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Die Erfindung betrifft einen Gebirgsanker mit einem in einem Bohrloch
festlegbaren Zugelement, insbesondere in Form eines Seiles, an dessen aus dem Bohrloch
herausragenden Ende eine Klemm- und Spannvorrichtung festlegbar ist, die eine das
Zugelement umgebende, außen mit einem zylindrischen Gewinde versehene Gewindehülse
aufweist, auf die eine Mutter aufschraubbar ist, durch die unter Vorspannung des
Zugelementes eine im Bereich des Bohrlochmundes angeordnete Druckplatte gegen das
Gebirge andrückbar ist Bei einem nach dem Stande der Technik (DE-OS 29 03 694) bekannten
Gebirgsanker der bekannten Art ist die Gewindehülse innen konisch ausgebildet. Zwischen
der innen konischen Gewindehülse und dem Zugelement sind Zugkeile angeordnet, die
bei einer Relativverschiebung zwischen der Gewindehülse und dem Zugelement das Zugelement
in der Gewindehülse festklemmen. je größer die Zugkraft im Zugelement wird, desto
fester klemmt sich die Gewindehülse mittels der Zugkeile auf dem Zugelement fest.
Ähnliche Gebirgsanker, bei denen das Zugelement aus einem Seil besteht, sind aus
der DE-PS 12 01 289, der DE-PS 11 04 471 oder der US-PS 41 60615 bekannt. Sie haben
den Vorteil,
daß das Zugelement in beliebiger Länge, beispielsweise
auf eine Materialtrommel aufgetrommelt, im untertägigen Grubenbetrieb bereitgehalten,
in entsprechenden Längen abgeschnitten und an Ort und Stelle für den Einbau vorbereitet
werden kann. Die bekannte Verwendung von Seilen als Zugelement hat darüber hinaus
noch den besonderen Vorteil, daß aus beengten Grubenräumen heraus Gebirgsanker in
beliebiger Länge eingebaut werden können, was mit starren Ankerstangen nicht möglich
ist.
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Die vorbekannten Gebirgsanker der genannten Art haben jedoch den
Nachteil, daß sie nicht ausreichend nachgiebig sind, weil sich die Gewindehülse
bei jeder weiteren Verschiebung stärker an dem Zugelement festklemmt, bis dieses
abreißt. Bei vielen Einsatzfällen, insbesondere bei der Sicherung von Abbaustrecken
im Steinkohlenbergbau mit großer Konvergenz, müssen die Gebirgsanker jedoch über
einen verhältnismäßig großen Weg nachgeben können, ohne abzureißen oder an Tragfähigkeit
zu verlieren. Speziell für diese Einsatzfälle ist der sogenannte Gleitanker (Zeitschrift
Glückauf 1982, Seiten 1089 bis 1090) entwickelt worden. Bei diesem Gleitanker ist
die Ankerstange am Bohrlochmund in einem Gleitrohr geführt, welches mit dem Gebirge
verklebt ist. Der Ringraum zwischen dem Gleitrohr und der Ankerstange ist mit ausgehärtetem
Mörtel gefüllt, durch welchen ein am Ende der Ankerstange befindlicher Scherkopf
hindurchgezogen werden muß, wenn eine Relativverschiebung zwischen dem Gleitrohr
und der Ankerstange auftritt. Solche Gleitanker sind im Aufbau verhältnismäßig kompliziert
und umständlich einzubauen und sind aus diesem Grunde für den Masseneinsatz wenig
geeignet. Schließlich ist nach dem Stande der Technik (DE-PS 27 51 020) ein an beliebiger
Stelle an einer Ankerstange (Zugelement) festklemmbares Klemmelement bekannt, welches
in einem gewissen Maße nachgiebig ist. Dieses Klemmelement weist eine die Ankerstange
umgebende konische Hülse auf, die mit Kugeln oder Granulat gefüllt ist, welches
bei Relativverschiebungen zwischen der Ankerstange und der Hülse deformiert und
abgeschert werden soll. Diese Klemmvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß ein
damit ausgerüsteter Gebirgsanker nicht ohne weiteres vorspannbar ist und eine gleichmäßige
Lastaufnahme über den gesamten Verschiebeweg nicht sichergestellt ist. Die Kugeln
oder das Granulat verbrauchen sich nämlich über den Verschiebeweg, so daß insbesondere
am Ende des Verschiebeweges die Tragkraft nachlassen dürfte.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den vorspannbaren Gebirgsanker gemäß
dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 dahingehend weiterzubilden, daß er über
einen großen Verschiebeweg nachgiebig ist, über den gesamten Verschiebeweg eine
gleichmäßig große Last aufnimmt und aus wenigen Teilen vor Ort auf einfache Weise
zusammengestellt und eingebaut werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die innen
zylindrische Gewindehülse längsgeschlitzt und radial zusammendrückbar ausgebildet
ist und am nach außen weisenden Ende einen dem zylindrischen Gewinde vorgeschalteten
konischen Gewindeabschnitt aufweist, der beim Aufschrauben der Mutter die Gewindehülse
derart zusammendrückt, daß sie kraftschlüssig an dem Zugelement festliegt.
