DE3504004A1

DE3504004A1 - Einzelstabverbindung insbesondere fuer die laengsgurte von gitterartigen segmenten fuer tunnelausbaurahmen

Info

Publication number: DE3504004A1
Application number: DE19853504004
Authority: DE
Inventors: Anton 8034 Germering Gresek; Rudolf 8036 Herrsching Seiz
Original assignee: TUNNEL AUSBAU TECHNIK GmbH
Current assignee: TUNNEL AUSBAU TECHNIK GmbH
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1986-08-07

Description

Einzelstabverbindung insbesondere für die Längsgurte von
gitterartigen Segmenten für Tunnelausbaurahmen Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Einzelstabverbindung insbes.für die Längsgurte von gitterartigen Segmenten für Tunnelausbaurahmen, welche einen mit einer Klaue versehenen Kupplungsabschnitt und einen Endabschnitt aufweist, auf den das Gurtende aufschweißbar ist, wobei die Klaue in ihrer Oberfläche mit Vertiefungen und Vorsprüngen versehen ist, die mit entsprechenden Vorsprüngen und Vertiefungen der Klaue des zu verbindenden Stabes in formschlüssigen Eingriff bringbar sind.
Eine derartige Einzelstabverbindung ist beispielsweise aus dem DE-GM 82 06 277 bekannt und wird dort in Verbindung mit einem gitterartigen Ausbaurahmen eingesetzt.
Die Klauen dieser Einzelstabverbindung sind mit krallenartigen Vorsprüngen versehen, die in an die Krallen angepaßte Kehlen der Gegenklauen eingreifen. Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verzahnung der Verbindungsstelle errreicht, die jedoch zu keiner günstigen Verteilung der in der Verbindungsstelle zwischen den Kupplungsabschnitten übertragenen Zug- und Druckkräfte führt. Darüberhinaus besteht bei sehr hohen Zug- und Schubbeanspruchungen die Möglichkeit, daß sich die Krallen verbiegen. Ferner werden die Kupplungsabschnitte durch einen gemeinsamen Schraubenbolzen zusammengehalten, der bei hohen Zug- und Schubbeanspruchungen abgeschert werden kann. Auch sind durch die relativ hohe Bauweise der Verbindungsstelle und.die damit verbundene Abweichung der Kraftübertragungsflächen von der idealen, in Richtung der Gurtenden verlaufenden Mittellinie erhebliche Biegemomente zu erwarten, die den Einsatz besonderer Stähle erfordern, um Rißbildungen und einen vorzeitigen Bruch der Verbindung zu vermeiden.
Eine andere bekannte Einzelstabverbindung der eingangs genannten Art (DE-PS 34 18 842) verwendet als Vertiefungen in der Klaue zwei halbkreisförmig um einen gemeinsamen Mittelpunkt gebogene, in bezug aufeinander höhenversetzte, ebene und über zwei Höhenstufen ineinander übergehende Ringflächen > deren Mittelpunkt dem Mittelpunkt des Durchgangsloches eines Schraubenbolzens entspricht, der die beiden Kupplungsabschnitte zusammenhält.
Durch diese Konstruktion wird zwar eine weitere Verbesserung der Verteilung der zwischen den Kupplungsabschnitten zu übertragenden Kräfte bei gleichzeitiger Reduzierung der auftretenden Biegemomente erreicht, jedoch nicht der Nachteil beseitigt, daß bei unvorhergesehen hohen Zug-und Schubbeanspruchungen, denen die Verbindungsstelle unterliegt, der Schraubenbolzen abschert. Darüberhinaus bedeutet das Durchgangsloch des Schraubenbolzens eine unerwünschte Querschnittsschwächung der Kupplungsabschnitte.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Einzelstabverbindung der genannten Art so auszubilden, daß eine Querschnittsschwächung der Kupplungsabschnitte durch Schraubverbindungselemente vermieden wird und trotzdem die miteinander in formschlüssigem Eingriff stehenden Klauen sicher zusammengehalten werden und darüberhinaus der tragende Querschnitt der Kupplungsabschnitte bei vergleichsweise kleinem Gesamtdurchmesser erheblich größer als bei den bekannten Konstruktionen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorsprünge und Vertiefungen jeder Klaue eine Schrägverzahnung bilden, die in einer Ebene liegt, welche zur Längsachse der Kupplungsabschnitte bzw. Längsgurte geneigt ist, daß die durch ihre Schrägverzahnungen miteinander in Eingriff stehenden Klauen von einer sie kraftschlüssig umgebenden, rohrförmigen Hülse zusammengehalten werden, deren innerer Querschnitt ursprünglich kleiner ist als der größte gemeinsame Querschnitt der beiden Klauen.
