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Gebi rgsanker
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Die Erfindung betrifft einen Gebirgsanker, der zwischen seinen am
Gebirge befestigbaren Enden einen unter Last längenveränderlichen Abschnitt aufweist.
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Derartige Gebirgsanker sind bekannt. Sie werden auch Gleitanker genannt.
Gleitanker wurden entwickelt, um den Einsatzbereich des Ankerausbaues auch auf Abbaustrecken
ausdehnen zu können, die eine größere Konvergenz erwarten lassen, als sie der herkömmliche
Ankerausbau ohne Zerstörung überstehen kann. Ein bekannter Gebirgsanker bzw. Gleitanker
der eingangs beschriebenen Gattung (DE-PS 25 11 706) ist mehrteilig. Er besitzt
eine Ankerstange, die am Bohrlochmund in einem Gleitrohr geführt wird, welches mit
dem Gebirge verklebt ist. Im Bohrlochtiefsten ist die Ankerstange mit dem Gebirge
verklebt.
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Der Ringraum des Gleitrohres ist mit einem Mörtel gefüllt.
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Die Ankerstange besitzt einen Scherkopf, der bei Belastung des Ankers
und wenn die Streckkraft erreicht wird, durch den Mörtel hindurchgezogen wird. -
Daneben gibt es weitere Ausführungen, die alle mehrteilig aufgebaut sind und die
immer auf den Prinzip der gegenseitigen Verschiebung eines Gleitrohrs oder dergleichen
und eines darin geführten Ankerstangenendes beruhen. Der mehrteilige Aufbau dieser
bekannten Gebirgsanker und die gegenseitige Abstützung der gegeneinander verschieblichen
Teile erfordern eine sorgfältige Herstellung, weil schon geringe Herstellungstoleranzen
die Funktion eines solchen Gebirgsankers beeinflussen. Außerdem erfordern diese
Gebirgsanker verhaltnismäßig große Bohrlochdurchlnesser.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Gebirgsanker der
eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der sich einfacher herstellen läßt, dessen
Funktion von Herstellungstoleranzen weitgehend unbeeinflußt bleibt und der kleinere
Bohrlochdurchmesser benötigt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der längenveränderliche Abschnitt
schraubenwendelförmig um die Längsachse des Gebirgsankers verdrillt ist.
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Bei diesem Gebirgsanker ist der längenveränderliche Abschnitt praktisch
nach Art einer Schraubenwendelfeder aufgebaut. Bei Belastung in Längsrichtung des
Gebirgsankers wird sich der längenveränderliche Abschnitt über eine begrenzte Strecke
elastisch und darüber hinaus plastisch verformen. Aufgrund des geometrischen Aufbaues
des längenveränderlichen Abschnittes behält dieser aber auch nach plastischer Verformung
eine gewisse Rückstellkraft, so daß auch nach einer Streckung oder plastischer Verformung
des längenveränderlichen Abschnittes Rückstellkräfte verbleiben, die den zwischen
den Enden des Gebirgsankers gehaltenen Bereich des Gebirges einspannen.
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Die Herstellung des Gebirgsankers ist verhältnismäßig einfach, weil
lediglich der längenveränderliche Abschnitt um die Längsachse des Gebirgsankers
verdrillt werden muß. Herstellungstoleranzen beeinflussen die Kennlinie des Gebirgsankers
so gut wie gar nicht. Der Gebirgsanker kann in Bohrlöcher mit verhultnismäßig kleinem
Durchmesser eingesetzt werden.
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Grundsätzlich kann der verdrillte Abschnitt wenigstens einen Profilstab
aufweisen. Bevorzugt ist aber eine Ausführungsform, bei der der verdrillte Abschnitt
ein Bündel von Profilstäben aufweist, die auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet
sind.
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Diese Profilstäbe werden um die Längsachse des Gebirgsankers so weit
verdrillt, bis sie mit ihren Flanken praktisch aneinanderliegen. Bei Belastung des
Gebirgsankers kann der längenveränderliche Abschnitt gegen die Feder- und/oder Verforrnungsarbeit
der verdrillten Profilstäbe so weit gelängt werden, bis die Profilstäbe praktisch
gestreckt sind. Je größer der orthogonal zur Längsachse des Gebirgsankers gemessene
Steigungswi nkel ist, desto gr;i,ner ist auch die Streckfähigkeit des Gebirgsankers.
