DE7936189U1

DE7936189U1 - Ausbaurahmen fuer stollen, tunnel o.dgl.

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Publication number: DE7936189U1
Application number: DE19797936189U
Authority: DE
Original assignee: EVG ENTWICKLUNGS- U VERWERTUNGS-GESELLSCHAFT MBH GRAZ AT
Current assignee: EVG ENTWICKLUNGS- U VERWERTUNGS-GESELLSCHAFT MBH GRAZ AT
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1982-04-01
Also published as: ATA928578A; HU182953B; AT362739B; PL220606A1; GB2036829A; DE2951874A1; GB2036829B; CH644432A5; PL123250B1

Description

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EVO Entwicklunge- UiVerwertunga-Gesellsehaft m.b«H. in Graz (Steiermark, Österreich)

Ausbaurahmen für Stollen, Tunnel od.dgl,

Die Erfindung "betrifft einen Ausbaurahmen für Stollen, Tunnel od.dgl«, der aus Segmenten zusammengesetzt ist, in welchen insgesamt mindestens drei Gurtstäbe einen Außen- und einen Innengurt bilden, wobei diese Gurte durch Ausfachungen miteinander verbunden sind»

Bekannte Ausbaurahmen werden aus einzelnen, vollwandigen, bogenförmigen Segmenten aus Stahl mit im wesentlichen U- oder rinnenförmigen Querschnitt zusammenge- f setzt. Durch kraftschlüssiges Verbinden der Enden von

jeweils zwei benachbart angeordneten Rahmensegmenten werden diese zu einem tragfähigen Rahmen vereinigt. Derartige Rahmen werden in Abständen in den Stollen eingebaut. In die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Rahmen werden meist Bewehrungsgitter, sogenannte Grubengitter, eingefügt und schließlich wird der ganze Ausbau mit Spritzbeton verkleidet.

Da die bekannten Rahmen den hinter ihnen liegenden Fels abdecken, entsteht beim Spritzen des Betons im

EVG Entwieklungs- u·Verwertungs-

Geösllgchaft m.b.H. /

Bereich der Böhmen ein Spritzschstten. Dar fertige Auebau stellt eich also, in Längsrichtung der Stollen betrachtet, als eine Seihe von hinsichtlich ihrer Tragwirkung nicht zusammenhängende? und nicht zusammenwirkender, abwechselnd angeordneter Beton- und Stahlrahmen dar, wobei die Betonrahmen durchwegs satt an dem hinter ihnen befindlichen Fels anliegen, wogeigen die Stahlrahmen den fels nur an einzelnen Stellen berühren. Im Gegensatz zu den Betonrahmen stützen die Stahlrahmen den Fels dah:.-r nur unvollständig an einzelnen Punkten ab* Zwischen den beiden unterschiedlichen Rahmentypen besteht keinerlei kraftschlüssige Verbindung.

Weitere sind auch schon als Fachwerke ausgebildete, ^AXy bogenförmige Ausbauelemente für Streckenausbau, Tunnel und sonstige Üntertagebauwerke bekanntgeworden, die aus miteinander verschweißten Gurt- und Verbindungselementen als Bewehrung für eine Betonauskleidung gebildet werden. Bei diesen bekannten Ausbauelementen dienen als Verbindungselemente der Gurte einzelne, gleichartige, zu Vielecken gebogene, mit einer Trennfuge versehene Bügel, die zickzackförmig aneinandergesetzt und unter Schließung der Trennfuge mit den Gurtstäben verschweißt sind.

Die aus solchen Elementen zusammengefügten Hahmen werden von dem Spritzbeton völlig umschlossen und "bilden im einbetonierten Zustand eine Bewehrung für die Betonauskleidung. Die Verbindung der einzelnen Elemente, aus welchen ein Rahmen zusammengebaut wird, erfolgt durch ineinanderpassende Kupplungsteile an den Enden der zu verbindenden Elemente- Die Kupplungs— teile werden durch Federn, Keile, Exzenter u.dgl. Verbindungsmittel zue ammengehalten.

