DE3145923C2

DE3145923C2 - Verspannvorrichtung für das Zugglied eines Ankers, insbesondere eines Felsankers

Info

Publication number: DE3145923C2
Application number: DE19813145923
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-11-17
Also published as: CH658100A5; AT376008B; DE3145923A1; ATA421782A

Abstract

Im Bergbau werden z.B. für den Ausbau von Strecken die Gebirgsdrücke nur temporär gehalten, wobei sich das Gebirge ständig weiter verformt. Diese Verformungen müssen einerseits zugelassen werden, damit sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellen kann, andererseits übersteigt das Maß der Verformungen die Dehnfähigkeit der Ankerstäbe aus Stahl. Nach der Erfindung ist das Verankerungselement (5) für einen mit Kraftübertragungsrippen versehenen Stahlstab (1) in mindestens einer radialen Richtung elastisch verformbar. Infolge der bei Überschreitung einer bestimmten Längszugkraft, bedingt durch die schrägen Flanken der Kraftübertragungsrippen (2) auftretenden Ringzugkraft, erfährt es eine Aufweitung. Dadurch geraten die Kraftübertragungsrippen (2) außer Eingriff mit den Ausnehmungen des Verankerungselements (5), das über die Kraftübertragungsrippen gleitend entlang des Stahlstabes um eine gewisse Strecke versetzt wird. Infolge der damit verbundenen Verringerung der Längskraft gelangen die Kraftübertragungsrippen an anderer Stelle wieder in Eingriff mit den Ausnehmungen des Verankerungselements. Bei einer Mehrzahl derartiger Anker entsteht, auf eine größere Gebirgsdruckfläche bezogen, dadurch ein gleichsam kontinuierliches Entlasten der Oberfläche unter dem Gebirgsdruck.

Description

(Kurznachrichten des Steinkohlenbergbau-Vereins Nr. 105, Dezember 1979, Seite 5). Am Kopf der Ankerstange sind Schernocken abgebracht, die bei Belastung des Ankers in Längsrichtung durch die Kunstharzmasse gezogen werden. Die für das Zerspanen des Scherbelages benötigte Kraft steht als Einstellast zur Verfügung, ist aber ebenfalls nicht exakt zu definieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bsi einer Verspannvoirichtung der eingangs angegebenen Art to eine Möglichkeit zu schaff sn, um die Ankerkraft exakter bestimmen und vor allem plastische Formänderungen an den die Verankerung bildenden Teilen zu vermeiden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Verspannvorrichtung, nachdem sie einmal wirksam geworden ist, in der Lage ist, Oberbeansprachungen durch elastische Verformung nacteugeben. Das geschieht in der Weise, daß die Verankerung beim Oberschreiten einer vorbestimmten Ankerzugkraft um einen gewissen Abstand entlang des Zuggliedes versetzt wird und dort durch die mit dem Versetzen verbundene Entlastung des Zuggliedes wieder eine stabile Lage einnimmt.

Bei einem Stahlstab mit Rippen, die ein Teilgewinde bilden und einem als Mutter ausgebildeten Verankerungselement ist hierbei nur eine Aufweitung in Richtung der Gewinderippen erforderlich, damit das Gewinde der Mutter aus der Verzahnung mit dem Stahlstab gelöst wird. Dies erfolgt über die schrägen Flanken der Gewinderippen, auf die die entsprechenden Flächen des Innengewindes der Verankerungsmutter mit zunehmender radialer Kraftkomponente aufgleiten. Die Erfindung ist aber auch bei beliebig ausgebildeten Kraftübertragungsrippen realisierbar, sofern sie schräg zur Staboberfiäche verlaufende Ranken aufweisen und das Verankerungselement entsprechend ausgebildete Ausnehmungen aufweist.

Da der Abstand der in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Kraftübertragungsrippen bei derartigen Stahlstäben im allgemeinen verhältnismäßig groß ist, wird ein -»5 Stahlstab, iiei dem dieser Entlasungsmechanismus ausgelöst wurde, vorübergehend völlig entlastet, bis er durch die Gebirgsverformung wieder Last erhält. Dabei kann es durchaus auch vorkommen, daß ein Verankerungselement für eine gewisse Zeit in aufgeweiteter Stellung verharrt, bis es durch ein erneutes Nachgeben des Gebirgig weiter entlang des Ankerstabes versetzt wird und bei anderen Kraftübertragungsrippen wieder einrastet Da bei einem dichten Raster an Ankern die Belastung der einzelnen Anker unregelmäßig erfolgen wird, werden die Entlastungsmechanismen zu verschiedenen Zeitpunkten wirksam. Auf eine größere Gebirgsdruckfläche gesehen, entsteht dadurch ein gleichsam kontinuierliches Entlasten der Oberfläche unter dem Gebirgsdruck.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Verankerung nach der Erfindung, die

