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Die Erfindung betrifft ein Bauelement, insbesondere
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Stütz- und Tragelement aus einem Zug- und Druckkräfte aufnehmenden
Werkstoff, vorzugsweise Stahl, das einen rechteckigen oder ähnlichen Querschnitt
aufweist bzw.
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als Hohlprofil ausgebildet ist.
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Stützen sind überwiegend auf Druck beanspruchte stabförmige oder
rohrförmige Bauelemente, die meist senkrechte Kräfte von anschließenden Konstruktionsteilen
auf das Fundament übertragen. Derartige Stützen werden auf unterschiedliche Art
und Weise beispielsweise gelenkig an die anschließenden Konstruktionsteile angelenkt.
Dementsprechend werden sie als mittig belastete Stützen, eingespannte Stützen oder
Rahmen bezeichnet. Rahmen oder Tragelemente werden nicht nur auf Druck , sondern
auch durch Biegemomente und durchLängskräfte beansprucht.Die Querschnitte werden
je nach der erwarteten Belastung gewählt, wobei beispielsweise für mittig belastete
Stützen Querschnitte bevorzugt werden, deren Trägheitsmoment in Bezug auf die beiden
Symmetrieachsen möglichst groß und gleich sind, um die Knickgefahr auszuschalten.
Bei schweren Konstruktionen werden zusammengesetzte Profile verwendet, wobei derartige
Bauelemente in der Regel als Hohlprofil ausgebildet sind. Als Werkstoff wird Stahl
eingesetzt, der aufgrund der internationalen Entwicklung unverhältnismäßig teuer
ist. Im Hinblick auf die Beulgefahr dürfen die Blechdicken für derartige Bauelemente
nicht zu gering gewählt werden, so daß der Materialaufwand und damit der Kostenaufwand
hoch ist. Im untertägigen Bergbau müssen Stütz- und Tragelemente darüberhinaus unter
Berücksichtigung der zu erwartenden Korrosion gewählt werden, so daß hier der Materialaufwand
noch größer ist. Gleichzeitig ist die Beulgefahr unter Tage höher und ein eventueller
Austausch derartiger Träger mit soviel Aufwand verbunden, daß aus Vorsichtsgründen
derartige Stütz- und Tragelemente überdimensioniert
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im eingebauten bzw.
eingespannten Zustand hohe Zug- und Druckkräfte aufnehmendes, gegen Beulen resistentes
und gut transportierbares Bauelement zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Hohlprofil
einen allseitig geschlossen ausgebildeten Hohlraum und wenigstens einen Einfüllstutzen
sowie wenigstens ein Auslaßventil mit Feststoffabdichtung aufweist.
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Ein derartiges Hohlprofil soll erfindungsgemäß so ausgebildet werden,
um es anschließend mit geeigneten Füllstoffen, vorzugsweise Alpha-Halbhydrat hohe
Druckfestigkeit füllen zu können. Ein derart gefülltes Hohlprofil, vorzugsweise
unter Druck gefülltes Hohlprofil, vereinigt den Vorteil des Stahles mit dem des
hohe Druckfestigkeiten aufweisenden Baustoffes. Aufgrund des Einsatzes beispielsweise
des Alpha-Halbhydrates kann ein Hohlprofil mit wesentlich dünnerer Wandung gewählt
werden, da das Hohlprofil bei einem derart ausgebildeten Stütz- bzw. Tragelement
nur einen Teil der bisherigen Aufgaben, nämlich die Aufnahme von Zugkräfteivorzugsweise
und das Zusammenhalten des eingefüllten Baustoffes insbesondere des Alpha-Halbhydrates
wahrnehmen soll. Durch die entsprechende Ausbildung des Hohlprofiles ist es durch
Kombination beider Baustoffe Stahl und Alpha-Halbhydrat möglich, auf Biegung zu
beanspruchende Bauteile zu konstruieren, bei denen die Zugbelastungen durch den
Stahl und die Druckbelastungen im wesentlichen durch das Alpha-Halbhydrat übernommen
werden. Das Hohlprofil kann als solches hergestellt, transportiert und am Einsatzort
unter Druck in Ausnahmefällen unter atmosphärischem Druck mit Alpha-Halbhydrat gefüllt
werden.