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Diese Art der Verbindung gestattet lediglich» aus den einzelnen Elementen Bahmen einer ganz bestimmten Große, (Vh. auch mit ganz bestimmtet¹ Querschnittsform, herzustellen. Da die Ausbrucshquerschnitte unbearbeitet und unregelmäßig sind und die in der eben geschilderten Weise zusammengesetzten lahmen keine Anpassung ihre? Größe bzw. ihrer Durchmesser an den Ausbruchquerschnitt gestatten, muß der lahmen - stets kleiner als der kleinste Ausbruchquerschnitt gewählt werden. Die Eahmeη können also, ohne besondere Hilfsmittel, keine, und sei es auch nur eine provisorische Abstützung des Gesteins bieten.

Gerade eine solche Abstützung des Gesteins, möglichst unmittelbar nach erfolgtem Ausbruch, ist aber nach neueren Erkenntnissen äußerst wichtig, weil die Kräfte, die auf die endgültige Auskleidung des Stollens wirken, umso geringer sind, je kürzer die Zeit war, die zwischen dem Ausbruch und dem Aufbringen einer eine Verformung des Gesteins behindernden oder möglichst sogar verhindernden, gewissermaßen die Wirkung des ausgebrochenen Gesteins ersetzenden Gegenkraft verstrichen ist* Die günstigste Wirkung ergibt sich, wenn nach einem anderweitigen Vorschlag unmittelbar nach dem Ausbrechen des Tunnelquerschnitts die einzelnen Segmente eines aus solchen Segmenten zusammensetzbaren Ausbaurahmens mittels hydraulischer Pressen gegen den Ausbruch gepreßt werden, wobei die Endteile benachbarter Segmente ihre Selativlage in Umfangsrichtung der Rahmen ändern, und wenn am Ende des Anpreßvorganges in dem so erhaltenen vorgespannten Zustand des Rahmens die Enden benachbarter Segmente starr miteinander verbunden werden.

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Die Erfindung befaßt sieh mit der Aufgabe, einen *ms ausgefachten Segmenten zusammensetzbaren Ausbaurahmen ssu schaffen, de? es gestattet, eine dem Auebruchquerschnitt anpaßbare und gegen diesen anpreßbare, zur vorläufigen und unmittelbaren Abstützung des Ausbruches bis zum Einbringen der Betonauskleidung geeignete Stützkonstruktion im Stollen au erstellen, welche nach Ummantelung mit dem Beton schließlich auch die Funktion einer in Umfangrichtung des Stollens verlaufenden Betonbewehrung übernimmt«

Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten, ausge« fachten Ausbaurahmen der einleitend angegebenen Gattung ist diese Aufgabe dadurch gelost, daß die Ausfaehungsstäbe der Segmente mit den Gurtstäben derselben an allen Hahmenseiten zumindest angenähert dreieckige Flächen einschließen und daß an mindestens einem Endteil jedes Segmentes Einrichtungen zur Führung des Endteiles des Nachbarsegmentes in peripherer Richtung und zur festen Verbindung der benachbarten Segmente in wählbarer Helativlage vorgesehen sind.

Zufolge ihres geringen Gewichtes und ihrer hohen Elastizität bei Biegebeanspruchungen sind Rahmensegmente nach der Erfindung wesentlich leichter zu handhaben und für das vorstehend erläuterte neue Ausbauverfahren wesentlieh besser verwendbar als die bisher gebräuchlichen vollwandigen Grubenprofile. Im Gegensatz zu den schon erwähnten bekannten ausgefachten Eahiriensegaenten eignen sich die erfindungsgemäSen für das neue Abbauverfahren zufolge ihrer durch die besondere Art der Ausfachung gesicherten Torsionssteifigkeit und zufolge ihrer durch die besondere Ausbildung ihrer Endteile gesicherte, in peripherer Richtung variable Kopplungssiöglichkeit mit Nachbarsegmenten.