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Besonders günstige Ergebnisse im Hinblick auf Trafähigkeit und ,Jiderstandsfähigkeit
gegen Verlängerung erreicht l,;an dann,
wenn die Profilstäbe im
wesentlichen dreieckförmige oder trapezförmige Querschnitte aufweisen. Die Flanken
der Querschnitte können gerade sein, sie können aber auch konvex oder konkav gekrümmt
sein. Durch die Gestaltung der Flanken lassen sich Reibungskräfte, die bei der relativen
Bewegung der Profilstäbe gegeneinander wirksam werden, beeinflussen.
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Ein Gebirgsanker, bei dem der längenveränderliche Abschnitt mit gleichförmiger
Steigung verdrillt ist, erzeugt bei Strekkung des Gebirgsanker ein Torsionsmoment,
das von den Enden des Gebirgsankers aufgefangen werden muß. Wenn ein solches Torsionsmoment
stört oder zu große Werte annimmt, kann man den längenveränderlichen Abschnitt in
Teilbereichen auch mit gegenläufiger Steigung verdrillen. Dadurch lassen sich die
Torsionsmomente reduzieren.
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Die auftretenden Torsionsmomente heben sich gegenseitig vollständig
auf, wenn der längenveränderliche Abschnitt zwei gleich lange Teilbereiche mit jeweils
gegenläufiger und gleich großer Steigung aufweist.
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Damit die relative Verschiebung der Steigungsabschnitte bzw.
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der Profilstäbe im Bereich des längenveränderlichen Abschnitts durch
das umgebende Bohrloch oder durch in das Bohrloch eingebrachte Kleber oder dergleichen
nicht gestört wird, kann der längenveränderliche Abschnitt von einem Schutzschlauch
umgeben sein.
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Im folgenden werden'in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ansicht
eines Gebi rgsankers, Fig. 2 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Figur
1, Fig. 3, 4, 5 verschiedene Querschnitte eines Gebirgsankers,
bei
dem der längenveränderliche Abschnitt aus Profilbündeln gebild-et ist, vor dem Verdrillen
der Profilbündel Fig. 6 - 13 Querschnitte von verschiedenen Profilen von Profil
stäben der Gebirgsanker nach den Figuren 3 - 5, Fig.14 eine Befestigung des Gebirgsankers
am Bohrlochmund, Fig.15, 16, 17 eine andere Befestigung des Gebirgsankers am Bohrlochmund.
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Der in Figur 1 dargestellte Gebirgsanker ist ein sogenannter Gleitanker,
der sich unter Zugbelastung strecken kann. Der Gebirgsanker besitzt an einem Ende
ein Gewindestück 1, an das mehrere Profilstäbe 2 anschließen. Wie insbesondere in
den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt, kann es sich dabei insbesondere um 3, 4 oder
5 Profilstäbe 2 handeln, die in gestrecktem, unverformtem Zustand, wie in den Figuren
3, 4, 5 dargestellt, sternförmig um die Längsachse 3 des Gebirgsankers angeordnet
sind. Die Profilstäbe 2 besitzen einen dreieckförmigen Querschnitt und sind so angeordnet,
daß sich ihre eine Längskante im wesentlichen parallel zur Längsachse 3 erstreckt.
Die Summe der an den Längskanten dieser Dreieckquerschnitte gebildeten Flankenwinkel
X im Bereich der Längsachse 3 ist stets kleiner als 360 Grad. Die Flanken der Profilstäbe
2 bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 3, 4 und 5 sind gerade. In unverformtem
Zustand liegen die Profile 2 auf einem gemeinsamen Teilkreis.
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Wie in Figur 1 dargestellt, sind die Profilstäbe 2 zur Bildung eines
sogenannten Gleitankers schraubenwendelförmig um die Längsachse 3 des Gebirgsankers
verdrillt, und zwar so weit, bis ihre einander benachbarten Flanken 4, 5 aneinander
anliegen. I)er Gebirgsanker erhält damit einen Aufbau nach Art einer Schraubenfeder.
Der Steisungswinkelfi , der gegenüber einer zur Längsachse 3 orthogonalen Ebene
«eiessen wird,
kann um so kleiner sein, je kleiner die Suwr;e der
Flanienwinkel g der eingesetzten Profilstäbe 2 ist.