Hierzu dient der Einfüllstutzen, während das Auslaßventil mit Feststoffabdichtung
dafür Sorge trägt, daß die im Hohlprofil anstehende Luft beim Befüllen mit Alpha-Halbhydrat
abgeführt werden kann.
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Besonders transportfreundlich und einen innigen Kontakt zwischen
stützendem Hohlprofil und Alpha-Halbhydrat gewährleistend ist eine Ausbildung der
Erfindung, nach der zwei dem Einsatzzweck entsprechend vorgeformte, vorzugsweise
vorgebogene Wände und zwei dehnbar, faltbar oder ineinanderschiebbar ausgebildete
Wände vorgesehen sind.
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Das Bauelement kann somit im zusammengefalteten oder zusammengeschobenen
Zustand transportiert, am Einsatzort aufgestellt und dann unter Druck mit Alpha-Halbhydrat
gefüllt werden. Erst durch die Befüllung unter Druck entsteht die endgültige Form
des Stütz- bzw. Tragelementes, wobei ähnlich wie bei Luftmatrazen besondere Stabilisierungseffekte
erreicht werden.
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Je nach Einsatzzweck können die starren Wände und die dehnbaren bzw.
faltbaren Wände einander zugeordnet werden.
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Eine günstige Übertragung bzw. Aufnahme von Zug--, Druck-bzw. Biegekräften
ist gewährleistet, wenn wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, die starren Wände einander
gegenüberliegend angeordnet sind, von denen eine den Einlaßstutzen und das Auslaßventil
aufweist. Die Zuordnung von Einlaßstutzen und Auslaßventil zu einer der starren
Wände gewährleistet einmal deren gute Zugänglichkeit und erleichtert darüberhinaus
den Transport der Bauelemente. Bei geschickter Anordnung, beispielsweise bei mittiger
Anordnung von Einlaßstutzen und Auslaßventils zu einer der starren Wände ist es
möglich, diese versenkt anzuordnen, so daß sie bei dem Transport keinerlei Behinderung
darstellen.
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Zur Erleichterung des Einfüllvorganges insbesondere bei
schweren
Trägern kann es von Vorteil sein, den Hohlkörper vorab mit Druckluft vorzuformen.
Dies ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß die Wände neben dem Einfüllstutzen
einen Druckluftanschluß bzw. Saugstutzen aufweisen oder einen entsprechend gleichzeitig
als Druckluftanschluß verwendbaren Einfüllstutzen. Der Einlaß- und Einfüllstutzen
kann Doppelfunktionen übernehmen, wobei ein Saugstutzen beispielsweise von Vorteil
ist, um die Bauelemente in eine transportfreundliche Form zu bringen, d.h. also
zusammenzufahren.
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Eine einfache und stabile Ausbildung des Bauelementes ist gegeben,
indem der Hohlraum zwischen den Stegen von zwei einanderliegenden Doppel-T-Trägern
ausgebildet ist.
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Aufgrund der anschließenden Verfüllung des zwischen den Doppei-T-Trägern
ausgebildeten Hohlraumes können die Wandstärken des Doppel-T-Trägers entsprechend
geringer ausgebildet bzw. ausgewählt werden. Die hohe Stabilität und Druckaufnahme
erhält das so kombinierte Bauelement durch die anschließende Verfüllung mit hochfestem
Alpha-Halbhydrat. Die Transportfreundlichkeit kann dadurch erreicht werden, daß
der Abstand der Doppel-T-Träger zueinander variabel ist und erst durch die anschließende
Verfüllung eingestellt wird. Werden die Doppel-T-Träger dabei in einen von den beiden
Flanschen nicht mehr gedeckten Abstand gebracht, so wird die Abdichtung über zusätzliche
Bleche erreicht, die ihrerseits wiederum auseinanderschiebbar bzw. faltbar oder
ähnlichaisgebildet sein können. Da diese Bleche im Prinzip keine Kräfte aufnehmen
müssen, sondern wesentlich nur dazu dienen, den Kern aus Alpha-Halbhydrat zu begrenzen,
können die Bleche ziehharmonikaartig oder ähnlich angeordnet werden.