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Nach. Aufstellen der Bahmen gemäß der Erfindung und nach Aufbringen der Betonauskleidung liegt der Beton überall satt am Fels an und stützt diesen daher durchgehend und gleichmäßig ab. Dabei bilden auch jene Stellen keine Ausnahme, an welchen die Rahmensegmente durch Verbindungsstücke miteinander verbunden sind, weil die Verbindungsstücke in Umfangsrichtung der Rahmen betrachtet eine so begrenzte Längenausdehnung haben, daß ein Hinterfüllen dieser Abschnitte mit Beton von den Enden der Verbindungsstücke her ohne Schwierigkeiten möglich ist.

Um ein gleitendes Führen der Endteile benachbarter Segmente in peripherer Richtung zu ermöglichen, sowie um eine Möglichkeit zur festen Verbindung der Endteile benachbai'ter Element«* in wählbarer Relativlage mit besonders einfachen Mitteln zu schaffen, sind die einander zugekehrten Endteile benachbarter Segmente vorteilhaft komplementär zusammenpassend ausgebildet, in peripherer Richtung gegeneinander verschiebbar und durch zumindest eine Klemmeinrichtung miteinander verbindbar. Zweckmäßig werden für Zede Verbindungsstelle zwei im Abstand voneinander angeordnete Klemmeinrichtungen verwendet.

Um möglichst große, zusammenwirkende Flächen zu schaffen, längs welcher Kräfte durch ReibungsSchluß übertragen werden können, ist es vorteilhaft, die Endteile so auszubilden, daß sie sich satt ineinander schmiegen können. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zu diesem Zweck die einander zugekehrten Endteile benachbarter Segmente als vollwandlge, rinnenförmige Formstücke mit annaherend U-fönnigen Querschnitt ausgebildet, die in Jedem parallel zu ibrer symmetrie-

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achse geführten Schnitt gleiche Wanddicke haben. Um nach erfolgtem Einbetonieren Tangentialkräfte in der Bewehrung übertragen zu können, ohne auf die längs der Wandungen der Endteile der Segmente herrschenden Reibungskräfte und die dauernde Wirksamkeit der Klemmeinrichtungen angewiesen zu sein, können an die Endteile der Segmente, z.B. durch Schweißung, Stäbe angeschlossen werden, durch welche Kräfte mittelbar über den alle Stäbe umhüllenden Beton - nach Art von Steckeisen - in die Gurtstäbe des benachbarten Rahmensegmentes eingeleitet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist in diesem Sinne an dem einen der miteinander zu verbindenden Endteile benachbarter Segmente eine sich über das Nachbarsegment erstreckende Verlängerung des Außengurtes und an dem anderen Endteil eine sich über das Nachbarsegment erstreckende Verlängerung des Innengurtes vorgesehen.

Vorzugsweise haben alle Ausfachungen Zickzackform. Durch Verwendung langer, zickzackförmig gebogener Stäbe für die Ausfachungen wird die Herstellung der Rahmensegmente erleichtert, weil das zeitraubende Zuführen und exakte Zusammensetzen einer großen Zahl voneinander unabhängiger Einzelteile vermieden wird.

Wenn alle Ausfachungen zwischen paarweise benachbarten Gurtstäben aus durchgehenden, zickzackförmig gebogenen Drähten gebildet sind, so ergibt sich ein räumliches Fachwerk mit einem Maximum an Biege- und Torsionssteif igkeit, bei dem jeweils paarweise einander zügeordnete Fachwerkstreben an einen Gurt so angeschlossen sind, daß das Knickverhalten der druckbelasteten Gurte günstig beeinflußt wird.

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Um beim Anpressen der Segmente gegen den Fels möglichst große Kräfte möglichst direkt auf den Fels zur Wirkung zu bringen, d.h. ohne die erforderlichen großen Druckkräfte über die Fachwerkdiagonalen einleiten zu müssen, sollen die Ausfachungen, welche zu den den Außengurt bildenden Stäben verlaufen, anderen Gurtstäben zugekehrte Innenseiten dieser Außengurtstäbe tangieren, so daß die Außengurtstäbe freiliegen und die Preßwerkzeuge unmittelbar an diesen sich gegen den Fels abstützenden Stäben des Fachwerkes zur Wirkung gebracht werden können.

