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Gebirgsanker Die Erfindung betrifft einen Gebirgsanker mit einem langgestreckten
Zugglied, welches an dem im Bohrlochtiefsten befindlichen Ende eine Spreizvorrichtung
und an dem am Bohrlochmund befindlichen Ende eine Mutter und eine Ankerplatte trägt.
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Derartige Gebirgsanker finden vielfache praktische Anwendung. Sie
werden beispielsweise im Bergbau zur Unterstützung des Hangenden verwendet, oder
wenn Bergbauarbeiten in Felsenschichten durchgeführt werden, die in unerwünschter
Weise gesprungen und aufgebrochen sind. Die Anker dienen dabei zum Halten oder Sichern
der gebrochenen Schicht an dem darüberliegenden massiven Felsen, während die Arbeiten
und das Entfernen von Gestein oder Erz erfolgen. Zu diesem Zweck werden Bohrlöcher,
die normalerweise einige Fuß tief sind, in einem vorgegebenen Muster durch die zerbrochene
Schicht in den massiven Fels gebohrt. Die Anker werden dann in die Löcher eingesetzt,
und die Befestigungsmittel im Bohrloch werden betätigt. Das erfolgt gewöhnlich durch
Drehung des Ankers, so daß dieser sich ausdehnt und in tragenden Eingriff mit dem
massiven Felsen kommt. Die Mutter wird dann gegen die Oberfläche der gebrochenen
Schicht gespannt.
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Bei den bisher bekannten Gebirgsankern der eingangs erwähnten Art
ist das Zugglied steif ausgebildet, wodurch in vielen Fällen das Einsetzen und Entfernen
des Ankers zu einer zeitraubenden, wenn nicht unmöglichen Arbeit wird. Das gilt
besonders, wenn der Platz beschränkt ist (d. h. zum Beispiel bei niedriger Decke)
und/oder in Fällen, wo der Bohrer, wie es oft vorkommen kann, ausgewichen ist und
das Loch nicht gerade verläuft. Treten Verwerfungen im Gebirge auf, so führt dies
bei steifem Zugglied zu unkontrollierbaren Spannungen in denselben. Auch kann dann
ein steifer Anker aus dem Gebirge nicht mehr entfernt werden.
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Es ist ferner bekannt, zum Abfangen des Hangenden Drahtseile in im
Hangenden vorgesehenen Bohrungen einzukitten. Dieses Verfahren konnte sich jedoch
nicht in der Praxis einführen, da ein zuverlässiges Festkitten des Drahtseiles nicht
möglich ist und darüber hinaus dem Drahtseil eine Vorspannung nicht erteilt werden
kann. Auch dauert es relativ lange, bis ein derart eingekittetes Drahtseil in der
Lage ist, Lasten aufzunehmen.
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Die erfindungsgemäße Kombination beseitigt die erwähnten Nachteile
der bekannten Konstruktionen dadurch, daß bei einem Gebirgsanker der eingangs gekennzeichneten
Art das Zugglied aus einem Stück eines mehrlitzigen flexiblen Stahldrahtseils besteht,
an dessen beiden Enden je ein Gewindeendstück befestigt ist, an welchem die Spreizvorrichtung
bzw. die Mutter angeschraubt sind.
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Das Drahtseil ist vorteilhaft so ausgebildet, daß es eine wesentliche
Drehkraft in jeder Richtung übertragen kann, ohne auseinanderzugehen. So kann das
Seil eine Lage von äußeren Litzen besitzen sowie eine Lage von inneren Litzen oder
Litzendrähten, deren Gangrichtung der Gangrichtung der äußeren Litzen entgegengesetzt
ist. Das Seil kann zweckmäßig ein mehrschichtiges Stahldrahtseil sein mit einem
ein Vieleckprofil gemäß der Zahl der Drähte der ersten inneren Drahtlage aufweisenden
Kerndraht, wobei die Drähte der Zwischenlage oder jeder darauffolgenden Zwischenlage
Vieleckquerschnitt aufweisen, während die Drähte der Außenlage einen Querschnitt
aufweisen, der dem eines Gewölbesteins mit gerundeter Außenfläche entspricht. Der
Radius dieser Außenfläche ist dabei gleich dem Radius des Seilumfangs und benachbarte
Drahtteile berühren einander dicht längs ihrer geraden Flächen, so daß die Drähte
nicht aufeinander rollen können. Derartige Seile werden
dadurch
hergestellt, daß ein mehrlitziges Seil unter Längsspannung durch einen entsprechenden
Ziehstein gezogen wird.