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Bei Biegeträgern oder vorgebogenen Bauelementen kann der Bereich
hoher Belastungen verstärkt werden, indem das
Hohlprofil mit einem
hochfesten Alpha-Halbhydrat unter Druck gefüllt ist und auf der Innenwand Bewehrungen
aufweist.
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Im untertägigen Bergbau können derartige Bauelemente vorteilhaft
als Stützen oder Träger eingesetzt werden, indem sie als Hohlprofil nach unter Tage
gebracht und dort mit Alpha-Halbhydrat wie erläutert verfüllt werden.
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Auf diese Weise können insbesondere dort wo eine gleichmäßige Belastung
auftritt die bisher üblichen aufwendigen Stahlträger ersetzt werden. Darüberhinaus
ist es aber auch möglich, derartige Bauelemente als Verzug im Streckenausbau oder
in ähnlichen Bereichen einzusetzen, wobei dem Streckenquerschnitt angepaßte, flächendeckende
Hohlprofile vorgesehen sind, deren quer zur Streckenlängsachse verlaufende Wände
nachgiebig bzw. faltbar ausgebildet sind.
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Derartige flächendeckende Hohlprofile können so ausgebildet werden,
daß sie jeweils den Abstand zwischen zwei Streckenausbaubögen überspannen und so
zum Abstützen des Gebirges beitragen. Bereits beim Einbau hinter den einzelnen Streckenbögen
übernehmen sie einen vorläufigen Schutz und Stützfunktionen, wobei sie durch das
Verfüllen mit Alpha-Halbhydrat oder ähnlichen Baustoffen sogar Ausbau funktionen
mit übernehmen, d.h. zusammen mit den Streckenausbaubögen einen Kombinationsausbau
ergeben. Da die quer zur Streckenlängsachse verlaufenden Wände nachgiebig bzw. faltbar
sind, kann die endgültige Form des Bauelementes durch das gezielte Verfüllen mitAlpha-Halbhydrat
beeinflußt bzw.
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eingestellt werden. Hierzu ist es von Vorteil, daß gemäß einer Ausbildung
der Erfindung die gebirgsseitige Wand eine dünnere Wandstärke als die streckenseitige
Wand aufweist bzw. nachgiebig ausgebildet ist. Lediglich die streckenseitige Wand
bildet somit eine durchgehende Fläche und gibt die eigentliche Form des mit Alpha-Halbhydrat
verfüllten Bauelementes vor.
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Eine glatte Verbindung der einzelnen Bauelemente untereinander ist
erfindungsgemäß dadurch gegeben,daß an den Längsseiten bzw. den an benachbarte Hohlprofile
stoßenden Seiten wechselweise Ausnehmungen und federartige Vorsprünge vorgesehen
sind. Die einzelnen Bauelemente können so ineinandergeschachtelt werden, daß sie
eine zum Streckeninneren plane Oberfläche aufweisen.
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Eine Integrierung von Bauelement und Streckenausbau wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die streckenseitige Wand an einer oder beiden Längsseiten
eine den Streckenausbau aufnehmende Ausnehmung aufweist. Bei einem derartigen Bauelement
kann die Formgebung so gewählt werden,dlß Streckenausbau und Bauelement eine praktisch
durchgehende plane Fläche bilden, was insbesondere bezüglich der Wetterführung aber
auch der Ansammlung von Gasen und der Staubablagerung wesentliche Vorteile bildet.