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Bei dem Gebirgsanker gemäß der Erfindung wird die Klemmkraft zwischen
dem Zugelement und der Gewindehülse nicht durch Zugkeile, sondern durch radiales
Zusammendrücken der Gewindehülse beim Aufschrau-
ben der Mutter erzeugt. Die Größe
der Klemmkraft ist lediglich von den Durchmessern der Gewindehülse, der Zugmutter
sowie des Zugelementes abhängig und kann durch entsprechende Abstimmung dieser Durchmesser
beliebig hoch eingestellt werden. Bei sehr hohen Zugkräften in dem Zugelement, die
durch die Klemmkraft nicht mehr kompensiert werden können, zieht sich das Zugelement
unter Aufrechterhaltung der im wesentlichen gleichbleibenden Klemmkraft durch die
Gewindehülse, so daß der Gebirgsanker über einen beliebig großen Verschiebeweg nachgiebig
ist und über den gesamten Verschiebeweg eine gleichmäßig große Last aufnimmt. Die
Klemm- und Spannvorrichtung besteht in besonders vorteilhafter Weise aus nur wenigen
Teilen, die am Einsatzort zusammengestellt werden können.
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Beim Drehen der Mutter über den konischen Gewindeabschnitt der Gewindehülse
wird zunächst die Klemmkraft und sodann beim Weiterdrehen der Mutter über den zylindrischen
Gewindeabschnitt der Gewindehülse die Vorspannung des Ankers erzeugt. Beim Einbau
und Vorspannen des Ankers braucht also nur ein und dasselbe Bauteil, nämlich die
Mutter, kontinuierlich verdreht zu werden. Hierdurch vereinfacht sich der Einbau
des Gebirgsankers gemäß der Erfindung außerordentlich.
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Um eine unter allen Umständen reproduzierbare Klemmkraft zwischen
der Gewindehülse und dem Zugelement und damit eine gleichmäßige Lastaufnahme aller
Gebirgsanker zu erzielen, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
vor, daß zwischen der Gewindehülse und dem Zugelement eine ebenfalls radial zusammendrückbare
zylindrische Quetschhülse angeordnet ist, deren Innenwand durch radiales Zusammendrücken
der Quetschhülse kraft- und formschlüssig an dem Zugelement festlegbar ist und deren
zylindrische Außenwand kraftschlüssig mit der zylindrischen Innenwand der Gewindehülse
in Verbindung steht. Diese Quetschhülse legt sich aufgrund des Kraft- und Formschlusses
in axialer Richtung unverschiebbar an dem Zugelement fest, während zwischen der
zylindrischen Außenwand der Quetschhülse und der ebenfalls zylindrischen Innenwand
der Gewindehülse lediglich eine kraftschlüssige Verbindung besteht, die Verschiebungen
in axialer Richtung zuläßt, wobei allerdings große Reibungskräfte zu überwinden
sind. Auf diese Weise erhält man an jedem Anker zwischen der Quetschhülse und der
Gewindehülse praktisch die gleichen Reibungsverhältnisse, die gegebenenfalls durch
Auswahl geeigneter Materialpaarungen auch beeinflußt werden können.
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Um zu vermeiden, daß die Mutter im Bereich des konischen Gewindeabschnittes
der Gewindehülse nur im Bereich des ersten Gewindeganges belastet wird und damit
überlastet wird, ist vorgesehen, daß das Gewinde der Mutter im Anfangsabschnitt
konisch und im Endabschnitt zylindrisch ausgebildet ist. Beim Aufschrauben der Mutter
auf den konischen Gewindeabschnitt der Gewindehülse wird zunächst der gesamte konische
Gewindeabschnitt der Mutter belastet. Nach dem Übergang der Mutter auf den zylindrischen
Gewindeabschnitt nimmt hingegen der zylindrische Gewindeabschnitt der Mutter die
großen Radialkräfte auf.
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Um einen in axialer Richtung festen Halt der Quetschhülse auf dem
Zugelement zu gewährleisten, ist das Innenprofil der Quetschhülse dem Außenprofil
des Zugelementes angepaßt. Falls das Zugelement ein Zugseil ist, ist die Innenfläche
der Quetschhülse zweckmäßig wellenförmig profiliert, wobei die Wellenform nicht
unbedingt mit der Wellenform der Litzen des Seiles
übereinstimmen
muß. Falls das Zugelement jedoch eine Ankerstange ist, ist die Innenfläche der Quetschhülse
zweckmäßig mit einer zackenartigen Verzahnung von großer Härte versehen, welche
in die Oberfläche der Ankerstange eindringt Auch hierdurch wird eine kraft-und formschlüssige
Verbindung hergestellt.
