkel zwischen den Stegen die Verwendung kongruenter Profile hätte ermöglichen können.

In der Praxis zeigte sich, daß bei hohen Beanspruchungen — insbesondere bei Überlagerungen von. Druck-, Biege- und Torsionsbeanspruchungen — unzulässige plastische Verformungen des Rinnenquerschnittes mit entsprechender Beeinträchtigung der Standfestigkeit sowie ein Reißen der sich aufeinander abstützenden Profilböden auftraten.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen und kennzeichnet sich durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Profile besitzen einen kongruenten Querschnitt und zwischen den Stegen einen Öffnungswinkel von etwa 15⁰ bis etwa 45°,

b) die Höhe der Flansche ist derart größer bemessen als die Stärke des Profilbodens, daß sich die Profile im Überlappungsbereich mit den Flanschen aufeinander abstützen, während zwischen den Profilböden ein Abstand verbleibt.

Wie Versuche zeigten, wurde durch die Vereinigung der verschiedenen Merkmale eine erhebliche Vergrößerung der Tragfähigkeit der Ausbaurahmen, insbesondere im Bereich der plastischen Verformung, erreicht. Entgegen der allgemein verbreiteten Auffassung führte dabei die durch die Verwendung kongruenter Profile bedingte Vergrößerung des Öffnungswinkels zwischen den Profilstegen überraschenderweise nicht zu einem Aufklaffen der Profile. Die Profile nach der Erfindung haben eine gedrungene Querschnittsform, bei welcher die stark geneigten Stege der gebogenen Rahmenteile Kegelschalen bilden, die das Profil infolge ihrer »Schalenwirkung« gegen Querschnitts-Verformungen sowohl infolge axialer Druckbeanspruchungen als auch infolge Biegungsbeanspruchungen und bei solchen infolge örtlicher Belastungen versteifen.

Die sich bei der Erfindung ergebenden kurzen, aber hohen Flansche der Profile haben dabei nicht nur den Vorteil, daß sie den Widerstand des Profils gegen Querschnittsverformungein erhöhen, sondern machen die Flansche auch unempfindlicher gegen im Grubenbetrieb nicht veirmeidbare örtliche Beanspruchungen von wechselnder Größe.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Torsionswiderstand erheblich vergrößert ist und daß die Abstützung der Flansche der Profile wegen des dadurch, bedingten größtmögliehen Hebelarmes eine bessere Übertragung des Torsionsmomentes gewährleistet, wodurch insbesondere im Bereich plastischer Verformung eine Verdrehung des einen Profils gegen das andere verhindert wird. Des weiteren wird durch die Flanschabstützung vermieden, daß das Innenprofil bei' der Montage oder insbesondere bei den (als Folge des Gebirgsdruckes) auftretenden Biegebeanspruchungen übermäßig in das Außenprofil hineingepreßt wird, was zu unzulässigen plastischen Querschnitts-Verformungen und sogar zu einem Aufreißen des Profilbodens führen könnte.

Die einzelnen Merkmale der angemeldeten Profile sind bekannt, doch sind die vorteilhaften Wirkungen nur durch die Vereinigung der Merkmale erreichbar. Bei nicht kongruenten Winkelprofilen mit einem Öffnungswinkel von 6o° zwischen den Stegen ist es bekannt, die Profile nur mit den Flanschen aufeinander abzustützen. Abgesehen davon, daß bei diesen vorbekannten Profilen die übrigen Merkmale der Erfindung fehlen, haben Versuche gezeigt, daß das Merkmal der Flanschabstützung bei diesen Winkelprofilen nicht die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung, sondern schwerwiegende Nachteile mit sich bringt. Bei dem vorbekannten Winkelprofil treten sowohl bei gleichem Torsionsmoment als auch bei gleicher Verdrehung wesentlich höhere Spannungen bzw. Beanspruchungen auf als bei dem Profil nach der Erfindung, so daß schon frühzeitig die federnde Torsionssteifigkeit erschöpft ist und damit das Winkelprofil sich »plastischer« verhält, Erscheinungen, die auf die winklige Grundform dieser bekannten Profile zurückzuführen sind. Die geschilderte Charakteristik_ des Winkelprofils bei Töirsionsbeanspruchungen ist offenbar die Ursache dafür, daß die Abstützung der Flansche solcher Winkelprofile eine zu »harte« Torsionskupplung bildet, welche — im Vergleich zu den Verhältnissen bei einer Abstützung der Böden solcher Profile — wesentlich stärkere Querschnittsverforrnungen zur Folge hat. Dies bedeutet, daß gerade bei diesen Winkelprofilen die vorgesehene Flanschabstützung eine erhebliche Verschlechterung gegenüber der üblichen Bodenabstützung darstellt. Dieser Nachteil ist überraschenderweise bei Profilen nach der. Erfindung nicht vorhanden, so daß durch die

