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Gebirgsanker Die Erfahrung bezieht sich auf Gebirgsanker nüt einem
Ankerschaft, einer Spreizhülse an dessen innerem Ende und einer Druckplatte, durch
welche das andere Ende des Ankerschaftes hindurchgeht. Werm der Ankerschaft unter
Zugspannung gesetzt wird, wird die Spreizhülso gespreizt und ergibt dadurch einen
festen Halt an der tiefsten Stelle eines in den Fels gebohrten Loches, während.
das'äußere Ende des Ankerschaftes die Druckplatte gegen den die Bohrlochmündung
umgebenden Fels drückt und dadurch die Felsschichten abstützt.
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Bei einer gebräuchlichen Art eines - Gebirgsankersbesteht der
Ankerschaft aus einer runden Stahlstange, welche beiderseits mit Gewinde versehen
ist so daß ihr -eines Ende in ein Verankerungsteil eingeschraubt werden und
' das ändere Ende eine Spannmutter aufnehmen kann. Bei einer Variante eines
derartigen Gebirgsankers besteht der Ankerschaft aus einem Schraubbolzen, dessen
inneres Ende in einen Anker eingeschraubt wird.
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. -Diese und weitere Varianten, welche mit Gewinde versehene
Ankerschäfte verwenden, ergeben zwangsweise eine Nlind#ra.ng der maximal ansetzbaren.
Zuge_ spannung, da als wirksamer Querschnitt nur der Quersblinitt des Gewindekernes
in Rechnung gesetzt werden kann. Infolgedessen muß der Ankerschaft dickef ausgebildet
werden, als normalerweise für-die zu erwartende Beanspruchung erforderlich wäre.
Dies-bedeutet aber wiederum,. daß der kein Gewinde aufweisende größte Teil des Ankerschaftes.
nicht bis'zur Höchstgrenze der für das'Material zulässigen Nennlast beansprucht
werden darf.
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- Das beim Anziehen der Spannmutter, um' den Ankergchaft auf'Betriebsspannung
zu bringen,- ausgeübte Drehmoment beansprucht den um die Tiefe der-Gewindegänge
verkleinerten Querschnitt zusätzlich, so daß die Gefahr besteht, daß beim Spanneli
infolge dieser Doppelbeanspruchung der Anker zu Bruch geht. Außerdem können insbesondere
durch die unsichere Anzugskraft bei den Gewinden infolge ihrer Oberflächenbeschaffenheit
und auch infolge der Art der Schmierung, wenn überhaupt welche vorgesehen ist, sowie
durch die in der Praxis herrschende Unkenntnis im Umgang mit Drehmomentschlüsgeln
ernste Verformungen der Einzelteile des Gebirgsankers auftreten, so daß auch unter
Umständen die untere Fließgrenze des Ankerschaftesdurch zu starkes Anziehen, also
durch ein zu hohes Drehmoment, stark herabgesetzt wird. Diese Gefahr wird noch verstärkt,
wenn Mutterneinziehmaschinen od. dgl. verwendet werden,. da hierbei die Möglichkeit
einer zu starken Kraftanwendung noch größer ist, -,weil der Arbeiter- kein
. Gefühl für seine Arbeit liat, insbesondere wenn er über Kopf arbeiten muß,
wie es s6hi oft vorkommt; odef -'wenn er an so-nstwie unzugänglichen: Stellen arbeiten
muß.
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Es wurde allerdings-#beroits vorg#schlagen,-einen', geteilteii Anke-rschaft
zü verwehän,' welcher an -den Außenenden der beiden' Schaftliäfffen quergerichtete.
Nuten bzw. Ringe besitzt, so---daß -die Irälften durch einen Verschlußring, welcher
in die Nuten *eingreift; miteinander blockiert werden können, wobei außerdem ein
Querkeil vorgesehen ist, welcher zwischen die beidhän Enden gepreßt wird,
um sie in dein Rifig zu blockieren, und ein zweiter Querkeil,» welcher zwi-'
scheu die Enden gepreßt -wird', um den beiden Anker-.L teilstücken durch Anlage
am Ring und an der Druck" platte einfache Spannung zu -erteilen.' Dieg6 Aus# führung
eines Gebirgsankeis istjedoch sehr kompli#'. ziert, nicht nur, da hieibei zwei Ankerteilstücke
belnötigt -werden, sondern auch infolge der 'speziellen Nut- und Ringausbildung
einer jeden- Hälfte, -weshalb, der Ankerschaft -an den Enden wesentl ich stärker'
sein muß -als im Mittelteil und zusätzlich,eift spezielles rahmenartiges Schloßgehätise
vorgesehen werden muß.