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Um zu vermeiden, daß die Gewindehülse sich beim Aufschrauben der
Mutter verdreht, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß zwischen der Druckplatte
und der Gewindemutter eine Scheibe angeordnet ist, die Formschlußelemente aufweist,
die einerseits in die Druckplatte und andererseits in die Gewindehülse eingreifen
und diese drehfest miteinander verbinden. Auf diese Weise kann ein verhältnismäßig
großes Drehmoment an der Druckplatte abgestützt werden, die aufgrund ihres großen
Durchmessers für die Abstützung solcher Drehmomente besonders gut geeignet ist.
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Um beliebige Winkelstellungen zwischen dem Zugelement und der Ebene
der Druckplatte zu ermöglichen, sind die Druckplatte und die Scheibe zweckmäßig
in an sich bekannter Weise ballig ausgebildet.
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Zweckmäßig ist weiterhin die Druckplatte mit einer durch eine Stopfen
verschließbaren Einfüllbohrung zum Einpressen einer aushärtbaren Verfüllmasse in
den Raum zwischen Zugelement und Bohrloch versehen.
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Hierdurch ist eine weitere Sicherung des Gebirgsankers möglich.
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Um die Haftung des als Seil ausgebildeten Zugelementes im Bohrloch
zu verbessern, schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß das im Bohrloch befindliche
verklebte Ende des Seiles aufgewickelte Litzen aufweist. Diese Maßnahme ist an sich
bekannt (DE-GM 1898419).
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Zur weiteren Verbesserung der Haftung ist über das im Bohrloch befindliche
Ende des Seiles und seine aufgewickelten Litzen eine konische Hülse geschoben, die
auf ihrer Außenwand eine Profilierung aufweist. Die konische Hülse ist entweder
schon bei der Fabrikation mit einem aushärtbaren Werkstoff ausgegossen, der aus
einem Ein- oder Zweikomponentenkleber oder aus einem metailischen Lot bestehen kann,
oder wird gleichzeitig mit der Verklebung des Ankers durch einen in einer Klebepatrone
enthaltenen Zweikomponentenkleber ausgefüllt Alternativ kann auf das innere Ende
des Seiles ein Konus aufgebracht sein, der in eine Spreizhülse hineinziehbar ist,
wie es z. B. aus der DE-AS 12 01 289 bekannt ist.
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Um zumindest über eine Teillänge des Zugelementes dessen Elastizität
nutzen zu können, schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß sich auf dem Zugelement
eine Manschette befindet, welche die Kleblänge im Bohrloch begrenzt. Auf diese Weise
bleibt eine Teillänge des Zugelementes von der Verklebung frei und kann sich dementsprechend
elastisch verformen. Diese Maßnahme ist an sich bekannt (siehe z. B. DE-AS 31 23
120).
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Neben der begrenzten Kleblänge des Ankers kann der übrige Hohlraum
zwischen dem Zugelement und der Bohrlochwandung gegebenenfalls durch einen ebenfalls
aushärtbaren, Schubspannungen aufnehmenden Stoff ausgefüllt sein, was ebenfalls
im Prinzip, z. B.
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aus der DE-OS 25 47 580, bekannt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Abbaustreckenquerschnitt mit
erfindungsgemäßen Gebirgsankern und einer Vortriebsmaschine; F i g. 2 erfindungsgemäß
eingebrachte bzw. einzu-
bringender Gebirgsanker bei einem Strebausbruch und in einem
Aufhauen; F i g. 3a bis f die unterschiedlichen Befestigungsmöglichkeiten des im
Bohrlochtiefsten befindlichen Endes des Zugelementes; Fig.4 die Klemm- und Spannvorrichtung
am aus dem Bohrloch herausragenden Ende des Zugelementes; F i g. 5 einen Längsschnitt
durch die Quetschhülse und die Gewindehülse; F i g. 6a bis d Querschnitte durch
die Klemmverbindung im Längenbereich der Quetschhülse und der Gewindehülse sowie
im Bereich der Scheibe zwischen der Mutter und der Druckplatte; F i g. 7 die Druckplatte,
die Scheibe und die Mutter der Klemm- und Spannvorrichtung; F i g. 8 eine räumliche
Darstellung der Klemm- und Spannvorrichtung; F i g. 9a und b räumliche Darstellungen
der Druckplatte und der Scheibe; F i g. 1 0a und b räumliche Darstellungen der Quetschhülse
und der Gewindehülse; F i g. 11 a und b eine Mutter mit konischem und zylindrischem
Gewindeabschnitt.
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In dem Beispiel der in F i g. 1 dargestellten Abbaustrecke werden
die ein Flöz t überlagernden Dachschichten 2 durch erfindungsgemäße Gebirgsanker
3 und 4 zusammengehalten, wobei der Gebirgsanker 4 gerade aus einer im Streckenrandbereich
5 liegenden Position 6 heraus in das Bohrloch eingeführt wird. Das Bohrloch 8 ist
noch nicht mit einem Anker versehen.