F i g. 2a bis 2c in schematischer Darstellung verschiedene Phasen der Entlastu'. g der Verankerung und die

Fig.3 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele für das Verankerungselement

In dem iii F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel jst ein Ankerzugglied in Form eines Stahlstabes t mit warmgewalzten,- schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen 2, die aufeinander gegenüberliegenden Seiten des Stabes 1 liegen, in einem Bohrloch 3 im Gebirge 4 angeordnet und mittels einer Verankerungsmutter 5 gegen eine Ankerplatte 6 verankert, die gegen die Oberfläche des Gebirges 4 anliegt

In den Fi g. 2a bis 2c ist in drei verschiedenen Phasen die Funktion der erfii>dungsgemäßen Verankerung dargestellt Die Darstellung der F i g. 2a entspricht derjenigen nach Fig. 1. Die Verankerungsmutter 5, die an der Innenseite mit den Rippen 2 des Stählstabes 1 entsprechenden Ausnehmungen 7 versehen ist, befindet sich im Eingriff mit dem Stahlstäb 1 und bewirkt dessen Verankerung gegenüber der Ankerplatte 2. Infolge der dem Stahlstab 1 innewohnenden Längszugkraft entstehen im Bereich der schrägen Flanken 8 der Rippen radial nach außen gerichtete Kraftkomponenten, die in der Verankerungsmutter 5 eine Ringiwgkraft hervorrufen.

Wenn diese Ringzugkraft infolge Vergrößerung der Längszugkraft im Stahlstab 1 größer wird, al; die Verankerungsmutter 5 aufgrund ihrer erfindungsgemäß vorgesehenen Elastizität aufnehmen kann, kann die Verankerungsmutter 5 sich in Richtung des Pfeiles 9 in F i g. 2b aufweiten, so daß die Rippen 2 außer Eingriff mit den Ausnehmungen 7 geraten und die zwischen den Ausnehmungen 7 liegenden Bereiche 10 des Verankerungskörpers auf die Oberflächen der Rippen 2 aufklettern. Dadurch kann der Stahlstab 1 nachgeben und um eine gewisse Strecke durch die Verankerungsmutter 5 hindurchgleiten.

In Abhängigkeit von der Größe der Längszugkraft im Stahlstab 1 und auch in Abhängigkeit vom Abstand der Rippen 2 bzw. der Ausnehmungen 7 rastet die Verankerungsmutter 5 infolge ihrer Elastizität aa einer anderen Stelle des Stahlstabes 1 wieder ein, so daß nach dem Versatz des Stahlstabes 1 wiederum eine stabile Verankerung vorhanden ist (F i g. 2c).

In den Fig.3 bis 7 sind einige Möglichkeiten für die Ausbildung der Verankerungsmutter dargestellt, um ihr die für eine radiale Aufweitung erforderliche elastizität bzw. Rückstellkraft zu verleihen.

Die Mutter 5a in Fig.3 ist einstückig ausgebildet. Ausgehend von dem zentralen Hohlraum 10, in dessen Innenwand sich Gewindegänge befinden, die mit den Rippen 2 eines Stahlstabes korrespondieren, sind an einander gegenüberliegenden Seiten diesen erweiternde axiale Bohrungeü 11 vorgesehen. Dadurch wird der für die Aufnahme der Ringzugkraft erforderliche Querschnitt der Mutter an diesen Stellen geschwächt und zugleich die Achse des Querschnitts nach außen gelenkt. Hierdurch werden an einander gegenüberliegenden Stellen weiche, gelenkartig wirkende Stellen geschaffen, so daß die Mutter 5a sich in zur Verbindungslinie dieser Stellen senkrechter Richtung elastisch verformen kann, wenn ihre Gewindegänge auf die schrägen Flanken der gestrichelt angedeuteten Gewinderippen 2 aufklettern.

Die in F i g. 4 dargestellte Mutter 5b besteht aus zwei Teilen 12 und 13. Beide Teile berühren sich in einer radialen Fuge 14. In den mit einem Sechskant versehenen unteren Uereichen der beiden Teile 12 und 13 der Mutter 5b sind zylindrische Ansätze 15 und 16 angeordnet, die von einer geschlitzten Hülse 17 aus hochfestem Stahl umschlossen sind. Die Aufweitung der

Mutter 5b erfolgt entlang der Fuge 14 durch Aufbiegen der Hülse 17.