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. Erfindung überhaupt erst die Voraussetzung für die vorteilhafte Anwendung einer Flanschabstützung bei derartigen Profilen geschaffen wurde. Hier hat sie nun die äußerst vorteilhafte Wirkung, daß diese harte Torsionskupplung die relative Drehung der Profile, welche zu einer Minderung der Tragfähigkeit führt, wesentlich stärker behindert als die übliche Bodenabstützung, bei welcher der Hebelarm des Torsionsmomentes erheblich kleiner ist.

ίο Im übrigen haben die vorbekannten Winkelprofile den weiteren Nachteil, daß ihre Tragfähigkeit bei Druck- und Biegebeanspruchungen wesentlich geringer ist als die des angemeldeten Profils^
Bei nicht kongruenten Profilen mit U-artiger Rinnenform ist es bekannt, die Flansche im Über-

. - lappungsbereich dadurch mittelbar aufeinander abzustützen, daß die zum Anziehen von die Flansche umgreifenden Verbindungsklammern dienenden Schraubenbolzen mit zwischen die Flansche eingreifenden leistenartigen Ansätzen versehen sind, . welche gewissermaßen die notwendigen »Widerlager« bilden, um derartige Verbindungsklammern anwenden zu können. Abgesehen davon, daß alle übrigen Merkmale der Erfindung bei diesem Profil fehlen, hat die Einschaltung solcher Leisten zwischen den Profilflanschen den Nachteil, daß die Gesamtbauhöhe der Verbindung im Überlappungsbereich in statisch nachteiliger Weise vergrößert wird, wenn man den Flanschen eine ausreichende Höhe gibt, und daß diese mittelbare Abstützung der Flansche auf die verhältnismäßig kleine Länge dieser an den Verbindungsbolzen angebrachten Leisten beschränkt ist, so daß bei der bei stärkerem Gebirgsdruck zwangläufig eintretenden Vergrößerung des Überlappungsbereiches die Profile auf einer entsprechenden Länge ohne jede Abstützung sind.

Wie bereits erwähnt, waren bereits lange vor der erstmaligen Anwendung von belageisenartigen Profilen für den Streckenausbau unter der Bezeichnung »Zoreseisen« als Brückenbelag od. dgl. geflanschte Rinnenprofile bekannt, deren großer Öffnungswinkel zwischen den Stegen das Ineinanderliegen kongruenter Profile gestattete. Abgesehen davon, daß solche Profile für den Gleitbogenausbau von der Fachwelt wegen ihres zu großen öffnungswinkels aus den vorstehend erwähnten Gründen als unbrauchbar abgelehnt wurden, 1 stützen sich solche Profile ausschließlich mit den Stegen aufeinander ab, wodurch nach den Feststellungen der Erfindung die Gefahr von Querschnittsverformungen noch wesentlich größer ist als bei. den vorstehend beschriebenen »paarigen« Profilen.

Des weiteren waren lange vor der erstmaligen Anwendung von belageisenähnlichen Profilen für den Streckenausbau geflanschte Rinnenprofile kongruenter Querschnittsform als gerade Walzträger für andere Zwecke bekannt, bei welchen Flansche und Boden der Profile gleiche Wandstärke besaßen derart, daß die ineinandergelegten Profile sich außer mit den Stegen gleichzeitig auch mit den Flanschen und den Böden berühren sollten. Abgesehen davon, daß es sich hier um eine andere Aufgabe handelte, nämlich darum, die Profile so auszubilden, daß sie sich ohne jeden Zwischenraum beliebig übereinander stapeln lassen, sind derartige Profile für einen Streckenausbau im Sinne der Erfindung deswegen ungeeignet, weil es auf Grund der Walztoleranzen praktisch nicht ohne weiteres möglich ist, die Profile gleichzeitig mit den Böden und den Flanschen aufeinander abzustützen, so daß es dem Zufall überlassen bleibt, an welchen dieser Gurtungen die Profile sich bei ihrer radialen Verspannung berühren, so daß keine Gewähr dafür besteht, daß eine Abstützung der Böden vermieden wird.'