Die glatte durchgehende Fläche aus Streckenausbau und dazwischen angeordneten Bauelementen
unterbindet die Bildung von Hohlräumen, in denen sich Gas, Staub oder Wetter ansammeln
können. Werden die Ausnehmungen gemäß einer Ausbildung der Erfindung mittig der
streckenseitigen Wand ausgebildet, so ist es möglich, die Bauelemente jeweils als
vorkragenden Ausbau zu verwenden, ohne daß anschließend beim weiteren Vorsetzen
von Ausbau Schwierigkeiten entstehen. Besonders vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen
Bauelementen und ihrer Zuordnung zum Streckenausbau ist, daß der Hohlraum hinter
dem Streckenausbau über das Bauelement wirksam verfüllt wird, so daß eine dichte
Anlagerung des Streckenausbaues an das Gebirge gewährleistet und damit eine vorteilhafte
Einleitung der Kräfte in den Ausbau bzw. umgekehrt in das Gebirge gewährleistet
ist.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Bauelement
geschaffen ist, das bei Reduzierung des
benötigten Stahls ohne
weiteres die Funktion von Stahlträgern bzw. Stahlbauelementen übernehmen kann. Durch
geeignete Kombination von Stahl und Alpha-Halbhydrat können derartige Bauelemente
Biegekräfte aufnehmen, wobei die Zugbelastungen vom Stahl und die Druckbelastungen
vom Alpha-Halbhydrat schwergewichtig übernommen werden. Durch Verwendung Luftmatrazen
ähnlich gestalteter Formstücke oder Hohlprofile ist der Transport der Bauelemente
wesentlich erleichtert und gleichzeitig können günstige Stabilisierungseffekte durch
das nachträgliche Verfüllen unter Druck erreicht werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte
Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
sind. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Bauelement im Querschnitt, Fig. 2 ein
Bauelement mit faltbaren Seitenwänden während des Verformvorganges, Fig. 3 ein Bauelement
mit faltbaren Seitenwänden in Transportstellung, Fig. 4 einen Längsschnitt durch
ein Bauelement in Teilansicht, Fig. 5 ein aus zwei Doppel-T-Trägern bestehendes
bestehendes Bauelement im Schnitt, Fig. 6 flächenförmige Bauelemente als Verzug
für Streckenausbau im untertägigen Bergbau, Fig. 7 die flächenförmige Bauelemente
gemäß Fig. 6 in Seitenansicht und Fig. 8 die flächenförmigen Bauelemente in Draufsicht.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Bauelement handelt es sich um ein Hohlprofil
1, dessen Hohlraum 2 von zwei gegenüberliegenden starren Wänden 3, 4 bzw. zwei nachgiebigen
Wänden 5, 6 umschlossen ist. Die eine starre Wand 4 trägt den Einfüllstutzen 8 und
die andere starre Wand 3 das Auslaßventil 9 mit Feststoffabdichtung 10. Das Hohlprofil
1 wird mit Einfüllstutzen 8 und Auslaßventil 9 sowie Feststoffabdichtung 10 als
solches hergestellt und ohne Verfüllung transportiert. Beim Einsatzort eingetroffen
wird es aufgestellt und fertig montiert, wobei der Hohlraum 2 zusätzlich durch hier
nicht dargestellte obere und untere Abdeckungen rundum verschlossen ist. Die obere
und untere Abdeckung kann dabei beispielsweise durch die Wandungen benachbarter
Träger gebildet werden. über den Einfüllstutzen 8 wird dann Material, vorzugsweise
Alpha-Halbhydrat mit einer Druckfestigkeit von rund 120 N/mm2 eingepumpt, wobei
die Luft über das Auslaßventil 9 mit Feststoffabdichtung 10 abgeführt werden kann.
Über die Feststoffabdichtung 10 ist gewährleistet, daß Feststoff nicht mit ausfließen
bzw.
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entweichen kann.
