DE2618538C3

DE2618538C3 - Meßeinrichtung zum ungefähren Ermitteln von Ausbaustützkräften im Bergbau

Info

Publication number: DE2618538C3
Application number: DE2618538A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Ing.(Grad.) 4320 Hattingen Klein; Joachim Dr.-Ing. 4300 Essen Leonhardt
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1976-04-28
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB1529414A; DE2618538A1; JPS52132882A; FR2349826B1; US4081993A; DE2618538B2; FR2349826A1; JPS5837490B2; CH614531A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum ungefähren Ermitteln von Ausbaustützkräften im Bergbau, wobei die Bruchverformung eines Druckkörpers als Kraftmaßstab dient, wobei der aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzte, mehrteilige, als gerader Kreiszylinder oder als gerades Prisma ausgebildete Druckkörper zwischen zwei Druckplatten aus einem festeren Material angeordnet ist, und wobei die Teile des Druckkörpers miteinander in Berührung stehen.

Im Bergbau können die auf den Grubenausbau einwirkenden Kräfte in bekannter Weise durch zwischen Ausbau und Gebirge oder zwischen kraftschlüssig miteinander verbundenen Ausbauteilen angeordneten Druckmeßdosen ermittelt werden. Bei den Druckmeßdosen handelt es sich um Stahlbehälter, die einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum enthalten, der von einer Membran abgeschlossen wird, die sich bei äußerer

ίο Krafteinwirkung auf den Behälter verformt. Der angezeigte Flüssigkeitsdruck ist bei zentrischem Kraftangriff ein unmittelbares Maß für die Ausbaustützkraft an der Meßstelle.

Bei derartigen Druckmeßdosen ist es als nachteilig anzusehen, daß sie bei schiefer Belastung keine genaue Messung gewährleisten. Sie werden häufig beschädigt oder zerstört, wenn größere Abweichungen der Krafteinleitung von der Normalen auftreten. Auf diese Weise werden Verfälschungen der Meßwerte verursacht. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Druckmeßdosen verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und in der Herstellung teuer sind, was ihre Anwendung insbesondere im Bergbau unter den dort herrschenden Bedingungen weiter einschränkt.

Bei Meßeinrichtungen der eingangs genannten Gattung, die in der DE-OS 21 06 192 beschrieben sind, können die Verformungen am Druckkörper, beispielsweise mittels Schieblehren oder anderer Hilfsmittel gemessen werden. In einer Weiterentwicklung dieser Meßeinrichtung wird die Überschreitung einer bestimmten Last durch den Bruch eines Druckkörpers vorbestimmter Druckfestigkeit angezeigt. Mehrere parallel zueinander und .echtwinklig zur Druckrichtung angeordnete scheibenartige Druckkörper untcrschiedlieher Abmessungen oder unterschiedlicher Festigkeiten erlauben eine stufenweise Kraftcrmittliing. Diese von ihren Ausmaßen her einfach zu handhabenden und kostengünstig herzustellenden Meßeinrichtungen weisen gegenüber den Druckmeßdosen den Vorteil auf, daß sie unempfindlich gegen Schlagwetter, Staub, Korrosion und Temperaturänderungen und somit besonders für den Bergmann geeignet sind.

Eine derartige Meßeinrichtung funktioniert — wie Versuche ergeben haben — einwandfrei bei der Erfassung zentrisch angreifender Kräfte. Geht man aber weiterhin von den in der Praxis anzutreffenden Verhältnissen aus, so hat es sich gezeigt, daß die /u erwartenden Drücke in den meisten ('allen nicht zentrisch auf die Meßeinrichtung einwirken. Bei schief auf die Meßeinrichtungen auftretenden Kräfte ergeben sich — bei horizontal angeordneten scheibenartigen Druckkörpern — zunächst Kantenpressungen und gegenüber der benachbarten Scheibe des Druckkörpers Schubkräfte von nicht definierbarer Größe. Die Kantenpressun}' läßt in gewisser Weise zwar die Richtung des auftreffenden Druckes in etwa erkennen, schließt jedoch eine annähernde Schätzung der Größe dieser Kräfte durch die zwischen den einzelnen Scheiben auftretenden Schubkräfte völlig aus.

Demgegenüber stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Meßeinrichtung der vorgenannten Art derartig wciterzuentwickcln, daß neben der F.rmitiking zentrisch angreifender Kräfte und der Ermittlung der Richtung schief angreifender Kräfte auch eine annähernde

h^r> bestimmung dieser schief eingeleiteten Kraftgrößen in einem solchen Umfang möglich ist, wie sie füi den Bergmann zur Lösung der Aushauprolilenv; ausreichend ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum ungefähren Ermitteln der Größe von Kräften mit relativ kleiner Querkraftkomponente und der Richtung dieser Querkraftkomponente als Teile des Druckkörpers senkrecht zwischen den Druckplatten angeordnet sind, aus unterschiedlichen spröden Materialien bestehen und von außen nach innen eine zunehmende Druckfestigkeit aufweisen.