Im Rahmen der Erfindung ist es besonders zweckmäßig, wenn die Enden der ineinandergelegten Profilstücke bei ihrer gegenseitigen radialen Verspannung außer mit den Flanschen auch noch mit den Stegen aneinanderliegen, wie dies bei nicht kongruenten Profilen bekannt ist. Auf diese Weise wird bei dem Ausbaurahmen nach der Erfindung eine zentralere Lage der Resultierenden aller Reibungskräfte erreicht und vermieden, daß durch außermittigen Angriff der Reibungskräfte zusatzliehe Biegungsmomente erzeugt werden, die die Profile an der Verbindungsstelle beanspruchen.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, daß der Querschnitt der Stege der Profilform von den Flanschen zum Boden hin keilförmig verjüngt go ist. Auf diese Weise bilden sich beim Ineinander-, legen der Profilteile zwischen den Stegflächen keilförmige Spalte, die sich beim weiteren radialen Ineinanderdrücken der Profile schließen. Dadurch wird erreicht, daß unter Ausgleich von Walztoleranzen die Stege gleichmäßig und federnd gegenemandergepreßt werden. Bei nicht kongruenten Profilen ist es bekannt, zur Erzielung einer solchen federnden gleichmäßigen Pressung der Profilstege diese — umgekehrt wie bei der vorliegenden Erfindung —: vom Boden zu den Flanschen hin keilförmig zu verjüngen. Diese Ausbildung der Stege hätte aber bei kongruenten' Profilen nach Art der Erfindung den Nachteil, daß in dem dem Profilboden zugekehrten Bereich der Stege übermäßige Flächenpressungen auftreten würden und eine gleichmäßige Anlage der Profilstege nicht erreicht werden könnte. — Bei dem vorstehend erwähnten _:. Winkelprofil wurde auch bereits vorgeschlagen, die Stege in Richtung auf den Profilboden keilförmig zu verjüngen, doch liegt hierbei die Aufgabe der Erfindung schon deswegen nicht vor, weil bei diesen Winkelprofilen eine Stegberührung vermieden, ist.

Im Rahmen des für den Öffnungswinkel zwischen den Stegen angegebenen Bereichs von etwa 15 bis etwa 45⁰ ist es am günstigsten, wenn dieser Winkel zwischen 20 und 30⁰, vorzugsweise zwischen 22 und 25° gewählt wird.

Die Breite der Flansche wird zweckmäßig kleiner als die Höhe gewählt, während die Höhe der' Flansche vorteilhaft doppelt so groJß ist als die Stärke des Profilbodens.

Im allgemeinen ist es am zweckmäßigsten, wenn die Profilflansche im Überlappungsbereich auf ihrer ganzen Länge und Breite satt aufeinanderliegen.

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Bei geringen Belastungen ist es aber auch denkbar,

;■■■ die Flansche nur mit Teilen ihrer Flächen zur Anlage zu bringen.

Die Profile nach der Erfindung sind in erster Linie für den nachgiebigen Ausbau von Grubetistrecken bestimmt, doch können die Profile mit Vorteil auch zur Herstellung von Grubenstempeln, und zwar für den Innenstempel und Außenstempel, Verwendung finden. Die Profile können aus Werkstoffen verschiedener Art, z. B. Stahl oder Leichtmetall, hergestellt werden. Vorzugsweise sollen aus Stahl hergestellte Walzprofile Verwendung finden. In jedem Falle müssen die Profile in an sich bekannter Weise symmetrisch zur F-Achse ausgebildet sein.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt.

Fig. ι zeigt ein einzelnes Profil im Querschnitt; Fig. 2 und 3 veranschaulichen das Ineinanderlegen der Profile, und zwar Fig. 2 in der Anfangsstellung, Fig. 3 in der Endstellung;

Fig. 4 zeigt eine von den vorhergehenden Ausbildungen abweichende Form der Profilflansche.