Durch die Querschnittsgrößendifferenz zwischen den in Eingriff stehenden Klauen der Kupplungsabschnitte und der rohrförmigen Hülse und die Schrägverzahnung der Klauen, die von der sie umgebenden rohrförmigen Hülse in Eingriff gehalten werden, wird nicht nur ein dauerhafter Zusammenhalt der Kupplungsabschnitte sichergestellt, da die Hülse, die beim Aufstecken verformt wird, mit letzteren kraftschlüssig verbunden ist, sondern es bleibt auch der kraftübertragende Querschnitt der Kupplungsabschnitte ungeschwächt und vergrößert sich noch von Zahn zu Zahn der miteinander in Eingriff stehenden Schrägverzahnungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
So hat es sich aus Gründen der Herstellungsvereinfachung bewährt, die Schrägverzahnungen gradlinig auszubilden und sie in Richtung quer zur Längsachse der Kupplungsabschnitte bzw. der Längsgurte anzuordnen, wobei zur Vermeidung von auf die rohrförmige Hülse zusätzlich einwirkenden Biegemomenten die Schrägverzahnungen in bezug auf die Längsachse der Kupplungsabschnitte zweckmässigerweise rechtwinklig angeordnet werden. Obgleich der Neigungswinkel Ot der Schrägverzahnungen zur Längsachse der Kupplungsabschnitte bzw. Längsgurte zwischen 1 und 45" liegen sollte, hat sich ein Neigungswinkel von 150 besonders bewährt, da er eine optimale Querschnittsverstärkung liefert.
Das Achsenverhältnis des elliptischen Querschnitts der die Schrägverzahnungen tragenden Klauen sollte zwischen 1:0,99 und 1:0,5 betragen, wobei dann die rohrförmige Hülse zweckmässigerweise einen kreisrunden Querschnitt mit einem Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als die große Achse und größer ist als die kleine Achse des elliptischen Querschnitts der beiden Klauen und zwar an jeder Stelle der miteinander in Eingriff stehenden Schrägverzahnungen, so daß die Hülse beim Aufschieben auf die in Eingriff stehenden Klauen sich in eine ebenfalls elliptische Querschnittsform verformt und dabei mit der Oberfläche der Klauen in kraftschlüssige Berührung tritt.
Anstelle einer rohrförmigen Hülse kreisrunden Querschnitts ließe sich aber auch eine solche elliptischen Querschnitts verwenden, bei der dann das Durchmesserverhältnis ihrer Achsen auf dasjenige des elliptischen Querschnitts der Klauen so abzustimmen ist, daß beim Aufschieben der Hülse ebenfalls eine Verformung der Hülse eintritt, die einen festen Zusammenhalt der über die Schrägverzahnungen in Eingriff stehenden Klauen garantiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Längsschnittansicht der beiden durch Schrägverzahnungen miteinander verbundenen Kupplungsabschnitte der Einzelstabverbindung mit angeschweißten Gurtenden, Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines einzelnen Kupplungsabschnittes ohne angeschweißtes Gurtende, Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Kupplungsabschnitts längs der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine Querschnittsansichteines Kupplungsabschnitts längs der Linie IV-IV in Fig. 2 und Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Kupplungsabschnitts längs der Linie V-V in Fig. 2, gesehen in Richtung der Pfeile D, wobei der Umriß des Längsgurtendes gestrichelt eingezeichnet ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Einzelstabverbindung für die Längsgurte von gitterartigen Segmenten für Tunnelausbaurahmen besteht aus zwei tellerförmigen, übereinandersitzenden Kupplungsabschnitten 1, die, wie aus Fig. 5 ersichtlich, schalenförmig gebogene Endabschnitte 8 aufweisen, auf deren Grund 9 die stabförmigen Enden der Längsgurte 5 aufgeschweißt sind. Jeder Kupplungsabschnitt 1 ist mit einer Klaue 2 versehen, die auf ihrer Innenseite eine Schrägverzahnung 3 aufweist, welche in einer Ebene C-C (Fig.2) liegt, die zur Längsachse 4 der Kupplungsabschnitte 1 bzw. Längsgurte 5 in einem Winkel cc geneigt verläuft, der zwischen 1 und 45°, vorzugsweise jedoch 30° beträgt.