Auch die in F i g. 5 dargestellte Mutter 5c besteht aus zwei Teilen 18 und 19, die sich in einer radialen Fuge 14 berühren. An einander gegenüberliegenden Seiten der Mutter sind in Vertiefungen 20 schwalbenschwanzartige Vorsprünge 21 angeordnet, hinter die jeweils eine Klammer 22 greift Die Aufweitung dieser Mutter 5c erfolgt also durch elastisches Auseinanderbiegen der Klammern 22.

In ähnlicher Weise ist die Mutter 5dausgebildet, die in Fig.6 in Draufsicht und Seitenansicht dargestellt ist. Auch diese Mutter besteht aus zwei Teilen 23 und 24. Jeweils von der Oberseite und der Unterseite der Mutter her sind Ausnehmungen 25 vorgesehen mit Bohrungen, in die haarnadelartige Klammern 26 eingesetzt sind.

Schließlich ist es auch möglich, wie in Fig.7

dargestellt, bei einer Mutter Se an den Längsseiten durchgehende Ausnehmungen 27 mit Vorsprüngen 28 vorzusehen, um die als geschlossene Ringe ausgebildete Federbänder 29 herumgelegt sind.

s Unabhängig von den dargestellten Ausführungsformen gibt es noch weitere Möglichkeiten für die Ausgestaltung eines derartigen elastisch verformbaren Verankerungselements. Auch ist die Erfindung nicht an einen Stahlstab gebunden, der mit Gewinderippen der

to beschriebenen und dargestellten Art versehen ist. Es können vielmehr auch Stahlstäbe Verwendung Finden, die mit beliebig ausgebildeten Kraftübertragungsrippen ausgestattet sind, sofern diese mit schrägen Flanken versehen sind und die Ausnehmungen der Veranke rungselemente entsprechende Schrägflächen aufweisen, damit die eine Aufweitung des Verankerungselements bewirkende horizontale Kraftkomponente wirksam werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Yerspannvorrichtung für das Zugglied eines Ankers, insbesondere eines Felsankers, wobei das Zugglied aus einem ein- oder mehrteiligen Stahlstab besteht, der aufeinander gegenüberliegenden Seiten seines Umfangs mit vorzugsweise auf einer Schraubenlinie liegenden und zumindest ein Teilgewinde bildenden Kraftübertragungsrippen versehen ist, und die Verspannvorrichtung aus einem gegen eine den Bohrlochmund umgebende Ankerplatte verspannbaren, auf das luftsei tige Ende des Ankerstabes aufbringbaren Verankerungselement besteht, welches kraftübertragende Mittel zum Eingriff mit den Kraftübertragungsrippen des Ankerstabes aufweist, die bei Überschreitung einer vorgegebenen Ankerlängszugkraft infolge Verformung außer Eingriff mit den Kraftübertragungsrippen bringbar sind, bis die vorgegebene Längszugkraft wieder unterschritten ist, dadj»*⁰" gekennzeichnet, daß das ^M Verankerungselement mit zum Eingriff mit den schräg zur Staboberfläche verlaufende Flanken aufweisenden Kraftübertragungsrippen (2) des Ankerstabes (1) geeigneten, ebenfalls schräg verlaufende Flanken aufweisenden Ausnehmungen (7) verse- ^a hen und in radialer Richtung quer zur Längsachse des Ankerstabes elastisch aufweitbar ausgebildet ist, derart, daß es bei Überschreitung der vorgegebenen Ankerlängszugkraft über die Kraftübertragungsrippen (2) gleitend entlang des Ankerstabes (1) um eine ^x gewisse Strecke versetzbar ist.

2. Verspannvorrichfung nart Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dps Verankerungselement als Mutter (5) ausgebildet ist und rfr-Ausnehmungen (7) Cewindegänge sind.

3. Verspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (5 a) an mindestens zwei vorzugsweise einander gegenüberliegenden Stellen eine Verringerung des die Ringzugkraft aufnehmenden Querschnitts aufweist

4. Verspannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung so angeordnet ist, daß die Achse des die Ringzugkraft aufnehmenden Querschnitts an den Stellen der Querschnittsverringerung nach außen gelenkt ist.

5. Verspannvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (5a) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von der zentralen Bohrung ausgehende Ausnehmungen (11) aufweist.

6. Verspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (5b, Sc) aus zwei einander in einer radialen Fuge (14) berührenden und durch Federelemente (17 bzw. 22) kraftschlüssig zusammengehaltenen Teilen (12,13 bzw. 1g, 19 bzw. 23,24) besteht.

7. Verspannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelement eine geschlitzte Hülse (17) aus hochfestem Stahl vorgesehen ^w ist, welche die Teile (12, 13) des Verankerungselements (5b) ringförmig umgibt.

8. Verspannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelemente Klammern (22,26,29) vorgesehen sind, die an den Teilen (18,19 bzw. 23,24) des Verankerungselements angreifen.

Die Erfindung betrifft eine Verspannvorrichtung für das Zugglied eines Ankers, insbesondere eines Felsankers, .mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Im Bergbau werden für den Ausbau von Strecken in großem Maße Felsanker verwendet Als Zugglieder für diese Anker eignen sich vor allem Stahlstäbe, die mit warmgewalzten, schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen versehen sind, welche ein Teilgewinde bilden, auf das mit entsprechendem Gegengewinde versehene Verankerungskörper aufgeschraubt werden können. Diese Stahlstäbe besitzen durch die Rippen einerseits eine gute Verbundwirkung im Bereich der Verankerungsstrecke, andererseits kann die Verankerung in einfacher Weise durch Aufschrauben von Verankerungskörpern erfolgen.

Vor allem bei tiefen Lagerstätten werden die Gebirgsdrücke durch Ausbau nur temporär· gehalten, wobei sich das Gebirge ständig weiter verformt Dabei besteht das Problem, daß einerseits Verformungen des Gebirges zugelassen werden müssen, damit sich nach dem Ausbruch ein neuer Gleichgewichtszustand einstellen kann, daß andererseits aber die Verformungen eine Größenordnung erreichen, welche die Dehnfähigkeit der Ankerzugglieder aus Stahl weit überschreitet

Mit einer Verspannvorrichtung der eingangs angegebenen Art ist eine Verankerung für drückendes Gebirge bekanntgeworden, die an der Aasbruchfläche große Verformungen erlaubt, ohne zu versagen. Diese Verspannvorrichujng besteht aus einer von einem Stahlstab durchsetzten Stahlhülse, deren sich zur Ankerplatte hin verjüngende Bohrung mit stückigem Füllgut, z. B. Stahlkugeln, gefüllt und abgeschlossen ist (DE-OS 27 51 020). Bei einer auf den Stahlstab wirkenden Zugbelastung wird das in dem Hohlraum befindliche Füllgut in den sich verjüngenden Spaltraum eingepreßt Dabei entstehen an dem stückigen Füllgut so hohe örtliche Pressungen, daß es in den /u kuppelnden Teilen neben elastischen auch plasti'-che Verformungen hervorruft, wobei Relativverschiebungen zwischen den zu kuppelnden Teilen auftreten.

Bei einer Verspannvorrichtung dieser Art ist es auch bekannt, das stückige Füllgut in zumindest zwei unterschiedlichen Größen vorzusehen und derart anzuordnen, daß die größeren Stücke des Füllgutes im Bereich des sich verjüngenden Endes des Innenraums angeordnet sind (DE-OS 31 28 419). Durch den derart geschichteten Aufbau des stückigen Füllgutes werden den einzelnen Schichten unterschiedliche Aufgaben zugeordnet Die aus den kleineren Einzelstücken bestehende Schicht soll bei den anfänglichen Verschiebungen in der Hülse eine Druckbelastung auf die Schicht mit den größeren Einzelstücken ausüben, die sich ihrerseits in das Material des Stabes und/oder der Hülse und des Stabes einpressen und die Kraftübertragung. auch bei großen Verschiebungen des Stabes bewirken sollen.

Infolge der nicht beeinflußbaren Lage des stückigen Füllgutes in dem Hohlraum sind weder die Ankerkraft, noch das Maß des Nachgebens der Verankerung exakt bestimmbar. Außerdem sind für die Wirksamkeit der Verankerung neben elastischen vor allem plastische Verformungen notwendig, die zu Festigkeitsbeeinträchtigungen an dem zu verankernden Stahlstab führen können.

Weiterhin ist ein nachgiebiger Gebirgsanker bekanntgeworden, bei dem die Ankerstange in ein mit Kunstharzmörtel gefülltes Stahlrohr eingeklebt ist