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Fig. 2 und 3 zeigen ein Bauelement, bei dem die seitlichen Wände
5, 6 faltbar ausgebildet sind. Dabei kann die seitliche Wand 5, 6 eine Art Scharnier
oder auch nur eine Schwachstelle in dem mittleren Knickpunkt haben. Auf jeden Fall
ist es dadurch möglich, wie mit Hilfe der Figuren 3 bzw.2 gezeigt, durch die Alpha-Halbhydratfüllung
12 das Hohlprofil 1 bzw.
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das Bauelement in die endgültige Form zu'bringen, wobei Fig. 2 eine
mittlere Stellung zeigt oder aber eine solche, bei der die bereits eingebrachte
Alpha-Halbhydratfüllung 12 ausreichend ist, um die Druckkräfte zu übernehmen. Zur
Erleichterung des Faltvorganges kann der Einfüllstutzen 8 gleichzeitig als Druckluftanschluß
11 ausgebildet sein Fig. 4 zeigt eine Ausbildung, bei der durch verschiedene
Rippen
13, 14 eine Bewehrung 15 geschaffen ist, die zwischen den starren Wänden 3, 4 verläuft
und sich unter Umständen auch auf der Innenwand 20 der faltbaren oder nachgiebigen
Wände 5, 6 abstützt.
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Das Hohlprofil 1, kann wie in Fig. 5 gezeigt, auch durch zwei Doppel-T-Profile
16, 17 gebildet werden, wobei die Abmessungen des zwischen den beiden Doppel-T-Profilen
16, 17 gebildeten Hohlraumes 2 durch den Abstand der Stege 18, 19 vorgegeben ist.
Ist der Abstand der Stege 18, 19 so groß, daß die Flansche 21 den Hohlraum nicht
mehr abdecken, so werden auf den Flanschen zusätzliche Wände 5, 6 angeordnet, die
beim Befüllen des Hohlraumes 2 ein Auseinanderfahren der Doppel-T-Profile 16, 17
ermöglichen.
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Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein Bauelement, das als Verzug unter Tage
in Strecken eingesetzt werden kann. Dabei sind die Hohlprofile 1, 22, 23 flächendeckend
ausgebildet, d.h. sie entsprechen in ihrer Länge etwa dem einzelnen Segment des
Streckenausbaues und in ihrer Breite dem Abstand zweiter Ausbaubögen zueinander.
Die Hohlprofile 1, 22, 23 weisen wie Fig. 6 erläutert eine gebirgsseitige Wand 24
auf , die nachgiebig ist und eine streckenseitige Wand 25, die stabil und starr
ist. Außerdem sind die auf den Längsseiten ausgebildeten kurzen Wände 26 nachgiebig,so
daß sie sich beim Einbringen des Alpha-Halbhydrates über den Einfüllstutzen 8 bzw.
einen kombinierten Einfüllstutzen 8, Auslaßventil 9 in Richtung Gebirge verformen
und damit an dieses anlegen konen.An den Längsseiten 27 weisen die Hohlprofile 1,
22, 23 Ausnehmungen 28 bzw. Vorsprünge 29 auf, so daß jeweils benachbarte Hohlprofile
ineinandergeschoben werden können und eine plane Oberfläche aufweisen.
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Es ist auch denkbar, die Verbindung durch eine Art Nut und Feder zu
bewerkstelligen, was aber einen zusätzlichen Herstellungsaufwand darstellt . Die
Ausnehmungen 28 und die
Vorsprünge 29 können sowohl an den Längsseiten
27 wie auch an den Kopfseiten 31 zur Verbindung der einzelnen Hohlprofile ausgebildet
werden. Im dargestellten Beispiel, Fig.
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7, ist mittig eines Hohlprofiles 22 eine Ausnehmung 30 zur Aufnahme
des Streckenausbaues vorgesehen. Die Tiefe dieser Ausnehmung 30 ist so gewählt,
daß der Streckenausbaubogen anschließend mit der streckenseitigen Wand 25 des Hohlprofiles
22 eine Fläche bildet.