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Die Spreizvorrichtung besteht zweckmäßig, wie an sich bekannt, aus
mindestens einem becherförmigen Glied, dessen Boden über ein Gewindeendstück des
Zuggliedes geschoben ist und dessen Öffnung vom Gewindeendstück auf das Zugglied
zuweist. Sie ist vorteilhaft so ausgebildet, daß die Seiten des becherförmigen Gliedes
in federnde, außerhalb des Bohrloches über den Bohrlochdurchmesser_ herausragende
Zinken unterteilt sind.
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Wählt man die Spreizvorrichtung so, daß die COffnung des becherförmigen
Gliedes dem entsprechenden Ende des Ankers zuweist, wobei ein konisches Glied über
das Gewindeendstück geschoben ist und in das Becherglied hineindringt, so weist
vorteilhaft das Gewindeendstück eine Schulter auf, an welcher der Boden des Bechergliedes
anliegt, während auf das Gewindeendstück das konische Glied aufgeschraubt ist oder
unter dem Einfiuß einer auf das Endstück aufgeschraubten Mutter steht.
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Vorteilhaft ist mindestens eines der Gewindeendstücke an einem Ende
mit äußeren Sägegewinden versehen und weist am anderen Ende eine zum Gewinde koaxiale
Aussparung auf, welche das Ende des Drahtseiles aufnimmt, wobei die Wandung der
Aussparung im Bereich von deren Öffnung um das Drahtseil herum zusammengewürgt ist.
Hierbei ragen zweckmäßig die Enden der Drähte des Seiles bis über den zusammengewürgten
Teil hinaus in die Aussparung hinein.
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Vorteilhaft besteht mindestens eines der Gewindeendstücke aus einem
Stück Rohr, welches an einem Ende auf einen Teil seiner Länge das Ende des Drahtseiles
umgibt und festhält und am anderen Ende eine Stange trägt, welche ein vom Rohr abragendes
Gewinde aufweist.
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Nachfolgend sind an Hand der Zeichnungen einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen vollständigen Gebirgsanker; Fig. 2 zeigt eines
der Gewindeendstücke in auf das Seil aufgeschobenem aber nicht gewürgtem Zustand;
Fig. 3 zeigt im Schnitt das Endstück und Seil von Fig. 2 nach dem Würgen; Fig. 4
zeigt im Schnitt eine andere Form eines Gewindeendstücks auf dem Ende eines Seiles;
Fig. 5 ist ein Querschnitt durch das bei dem Anker verwendete Drahtseil; Fig. 6
zeigt eine Spreizvorrichtung von der Seite; Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Fig.
6 und zeigt das Einsetzen der Spreizvorrichtung in ein Loch; Fig. 8 zeigt eines
der bei der in Fig. 6 und 7 gezeigten Vorrichtung verwendeten ausdehnbaren Becherglieder;
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf Fig. 8; Fig. 10 zeigt eine andere Form eines ausdehnbaren
Bechergliedes von der Seite; Fig. 11 ist eine Darstellung einer anderen Spreizvorrichtung,
ähnlich Fig. 6.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion besteht das Zugglied
aus einem Stück Drahtseil 20, welches an seinen beiden Enden ein Schraubengewinde
tragendes Endstück 21, 22 trägt, das koaxial zum Ende des Seiles verläuft. Auf das
Endstück 21 ist eine Spreizvorrichtung aufgeschraubt, wie sie allgemein als Expansionsschild
bekannt ist. Dieses besitzt ein kurzes auf seinem äußeren Umfang gerilltes, rohrähnliches
Glied 23, welches im vorliegenden Beispiel im gleichen Abstand voneinander vier
Längsschlitze 24 besitzt. Diese erstrecken sich von einem Ende fast bis zum anderen
Ende und bilden auf diese Weise vier federnde Zungen 25. Dieses Rohr ist ein Stahlgußstück.
Zusätzlich zu den Rillungen besitzt jede Zunge eine axiale oder Längsrippe 26 in
der Nähe ihres freien Endes als Drehsicherung.. Im ersterwähnten Ende des Rohres
ist eine konische Mutter 28 mit gegossenem Innengewinde vorgesehen, welche auf das
Anfangsende des Gewindes des Endstücks 21 aufgeschraubt und so angeordnet ist, daß
sie bei Drehung des Endstückes in der Mutter zwischen die Zungen 25 tritt und diese
auseinanderspreizt. Eine Schulter 29 am Endstück begrenzt die Bewegung des Rohres
23 entlang des Gewindeendstücks.
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Das Gewindeendstück 22 tritt durch ein Loch in einer Stahllagerplatte
30 hindurch, welche im vorliegenden Beispiel quadratisch oder rechteckig ist. Weiter
ist auf das Endstück eine Mutter 31 aufgeschraubt.
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Soll der Anker eingesetzt werden, so wird die konische Mutter
28 zurückgeschraubt, so daß die Zungen 25 sich schließen und auf ihren Kleinstdurchmesser
zusammenziehen können.