Die durch ihre Schrägverzahnung 3 miteinander in Eingriff stehenden Klauen 2 weisen gemeinsam einen elliptischen Querschnitt 6 auf, dessen große in Fig. 3 mit A bezeichnete Achse quer zur Längsachse 4 der Kupplungsabschnitte bzw.
Längsgurte liegt. In dem in Fig. 1 gezeigten Eingriffszustand der Einzelstabverbindung werden die beiden Kupplungsabschnitte 1 durch eine sie kraftschlüssig umgebende metallene Hülse 7 zusammengehalten. Diese Hülse weist ursprünglich, d.h. vor ihrem Einbau, einen kreisrunden Querschnitt auf, mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als die große Achse A des elliptischen Querschnitts 6, jedoch größer als die kleine Achse B dieses Querschnitts. Dies bedeutet, daß die Hülse beim Aufschieben oder Auftreiben auf die miteinander in Eingriff stehenden Schrägverzahnungen der Klauen verformt wird und dadurch ebenfalls einen elliptischen Querschnitt erhält, der in etwa dem Querschnitt 6 entspricht. Diese Verformung schafft die gewünschte kraftschlüssige Verbindung zwischen der inneren Oberfläche der Bohrung und der äußeren Oberfläche der miteinander in Eingriff stehenden Klauen 2, die eine sichere Verbindung der Klauen und damit Stabilisierung der Einzelstabverbindung bewirkt, so daß die Klauen nicht mehr voneinander gelöst werden können, es sei denn durch eine Rückverformung der Hülse in den kreisrunden Querschnitt. Letzteres ist jedoch unter normalen Einsatzbedingungen der Verbindung nicht zu erwarten.
Anstelle einer rohrförmigen Hülse kreisrunden Querschnitts ließe sich auch eine solche elliptischen Querschnitts verwenden, wobei dann eine der beiden Achsen des elliptischen Hülsenquerschnitts kleiner sein müßte als eine der beiden Achsen A und B des elliptischen Querschnitts 6, um beim Aufschieben bzw. Auftreiben eine bleibende Verformung der Hülse zu erreichen, gleichzeitig jedoch zu verhindern, daß die Wandung der Hülse überdehnt wird und reißt.
In den Fig. 4 und 5 sind weitere Querschnitte des in Fig.2 gezeigten Kupplungsabschnittes dargestellt, wobei der Querschnitt von Fig. 4 durch einen Zahn 10 der Schrägverzahnungen 3 verläuft, der sich bereits unterhalb der Ebene befindet, in der die große Achse A der Querschnittsellipse liegt.
Die Schrägverzahnung 3 der Klaue 2 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei parallelen Zähnen 10,11 und 12, die in entsprechend angepaßte Nuten 13,14 und 15 der Gegenklaue eingreifen, gradlinig sind, also in etwa parallele Zahnflanken besitzen und sich rechtwinklig zur Längsachse 4 der Kupplungsabschnitte 1 erstrecken. Anstelle des dargestellten Zahnprofils ließe sich aber auch ein sägezahnförmiges oder ein anderes geeignetes Profil verwenden. Ebenso könnte anstelle einer gradlinigen Erstreckung der Schrägverzahnung auch eine bogenförmige gewählt werden, obgleich letztere einen höheren Herstellungsaufwand erfordern würde.
Durch Verwendung der rohrförmigen Hülse 7 als Zusammenhalteelement für die beiden Klauen erübrigt sich jegliches Verschrauben, das eine Querschnittsschwächung der Kupplungsabschnitte mit sich bringt. Darüberhinaus hat die Schrägverzahnung den Vorteil, daß der tragende Querschnitt des Kupplungsabschnitts sich von Zahn zu Zahn vergrößert, so daß im Vergleich zu einer geraden bzw. waagrechten Verzahnung der Gesamtdurchmesser der Einzelstabverbindung wesentlich kleiner gehalten werden kann.
Das Achsenverhältnis A:B des elliptischen Querschnitts 6 zweier durch die Schrägverzahnungen 3,3 formschlüssig verbundener Klauen 2,2 liegt zwischen 1:099 und 1:0,5.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die große Achse A 34,8 mm lang und die kleine Achse B 32,8 mm, während der Innendurchmesser der ,unverformten rohrförmigen Hülse 7 34 mm beträgt.