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Nicht dargestellte mechanisch- hydraulische Hilfseinrichtungen, die
sich in dem Streckenrandbereich 5 bewegen, gewährleisten ein vollmechanisiertes
Herstellen der Ankerbohrlöcher und Einbringen der Anker, so daß die Arbeit der Vortriebsmaschine
9 während des Herstellens der Bohrlöcher und des Einbringens der Anker nicht unterbrochen
werden muß.
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In F i g. 2a ist die Sicherung eines Ausbruches 10 zwischen der Kappenspitze
eines vollmechanischen hydraulischen Ausbaus und dem Kohlenstoß durch erfindungsgemäße
Anker 3 und 4 dargestellt, wobei der Anker 4 gerade in das Bohrloch 7 eingeführt
wird. Die Länge der Anker, die sich aus der gebirgsmechanisch notwendigen Befestigung
in höher gelegenen Schichten ergibt, ist oft erheblich größer, als die Abmessungen
des Grubenraumes, aus dem heraus geankert wird. Aus diesem Grunde ist beim Einbau
der Gebirgsanker 3 bzw. 4 eine Abwinkelung über einen verhältnismäßig geringen Krümmungsradius
erforderlich.
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F i g, 2b zeigt erfindungsgemäße Gebirgsanker 3 und 4 in einem Aufhauen,
wobei wiederum der Gebirgsanker 4 in verhältnismäßig geringem Krümmungsradius abgewinkelt
in das Bohrloch 7 eingeführt wird. Auch hier sind die Abmessungen des Grubenraumes
erheblich geringer, als die aus gebirgsmechanischen Gründen notwendige Länge der
Anker.
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In Fig.3 sind die verschiedenen Möglichkeiten der Befestigung des
Zugelementes der Gebirgsanker im Bohrlochtiefsten sowie die sich hieraus ergebenden
Vorgänge dargestellt. F i g. 3a zeigt eine Klebeverbindung im Augenblick unmittelbar
vor der Herstellung der Klebung. Am im Bohrlochtiefsten befindlichen Ende eines
als Seil 111 ausgebildeten Zugelementes sind die l,iU£'n des Seiles 11 in der Weise
gelöst worden, daß eine einen Zweikomponentenkleber enthaltende Klebpatrone 12 zerstochen
bzw. zerstört werden kann. Hierdurch und durch ein leichtes Drehen des Seiles 11
werden die beiden Komponenten des Klebers vermischt.
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Eine auf das Seil 11 aufgesteckte konische Hülse 13, die auf ihrer
Außenseite oder auf ihrer Außen- und Innenseite zur Erzeugung einer größeren Oberfläche
und damit besseren Haftung am Kleber profiliert sein kann, führt zu einem besseren
Halt des im Bohrloch angeordncten Ankerendes im Kleber, während eine Manschette
14 den Klebbereich auf den dem Klebvolumcn entsprechenden Bereich des Bohrloches
begrenzt und somit ein dichtes und vollkommenes Ausfüllen sämtlicher Hohlräume zwischen
dem Gebirgsanker und Bohrlochwandung gewährleistet.
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F i g. 3b zeigt die gleiche Anordnung wie F i g. 3a, jedoch nach
Aushärten des Klebers, d. h. nach exakter Herstellung der Klebverbindung. Die Reste
der Klebpatrone 12 sind ebenso zu erkennen wie das vollkommene Ausfüllen der Hohlräume
zwischen dem Gebirgsanker und der Bohrlochwandung durch den erstarrten Kleber 15.
Die Hülse 13 ist bei der Herstellung des Ankers, d. h.
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vor dem Einbringen in das Bohrloch, mittels einer tragenden, aushärtenden,
Schubspannungen aufnehmenden Füllmasse 18 mit dem Seil 11 verbunden worden.
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Diese Füllmasse kann aus metallischem Lot oder auch aus Ein- oder
Mehrkomponentenklebstoff bestehen. Sie wird vorzugsweise bei während des Herstellungsprozesses
vertikal angeordnetem Ankerende durch Schwerkraft in den Zwischenraum zwischen der
konischen Hülse 13 und den gelösten Litzen des Seiles 11 eingefüllt.
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F i g. 3 zeigt eine Variante der Klebverbindung nach Erstarren, bei
der anstelle der konischen Hülse 13 eine Spreizhülse 16 und ein an dem Seilende
befestigter Konus 17 zu sehen ist, der nach Zerstörung der Klebpatrone 12 während
des Erstarrens des Klebers in die Spreizhülse 16 hineingezogen wird und zusätzlich
zur Klebung ein Öffnen der Hülse 16 bewirkt. Dadurch wird der Zwischenraum zwischen
Bohrlochwandung und Spreizhülse 16 verkleinert und bewirkt, daß die beiden zu verbindenden
Teile Ankerende und Bohrlochwandung im Bereich der Spreizhülse 16 nahezu aneinander
anliegen.