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Dieses Ende des Ankers wird dann in ein vorbereitetes Loch in dem
Gestein oder anderen Material, das der Bolzen stützen soll, eingeschoben, bis sich
beinahe die ganze Länge des Ankers im Loch befindet.
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Das Endstück 22, dessen Gewindeteil aus dem Loch hervorragt, wird
gedreht, bis ein ausreichendes Drehmoment übertragen ist (normalerweise etwa 14
mkg), um die konische Mutter in das rohrförmige Glied 23 zu ziehen und dadurch die
Zungen 25 in haltenden Eingriff mit den Wänden des Loches zu spreitzen.
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Die Tragplatte 30 wird dann über den Gewindeteil des Endstücks 22
geschoben; dann wird die Mutter aufgesetzt und ein pneumatischer Drehmomentschlüssel
auf die gewünschte Kraft eingestellt und auf die Mutter aufgebracht. Die Platte
30 kommt dadurch unter Druck in Eingriff mit dem Hangenden oder der anderen Oberfläche,
die getragen werden soll. Das Drahtseil wirkt dabei als Spannglied, welches die
untere oder äußere Konstruktion trägt.
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Soll der Anker nach Beendigung der Arbeiten zu anderer Verwendung
wieder ausgebaut werden, so wird er durch Lösen der Mutter auf der Tragplatte und
einen nach oben oder gegen das Ende gerichteten Schlag auf das freie Ende des Bolzens
frei gemacht. Der Schlag treibt die konische Mutter nach oben oder nach innen in
das Loch und entspannt die Spreizvorrichtung. Wenn erforderlich oder gewünscht,
kann das Zugglied vor Ausübung des nach oben gerichteten Schlages um ein paar Umdrehungen
gedreht werden, um zu gewährleisten, daß die Schulter 29 frei vom Ende der Spreizvorrichtung
ist.
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Wie bereits festgestellt, sind verschiedene Methoden zur Herstellung
und Befestigung der Gewindeendstücke am Drahtseil möglich. Bei dem in Fig. 2 und
3 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das zu befestigende Endstück an einem Ende
einen Außengewinde tragenden Teil 34 und am anderen Ende eine innere Bohrung 35,
die keaxial zum Gewindeteil verläuft. Die den Bohrungsteil bildende Muffe besitzt
zwei äußere Durchmesser 36, 37. Das Ende des Drahtseiles
20 wird
in die Bohrung eingeführt, und der Teil 36 wird bis auf die Größe des Teiles 37
gewürgt oder heruntergepreßt. Dadurch wird das Metall der Muffenwand plastisch verformt,
so daß es in die Vertiefungen und Rillen des Seiles hineingequ: I.scht wird und
die freien Enden der das Seil bildenden Drähte in dem inneren nicht gewürgten Ende
38 der Muffe (Fig. 3) nach außen gespreizt werden, wodurch eine zusätzliche Halterung
oder Verankerung bewirkt wird.
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Eine andere in Fig. 4 dargestellte Möglichkeit liegt darin, daß man
das Gewindeendstück aus einem Stück Rohr 40 herstellt, in welches das Ende des Seiles
20 eingeschoben wird. Das Rohr wird dann auf seiner Länge über dem Seil gewürgt.
Hierauf wird ein Gewinde 41 in den Endteil des Rohres eingeschnitten oder eingerollt.
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Bei einer dritten Methode wird das Ende des Seiles in ein Rohr zu
etwa zwei Dritteln von dessen Länge eingeschoben und das Rohr vom Einschubende des
Seiles her beinahe bis zum Ende des Seiles gewürgt, wodurch das Seil festgehalten
wird, während die Enden der Drähte sich in bereits beschriebener Weise auseinanderspreizen
können. Dann wird ein Stück einer Gewindestange in das andere Ende des Rohres eingeschoben,
wobei ein Teil davon herausragt. Schließlich wird das Rohr auf die Stange aufgewürgt,
und zwar so lange, bis das Rohr sich sicher in das Gewinde eingeprägt hat und das
Gewinde in festem Eingriff mit dem Rohr ist.
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Das in den obigen und auch in den nachfolgend beschriebenen Beispielen
verwendete Seil ist im Schnitt in Fig.5 dargestellt. Es besteht aus sechs Litzen
42 von 9 9 - 1 mit Linksschlag über einem Kern 43 von 9 - 9 1 mit Rechtsschlag.
Jede Litze 42 und auch der Kern 43 entsprechen in Form- und Herstellung dem in der
Einleitung beschriebenen Drahtseil und Verfahren. Das Seil kann erhebliche Drehmomente
in jeder Drehrichtung übertragen und besitzt eine erhebliche Zugfestigkeit. Weiter
hat es eine größere Scherfestigkeit als eine massive Stange. Auf Gebirgsanker werden
nämlich manchmal Scherkräfte ausgeübt, wenn Felsschichten die Neigung haben aufeinanderzugleiten.
