DE3314858A1

DE3314858A1 - Gebirgsanker

Info

Publication number: DE3314858A1
Application number: DE19833314858
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ing.(grad.) 4236 Hamminkeln Ulbricht
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: Bbs Bergbau-Systeme 4100 Duisburg De GmbH
Priority date: 1983-04-23
Filing date: 1983-04-23
Publication date: 1984-10-25

Description

Gebirgsanker
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gebirgsanker aus Stahl für Konvergenzen ausgesetzte Tunnel- und Untertageausbaue, dessen zum Bohrlochtiefsten reichende Ankerstange eine im Ankerbohrloch festlegbare Ankerhülse in Längsrichtung durchsetzt und über eine Teillänge der Hülsenbohrung auf -einen vergrößerten Ankerstangenquerschnitt radial verdickt ist, wobei die Ankerstange in eingebautem Zustand bei Gebirgsbewegungen Last aufnimmt und eine axiale Relativbewegung zur Ankerhülse durchführt.
Gebirgsanker dienen der Hohlraumsicherung gegenüber Gebirgsbewegungen in Tunnel- und Untertageausbauen. An ihren beiden Enden gegen das Gebirge abgestützte Stahlgebirgsanker reißen vielfach wegen Überlastung äb, weil die vergleichsweise geringe Dehnbarkeit der starren beidendseitig eingespannten Ankerstangen überschritten wird. Zur Abhilfe sind sogenannte Gleitanker entwickelt worden, bei denen der Anker mindestens aus zwei Teilen besteht, die unter Last über eine bestimmte Strecke gegeneinander nachgiebig verschiebbar sind. Zweiteilige Anker sind meist derart ausgebildet, daß die annähernd über die gesamte Bohrlochlänge sich erstreckende Ankerstange ein kurzes -hUlsenartiges Ankerrohr, das im Bohrlochtiefsten oder am Bochlochmund festgelegt ist, mittig durchsetzt. Die Verbindungsteile stellen Lastaufnahmeelemente dar, die Reibungsarbeit, Scherarbeit, Verformungsarbeit od.dgl. leisten, wobei ein definierter Verstellweg mit annähernd gleichbleibender Einstellkraft erzielbar ist (DE-PS 25 11 706).
Der Gleitanker nach DE-PS 25 11 70 hat einen im Bohrlochtiefsten eingeklebten Ankerkopf bestehend aus einem kurzen Ankerrohr und einem Ankerstangenabschnitt mit Verspannelement. An der Innenoberfläche des kurzen Ankerrohres kann ein mit dem Verspannelement zusammenwirkender Reibbelag angebracht sein.
Nachgiebige Gebirgsanker, deren Lastaufnahmeelemente auf Reibung beruhen, haben sich offenbar in der-Praxis nicht eingeführt, so daß die Weiterentwicklung dazu überging, die Lastaufnahme in dem Verbindungselement aus kurzem Ankerrohr und darin geführter Ankerstange durch Scherarbeit bzw. Verformungsarbeit aufzubringen. Der Gebirgsanker nach DE-OS 29 27 953 sieht vor, daß die von dem kurzen Ankerrohr umgebene Ankerstange mindestens ein im Querschnitt verjüngtes und über dem Umfang mit Schernocken besetztes Ankerstangenende aufweist und daß der Zwischenraum zwischen Ankerstange und Ankerrohr vollständig mit einem Scherbelag ausgefüllt ist.
Bei dem Gebirgsanker nach DE-PS 27 51 020 ist der Ringraum zwischen der Ankerstange und der konischen Ankerhülse mit als Klemmkörper wirkendem stückigem Füllgut, insbesondere Kugeln oder Granulat, gefüllt.
Unter Last dringt das Füllgut in die vorzugsweise gerippte Ankerstange ein und leistet Zerspannungs- und/oder Umformarbeit.