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Außerdem wurde, vorgeschlagen, Drahtseile als Ankerschaft zu benutzen.
Hierbei werden jedoch spezielle mehrteilige Keilsysteme als Ankerkopf verwendet,
welche dauernd am Ankerseil v6rble-iben. Am Außenende des Ankerseils ist
dann noch eineinnen -kohische, - Gewindehülse aufgesetzt, welche
-wiederum
durch einen Spitzkeil mit dem Ankerseil verkeilt ist und auf welche eineMutter aufgeschraubt
wird, um dem Seilanker eine Vorspannung zu geben. Die Ausbildung dieser speziellen
konischen Keilhülsen ist reichlich kostspielig, und beim Vorspannen des Seilankers
treten ebenso wie im vorgenannten Falle nicht nur Zug- sondern auch Drehspan-nungen
auf.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Gebirgsanker zu
entwickeln, dessen Ankerschaft sehr einfach, jedoch kräftig ist, welcher reiner
Zugspannung unterworfen wird und durch einfache Mittel, welche frei von irgendwelchen
Verschraubungen sind, unter Spannung gehalten werden kann, wobei diese verwendeten
Mittel jederzeit vom äußeren Ende des Ankerschaftes wieder abgenommen werden können.
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Ein erfindungsgemäßer Gebirgsanker mit einem einzigen Ankerschaft,
einer Spreizhülse am inneren Ende des Schaftes, einer Druckplatte, durch welche
das äußere Ende des Ankerschaftes hindurchgeht und Klemmteilen, um den Ankerschaft
unter Spannung zu setzen, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerschaft in seiner
ganzen Länge von der Spreizhülse am inneren Ende ab gleichmäßig runden Querschnitt
aufweist und daß innerhalb eines Klemmteiles axial wirkende Keile mit der Oberfläche
des Ankerschaftes angepaßten Innenflächen vorgesehen sind, und dadurch der Anker
durch direktes Eingreifen des Außenendes seines Schaftes spannbar ist.
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Das- Klemmteil wird vorteilhafterweise mit der Druckplatte kombiniert,
so daß nur dieses kombinierte Teil mit den Keilen auf das Außenende des Ankerschaftes
aufgesetzt zu werden braucht, um-den Anker vorzuspatinen und dadurch eine Abstützung
der Felspartien zu ermöglichen.
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Das Außenende des Ankerschaftes kann hinter den Klemmteilen durch
weitere gleichartige Klemmep egriffen, Werden, um eine, reine Zugspannung,
d. h. eine Zugkraft ohne Drehung, beispielsweise durch einen hydraulischen
Druckbock, auf deii Ankerschaft einwirken zu lassen, welcher auf die Druckplatte
drückt und an dessen -Kolbenstange weitere,- Klemmteile angesetzt sind. Wenn der
Zug in -den hydraulischän Bock-nachgelaäsen Wird,'zieht- die Spannung im
Ankerschaft die zuerst angesetzten Klemmteile eng an denAnkerschaft heran, so-daß"die
Spannung-in ihm aufrechterhalten wird.
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Da der Ankerschaft lediglich durch Zugspannung
beansprucht wird,
welche durch direkte Oberflächenberührung der Klemmteile mit ihm' aufrechterhalten
bleily# kann die Zugfästigkbit des. Materials des Ankerschaftes vollkommen
ausgenutzt werden. Da außerdem# keinerlei Gewinde oder andersartige- Defonnationen
am Ankerschaft vorgesehen zu werden brauchen, kann hochfestes Material verwendet
wer-; den, Welches normalerweise nicht ohne-weiteres mit Gewinde odt. dgl.