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F i g. 3d zeigt eine Ausführungsform der Verbindung nach dem Erstarren
des Klebers, bei der außer dem freien Ende des Seiles 11, welches die Klebpatrone
12 zerstört, und der Manschette 14 keine weiteren Hilfseinrichtungen vorhanden sind.
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Fig. 3e zeigt eine Ausführungsform der Verbindung, die der Ausführungsform
von 3b nahezu vollkommen entspricht. Der einzige Unterschied zwischen den beiden
Ausführungsformen besteht darin, daß bei F i g. 3b zwischen den aufgewickelten Litzen
des Seiles 11 und der konischen Hülse 13 schon bei der Herstellung des Ankers eine
aushärtende, beide Teile verbindende Masse 18 eingefüllt worden ist, während bei
F i g. 3c dieser Hohlraum erst nach dem Setzen des Ankers durch den in der Klebepatrone
12 enthaltenen Kleber ausgefüllt wird. Bei dieser Ausführungsform muß jedoch durch
eine entsprechende Bemessung der Maßtoleranzen zwischen dem Seil 11 und der Hülse
13 oder einen in der Abbildung nicht dargestellten Befestigungsring dafür gesorgt
werden, daß vor dem Verkleben im Bohrloch die Hülse 13 nicht vom Seil 11 abrutschen
kann.
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In Fig. 3f ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ankers
dargestellt, in der anstelle des Seiles 11 eine Ankerstange 19 als Zugelement benutzt
wird. Anstelle der Ankerstange 19 kann auch ein Bündel aus Federstäben verwendet
werden. Die übrigen Bauteile entsprechen F i g. 3c.
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Generell gesehen kann bei allen in F i g. 3 dargestellten Ausführungsvarianten
auch der Raum 20 mit Kleber
oder einem abbindenden mineralischen Werkstoff ausgefüllt
sein, um einerseits die Haftung zwischen dem Zugelement 11 bzw. 19 und der Bohrlochwandung
zu vergrößern und andererseits hohe Scherspannungen aufnehmen zu können, wenn sich
die durchankerten Schichtpakete aufgrund der Auswirkung des Druckes senkrecht zur
Bohrlochachse gegeneinander verschieben.
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In F i g. 4 ist die an beliebiger Stelle des Zugelementes 11 bzw.
19 anbringbare Klemm- und Spannvorrichtung mit ihren einzelnen Bauteilen dargestellt.
Das Seil 11 ist an seinem freien, in den Grubenraum hineinragenden Ende mit einer
Drahtsicherung 21 versehen, damit sich die einzelnen Litzen dort nicht aufwickeln
können und die Qualität der Klemmverbindung beeinträchtigen. Die Klemm- und Spannvorrichtung
weist eine ein- oder mehrfach geschlitzte Quetschhülse 22 auf, die auf ihrer Außenseite
eine glatte zylindrische Oberfläche hat, während sie auf ihrer Innenseite zum Zwecke
der Erhöhung der Haftung zwischen Zugelement 11 bzw. 19 und Quetschhülse 22 profiliert
sein kann. Im Falle der Verwendung von Seilen 11 als Zugelement ist es zweckmäßig,
die Profilierung wellenartig auszugestalten, wobei die Wellenlänge nicht dem Litzendurchmesser
des Seiles 11 zu entsprechen braucht. Im Falle der Verwendung von Ankerstangen 19
als Zugelement ist es zweckmäßig, die Innenseite der Quetschhülse 22 mit einer scharfkantigen,
zackenartigen Zahnung zu versehen, die sich bei radialer Belastung in die Oberfläche
der Ankerstange eindrückt und somit einen Kraft- und Formschluß zwischen der Ankerstange
19 und der Quetschhülse 22 herstellt. Über die Quetschhülse 22 ist eine Gewindehülse
23 geschoben, die ebenfalls ein- oder mehrfach geschlitzt sein kann. Auf ihrer Innenseite
hat sie eine glatte, zylindrische Oberfläche, während sie auf ihrer Außenseite ein
Gewinde 24 trägt, auf welches eine Mutter 25 geschraubt werden kann. Als Gewinde
können entsprechende Spezialgewinde oder eine Spezialmutter gemäß Fig. l l mit Normalgewinde
benutzt werden. Am aus dem Bohrloch herausragenden Ende weist die Gewindehülse 23
einen konischen Gewindeabschnitt 26 auf. Durch das Aufschrauben der Mutter auf diesen
konischen Gewindeabschnitt 26 wird eine radial nach innen auf das Zugelement 11
bzw. 19 einwirkende Normalkraft erzeugt, welche durch Kraft- und Formschluß die
Quetschhülse 22 in axialer Richtung an dem Zugelement festlegt. In gleicher Weise
bewirkt diese Normalkraft einen Kraftschluß zwischen der zylindrischen, glatten
Innenwand der Gewindehülse und der ebenfalls glatten und zylindrischen Außenwand
der Quetschhülse.