Der Gebirgsanker nach DE-OS 30 47 709 hat eine Ankerstange mit einem über die Hülsenlängserstreckung radial verdickten zylindrischen Längenabschnitt, der die Ankerhülse mittig frei durchsetzt. Am inneren Ende der Ankerhülse ist ein Ziehring angeordnet, der den verjüngten Abschnitt der Ankerstange umgreift.
Den vorgenannten Gebirgsankern nach dem Stand der Technik ist der Nachteil gemeinsam, daß sie eine mit Bezug auf den Durchmesser der Ankerstange große lichte Weite und einen entsprechend großen Außendurchmesser der Ankerhülse aufweisen, so daß meist große Bohrloch- durchmesser notwendig sind. Vielfach wird daher mit einem abgestuften Bohrloch gearbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gebirgsanker der eingangs genannten Gattung zu schaffen, dessen vorrangig auf Reibungsarbeit beruhende Einstellkraft über die geforderte Verschiebeweglänge einen ausreichend hohen, konstanten Wert hat und der mit einem geringen Durchmesser des Bohrloches auskommt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die lichte Weite der Hülsenbohrung längs einer definierten Gleitstrecke geringer ist als der Innendurchmesser des den verdickten Ankerstangenabschnitt mit Paßsitz umgebenden Bereichs der Ankerhülse.
Bei dem erfindungsgemäßen Gebirgsanker hat der freie Ringraum zwischen Ankerhülse und Ankerstange eine sehr geringe radiale Abmessung, so daß der erforderliche Bohrlochdurchmesser im wesentlichen durch den größten Ankerstangendurchmesser (verdickter Ankerstangenabschnitt) und die Wandstärke der Ankerhülse bestimmt ist. Es hat sich überraschend gezeigt, daß die Einstellkraft des Ankers bei gleichbleibender und wechselnder Last äußerst gleichmäßig ist, wenn nur dafür Sorge getragen wird-, daß ein Festfressen der Gleitfläche zwischen Ankerhülse und verdicktem Ankerstangenabschnitt zuverlässig vermieden wird. Die Höhe und Gleichmäßigkeit der Einstellkraft des Ankers sind in der Fertigung gut reproduzierbar und bei gleichem Werkstoff und Oberflächenbeschaffenheit von der axialen Länge des verdickten Ankerstangenabschnitts und insbesondere vom Schrumpfmaß Ankerstange/Hülse abhängig.
Vorzugsweise hat der verdickte Ankerstangenabschnitt gegenüber der lichten Weite der Hülsenbohrung ein radiales Übermaß und die Ankerhülse ist auf den verdickten Ankerstangenabschnitt aufgeschrumpft.
Die Ankerhülse und der verdickte Ankerstangenabschnitt können aber.
auch durch Pressen miteinander verbunden sein.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen 4 bis 17 zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Gebirgsanker hat über einen definierten Verstellweg (Gleitstrecke in der Ankerhülse) eine im wesentlichen gleichbleibende Verstellkraft. Es kann nun besonders vorteilhaft sein, einen zusätzlichen Verstellweg vorzusehen, indem nach Anspruch 18 die Ankerhülse einen zusätzlichen Abschnitt mit erhöhter Lastaufnahme aufweist. Beispiel hafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 19 bis 21. Die erhöhte Lastaufnahme des Ankers kann dabei bis zur Bruchlast der Ankerstange gesteigert sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur näher beschreiben und erläutert.