- veA, chen werden könnte. -So kann beispielsweise ehr einzelner- Stahldraht
mit- einer Zugfestigkeit von 20 000 kg(cni2 verwendet werden, Am inneren
Ende eines, derartigen einzelnen Drahtes kann ein Klemmkegel zum Spreizen der Hülse
-stwnpf in:,axialer Verlängereg des Drahtes aufgeschweißt werden. Außerdem Unh natürlich
ein an sich be-# kanntes Drahtseil als, Ankerschäft verwendet werden,; wobei wiederum
- am. inneren,. F-ade ein Spreizkegel stumpf in axialer 'Veflängerung aufgeschweißt
ist. Daraus ergibt sich eine äußerst einfache Ausbildüng des Innehendes des Gebirgsankers
ün Vergleich mit seinem Außenende, da dieses Innenende lediglich das Ansetzen der
Spreizhülse um den Spreizkegel erfordert, welcher ein leicht anzusetzendes Bestandteil
des einfachen Materials, d. h. des Stahldrahies oder des Drahtseiles, erfordert.
Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung besteht daher darin, daß nicht
nür'äußerst einfache Fittinge sowohl für das innere wie für das äußere Ende des
Ankerschaftes erforderlich sind, um die volle Zugspannung des zu verwendenden Materials,
auszunutzen, sondern daß auch jede beliebige Länge eines Ankerschaftes von einer
entsprechenden MaterialtrornTnel abgeschnitten und fertiggemacht - werden
kann, indem einfach ein standardmäßiger Spreizkegel am inneren Ende aufgeschweißt
wird. Diese Schweißung kann ohne weiteres _vor Ort erfolgen. Eine besondere Vorbereitung
für das Außenende- des Ankerschaftes ist jedenfalls bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
keinesfalls - erforderlich.
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Die Erfindung wird -an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert,
es zeigt - F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen in ein Felsloch
eingesetzten Gebirgsanker, auf dessen Ankerschaft ein Spannbock aufgesetzt ist,
_F i g. -2 das Untorteil einer Druckplatte, welche mit einem Klemmk gel kombiniert
ist, wie er in F ig. 1 Verwendung findet, von oben gesehen, - F i
g. 3 die gleiche Platte von unten gesehen, so' daß ihre gezähnten, Greifflächen-
erscheinen, F i g. 4 eine. getrennte Ausführung der Druck" platte und des
Klemm- stückes, -
F i g.-5 die Seitenansicht einer Hälft e der in F
i g. 1
verwendeten Spreizhülse, -- F i g. 6 das gleiche Teil
in Richtung der Pfeile VI-VI gesehen.
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F i g. 7 eine Draufsicht auf das Teil von F i g. 6,
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F i g. 8 bis - 11 Schnitte durch F i g. 1 längs der Linien
A-A, B-B, C-C und D-D, durch welche die progressive Anpassung -der
beiden, Spreizhülsenteile an die Wandung des Felsloches dargestellt wird, F i
g. 12 einen Schaft für einen Gebirgsanker, der in der Hauptsache-iaus einem
Stahlkabel besteht. In# F i g. 1 ist -ein Boiloch 1 von einer
Felswandung 2 in. das Gestein bis auf die der Natur des Felsens entsprechende Länge
gebohrt. In das Loch ist der Ankerschaft 3 eines Gebirgsankers eingeführt,
der aus einem Stahldraht von hoher- Zugfegtigkeit besteht. In 4 ist auf das
- innere Ende des Schaftes 3
koaxial ein Klemmkegel 5 - stampf
aufgeschweißt. Andererseits -kann der- -Kegel durch _Stauchung ]bit dem Schaft aus.
einem Stück hergestellt- werden. Der Klemmkegel-5 wird von zwei Spreizhülsenhälften
6,
von- denen in F f g. 1 nur eine dargestellt ist, umgeben, die im
einzelnen in den F i g.. 5 bis 7 dargestellt sind. Der Schaftstempel
3 wird so lang gewählt, daß er, wenn der Anker den Grund des Loches erreicht"
--noch um eine Länge 8 über die Felswand 2 herausragt- *
Eine Druck-
oder Ankerplatte 9 mit konischer Mittelbohrung 10 - wird Über- das
Ende 8 - geschoben, so daß das #engere Ende der Bohrung 10 zum Loch
1
hinzeigt. Die* Platte 9 besitzt drei Armc 11, -welche durch
Rippten 12 - versteift sind, während - die Untere seiten
13 äufgeräuht sind, um sicheren Halt ani Felsen 2 zu erreichen. In die konische
Bohrung10 werden, zwei Klemmteile 14 eingepaßt, deren Innenflächen15.-ggähnt sincl
und dem.Durchmesser deg
vorstehenden Endes 8 des Schaftes
3 entsprechen, s , o daß -dieser einwandfrei festgehalten werden kann.