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Nachdem während des Setzvorganges die Mutter 25 vom konischen Gewindeabschnitt
26 der Gewindehülse 23 auf deren zylindrischen Gewindeabschnitt 24 gedreht worden
ist, ist die notwendige Klemmkraft erzeugt und kann die Vorspannung dadurch aufgebracht
werden, daß die Mutter über den zylindrischen Gewindeabschnitt 24 der Gewindehülse
23 weiter angezogen wird, wodurch sich durch elastische Verformung des im Bohrlochtiefsten
festhaftenden Zugelementes 11 bzw. 19 die Vorspannung ergibt. Durch eine entsprechende
Bemessung des konischen Gewindeabschnittes 26 der Gewindehülse 23 kann die gewünschte
Vorspannung des Zugelementes 11 bzw. 19 genau vorgegeben werden. Durch Austausch
von Gewindehülsen 23 mit unterschiedlichen Abmessungen und unterschiedlicher Größe
des konischen Gewindeabschnittes 26 lassen sich bei ein und demselben Zugelement
verschiedene Vorspannungen erreichen. Es ist sogar möglich, die Vorspannung (Setzlast
)
gleich der Maximalbelastung des Zugelementes zu wählen. Wird nach dem Setzen der
Gebirgsanker durch das Gebirge aufgelastet, so wird die Mutter 25 über die Druckplatte
28 und die Zwischenscheibe 29 belastet.
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Die Mutter 25 überträgt die in der Ankerachse verlaufende Kraft wegen
ihrer formschlüssigen Gewindeverbindung auf die Gewindehülse 23. Nun hängt es allein
von dem Reibungsschluß zwischen der Innenfläche der Gewindehülse 23 und der Außenfläche
der Quetschhülse 22 ab, wann sich zwischen der Gewindehülse 23 und der Quetschhülse
22 eine Relativbewegung einstellt. Die »Rutschkraft«, d. h. diejenige Kraft, bei
der die Relativbewegung beginnt, wird einerseits durch den Reibungsfaktor zwischen
der Innenfläche der Gewindehülse 23 und der Außenfläche der Quetschhülse 22, zum
anderen durch die zwischen diesen beiden Bauteilen wirkende radiale Normalkraft
bestimmt, die ihrerseits wiederum - wie bereits erwähnt - von den baulichen Abmessungen
der Gewindehülse 23 und vor allem ihren konischen Gewindeabschnitt 26 abhängt. Durch
gegenseitige Abstimmung von Vorspann- und Rutschkraft ist es möglich, den Gebirgsanker
mit einer Setzkraft zu setzen, die seiner Rutschkraft entspricht. Während des Setzvorganges
kann man sogar an dem Einsetzen einer Relativbewegung zwischen der Gewindehülse
23 und der Quetschhülse 22 an der Stelle 30 erkennen, daß die maximal mögliche Setzkraft,
welche der Rutschkraft entspricht, erreicht ist. In diesem Augenblick muß das weitere
Anziehen der Mutter 25 eingestellt werden.
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Die gewölbte Druckplatte 28, die mit ihrem äußeren Bereich 31 am
Gestein im Bereich des Bohrlochmundes anliegt, stützt die Klemm- und Spannvorrichtung
an der Gebirgsoberfläche ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Druckplatte
28 eine durch einen Stopfen 32 verschließbare Öffnung 33. Durch diese Öffnung kann
ein aushärtbarer Füllstoff 20 in das Bohrloch eingefüllt und die Öffnung 33 nach
dem Einfüllen verschlossen werden.
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Die Scheibe 29 ist auf ihrer zur Druckplatte 28 hinweisenden Seite
34 ballig ausgeführt, um vom rechten Winkel abweichende Stellungen zwischen der
Bohrlochachse und der Ebene der Druckplatte ausgleichen zu können.
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In F i g. 5 ist ein Zustand der Klemmverbindung dargestellt, bei
welchem die Quetschhülse 22 mit ihrer inneren profilierten Oberfläche auf dem Seil
11 aufliegt und sich die Spannmutter 25 auf dem konischen Gewindeabschnitt 26 der
Gewindehülse 23 befindet. Dieser Zustand stellt den Beginn des Setzvorganges dar.
Durch Anziehen und Bewegen der Spannmutter 25 über den konischen Gewindeabschnitt
26 der Gewindehülse 23 wird die Quetschhülse 22 mit ihrer profilierten Innenseite
auf die Oberfläche des Seiles 11 gepreßt und dadurch ein Kraft- und Formschluß hergestellt.