Der aus Stahl bestehende Gebirgsanker hat eine Ankerstange 4, die bis zum nicht dargestellten Bohrlochtiefsten reicht und deren mit Schraubgewinde versehene Spitze dort mit dem Gebirge fest verbunden ist. Die im nicht dargestellten Ankerbohrloch festlegbare Ankerhülse 3 wird in Längsrichtung von der Ankerstange 4 durchsetzt. Die Ankerstange 4 ist über eine Teillänge der Hülsenbohrung 2 auf einen vergrößerten Ankerstangenquerschnitt radial verdickt (verdickter Ankerstangenabschnitt 1). Die lichte Weite der Hülsenbohrung 2 ist längs der definierten Gleitstrecke 10 geringer als der Innendurchmesser des den verdickten Ankerstangenabschnitt 1 mit Paßsitz umgebenden Bereichs der Ankerhülse 3. Die Ankerhülse 3 und die gesamte Ankerstange 4 mit dem verdickten Ankerstangenabschnitt 1 sowie dem weiteren Ankerstangenabschnitt 8 mit gegenüber der Ankerstange 4 vergrößertem Durchmesser bestehen aus Vergütungsstahl 50 CRV 4.
Die Ankerhülse 3 erhält bei ihrer Herstellung eine Innenbohrung 2 mit gleichem Durchmesser von ihrer Stirnseite bis zum innenseitigen Ende der Gleitstrecke 10 und wird nach einem Erwärmen auf den verdickten Ankerstangenabschnitt 1 aufgeschrumpft, so daß dieser gegenüber der lichten Weite der Hülsenbohrung 2 ein radiales Obermaß von ungefähr 2,5%o aufweist. Der Verformungszustand des aufgeschrumpften Abschnittes der Ankerhülse 3 liegt im Bereich der Streckgrenze des Vergütungsstahls 50 CRV 4. Die axiale Längserstreckung des verdickten Ankerstangenabschnittes 1 (Schrumpfüberdeckung zwischen Ankerstange 4 und Hülse 3) ist mitbestimmend für die Lastaufnahme des Gebirgsankers und kann den jeweiligen Anforderungen entsprechend gewählt werden. Sie beträgt im aligemeinen weniger als ein Drittel der für die Gleitstrecke 10 maßgebenden Länge der Bohrung 2 der Ankerhülse 3. Die Innenoberfläche 5 der Ankerhülse 3 und die Außenoberfläche 6 des verdickten Ankerstan-:genabschnitts 1 sind glattzylindrisch ausgebildet und durch Feinbearbeitung geglättet. In eingebautem Zustand nimmt der Gebirgsanker bei Gebirgsbewegungen Last auf, wobei die Ankerstange 4 eine axiale Relativbewegung gegenüber der Ankerhülse 3 durchführt.
Wenn der Gebirgsanker infolge Lastaufnahme seine der Gleitstrecke 10 entsprechende Streckung erreicht-hat, wird ein zusätzlicher Abschnitt der Ankerhülse 3 mit erhöhter Lastaufnahme wirksam. Der zusätzliche Abschnitt 7 der Hülse 3 ist an deren axialer Innenseite (zum Bohrlochtiefsten hin) angeordnet und wirkt mit einem weiteren Ankerstangenabschnitt 8 zusammen, der gegenüber der Ankerstange 4 einen vergrößerten Durchmesser aufweist und im Bereich der Gleitstrecke 10 reibungsfrei läuft. Der Ankerstangenabschnitt 8 mit radialem Übermaß gegenüber der lichten Weite des Hülsen 3-Endabschnittes 7 dringt bei fortschreitender Ankerstreckung in den Hülsenabschnitt 7 ein. Dabei erhoht sich die wirksame Schrumpfüberdeckung zwischen Ankerstange 1,8,4 und Ankerhülse 3, so daß die Lastaufnahme entsprechend zunimmt und bis zum Errei-Sch$n der Bruchlast gesteigert werden kann. Die Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Abschnitten 1,4,8 der Ankerstange 4 und der Ankerhülse 3 sind konisch ausgebildet, um eine gleichmäßige Streckung des Ankers ohne plötzliche Lastsprünge und gleichmäßigere Materialberastung zu erzielen.
BEZUGSZEICHENLISTE 1 verdickter Ankerstangenabschnitt 2 Hülsenbohrung 3 Ankerhülse 4 Ankerstange 5 Innenoberfläche von 3 6 Außenoberfläche von 1 7 Abschnitt von 3 8 Ankerstangenabschnitt 10 Gleitstrecke