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Die Spreizhülse 6 des Ankers frißt sich allein durch den Zug
auf den Ankerschaft 3 in die Wandung des Loches 1, wenn Klemmkegel
16 eines hydraulischen Spannbockes 18 das vorstehende Ende
8 des Schaftes 3 erfassen und dieser Spannbock den Ankerschaft spannt.
Das Oberteil 19 dieses Spannbockes 18
wird einfach gegen das untere
Ende des Mittelteiles 20 der Druckplatte 9 gesetzt, welches die Bohrung
10
für die Klemmkegel 14 aufweist. Der Spannbock 18
wird über eine beliebige
Pumpe, die in der Zeichnung nicht dargestellt wurde, mit einem passenden Druckmittel
versorgt, wobei die Pumpe an jeder beliebigen Stelle aufgestellt werden kann und
der Druck über einen biegsamen Schlauch zugeleitet werden kann. Der Spannbock
18 kann. leicht von Hand festgehalten werden, wenn er mit seinen Klemmkegeln
16
das vorstehende Ende 8 des Ankerschaftes 3 ergreift und diesen
mit seinem Kegelende 5 an seiner anderen Seite etwas aus dem Loch
1 herauszieht, so daß dieser Kegel die Spreizhülse 6 spreizt und gegen
die Wandung des Loches 1 preßt.
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Während der Zugbewegung des Spannbockes 18
lockern die
Klemmteile 14 etwas ihren Griff am freien Ende 8 des Ankerschaftes
3, sobald jedoch der Zug im Spannbock nachläßt, ziehen sich diese Klemmteile
14 selbst durch die nun einsetzende Zugspannung des Ankerschaftes 3 in innigen
Kontakt mit dessen Ende 8. Durch den Spannbock 18 kann nunmehr die
Zugspannung weiter erhöht werden, wobei die Anzahl der Hübe davon abhängt, wie stark
der Ankerschaft bis züm endgültigen Setzen des Ankers gespannt werden soll. Hierbei
tragen die Klemmteile 14 am Ende jeden Hubes, einschließlich des letzten Hubes,
die Belastung, welche der Felswand 2 über die Druckplatte 9 erteilt wird.
Auf diese Weise wird der Ankerschaft 3 unter volle Spannung gesetzt, ohne
daß er dabei verdreht wird.
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In F i g. 4 ist eine Druckplatte 9 A dargestellt,
welche von der Hülse20A zur Aufnahme der Klemmteile 14 getrennt ist.
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Notwendigerweise muß der Gesamtaußendurchmesser der Spreizhülse
6 des Ankers etwas kleiner sein als der Innendurchmesser des Loches
1, damit sie leicht in das Loch hineingeschoben worden kann. Die unteren
Enden der zweiteiligen Spreizhülse 6
werden durch eine Rundfeder 21, welche
in Innennuten 22 faßt (F i g. 1, 5 und 6), gegen die Wandung des Loches
1 gedrÜckt. Die Spreizung bei der Längsbewegung des Kegels 5 preßt
beide Hälften der Spreizhülse 6 über ihre gesamte Länge fest gegen die Wandung
des Loches. Jede Hälfte 6 weist eine Längsnut 23 (F i g. 5
bis 7) auf, damit sie biegsam genug ist, wie nachstehend unter Bezugnahme
auf die F i g. 8 bis 11 näher erläutert werden soll.
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Da sich der Kegel 5 in der Spreizhülse 6 axial bewegen
kann, ergibt sich, daß er nur an einer ganz bestimmten Stelle genau in die künische
Innenfläche der Spreizhülse 6 passen kann. Die konischen Flächen sind derart
gearbeitet, daß der Kegel dann genau seinen Paßsitz erreicht, wenn er etwas
angezogen wurde, und zwar in die Position der F i g. 1. Anfangs befindet
sich das dickere Ende 26 des Kegels 5 in Höhe der Linie A-A und stößt
gegen die Ansätze 25
der Spreizhülse 6.'Wie aus F i g. 8 zu sehen ist,
bleibt hierbei zwischen ihm und den benachbarten konischen Innenflächen der Spreizhülse
6 ein Spalt 27
und zwischen den Außenkanten der -Spreizhülse.6 und
der Wandung des Loches 1 ein Spalt 29.