Im allgemeinen werden für Ausbaurahmen nach der Erfindung bogenförmige, insbesondere kraisbogenförmige Segmente verwendet, die zusammengesetzt runde, insbesondere kreisrunde Ausbaurahmen ergeben. Es können jedoch auch bogenförmige und gerade Rahmensegmente miteinander kombiniert wer:'.-., z.B. um Rahmen in Hufeisenform zu erhalten, oder auch nur gerade Segmente verwendet werden, z.B. um Rahmen in Trapezform zu erhalten. Um im Ausbaurahmen erforderlichenfalls eine Eckenverbindung zu erzielen, können die Endteile von zwei Nachbarsegmenten durch ein zwischengeschaltetes, der Form dieser Endteile angepaßtes Winkelstück miteinander verbunden sein.

Durch Kaltverformen der Gurt- und Ausfachungsstäbe kann eine hohe Festigkeit bei geringen Legierungszusätzen ermöglicht werden, die bei Stäben, bei welchen die erforderlichen hohen Festigkeitseigenschaften durch Legierungszusätze erreicht werden, nicht in befriedigender Weite durchführbar ist. Die elektrische Widerstandsschweißung hat abei den großen Vorteil eines sehr geringen Zeitbedarfes für das Verbinden der

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einzelnen Elemente. Sind große Durchmesser für die Gurtstabe erforderlich, dann ist bei dem heutigen Stande der Technologie eine gleichmäßige Kaltverformung nicht mehr oder nur unter unvertretbar hohem Aufwand möglich. In diesem Falle wird es unvermeidbar sein, die Festigkeit der Gurtstäbe durch Legierung, insbesondere durch erhöhten Kohlenstoffgehalt, zu erzielen* Auch in einem solchen Falle ist jedoch die rationelle Widerstandsschweißung noch anwendbar, wenn

Ί0 die Gurtstäbe aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 % und gegebenenfalls anderen Legierungszusätzen, die Ausfachungsstäbe hingegen aus Stahl mit geringerem Kohlenstoffgehalt als die Gurtstäbe bestehen und gegebenen!alls kaltverformt sind.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt eines Rahmensegmentes mit im Querschnitt in Dreieckform angeordneten Gurtstäben,

Fig. 2 den Querschnitt eines Rahmensegmentes mit im Querschnitt in Trapezform angeordneten Gurtstäben,

Fig. 3 ein Rahmensegment mit dreieckiger Querschnittsform, jedoch mit gegenüber Fig. 1 geänderter Anordnung der Ausf^chungsstäbe,

Fig. 4 ein Rahmensegment ähnlicher Ausführung wie Fig. 3, "bei dem jedoch die Gurtstäbe rechteckigen Querschnitt haben,

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die Pig. 5 und 6 einen Teil eines Sahmensegtodntes nach

Fig. 3 in Seitenansicht bzw. in Draufsicht,

die fig. 7 und 8 die Verbindung aweier benachbarter fiahaenaegmente mit Hilfe ihrer £nd-

teile im Längsschnitt bzw. im Querschnitt und

Fig. 9 eine Eckenverbindung benachbarter Rahmensegmente.

Das Rahmensegment nach Fig. 1 läßt im Dreieck angeordnete Gurtötabe Ί, 2, 3 erkennen. Die beiden Gurtstäbe 1 und 2 haben gleichen Querschnitt und bilden den Obergurt des Rahmensegmentes. Die Qüerschnittfläche des Gurtstabes 3 ist vorzugsweise gleich der Summe der Querschnittflächen der Gurtstäbe Λ und 2. Alle ßurtstäbe sind paarweise durch zickzackförmig gebogene Ausfachungsstäbe 4, 5t 6 verbunden, welche an aufeinanderfolgenden Abbiegestellen jedes Ausfachungsstabes abwechselnd mit dem einen und dem anderen der beiden von diesem Ausfachungsstab verbundenen Gurtstäbe verschweißt sind.