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Fig. 6 bis 9 zeigen eine weitere Konstruktion einer Spreizvorrichtung.
Bei dieser Konstruktion ist eine Folge von vier becherförmigen Gliedern 50 auf das
Gewindeende des Endstückes 21 gegen die Schulter 29 aufgeschraubt. Jedes der becherförmigen
Glieder 50 besitzt eine Basis 51 mit einem Loch 52, welche über das Endstück geschraubt
ist, sowie Seiten, welche durch Aussparungen 53 in Zungen 54 geteilt sind. Die Zungen
54 sind selbst flexibel oder flexibel mit der Basis verbunden. Sie erstrecken sich
entlang der Länge des Seiles 20 und ragen von der Basis aus schräg nach außen oder
neigen hierzu, so daß, wie aus Fig. 7 ersichtlich, das Spannglied mit den Basen
51 voran in ein Loch 56 hineingestoßen werden kann und die Zungen 54 gegen die Wände
des Loches gepreßt werden können. Einem Zurückziehen des Gliedes aus dem Loch widerstehen
jedoch die Zungen 54, welche kniehebelartig in die Wände des Loches eingreifen und
sich nach außen zu öffnen und in die Wände einzugreifen bestrebt sind.
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Bei dieser Konstruktion wird die Ausdehnung ohne Drehung durch den
Zug des Drahtseils bewirkt. Die Becher werden mittels einer Mutter 57 auf dem Endstück
gehalten und von Kragen oder Distanzstücken 58 auseinandergehalten. Die Becher bestehen
aus einem hochstoßfesten Elastomer, wie er später erwähnt wird.
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Die Zinken der verschiedenen Becher in der Reihenfolge sind gestaffelt
und können von verschiedenen Längen sein. Die Tiefe dzr Aussparungen 53 kann ebenfalls
variiert werden. Bei einer abgewandelten Form der obigen Konstruktion sind die Becher,
wie in Fig. 10 gezeigt, flach und ohne Zinken oder Zungen. Die Oberfläche der Becher
oder ihre äußeren Kanten können bei beiden Konstruktionen gerillt oder gewellt sein.
Auch können die Umfangskanten oder die Kante der Zungen gezahnt oder gezackt sein.
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Bei der in Fig. 11 dargestellten Konstruktion sind die vier becherförmigen
Glieder des in Fig. 6 gezeigten Beispiels auf dem Gewindeendstück umgedreht, so
daß ihre Öffnungen zu dem benachbarten Ende des Gliedes hinweisen. Die Zungen 54a
der Wände der Becher sind federnd ausgebildet und haben die Neigung, nach innen
zu schwenken. Innerhalb jedes Bechers befindet sich ein konisches (kegelstumpfförmiges)
Glied 60, welches so ausgebildet ist, daß es durch Bewegung in den Becher hinein
die Öffnung des Bechers vergrößert (d. h. die Zungen spreizt). Das größere Ende
jedes der dazwischenliegenden konischen Gliedern stützt die Grundfläche des benachbarten
Bechers. Das letzte derartige Glied (das Glied 6a, das dem Ende des Bolzens am nächsten
ist) ist auf das Endstück 21 aufgeschraubt, oder es ist auf dem Bolzen eine Mutter
vorgesehen, gegen welche dieses Glied anliegt. Die Becher können, wie oben beschrieben,
mit oder ohne Zungen ausgebildet sein. Bei Benutzung dieser Ausführungsform werden
die konischen Glieder zurückgezogen, damit sich die Wände der Becher nach innen
zusammenziehen können. Der Bolzen wird in das Loch gestoßen, wobei die Öffnungen
der Becher in Bewegungsrichtung weisen. Der Bolzen wird dann durch Drehung des Spanngliedes
in die Mutter oder das letzte konische Glied eingeschraubt, wodurch die Becher ausgedehnt
werden, so daß sie in haltenden Eingriff mit den Wänden des Loches kommen.
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Ein geeigneter Elastomer zur Herstellung der Becher ist der von der
British Geon Co. Ltd. unter der Bezeichnung R.A. 170 High Impact polyvinyl chloride
vertriebene; es können jedoch auch andere elastomere Stoffe mit ähnlichen physikalischen
und chemischen Eigenschaften zur Anwendung kommen.
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Der Ersatz der Folge von Bechern bei jeder der beschriebenen Konstruktionen
durch einen einzigen Becher gehört auch zur Erfindung.
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Die in der Erfindung entsprechenden Gebirgsanker können zur Verankerung
des Hangenden in Gruben an Barüberliegenden Schichten oder in ähnlicher Weise zur
Sicherung von Wänden und Sohlen in Bergwerken verwendet werden.