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Wenn nun der Kegel in die Stellung B-B gezogen wird, wie dies
in F i g. 9 dargestellt ist, liegt er mit seinem dickeren Ende
26 an den Stellen 28 A der Innenwandung an und ebenso über seine ganze
Länge bis zum schmalen Ende. Bei dieser Stellung liegt auch die Spreizhülse
6 an der Wandung des Loches 1 in ganzer Länge an. Der Spalt
29 ist an den einander gegenüberliegenden Stellen 30 verschwunden,
besteht jedoch noch an den Stellen, an denen der Spalt 31 zwischen den, Teilen
6 breiter geworden ist.
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Ein weiterer Zug auf den Ankerschaft 3 bringt das dickere Ende
26 auf die Höhe C-C und stellt die Situation nach F-i g. 10 her. Das
Ende 26 liegt nunmehr an den Stellen 28 C der Innenwandung an, deren
Normalabstand kleiner ist als sein Durchmesser, so daß dieser Kontakt auf die Punkte
32
übertragen wird. Die stärker werdende Klemmwirkung des Kegels
5 hat nun die Spreizhülse, 6
kräftig in die Seiten des Loches
1 hineingepreßt, wie dies in 33 dargestellt ist, und die Erweiterung
der Spalten 31 hat die Länge des Spaltes 29 verkürzt.
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Da nun beide Hälften der Spreizhülse 6 über einen sehr
weiten Bereich an der Wandung des Loches 1 anliegen, bringt eine weitere
und abschließende Bewegung des dicken Endes 26 in die Lage D-D, wobei der
Druck des Kegels sich auf die Punkte 32 der F i g. 10 konzentriert,
jede Spreizhülsenhälfte dazu, sich in der Längsrichtung durchzubiegen, wobei diese
Biegung etwa am Scheitelpunkt 34 der V-förmigen Nut beginnt. Wie aus den F i
g. 5
und 6 zu sehen ist, wird diese Nut 23 nach dem schmaleren
Ende der konischen Flächen hin tiefer und breiter, so daß die Neigung zur Biegung
um so stärker wird, je näher das dicke Ende 26 der Stelle D-D kommt.
Das Resultat zeigt F i g. 11. Das dicke Ende 26 liegt nun an
vier Bogenstücken 28 D an die durchaus eng mit seiner eigenen Krümmung übereinstimmen,
und der derart aufgeteilte Druck des Kegels 5 auf jede Hälfte der Spreizhülse
preßt deren gesamte Außenfläche fest in die Wandung des Loches 1 hinein,
so daß der Spalt 29 beiderseits der Spalten 31 verschwindet. Die tatsächliche
Tiefe des Eindringens der Zähnungen 35 in den Felsen hängt natürlich von
derArt desFelsens ab; die inden Fig. 10
und 11 dargestellte Tiefe wäre
ein Ausnahmefall bei hartem Fels.
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Es ist daher klar ersichtlich, daß eine äußerst kräftige Verankerung
durch die kombinierte Wirkung des Kegels 5 mit der Spreizhülse
6 als Resultat reiner Zugspannung auf den Ankerschaft 3 erreicht
wird.
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Da der Ankerschaft keinerlei Drehmoment unterworfen wird, kann sein
Durchmesser so klein gewählt werden, daß er der hohen Zugspannung widerstehen
kann, was sich direkt auf den Durchmesser der Spreizhülse 6 und des
Bohrloches auswirkt, welches diese Teile aufnehmen muß. Infolgedessen wird an der
Felswand 2 mit einer Ausführung, die nur ein enges Bohrloch benötigt, welches sehr
schnell gebohrt werden kann, eine sehr hohe Stützkraft des Gebirgsankers erreicht.
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In Fig. 12 ist ein Ankerschaft3A dargestellt, welcher aus einem gedrillten
Stahlkabel besteht. Ein Klemmkegel
5 A ist in 4
A und in
8 X ein aus einem Stück bestehender Stahldraht
8 A stumpf ange-
| kliw#ißt, an' weichem die Hafiekleinmen - 14 A und |
| die Spannick-- |
| en 16 des Spannbockes 18 angreifen' |
| können (F i g. 1). |