Gut zu erkennen ist ein Schlitz 35 in der Quetschhülse 22, der notwendig ist, damit
sich die Quetschhülse 23 unter Einwirkung der radial nach innen wirkenden Normalkraft
in radialer Richtung zusammendrücken läßt. Genau diesem Schlitz 35 gegenüber ist
ein gleichartiger, nicht erkennbarer Schlitz in der Gewindehülse 23 angebracht,
der dem gleichen Zweck dient.
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F i g. 6 zeigt Querschnitte durch Gebirgsanker gemäß der Erfindung
mit einem Seil 11 als Zugelement, der Quetschhülse 22, der Gewindehülse 23 und der
Scheibe 29.
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In F i g. 6a ist ein Querschnitt durch eine Anordnung mit einfach
geschlitzter Quetschhülse 22 und einfach geschlitzter Gewindehülse 23 in der Form
dargestellt,
wie sie der Anordnung in F i g. 5 entspricht. Die Schlitze 35 der Quetschhülse
22 und Schlitze 36 der Gewindehülse 23 sind aufeinander gegenüberliegenden Seiten
angeordnet.
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F i g. 6b zeigt eine Quetschhülse 22 und eine Gewindehülse 23, die
beide doppeltgeschlitzt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel müssen beide doppeltgeschlitzten
Hülsen 22 und 23 durch zusätzliche, nicht dargestellte Einrichtungen im unbelasteten
Zustand zusammengehalten werden. Die Schlitze 35 der Quetschhülse 22 und die Schlitze
36 der Gewindehülse 23 sind um jeweils 90" gegeneinander versetzt angeordnet.
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Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch das Seil 1X, die Quetschhülse 22,
die Gewindehülse 23 und die Scheibe 29, wobei die Quetschhülse 22 und die Gewindehülse
23 jeweils einfach geschlitzt sind. Um zu verhindern, daß sich bei Schwergängigkeit
zwischen der Mutter 25 und der Gewindehülse 23 während des Aufbringens der Vorspannkraft
die Gewindehülse 23, die Quetschhülse 22 und das Seil 11 gemeinsam mit der Mutter
25 drehen, ist die Scheibe 29 mit einer Nase 37 versehen, welche in einen Schlitz
der Gewindehülse 23 eingreift. Durch eine weitere aus F i g. 6 nicht ersichtliche
Nase, die in die Druckplatte 28 eingreift, werden mögliche Drehmomente im Falle
der Schwergängigkeit zwischen Mutter 25 und Gewindehülse 23 auf die Druckplatte
28 übertragen und dadurch auf einem mehrfach größeren Durchmesser als dem Gewindedurchmesser
abgestützt, so daß ein ungewolltes Verdrehen des Gebirgsankers bei Schwergängigkeit
mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.
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F i g. 6d zeigt die gleiche Ausführung mit zwei Nasen 37 bei Verwendung
einer doppeltgeschlitzten Gewindehülse 23.
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F i g. 7 zeigt wiederum einen Längsschnitt durch die Quetschhülse
22, die Gewindehülse 23, die Mutter 25, die Scheibe 29 und die Druckplatte 28. In
dieser Darstellung sind sowohl die Nase 37, die in den Schlitz 36 der einfachgeschlitzten
Gewindehülse 23 eingreift, als auch zwei weitere Nasen 38 zu erkennen, die sich
in der Druckplatte 28 abstützen und - wie bereits erwähnt eine drehfeste Verbindung
zwischen der Gewindehülse 23 und der Druckplatte 28 herstellen, um die bei Schwergängigkeit
der Mutter 25 auftretenden Momente abzustützen.
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Die perspektivische Ausschnittsdarstellung von F i g.
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8 zeigt wiederum das Seil 11, eine doppeitgeschlitzte Quetschhülse
22, eine doppeltgeschlitzte Gewindehülse 23 mit einem konischen Gewindeabschnitt
25 und einem zylindrischen Gewindeabschnitt 24, über die die Mutter 25 geschraubt
werden kann. Die Druckplatte 29 greift mit ihren nicht erkennbaren Nasen 37 und
38 einerseits in die Schlitze bzw. den Schlitz der Gewindehülse 23 und andererseits
in den Schlitz 39 der Druckplatte 28.
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Darüber hinaus ist das Bohrloch 8 zu erkennen.
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F i g. 9a zeigt eine perspektivische Darstellung der Scheibe 29,
auf der die Nase 37 für das Eingreifen in eine einfachgeschlitzte Gewindehülse 23
zu erkennen ist, sowie die beiden Nasen 38, die in den Schlitz 39 der Druckplatte
28 eingreifen.
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F i g. 9b zeigt eine perspektivische Darstellung der Druckplatte
28, in welcher der Schlitz 39 zu erkennen ist, in welchen die Nasen 38 eingreifen.
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F i g. 10 zeigt eine perspektivische Darstellung der Quetschhülse
22 mit einem Längsschlitz 35 und der Gewindehülse 23 mit einem Längsschlitz 36.