Im Rahmen von Weiterbildungen erweist es sich als vorteilhaft, daß die Teile des Druckkörper als zwischen den Druckplatten nebeneinander angeordnete Scheiben oder als einen zentrisch angeordneten Zylinder ringartig umgebende Hohlzylinder bzw. als ein zentrisch angeordnetes Prisma umgebende Hohlprismen ausgebildet sind.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß durch das Schic nkheitsmaß bzw. die geringe Stärke der den Druckkörper bildenden Teile durch Kantenpressung auftretende Schubkräfte vermieden werden und durch die geringe Stärke der Teile eine größere Empfindlichkeit und somit höhere Meßgenauigkeit erzielt wird. Da die Empfindlichkeit zunächst zu Rissen und zur Zerstörung der Teile mit der geringsten Druckfestigkeit führt, ist insbesondere bei zylindrisch geformten Druckkörpern anhand der Risse oder Zerstörung ein Erkennen der Druckrichtung und ein ungefähres Abschätzen der Druckkräfte gegeben.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels in Vorderansicht mit einem Druckkörper aus senkrecht nebeneinander angeordneten Scheiben, Fi g. 2 einen Schnitt nach der Linie A -B in Fig. 1,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel in Vorderansicht mit einem Druckkörper aus einen Zylinder umgebenden Hohlzylindern,

Fi g. 4 einen Schnitt nach der Linie A-Bm Fig. 3,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit einem Druckkörper aus ein zentrisch angeordnetes Prisma umgebenden Hohlprismen,

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie A-Bm F i g. 5.

F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel mit einem Druckkörper, bei welchem ein zentrisch angeordneter Zylinder geringer Höhe ringartig von Hohlzylindcrn abgestufter Höhe umgeben is..

F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie -4-ßin F i g. 7,

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel mit einem Druckkörper, bei welchem ein zentrisch angeordneter Zylinder geringer Höhe ringartig von Hohlzylindern abgestufter Höhe umgeben ist und der Druckkörper eine sektoralc Aufteilung aufweist,

Fig. 10 einen Scinitt nach der Linie A-Bm Fig. 9,

F i g. 11 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Druckkörper aus ein zentrisch angeordnetes Prisma geringer Höhe von Hohlprismen mit von außen nach innen abgestuften Höhen umgeben ist und der Druckkörper eine sektorale As:fi llung aufweist und t>o Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 11.

Das in der Fig. 1 in einer Vorderansicht dargestellte Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung besteht aus einem /wischen den Druckplatten 20 und 21 angeordneten Druckkörper 1, aus nebeneinander und senkrecht b5 zueinander angeordneten Teilen.

In dem dargestellten Ausiührungsbcispicl sind die Teile als Scheiben II, 12, 13; 13, 12, 11 ausgebildet. Die Scheiben 11,12,13; 13,12,11 weisen in ihre·'Stärke und ihrer Höhe gleiche Abmessungen auf. Wie aus dem Schnitt in Fig. 2 nach der Linie A-B in Fig. 1 hervorgeht bzw. durch die Schraffur kenntlich gemacht ist, weisen die Scheiben 11 bzw. 12 bzw. 13, die aus sprödem Material, beispielsweise Keramik, Glas oder Kunststoff, hergestellt sind, von außen nach innen eine zunehmende Druckfestigkeit auf. Die Scheiben 11, 12, 13 reagieren in bestimmten vorgegebenen Abstufungen durch Bruch und geben somit ein ungefähres Maß für die jeweilige Druckbelastung. Die Meßeinrichtung, wie sie nach den F i g. 1 und 2 wiedergegeben ist, und eine quadratische Grundform aufweist, eignet sich vorzugsweise zur Feststellung axial auftretender Kiäfte. Es erweist sich als zweckmäßig, bei Verwendung einer derartigen Meßeinrichtung diese senkrecht zu der zu erwartenden Druckrichtung zwischen Ausbau und Gebirge anzubringen.

In den F i g. 3 und 4 — einer Vorderansicht und einem Schnitt — ist ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung dargestellt, bei welchem der Druckkörper 1 eine zylindrische Form aufweist. Der Druckkörper 1 besteht aus einem zentrisch angeordneten Zylinder 35 und diesen Zylinder 35 ringartig umgebenden Hohlzylindern 34—31. Neben der Ermittlung axialer Druckkräfte eignet sich dieses Ausführungsbeispiel besonders aufgrund seiner äußeren Form zur Wiedergabe der Druckrichtung als auch zur Ermittlung der Kraftgröße schief angreifende*· Kräfte.

Die Hohlzylinder '4 — 31 weisen wiederum eine von außen nach innen zunehmende Druckfestigkeit auf. Das Schlankheitsmaß bzw. die Stärke der einzelnen Hohlzylinder 34—31 deutet auf eine große Empfindlichkeit. Risse oder Zerstörung der einzelnen Hohlzylinder 34—31 geben einen sicheren Hinweis auf die Richtung und die Größe des durch die Meßeinrichtung zu ermittelnden Druckes.