Claims

Einzelstabverbindung insbesondere für die Längsqurte von gitterartigen Segmenten für Tunnelausbaurahmen Patentansprüche l.Einzelstabverbindung insbesondere für die Längsgurte von gitterartigen Segmenten für Tunnelausbaurahmen, welche einen mit einer Klaue versehenen Kupplungsabschnitt und einen Endabschnitt aufweist, auf den das Gurtende aufschweißbar ist, wobei die Klaue in ihrer Oberfläche mit Vertiefungen und Vorsprüngen versehen ist, die mit entsprechenden Vorsprüngen und Vertiefungen der Klaue des zu verbindenden Stabes in formschlüssigen Eingriff bringbar sind, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorsprünge und Vertiefungen jeder Klaue (2) eine Schrägverzahnung (3) bilden, die in einer Ebene (C-C) liegt, welche zur Längsachse (4) der Kupplungsabschnitte (1) bzw. Längsgurte (5) geneigt ist, daß die durch ihre Schrägverzahnungen (3,3) miteinander in Eingriff stehenden Klauen (2,2) von einer sie kraftschlüssig umgebenden, rohrförmigen Hülse (7) zusammengehalten werden, deren innerer Querschnitt ursprünglich kleiner ist als der größte gemeinsame Querschnitt der beiden Klauen (2,2).
2. Einzelstabverbindung nach Anspruch 1, d a d u -r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die miteinander in Eingriff stehenden Klauen (2,2) einen elliptischen Querschnitt bilden.
3; Einzelstabverbindung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die große Achse (A) des elliptischen Querschnitts (6) quer zur Längsachse (4) der Kupplungsabschnitte (1) bzw. Längsgurte (5) verläuft.
4. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schrägverzahnungen (3,3) gradlinig sind und sich quer zur Längsachse (4) der Kupplungsabschnitte (1,1) bzw.

Längsgurte (5,5) erstrecken.
5. Einzelstabverbindung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Schrägverzahnungen (3,3) rechtwinklig zur Längsachse (4) der Kupplungsabschnitte (1,1) bzw. Längsgurte (5,5) erstrecken.
6. Einzelstabverbindung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schrägverzahnungen (3,3) sich bogenförmig erstrecken.
7. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e-t , daß die Schrägverzahnungen (3,3) aus wenigstens zwei Zähnen bestehen.
8. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schrägverzahnungen (3) ein sägezahnförmiges Profil aufweisen.
9. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Neigungswinkel cc der Schrägverzahnungen (3) zur Längsachse (4) zwischen 1 und 45" beträgt.
10. Einzelstabverbindung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Neigungswinkel cc 15 ° ist.
11. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis lO, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Achsenverhältn-is des elliptischen Querschnitts (6) zweier durch die Schrägverzahnungen (3,3) verbundener Klauen (2,2) zwischen 1:0,99 und 1:0,5 beträgt.
12. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die rohrförmige Hülse (7) einen kreisrunden Querschnitt mit einem Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als die große Achse (A) und größer als die kleine Achse (B) des elliptischen Querschnitts (6) der beiden miteinander in Eingriff stehenden Klauen (2,2).
13. Einzelstabverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die rohrförmige Hülse (7) einen elliptischen Querschnitt aufweist, bei dem eine der Achsen kleiner ist als entweder die große Achse (A) des elliptischen Querschnitts (6) oder die kleine Achse (B) des elliptischen Querschnitts (6) der miteinander in Eingriff stehenden Klauen (2,2).