Das Rahmensegment nach Fig. 2 zeigt im Querschnitt vier in Trapezform angeordnete Gurtstäbe 1, 2, 7 und 8, die vorzugsweise durchwegs gleiche Querschnittfläche haben. Wieder sind die Gurtstäbe durch Ausfachungsstäbe 4, 5, 6 und 9 paarweise miteinander verbunden.

Das in Fig. 5 dargestellte Eahmensegnient hat drei Gurtstäbe 1» 2 und 3, deren Anordnung mit jener nach Fig.

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übereinstimmt, jedoch/die Ausfachungsstabe 5i 6 an den.

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einander augekehrten inneren Seiten der Außengurtstäbe 1, 2 angeschweißt« Analog ist der Auäfachungsstab 4 an den inneren, zum Innengurt 3 weisenden Seiten der Außengurtstäbe 1, 2 angeschweißt. Ein Anpreßwerkzeug kann daher an den durch die Pfeile P bezeichneten Stellen leicht zur Wirkung geb'racht werden, um das i'tahmensegment unmittelbar am Außengurt angreifend gegen den Fels zu pressen, ohne daß die Anpreßkräfte über die Ausfachungsstäbe 5 und 6 geleitet werden müßten. Die Fig. $ und 6 zeigen eine Seitenansicht bzw* eine Draufsicht auf ein Rahmensegment gemäß Fig. 3.

Die Gurtstäbe müssen nicht, wie bisher angenommen« Kreisform haben, vielmehr sind auch Stäbe mit anderen Querschnittsformen brauchbar, etwa rechteckige, quadratische, sechseckige oder ovale Stäbe« Fig* 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Rahmensegment ähnlichen Aufbaues wie Fig. 3, nur daß die Gurtstäbe Rechteckform haben, wobei sich, wie dargestellt, auf einfache Weise eine große ebene Berührungszone zwischen den Kuppen der zickzackfbrmigen Ausfachungsstäbe und den Flachseiten der rechteckigen Gurtstäbe erzielen läßt, was besonders für die elektrische Widerstandsschweißung günstig ist.

Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, haben die Rahiaensegmente Bogenform, z.B. im wesentlichen die Form von Kreisabschnitten, so daß mehrere Segmente zu einem geschlossenen, insbesondere kreisförmigen Rahmen zusammensetzbar sind.

Die Verbindung von zwei benachbarten Rahmensegmenten ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. An den Enden der

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Gurtstäbe -I₁ 2 und 3 eines Bahmensegmentes ist durch Schweißverbindungen ein Endteil 10 in Form eines vollw^ndigen, in wesentlichen Unförmigen formstückes angeschlossen, dessen Wandung so geformt ist, daß sie ,jedem parallel zur S^mtnetrieebene S-S des Formstückes geführten Schnitt gleiche Wanddicke hat. In einen derartigen Endteil 10 läßt sich ein gleichgeformter Endteil 11, der an den Gurtstäben 1', 2' und 3' eines zweiten ßahmensegmentes gleichfalls durch Schweißverbindungen angeschlossen ist, satt einlegen« Wie insbesondere aus Fig. ?'zu ersehen ist, reichen die Gurt" stäbe nur so weit in die Endteile 10 und 11 hinein, wie dies für die kraftschlüssige Schweißverbindung der Gurtstäbe mit den Endteilen erforderlich ist. Die Mittelbereiche der Endteile sind frei von Gurtstäben und können daher ohne Behinderung ineinandergeschoben werden.

Mit Hilfe von zwei kräftigen Querjochen 15, 16, die durch nur angedeutete Schraubenbolzen 17, 18 gegeneinander gespannt werden können, werden die Endteile 10 und 11 aneinandergepreßt und so durch Reibungsschluß kraftschlüssig miteinander verbunden. Das Querjoch 16 kann dabei so geformt sein, daß es die ineinanderliegenden Endteile 10, 11 teilweise umschließt.