Der konische Gewindeabschnitt 26 der Gewindehülse 23 ist ebenso zu erkennen wie
der zylindrische Gewindeabschnitt 24.
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Fig. 11 zeigt das Seil 11, die Quetschhülsc 22 und die Gewindehülse
23 mit ihrem konischen Gewindeabschnitt 26 und ihrem zylindrischen Gewindeabschnitt
24.
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Das Gewinde in der Mutter 25 weist einen zylindrischen Abschnitt 40
und einen konischen Abschnitt 41 auf, die sich beide jeweils hälftig über die halbe
Muttcrnstärke erstrecken. Hierdurch wird erreicht, daß beim Bewegen der Mutter auf
dem konischen Gewindeabschnitt 26 der Gewindehülse 23 der konische Abschnitt 41
im Eingriff ist und eine gute Kraftübertragung gewährleistet, während beim Bewegen
auf dem zylindrischen Gewindeabschnitt 24 der Gewindehülse 23 der zylindrische Abschnitt
40 der Mutter 25 in Eingriff ist und die gleiche gute Kraftübertragung gewährleistet.
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Das Einbringen und Setzen eines abwinkelbaren, mit einem flexiblen
Seil 11 als Zugelement versehenen Gebirgsankers gemäß der Erfindung erfolgt dergestalt,
daß der Gebirgsanker mit einer an sich bekannten Klebepatrone, die einen Zweikomponentenkleber
enthält, um einen verhältnismäßig engen Biegeradius herum in das Bohrloch eingeschoben
wird. Beim Erreichen des Bohrlochtiefsten wird durch das im Bohrloch befindliche
freie Ende des Seiles 11, vorzugsweise durch dessen aufgewickelte Litzen, die Klebepatrone
12 zerstört bzw.
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zerstoßen. Die beiden Komponenten des Klebers fließen nun zusammen
und können durch ein leichtes Drehen des Seiles 11 von dessen aufgespreizten Litzen
miteinander vermischt werden. Die Klebezone des sehr schnell abbindenden Klebstoffes
wird durch die Manschette 14 begrenzt. Nach dem Abbinden des Klebstoffes werden
über das freie Ende des aus dem Bohrloch herausragenden Endes des Seiles 11 die
Quetschhülse 22, die Gewindehülse 23, die Druckplatte 28 und die Scheibe 29 geschoben.
Die Scheibe 29 greift mit ihren Nasen 37 und 38 jeweils in die Schlitze 36 der Gewindehülse
23 und die Schlitze 39 der Druckplatte 28, so daß auch bei Schwergängigkeit zwischen
der Mutter 25 und der Gewindehülse 23 ein Drehen des Ankers mit Sicherheit ausgeschlossen
wird und das Drehmoment über die Scheibe 29 und die Druckplatte 28 auf einem relativ
großen Durchmesser, d. h. Hebelarm auf dem Gebirge abgestützt wird. Die Mutter 25
wird zunächst auf den konischen Gewindeabschnitt 26 der Gewindehülse 23 geschraubt
und erzeugt hierbei eine radial auf das Seil 3 gerichtete Normalkraft, die einerseits
die Quetschhülse 22 so fest auf die Außenfläche des Seiles 11 drückt, daß bis zur
Bruchlast des Seiles ein gegenseitiges Rutschen zwischen dem Seil 11 und der Quetschhülse
22 absolut ausgeschlossen ist. Außerdem wird durch diese radial nach innen gerichtete
Normalkraft die Gewindehülse 23 auf die Quetschhülse 22 aufgepreßt und durch Kraftschluß
eine Haltekraft zwischen diesen beiden Hülsen hergestellt Beim weiteren Verdrehen
der Mutter bewegt sich diese über den zylindrischen Gewindeabschnitt 24 der Gewindehülse
23, bis die Scheibe 29 und die Druckplatte 28 gegen das Gebirge angepreßt werden.
Während dieses Vorganges ist die notwendige Haltekraft zwischen der Gewindehülse
23 und der Quetschhülse 22 erreicht, die bei Belastung des Ankers durch das Gebirge
ein kontrolliertes axialgerichtetes Aufeinandergleiten unter der Nennlast des Ankers
gestattet.
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Das weitere Anziehen der Mutter 25 auf dem zylindrischen Gewindeabschnitt
24 der Gewindehülse 23 erzeugt die Vorspannkraft. In dem Augenblick, indem die Gewindehülse
23 auf der Quetschhülse 22 zu gleiten beginnt, was an der Stelle 30 zu erkennen
ist, ist die gewünschte Vorspannkraft des Ankers, die gleich der Rutschkraft, d.
h. der Nennlast ist, erreicht. Man kann
also beim Setzen des Gebirgsankers einwandfrei
erkennen, wann die durch die Konstruktion vorgegebene Vorspannkraft erreicht ist.
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