Die in den Fi g. 5 und 6 dargestellte Meßeinrichtung ist vergleichbar mit dem Ausfühlungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4. Der Druckkörper wird jedoch von emem zentrisch angeordneten Prisma 45 und dieses Prisma 45 umgebenden Hohlzylindern 44—41 gebildet.

In den F i g. 7 und 8 ist wiederum ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung dargestellt, bei welcher der Druckkörper 1, wie insbesondere aus dem Schnitt nach der Linie AB in F i g. 8 zu entnehmen ist, eine zylindrische Grundform aufweist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 weisen die den Zylinder 35' in geringer Höhe umgebenden Hohlzylinder 33'—3Γ von innen nach außen abgestufte Höhen auf. Die geringen HöhenabstuCungen der einzelnen Hohlzylinder 33'—31' bzw. des Zylinders 35' verhindern nicht nur die Übertragung von Schubkräften zwischen den einzelnen Hohlzylindern 33'-3Γ bzw. Zylinder 35' bei schief auf die Meßeinrichtung auftretenden Kräften, sondern bieten auch die Möglichkeit, durch das zeitlich nacheinander erfolgende Zerbrechen der Hohlzylinder 33'—3Γ bzw. Zylinder 35' die möglicherweise zeitlich urd räumlich variablen Angriffsrichtungen und Kraftgrößen zu erkennen.

Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet, neben der Richtung aus der die Kräfte auf die Meßeinrichtung einwirken, genauere Angaben über deren Größe auszusagen.

In einer Weiterbildung des in den F i g. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispieles ist die in den F i g. 9 und 10 dargestellte Meßeinrichtung sektoral aufgeteilt. Die den Zylinder 35" umgebenden, in der Höhe

abgestuften Hohlzylinder 33"—31" sind — wie aus dem Schnitt nach Fig. 10 im Detail zu entnehmen ist — sektoral aufgeteilt. Die sektorale Aufteilung läßt einen genaueren Hinweis auf die Richtung der schräg auf die Meßeinrichtu· α auftretenden Kräfte sowie eine ge nauere Ermittlung deren Größe zu.

Die in den Fig.9 und 10 in Verbindung mit einem zylindrischen Druckkörper 1 dargestellte sektorale Aufteilung ist in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 11 und 12 bezogen auf einen Druckkörper 1 mit der Grundform eines Prismas wiedergegeben. Das Prisma 44" ist umgeben von Hohlprismen 43"—41" mit abgestuften Höhen. Wie insbesondere aus Fig. 12 zu entnehmen ist, weist der Druckkörper 1 eine sektorale Aufteilung auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zum ungefähren Ermitteln von Ausbaustützkräften im Bergbau, wobei die Bruchverformung eines Druckkörpers als Kraftmaßstab dient, wobei der aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzte, mehrteilige, als gerader Kreiszylinder oder als gerades Prisma ausgebildete Druckkörper zwischen zwei Druckplatten aus einem festeren Material angeordnet ist und wobei die Teile des Druckkörpers miteinander in Berührung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß zum ungefähren Ermitteln der Größe von Kräften mit relativ kleiner Querkraftkomponente und der Richtung dieser Querkraftkomponente die Teile des Druckkörpers (1) senkrecht zwischen den Druckplatten (20,21) angeordnet sind, aus unterschiedlich spröden Materialien bestehen und von außen nach innen eine zunehmende Druckfestigkeit aufweisen.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Druckkörpers (1) als zwischen den Druckplatten (20, 21) nebeneinander angeordnete Scheiben (11, 12, 13; 13, 12, 11) ausgebildet sind (F i g. 1 und 2).

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Druckkörpers (1) als einen zentrisch angeordneten Zylinder (35) ringartig umgebende Hohlzylinder (34—31) ausgebildet sind (F i g. 3 und 4).

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Druckkörpers (1) als ein ⁷.entrisch angeordnetes Prisma (45) umgebende Hohlprismen (44—41) ausgebildet sind (Fig. 5 und 6).

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Druckkörpers (1) als einen zentrisch angeordneten Zylinder (35') geringer Höhe ringartig umgebende Hohl'ylinder (33'—3Γ) ausgebildet sind, wobei die Hohlzylinder (3Γ—33') von außen nach innen in der Höhe abgestuft sind (F i g. 7 und 8).

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Druckkörpers (1) als einen zentrisch angeordneten Zylinder (35") geringer Höhe ringartig umgebende Hohlzylinder (33"—31") mit von außen nach innen abnehmender Höhe ausgebildet sind und eine sektorale Aufteilung aufweisen (Fi g. 9 und 10).

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Druckkörpers (1) als ein zentrisch angeordnetes Prisma (44") geringer Höhe umgebende Hohlprismen (43"—41") mit von außen nach innen abgestufter Höhe ausgebildet sind und eine sektorale Aufteilung aufweisen (Fig. 11 und 12).