Gegebenenfalls können an dem Endteil 11 noch State und 13 angeschweißt sein, welche die Gurtstä"be 1 und des mit dem Endteil 10 verschweißten Rahmensegmentes übergreifen. Ebenso kann auch mit dem Endteil 10 ein Stab 14 verbunden sein, welcher den Stab 3' des mit dem Endteil 11 verschweißten Rahmensegmentes übergreift. Im einbetonierten Zustand "bilden diese Stäbe - nach Art von Steckeisen - eine unmittelbare Verbindung der Gurte miteinander und entlasten so nach dem Abbinden des Betons die Klemmverbindung zwischen den

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beiden Düdteilen.

In Fig. 9 ist eine für Bäumen in tfrapezform oder in Hufeisanform verwendbare Eckverbiadung für die ftaamen« segmente dargestellt, wobei gerade Segmente der in fig. 1 gezeigten Quersehnittsform und Bauart angeaommen worden sind. Wie erkennbar« ist im Eckbereich der beiden zu verbindenden Rahmensegmente zwischen diesen ein Winkelstück 19 eingefügt« das aus zwei geraden, den Endteilen der Segmente angepaßten und im Winkel miteinander verschweißten Schenkeln besteht. Die Verbindung der Endteile der Segmente mit den Schenkeln des Winkelstückes erfolgt wieder durch eine oder mehrere Klemmeinrichtungen·

Der Patentanwalt

I.

.S/Fe 22.12.78

Claims

SCHUTZANSPROCHE

1. Ausbaurahmen für Stollen, Tunnel oder dergleichen, der aus Segmenten zusammengesetzt ist, in welchen insgesamt mindestens drei Gurtstäbe einen Außen- und einen Innengurt bilden, wobei diese Gurte durch Ausfacfeungen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfachungsstäbe (4, 5, 6; 4, 5, 6, 9) der Segmente mit den Gurtstäben (1, 2, 3; 1, I, 7, 8) derselben an allen Rahmenseiten zumindest angenähert dreieckige Fläche* einschließen und daß an mindestens eimern Endteil jedes Segmentes Einrichtungen (lo, 11, 15 - 18) zur Führung des Endteiles des Nachbarsegmentes in peripherer Richtung und zur festen Verbindung der benachbarten Segmente in wählbarer Relativlage vorgesehen sind.

( ι ^2B 2. Ausbaurahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Endteile (lo, 11) benachbarter Segmente komplementär zusammenpassend ausgebildet, in peripherer Richtung gegeneinander verschiebbar und durch Klemmeinrichtungen (15 - 18) miteinander verbindbar sind (Fig. 8).

3. Ausbaurahmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Endteile (lo, 11) benachbarter Segmente als voliwandige, rinnenförmige Formstücke mit annähernd U-förntigem Querschnitt ausge-

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bildet sind, die in jedem parallel zu ihrer Symmetrieebene geführten Schnitt gleiche Wanddicke haben (Fig. 8).

4. Ausbaurahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen (11) der miteinander zu verbindenden Endteile (lo, 11) benachbarter Segmente eine sich über das Nachbarsegment erstreckende Verlängerung (12, 13) des Außengurtes (1, 2) und an dem anderen Endteil (lo) eine sich über das Nachbarsegment erstreckende Verlängerung (14) des Innengurtes (3) vorgesehen ist (Fig. 7).

5. Ausbaurahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (lo, 11) von zwei Nachbarsegmenten durch ein zwischengeschaltetes, der Form dieser Endteile angepaßtes Winkelstück miteinander verbunden sind.

6. Ausbaurahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfachungsstäbe (4, 5, 6) aus innerhalb jedes Segmentes des Ausbaurahmens durchgehenden, paarweise benachbarte Gurtstäbe (1-2, 2-3, 3-1) verbindenden, zickzackförmig gebogenen Drähten gebildet sind.

7. Ausbaurahmen nach eli.em der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfachungen (5« 6), welche zwischen den und zu den den Außengurt bildenden Stäben (1, Z) verlaufen, die anderen ^urtstäbe (1-3, 1-2; 2-3, 2-1) zugekehrten Innenselten der Außengurtstäbe (1, Z) tangleren.

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