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Der dargestellte Gebirgsanker wird, wie üblich, mit seinem freien
Ende 6 im Bohrlochtiefsten befestigt und mit dem Gewindestück 1 am Bohrlochmund
festgelegt. Bei Auftreten einer Zugbelastung zwischen den beiden Enden 1 und 6 des
Gebirgsankers streckt sich der Gebirgsanker nach Maßgabe der beim Strecken wirksamen
Feder- und Verforinungskräfte der Profilstäbe 2, deren Drillung allmählich abgebaut
wird. Dabei entsteht allerdings ein Torsionsmoment, welches von den Einspannungen
des Gebirgsankers aufgefangen werden muß.
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Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Profilstäbe
2, ausgehend von einem mittleren, nicht verdrillten Abschnitt 7, in unterschiedlichen
Drehrichtungen verdrillt, so daß sie nach dem Verdrillen gegenläufige Steigun gen
aufweisen. Die gegenläufig verdrillten Teilbereiche der Profilstäbe 2 sind etwa
gleich lang und die Steigungswinkel bzw.4 L sind gleich groß, besitzen jedoch unterschiedliche
Vorzeichen. Bei einer Streckung des in Figur 2 dargestellten Gebirgsankers heben
sich die auftretenden Torsionsmomente auf, so daß kein resultierendes Torsionsmoment
verbleibt.
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Die Querschnitte der Profile 2 können unterschiedlich ausgebildet
sein. Grundsätzlich empfehlen sich dreieckförmige bis trapezförmige Querschnitte,
wie sie in den Figuren 6 - 13 dar gestellt sind, weil Profilstäbe 2 mit derartigen
Querschnitten ein hohes 1Jiderstandsmoment besitzen, wenn sie entsprechend den Figuren
3, 4 und 5 angeordnet sind. Im einzelnen zeigen die Figuren 6 sowie 8 - 13 dreieckförmige
Profile. Bei den Ausführungen nach den Figuren 6 und 8 sind die Flanken 4, 5 gerade.
Bei der Ausführung nach Figur 8 ist die zwischen den Flanken 4, 5 gebildete Kante
8 abgerundet.
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Der Querschnitt nach Figur 9 besitzt zwei konvexe Flanken 9, 10. uer
Querschnitt nach Figur 10 besitzt eine konvexe Flanke
ke 10 und
eine konkave Flanke 11. Der Querschnitt nach Figur 11 besitzt zwei konkave Flanken
1.1, 12. Der Querschnitt nach Figur 12 besitzt wiederum zwei gerade Flanken 4, 5
und eine dritte konvexe Flanke 13. Der Querschnitt nach Figur 13 besitzt gerade
Flanken 4, 5, er ist im übrigen unsymmetrisch.
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In Figur 7 ist ein trapezförmiger Querschnitt mit geraden Flanken
4, 5 dargestellt. Andere Querschnittsformen, insbesondere solche mit Merkmalen,
wie sie in den Figuren 6 - 13 dargestellt sind, können ebenfalls verwendet werden.
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Die Gestaltung der Flanken der Querschnitte im einzelnen richtet sich
nach den jeweiligen Umständen und danach, inwieweit die bei gegenseitiger Verschiebung
der verdrillten Profile 2 auftretenden Reibungskräfte beim Strecken des Gebirgsankers
genutzt werden sollen oder nicht.
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In Figur 14 ist dargestellt, daß der Gebirgsanker am Bohrlochmund
in herkömmlicher Weise mit Hilfe einer Ankerplatte 14 und einer auf das Gewindestück
1 aufgedrehten Mutter 15 verspannt werden kann.
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Die Figuren 15 bis 17 zeigen eine andere Ausführung für die Befestigung
am Bohrlochmund. Anstelle eines Gewindes sind in das entsprechende Ende des Gebirgsankers
mehrere Nuten 16 eingewalzt. Eine Ankerplatte 17 mit im wesentlichen quadratischer
Grundfläche besitzt eine schlüssellochförmige Öffnung 18 mit zwei konvergierenden
Kanten 19, 20. Die Ränder der Ankerplatte 17 und die Ränder der Öffnung 18 sind
zur Vergrößerung der Steifigkeit der Ankerplatte 17 aus der Ebene der Ankerplatte
17 aufgebogen. Die Ankerplatte 17 wird mit der Öffnung 18 auf das Ende des Gebirgsankers
bis über eine der Nuten 16 geschoben und dann in Richtung der Erbse der Ankerplatte
bzw. in Richtung der konvergierenden Kanten l9, 20 der Öffnung 18 geschlagen, so
daß die Ränder der Öffnung 18 sich in einer der Nuten 16 verspannen. Die bffnung
18 besitzt einen engeren Endradius 21, der dem Radius des Gewindeankers am Grund
der Nuten 16 entspricht.