Claims

Patentansprüche: 1. Gebirgsanker aus Stahl für Konvergenzen ausgesetzte Tunnel- und Untertageausbaue, dessen zum Bohrlochtiefsten reichende Ankerstange eine im Ankerbohrloch festlegbare Ankerhülse in Längsrichtung durchsetzt und über eine Teillänge der Hülsenbohrung auf einen vergrößerten Ankerstangenquerschnitt radial verdickt ist, wobei die Ankerstange in eingebautem Zustand bei Gebirgsbewegungen Last aufnimmt und eine axiale Relativbewegung zur Ankerhülse durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Hülsenbohrung (2) längs einer definierten Gleitstrecke (10) geringer ist als der Innendurchmesser des den verdickten Ankerstangenabschnitt (1) mit Paßsitz umgebenden Bereichs der Ankerhülse (3).
2. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verdickte Ankerstangenabschnitt (1) gegenüber der lichten Weite der Hülsenbohrung (2) ein radiales Übermaß hat und die Ankerhülse (3) auf den verdickten Ankerstangenabschnitt aufgeschrumpft ist.
3. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerhülse (3) und der verdickte Ankerstangenabschnitt (1) durch Pressen miteinander verbunden sind.
4. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerstange (4) mit dem verdickten Ankerstangenabschnitt (1) aus einem einteiligen Werkstück hergestellt ist.
5. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Längserstreckung des verdickten Ankerstangenabschnitts (1) weniger als ein Drittel der für seine Gleitstrecke (10) maßgebenden Länge der Hülsenbohrung (2) beträgt.
6. Gebirgsanker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Längserstreckung des verdickten Ankerstangenabschnitts (1) etwa 10% bis 25% der Länge der die Gleitstrecke (10) bestimmenden Hülsenbohrung (2) ausmacht.
7. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Übermaß des verdickten Ankerstangenabschnittes. (1) mehr als 1,5%o (Promille) der lichten Hülsenweite (2) beträgt.
8. Gebirgsanker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Übermaß ungefähr 2,5%o (Promille) der lichten Hülsenweite (2) beträgt.
9. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Obermaß des verdickten Ankerstangenabschnitts (1) derart gewählt ist, daß der aufgeschrumpfte oder aufgepreßte Abschnitt der Ankerhülse (3) sich im Verformungszustand oberhalb der Elastizitätsgrenze des Stahlwerkstoffs befindet.
10. Gebirgsanker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungszustand des aufgeschrumpften oder gepreßten Abschnitts der Hülse (3) unter der Streckgrenze des Stahlwerkstoffes liegt.
11. Gebirgsanker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungszustand des aufgeschrumpften Abschnitts der Hülse (3) im Bereich der Streckgrenze des Stahlwerkstoffs liegt.
12. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerhülse (3) aus einem Vergütungsstahl, beispielsweise aus 50-CrV4, hergestellt und vergütet ist.
13. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der verdickte Ankerstangenabschnitt (1), vorzugsweise die ganze Ankerstange (4) aus einem Vergütungsstahl, beispielsweise 50 CrV4, hergestellt und vergütet ist.
14. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche (5) der Ankerhülse (3) und die Außenoberfläche (6) des verdickten Ankerstangenabschnittes (1) glattzylindrisch ausgebildet sind.
15. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet. daß die Gleitflächen (5,6) der Ankerhülse (3) und/oder des verdickten Ankerstangenabschnitts (1) durch Feinbearbeitung geglättet sind.
16. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflächen (5,6) der Ankerhülse und/oder des verdickten Ankerstangenabschnitts (1) durch Nitrieren gehärtet sind.
17. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflächen (5,6) mit einer Überzugschicht, beispielsweise aus Chrom oder Kupfer, versehen sind.
18. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerhülse (3) einen zusätzlichen Abschnitt (7) mit erhöhter Lastaufnahme aufweist.
19. Gebirgsanker nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Abschnitt (7) der Ankerhülse (3) an deren axialer Innenseite angeordnet ist und am Ende der definierten Gleitstrecke (10) die wirksame Länge der Schrumpfüberdeckung zwischen Ankerstange (4) und Ankerhülse (3) erhöht.
20. Gebirgsanker nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den verdickten Ankerstangen abschnitt (1) axial nach innen ein wieterer, im Bereich der Gleitstrecke (10) reibungsfrei laufender Ankerstangenabschnitt (8) mit gegenüber der Ankerstange (4) vergrößertem Durchmesser anschließt und der weitere Ankerstangenabschnitt (8) ein radiales übermaß hat gegenüber der lichten Weite des Endabschnittes (7) der Ankerhülse (3).
21. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die übergangsbereiche zwischen den Abschnitten (1,8,4; 3,7) der Ankerstange (4) mit unterschiedlichen Durchmessern und der Ankerhülse (3) mit unterschiedlichen lichten Weiten konisch ausgebildet sind.