In allen Ausführungsformen bedeuten: 1 die Profilstege, 2 die Böden, 3 die Flansche. Mit Y-Y und X-X sind die Haupt-Trägheitsachsen bezeichnet, α ist der von den Profilstegen eingeschlossene Öffnungswinkel.

Fig. ι bis 3 zeigen ein Profil, bei welchem, die Stege einen öffnungswinkel von etwa 22? einschließen. Die. in Fig. 2 und 3 ineinanderliegenden Segmente bestehen aus dem gleichen Profil, d. h. Innenprofil und Außenprofil sind kongruent, d. h.

austauschbar. Wie Fig. 3 erkennen, läßt, stützen sich die Profile in verspannter Stellung mit ihren Flanschen 3 aufeinander ab, und zwar liegen hierbei die Flansche in ihrer gesamten Breite und auch in der dem Überlappungsbereich entsprechenden Länge aufeinander. Zwischen den Böden verbleibt ein Abstand w. Die Höhe h der Flansche ist in diesem Falle etwa doppelt so¹ hoch wie die Dicke d der Profilböden 2.

Die Profilstege verjüngen sich von den Flanschen zum Boden hin keilförmig, so daß in der Stellung nach Fig. 2 ein keilförmiger Spalt ν entsteht, der sich beim weiteren radialen Ineinanderschieben der Profile schließt.

Die Stege sind durch einen im Verhältnis zur Profilhöhe H schmal bemessenen Boden 2 verbunden, wobei die Übergänge mit großem Radius aufgeführt sind. Profilstege und Profilböden schließen einen stumpfen Winkel ein, was für Torsionsbeanspruchungen günstig ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Stege und Boden des Profils in vorteilhafter Weise von im wesentlichen ebenen Flächen begrenzt, doch ist es auch möglich, zur Begrenzung gekrümmte Flächen anzuwenden.

Gemäß Fig. 4 sind die äußeren Stirnflächen 4 der Profilflansche 3 konvex und die inneren Stirnflächen 5 konkav geformt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Satz von belageisenähnlichen Grubenausbauprofilen, vorzugsweise für den ring- oder bogenförmigen Streckenausbau, bei welchem die sich mit ihren Enden gleichsinnig ineinanderlegenden Profile im Überlappungsbereich miteinander verspannt sind und die durch einen Bodenteil verbundenen Profilstege nach den Profilflanschen zu divergieren, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Profile besitzen einen kongruenten Querschnitt und zwischen den Stegen einen Öffnungswinkel von etwa 15⁰ bis etwa 45°,

b) die Höhe Qi) der Flansche (3) ist derart größer bemessen als die Stärke (d) des Profilbodens, daß sich die Profile im Überlappungsbereich mit den Flanschen aufeinander abstützen, während zwischen den Profilböden (2) ein Abstand verbleibt.

2. Satz von Grubenausbauprofilen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilenden im Überlappungsbereich bei ihrer radialen Verspannung sowohl mit den Flanschen (3) als auch mit den Stegen (1) gegeneinandergepreßt sind.

3. Satz von Grubenausbauprofilen nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Stirnflächen der Flansche in ihrer ganzen Breite und im gesamten Bereich der Überlappung satt aufeinanderliegen.

4. Satz von Grubenausbauprofilen nach An-Spruch ι oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Profilstegen (1) eingeschlossene Öffnungswinkel (α) 2o° bis 30⁰, vorzugsweise 22⁰ bis 25° beträgt.

5. Satz von Grubenausbauprofilen nach Anspruch ι oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Flansche (3) wesentlich kleiner als ihre Höhe Qi) gewählt ist.

6. Satz von Grubenausbauprofilen nach Anspruch ι oder einem der folgenden, dadurch ge-' kennzeichnet, daß die Höhe Qi) der Flansche

(3) mindestens doppelt so groß als die Stärke . (d) des 'Profilbodens (2) gewählt ist.

7. Satz von Grubenausbauprofilen nach Anspruch ι oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit federnder Klemmwirkung gegeneinander gepreßten Stege (1) von den Flanschen (3) zum Boden (2) hin keilförmig verjüngt sind.

8. Verwendung eines Satzes von Grubenausbauprofilen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche für die Innen- und Außenstempelprofile zweiteiliger Grubenstempel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen