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Ring- oder bogenförmiger Grubenausbau Im Gruben- -und Tunnelbau werden
in großem Umfang Ausbaurahmen in Ring- oder Bogenform angewendet, die aus mehreren
rinnenförmigen, mit nach außen geneigten Flanschen ausgeführten Profileisen bestehen,
welche sich an den Enden übergreifen und zwischen den Gurtungen, meist zwischen
Boden- und Halbgurtung, derart verspannt sind; daß sie sich bei Überlast ineinanderschieben
können. .
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Derartige Ausbauten sind häufig sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt,
so daß die e'nander übergreifenden Profileisen unter Anwendung entsprechend großer
Kräfte miteinander verspannt werden müssen, um dem Ausbau die erforderliche Steifigkeit
zu geben.
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Beim gegenseitigen Verspannen der Profileisem neigen diese jedoch
bei den bisherigen Ausführungen zum Aufklaffen. Um einem Aufklaffen des Profils
entgegenzuwirken, hat man den Flanschen der Profileisen eine erhebliche Stärke gegeben
und sie in einem verhältnismäßig kleinen Öffnungswinkel angeordnet. Infolgedessen
war es bisher notwendig, zur Bildung der Ausbaurahmen verschiedenartige Profileisen,
nämlich ein Innenprofil und ein Außenprofil, anzuwenden.
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Durch die Notwendigkeit, Profilpaare herzustellen und vorzurichten,
wird indessen der Ausbau verteuert und auch seine Verwendung im unterirdischen,
Grubenbetrieb erschwert.
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Die Erfindung löst nun die Aufgabe, einen Ausbaurahmen für Gruben-
oder Tunnelbauten zu entwickeln, der aus Profileisen des gleichen Profils gebildet
werden kann,- ohne daß die Gefahr eines Aufklaffens des Profils an den Verspannungsstellen
unter
entsprechender Verminderung der Widerstandsfähigkeit der Ausbauteile entsteht.
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Der grundsätzliche Lösungsgedanke der Erfindung besteht darin, den
Ausbaurahmen aus Formeisen eines solchen Profils und mit einem solchen Verhältnis
der Stärke ihrer Gurtungen zu. derjenigen der Flansche aufzubauen, daß diese Formeisen
in beliebiger Anordnung (als Außen- oder Inneneisen an den Verbindungsstellen) gegebenenfalls
unter federnder Abbiegung ihrer Flansche bis zu einer einen ausreichenden Reibungsschluß
bewirkenden gegenseitigen Anlage im Bereich der Flansche und einer Gurtung, d. h.
in einer quer zu den Flanschen verlaufenden Ebene oder gebogenen Fläche bzw. entsprechend
angeordneten Anschlägen, miteinander verspannbar sind.
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Dabei wird unter federnder Abbiegung eine solche Formänderung des.
Profils verstanden, die innerhalb. des Elastizitätsbereiches des verwendeten Werkstoffes
liegt.
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Der Leitgedanke der Erfindung erstreckt sich somit darauf, dem Profil
der Formeisen einen solchen Verlauf der Außen- und Innenseite zu. geben, daß zwei
oder mehrere solcher Formeisen in beliebiger Anordnung ineinandergelegt werden können,
derart, daß sich bei Querverspannung ohne bleibende Formänderung des Profils ein
flächiger Reibungsschluß mindestens einerseits im Bereich der geneigten Flansche
und andererseits im .Bereich einer dazu quer verlaufenden Fläche vorzugsweise des
Rinnenbodens (Bodengurtung) ergibt. Wenn man die Außen- und Innenseite des. Formeisens
im Sinne der Erfindung ausführt, erhält man, sofern. die Flansche des Formeisens
sich nach außen voneinander entfernen bzw. schräg zueinander verlaufen, Profileisen,
die sich bei im wesentlichen kongruentem Profil beliebig ineinanderlegen lassen
und die durch ein bestimmtes; dem jeweils gewählten Profil entsprechendes Verhältnis
der Wandstärken von Flanschen und Gurtung gekennzeichnet sind. Im wesentlichen ergibt
sich ein der Erfindung entsprechender Verlauf beispielsweise der Innenseite des
Profileisens dann, wenn man eine Parallelverschiebung der Außenseite in Richtung
der Rinnentiefe vornimmt.
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Dabei kann aber nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Verlauf
der Innen- und Außenseite in einzelnen Zonen, des Profils verschieden sein, so daß
nach Ineinanderlegen und Verspannen mehrerer Profileisen in diesen Bereichen Lücken
oder Hohlräume frei bleiben. Es, ergibt sich dadurch unter Umständen eine erhebliche
und in gewissen Fällen vorteilhafte Erhöhung des spezifischen Flächendruckes in
den flächig gegeneinanderliegenden Oberflächenbereichen.
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Vorzugsweise wendet die Erfindung ein Formeisen an, das im Querschnitt
etwa glockenförmig ausgebildet ist. Hierunter wird eine solche Form verstanden,
bei welcher, die Boden@gurtung mit geringer Krümmung ausgeführt ist und unter Abbiegung
in die eben oder gewölbt verlaufenden Flansche übergeht, die schließlich in nach
außen gebogenen, gegebenenfalls verstärkten Halbgurtungen enden. Ein derartiges
Sonderprofil zeichnet sich durch besonders gute Verspannbarkeit, leichte Walzbarkeit
und ausgezeichnete statische Werte aus, die je nach dem Verwendungszweck gewählt
werden können.
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Es sind zwar rinnenförmige Zug- und Druckstäbe für die Stabbündel
von Brücken, Trägern, Pfeilern, Gerüsten u. dgl. bekannt, die ein solches Profil
haben, daß sich die Stäbe beliebig ineinanderlegen lassen. Hierbei wird jedoch zur
Verbindung der Druckstäbe im Bündel ein Gelenkbolzen be, nutzt, der die Bodengurtungen
durchsetzt. Auf ein Verspannen der Druckstäbe zwischen der Bodengurtung des Außenprofils
und den Halbgurtungen des Innenprofils kam es dabei nicht an, und demgemäß fehlt
auch bei dem bekannten Druckstab der für die Erfindung kennzeichnende Reibungsschluß
zwischen den nach Verspannung gegeneinanderliegenden Flanschen bzw. der quer dazu
verlaufenden Fläche (Gurtung). Aus diesen Gründen ist der erwähnte, aus dem Brückenbau
stammende Vorschlag ohne Einfluß auf die Gestaltung des Grubenausbaues geblieben.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine neuartige Ausführungsform
der zum gegenseitigen Verspannen der ineinandergelegten Formeisen dienenden Spannmittel,
welche erfindungsgemäß so ausgebildet sind, daß besonders hohe Drücke an den Verbindungsstellen
erzeugt werden können. In der Zeichnung zeigt Fig. i eine bevorzugte Ausführungsform
eines bei dem Ausbaurahmen nach der Erfindung benutzten Formeisens in einer Stirnansicht,.
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Fig. a die Anordnung mehrerer ineinandergelegter und quer verspannter
Formeisen gleicher Wandstärke des in Fig. i gezeigten Profils, Fig. 3 einen Schnitt
durch eine Ausführung der Spannverbindung zum Querverspannen mehrerer ineinandergelegter
Formeisen gemäß Fig. i, Fig, q. und 5 die Vereinigung .mehrerer der Formeisen gemäß
Fig. i unter Bildung eines Rahmens, Fig. 6 eine Anordnung zum Querverspannen mehrerer
ineinandergelegter Formeisen des gleichen Profils gemäß Fig. i ; Fig. 7 ist ein
Schnitt nach Linie III-III der Fig. q. in größerem Maßstab; Fig. 8 ist eine Seitenansicht
einer Verspannungs stelle in größerem Maßstab; Fig. 9 zeigt die untere Bewehrung
der Rahmenenden in größerem Maßstab, und Fig. io ist ein Schnitt nach Linie VI-VI
der Fig. g.
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Die Querschnittsform des erfindungsgemäßen rinnenförrnigen Profileisens
kann an sich verschieden sein. Man kann Formeisen in U-, V-, Y- und Halbkreisform
oder in ähnlichen Formen anwenderi. Die statischen Werte des Formeisens nach seinem,
beiden Querschnittsachsen können beliebig gewählt werden. Man ist in der Lage, die
Formeisen sowohl als Biegungsstäbe als auch als Knickstäbe ohne Beeinträchtigung
ihrer sonstigen Vorteile auszubilden, und man kann die entsDrechenden
Werte
nach der einen oder nach der anderen Querschnittsachse überwiegen lassen.
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Besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist ein rinnenförmiges
Formeisen von im wesentlichen glockenförmigem Querschnitt. Bei einem solchen glockenförmigen
Querschnitt ist nicht nur die Materialverteilung günstig, vielmehr kann auch das
Walzen des Formeisens einfach, genau und ohne Verziehen oder Verlaufen ausgeführt
werden. Die Verteilung der Massen in einem glockenförmigen Profil kann ebenfalls
ganz im Einklang mit den erforderlichen statischen Werten erfolgen, so daß die Stellen,
die gegen Verformung zu schützen sind, entsprechend -verstärkt ausgeführt werden
können. Derartig verstärkte Stellen, etwa in Form von Längsrippen, dienen zugleich
als Führung beim Walzen und sichern einen geradlinig verlaufenden Walzvorgang.
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Ein Formeisen mit glockenförmigem Querschnitt ergibt ferner bei geringem
Gewicht je Längeneinheit eine hohe Steifigkeit, die eine hervorragende Standfestigkeit
sichert.
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Das in Fig. i dargestellte Formeisen besteht aus dem Bodenteil i (Bodengurtung)
und den beiden Flanschen 2, die am Rand durch je eine Wulst 3 (Halbgurtung) verstärkt
sind. Im Querschnitt entspricht der Verlauf der Innenfläche q. im wesentlichen demjenigen
der Außenfläche 5, wobei jedoch in der Zone zwischen dem Bodenteil i und den Flanschen
:2 eine Längsaussparung vorgesehen ist, wie bei 6 angedeutet. Das Formeisen nach
Fig. i hat dadurch etwa ein glockenförmiges Profil, aber man kann die Aussparungen
6 auch fortlassen und der Außenfläche etwa den durch die strichpunktierten Linien
7 angedeuteten Verlauf geben. Durch Anordnung der beiden Längsaussparungen 6 en.tsteht
außen am Rinnenboden eine Art Kamm oder Leiste, die beim Walzen des Formeisens in
vorteilhafter Weise ein Verlaufen verhindert.
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Der OQuerschnittsverlauf der Innenfläche und derjenige der Außenfläche
des Formeisens entsprechen einander derart, daß sich mehrere ineinandergelegte Formeisen
- wie Fig. 2 zeigt - bei Querverspannung im Bereich des Rinnenbodens und der Flansche
passend gegeneinander anlegen, wie bei 8 und 9 angedeutet. Die Querverspannung mehrerer
Formeisen bis zur gegenseitigen satten Anlage an den entsprechenden Berührungsflächen
wird durch Anordnung der erwähnten Längsaussparungen 6 erleichtert, indem dadurch.
die Flansche 2 eine vorteilhafte federnde Nachgiebigkeit erhalten.
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Zur praktischen Gestaltung des Profils, deis Formeisens ist allgemein
folgendes zu bemerken: Die Stärke der Bodengurtung ist abhängig von der Höhe der
Einlagerung des Profils. Im wesentlichen wird daher die Stärke H der Bodengurtung
(Fig. i) mit der Stärke H1 der Halbgurtungen übereinstimmen. Die Gesamthöhe A wird
je nach; der Verwendung des. Formeisens als Biege- oder Knickstab gewählt. Die Stärke
s der Flansche ist im wesentlichen bedingt durch, die Größe H, den, Rinnenwinkel
und die Größe der Berührungsfläche zwischen ineinandergelegten Formeisen. Eine Vergrößerung
dieser Berührungsflächen kann z. B. vorteilhaft sein, wenn es sich darum handelt,
die Reibungsspannung zwischen ineinandergelegten Formeisen zu erhöhen.
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Die Ausbildung der Außen- und Innenfläche des Formeisens ist meist
derart, daß zwischen dem Verlauf der beiden Flächen im unverspannten Zustand gewisse
Abweichungen vorhanden sind, so, daß die Formeisen unverspannt nacht ganz ineinandergelegt,
sondern erst durch Querverspannung unter federnder Aufweitung oder Schließung des
Profils im Bereich der Bodenguztung und der Flansche zur gegenseitigen Anlage gebracht
worden können.
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Der in Fig. q. dargestellte Ausbaurahmen besteht aus den Seitenstützen
i i und 12, gebildet von je zwei rinnenförmigen Formeisen, und dem Kopfträger oder
Boden 13, gebildet von einem einzigen rinnünförmdgen Formeisen. Die Stützen 11,
12 und der Boden 13 liegen an den einander zugewandten Enden ineinander und sind
miteinander durch die schematisch angedeuteten Spannmittel 15 quer verspannt, deren
Ausbildung im einzelnen aus Fig. 7 oder i i ersichtlich ist. Das freie Ende der
Seitenstützen 11, 12 ist je durch einen. Schuh 14 verstärkt, dessen. Ausbildung
und Anordnung aus den Fig. 9 und io hervorgeht.
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Der Ausbaurahmen nach Fig. 5 besteht aus vier gleichartigen rinnenförmigen
Formeisen 26, 27, 28, 29, die an den einander übergreifenden Enden durch die Spannmittel
3o quer verspannt sind. Die Spannmittel 3o können in gleicher Weise ausgebildet
sein, wie in Fig. 7 und 3 dargestellt.
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Der für die Formeisen der Ausbaurahmen charakteristische Querschnitt
ist aus Fig. 7 zu ersehen. Danach besteht jedes. Formeisen aus der Bodengurtung
31 und den beiden Flanschen oder Wangen 32, die am Rand durch je eine Halbgurtung
33 verstärkt sind. Im Querschnitt entspricht der Verlauf der Innenfläche der Formeisen
im wesentlichen demjenigen der Außenfläche, wobei jedoch in der Zone zwischen der
Bodengurtung 31 und den Flanschen 32. eine Längsaussparung vorgesehen werden kann,
in Fig. 7 mit 34 bezeichnet. Das Formeisen hat durch die Anwendung dieser Aussparung
etwa einen glockenförmigen Querschnitt. Dumch die Anordnung der Längsaussparungen
entsteht außen an der Bodengurtung eine Art Kamm oder Leiste, die beim Walzen des
Formeisens in vorteilhafter Weise ein,Verlaufen des Walzkörpers verhindert.
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Der OQuerschnittsverlauf der Innenfläche und, derjenige der Außenfläche
jedes Formeisens entsprechen ennander derart, daß sich mehrere ineinandergelegte
Formeisen des gleichen Profils - wie Fig. 8 zeigt - bei Querverspannung im Bereich
der Flansche und der Bodengurtung passend gegeneinander anlegen, wie bei 35 und
36 in Fig. 7 angedeutet. Die Querverspannung mehrerer Formeisen bis zur gegenseitigen
satten Anlage an den entsprechenden Berührungsflächen wird durch die Anordnung der,
erwähnten Längsaussparungen erleichtert, indem dadurch die Flansche eine gewisse
federnde Nachgiebigkeit erhalten.
Wertvoll für den praktischen Betrieb
ist, daß man die Formeisen der erwähnten Ausbildung nach Gebrauch 'wieder in beliebiger
Reihenfolge zur Bildung anderer Ausbaurahmen benutzen kann. Die Ausbildung der Außen.-
und Innenfläche der Formeisen derart, daß sie einander im wesentlichen im Querschnittsveslauf
entsprechen, schließt nicht aus, daß zwischen dem Verlauf der beiden Flächen im
unverspannten Zustand der ineinandergelegten Formeisen, gewisse Abweichungen vorhanden
sind.
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Die zur Bildung von Teilen des Ausbaurahmens benutzten Formeisen brauchen
nicht auf ihrer ganzen Länge ineinandergreifen. Meist werden. sich die Formeisen
nur an den Enden, überlappen, wie in Fig. 5 dargestellt. Andererseits können statt
der Anordnung zweier Formeisen entsprechend den Seitenteilen 11, 12 des Rahmens
nach Fig. 4 die beiden Formeisen mit verschiedener Krümmung ausgeführt werden.,
wobei dann zwischen den Formeisen im mittleren Teil des Segments besondere Verbindungsstücke
eingesetzt werden, während die Enden der Formeisen ineinandergreifen.
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Die zur Querverspannung der ineinandergreifendem Formeisen eines Ausbaurahmens
benutzten Spannvorrichtungen sind vorteilhaft so auszubilden, daß die Spannung veränderlich
ist. Dies ist von Vorteil, wenn der Gebirgsdruck sich ändert und die Gefahr beisteht,
daß der Rahmen: zusammengedrückt wird. In diesem Fall wählt man das Maß der Querverspannung
so,. daß sich die Formeisen bei wachsendem Gebirgsdruck nachgiebig zusammenschieben.,
bevor eine bleibende Formänderung der Rahmenteile eintritt.
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Zur Querverspannung der ineinandergelegten Formeisen kann man, sich
z. B. gemäß der Erfindung der in Fig. 6 dargestellten Einrichtung bedienen. Diese
um£aßt eine gebogene Lasche 17, welche um die Bodengurtu.ng des äußersten Formeisens
18 faßt, und eine gerade Lasche i9, die gegen die Halbgurtungen des inneren Formeisens
2o anliegt. Schrauben 21 und Muttern 23 dienen zur Verspannung der beiden Laschen.
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Bei der AusführungsfoTm nach Fig. 7 umfassen zwei Laschen 37, 38,
welche miteinander durch die Spannschrauben 39 v#"rbunden sind, die zu verspannenden
Formeisen. Die Lasche 37 überbrückt die offene Seite dies Rinneneisens, während
die Druckfläche der unteren Lasche 58 im wesentlichen dem Verlauf der Außenfläche
des Formeisens folgt. Die Lasche 38 wird vorteilhaft aus einem federnden Material
hergestellt. Durch doppelte Abbiegung der Enden der Lasche 37 wird erreicht, daß
der hammerkopfartige Teil 46 der Spannschrauben 39, welche hinter die hakenförmigen
Ansätze 4z der Lache 37 faßt, im wesentlichen innerhalb dar Gesamthöhe der Spannverbindung
liegt, so daß die Spannschraube im BLd@arfsfalle leicht eingesetzt oder abgenommen,
werden kann.. Das Ende 42 der Lasche kann zu diesem Zweck geschlitzt sein, wie aus
Fig. 8 ersichtlich.
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Die Laschen 37, 38 werden so ausgebildet, daß sich die Achsen der
Spannschrauben 39 schneiden (Fig. 7). Die Enden 43 der Lasche 38 verlaufen hierbei
im wesentlichen senkrecht zur Schraubenachse, so daß die Muttern 44 genügende Anlage
finden können.
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Die Verbindungsstellen eines Ausbaurahmens, z. B. für Grubenbetriebe
oder Tunnelbauten, können mit einer oder mehreren der in Fig. 7 dargestellten Spannverbindungen
oder Spannverbindungen anderer Art ausgestattet werden, welche geeignet sind, die
erforderliche Querverspannung der Formeisen herbeizuführen. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 8 sind zwei Spannverbindungen dargestellt, die unabhängig voneinander
zu betätigen sind. Die- Zahl der anzubringenden Spannvorrichtungen richtet sich
hauptsächlich nach dem erforderlichen Spanndruck.
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Die in Fig. 3 gezeichnete Ausführungsform einer Spannverbindung verwendet
Bolzen 53, deren oberes Ende hakenförmig umgebogen ist, wie, bei 54 angedeutet,
und um den durch die Halbgurtung 55 verstärkten Rand des obersten Formeisens 53
fa,ßt. Das untere Ende des Bolzens 53 hat Gewinde für die Spannmutter 56, welche
auf eine das unterste Formeisen umfassende Lasche 62 wirkt.
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Anstatt Gewindebolzen mit Mutter können für dlie Spannvorrichtungen
auch geschlitzte Bolzen benutzt werden. welche mit einem durch den Schlitz gesteckten
Keil od. dgl. zusammenwirken.
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Zur Verstärkung der Rahmenenden kann man den in Fig. 9 und ro dargestellten
Schuh benutzen.. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Stahlplatte 45, deren,
Seiten abgekantet sind, wie bei 46 angedeutet. Oben sind auf der Platte 45 drei
Stifte oder Nasen 47 angeordnet, zwischen welche das Profil des abzustützenden Formeisens
48 greift, so daß es unveTschiebhar sitzt.