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Verankerungsvorrichtung Die Erfindung hat einen spreizbaren Verankerungskopf
zum Gegenstand oder, mit anderen Worten, eine Vorrichtung, die als fester Punkt
auf dem Grund eines Bohrloches, und zwar insbesondere in felsigem Boden und allgemein
in jeder zusammenhängenden Gesteinsmasse dienen kann.
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Solche Vorrichtungen werden zu sehr verschiedenen Zwecken verwendet,
beispielsweise zur Verbolzung des Hangenden, beim Bergbau, im Englischen roof bolting,
einer Maßnahme zur Verfestigung des Hangenden durch in diesem verankerten Bolzen,
die mittels einer Mutter eine unter dem Gewölbe fest gespannte Stützplatte halten.
In diesem Fall bildet der Spreizkopf den Kopf des Bolzens, der die festen und nicht
dem Zubruchgehen unterworfenen Schichten des Hangenden und die dem Zubruchgehen
unterworfenen Schichten des Hangenden verbindet. Die Tiefe des Bohrloches ist ebenso
wie die Länge des Bolzenschaftes je nach den Umständen veränderlich. Ferner finden
sie Anwendung für den Ausbau von Stallen, für das Verankern ohne Vergießen, zur
Verstrebung von Pylonen, für dien Transport oder das Ausbrechen von Felsblöcken.
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Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, deren
Arbeitsweise in zwei Arbeitsgängen vor sich geht.
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Im ersten Arbeitsvorgang wird eine Teilspreizung vorgenommen, die
die Feststellung der Festigkeit des Gesteins im Bohrloch und mindestens teilweise
die
Verankerung der Vorrichtung ermöglicht. Falls diese erste Spreizung eine ausreichende
Verriegelung bewirkt hat, folgt der zweite Arbeitsgang mit der endgültigen stärkstmöglichen
Spreizung, wobei die Verankerungskraft von dem auf die Endmutter ausgeübten Drehmoment
abhängt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem hohlen lletallzvlinder,
vorzugsweise aus Stahl, der in zwei sich in Längsrichtung erstreckende Sektoren
aufgespaltet ist, mindestens zwei Gruppen von durch Schrägflächen begrenzten Ausnehmungen,
die an den Stoßstellen der Sektoren in verschiedener Höhe des Zylinders vorgesehen
sind und die zur Aufnahme entsprechender, an einem Bolzenschaft angeordneter Zapfen
dienen, wobei die zweite bzw. jede folgende Gruppe von Ausnehmungen mit ihren Schrägflächen
sowie die entsprechenden Zapfengruppen so angeordnet sind, daß jede Zapfengruppe
einen Leerhub ausführen kann, der dem Gesamthub der vorhergehenden Zapfengruppe
entspricht und diejenigen Teile des Schaftes, die sich jeweils zwischen zwei Zapfengruppen
befinden, eine geringere Zugfestigkeit haben als der schwächste Teil des Schaftes
in der Weise, daß die Zugfestigkeit mit jeder Zapfengruppe zunimmt, was beispielsweise
durch entsprechende Gestaltung von Einschnürungen, örtlichen Querschnittsveränderungen
oder anderen Sollbruchstellen erreicht wird-.
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Die Zahl der Ausnehmungen oder Zapfen jeder Gruppe ist vorzugsweise
gleich der Zahl der Zylindersektoren. Der Zylinder ist vorteilhafterweise mit äußeren
Aufrauhungan versehen, die geeignet sind, seine Verankerung auf dem Grund des Bohrloches
zu gewährleisten.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Das aus Zylinder und
Schaft bestehende Aggregat wird auf den Grund des Bohrloches gebracht, dessen Durchmesser
vorzugsweise zwischen dem des eigentlichen Zylinders und dem des um die Aufrauhung
beschriebenen Zylinders liegt.
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Nun wird auf den Schaft beispielsweise durch Anziehen der Endmutter
ein Zug ausgeübt. Dies hat zur Folge: a) eine Druckausübung durch die erste Zapfengruppe,
die eine teilweise Spreizung und die Verriegelung der Vorrichtung bewirkt, wenn
die das Bohrloch umgebende Gesteinsmasse hart genug ist und ein Herausreißen der
Vorrichtung, wenn die Gesteinsmasse zu nachgiebig ist; b) den Bruch des Schaftes
zwischen den zwei Zapfengruppen:; die erste Zapfengruppe bildet dabei bei der durch
sie verursachten Teilspreizung eine bleibende Verriegelung; dieser Bruch dient dem
Bedienungsmann, der das Spreizen vornimmt, als Zeichen dafür, d:aß die Verankerung
fest ist und damit eine sichere Verankerung vorliegt; c) das Inwirkungtreten, der
zweiten Zapfengruppe und derfolgenden.Gruppen,bis zurletztenSpreizung; diese Spreizung
kann sich wenigstens teilweise aus der Wirkung der durch den Schaft des Bolzens
aufgenommenen Belastung, beispielsweise durch die Masse des abzustützenden Hangenden,
ergeben. Im nachstehenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beispielsweise beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigt Abb. i einen Aufriß
der Vorrichtung gemäß der Erfindung, Abb. 2 eine Draufsicht derselben (bei Verwendung
von zwei Spreizsektoren), Abb. 2 a eine Draufsicht (bei Verwendung von drei Spreizsektoren),
Abb. 3 einen Längsschnitt nach der Linie a-a der Abb. 2, Abb, q. einen: Aufriß,
der die Stellung der Teile bei der ersten Verriegelung zeigt, Abb. 5 einen Schnitt
nach der Linie b-b der Abb. q., Abb. 6 einen Aufriß, der die Stellung der Teile
hei der letzten Verriegelung zeigt, Abb. 7 einen. Schnitt nach der Linie c-c der
Abb. 6 bei Verwendung von drei Spreizsektoren, Abb. 7 a einen Schnitt nach der Linie
c-c der Abb. 6 bei Verwendung von drei Spreizsektoren, Abb. 8, 9, 1o und ii entsprechen
den Abb. i, 3, . und 6 und zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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Wie sich aus den Abb. i bis 7 ergibt, setzt sich das Gerät wie folgt
zusammen: a) aus einem hohlen Metallzylinder A, der aus zwei Sektoren i und 2 besteht,
an deren Stoßstellen zwei Gruppen von Ausnehmungen q. und 5 vorgesehen sind, deren
Wände 4.a, e, 5a, 5b keilförmige Schrägflächen bilden; der Zylinder A ist an seinem
Umfang mit Aufrauhungen 6 versehen; die Sektoren stehen. mittels Nasen 2a, ib so
miteinander im Eingriff, d@aß sie sich gegeneinander nicht in Längsrichtung verschieben
können, wobei die Nasen entgegengesetzt gerichtet sind und außerdem als Anschläge
für die Zapfen C, D dienen; b) aus einem Bolzenschaft. B, der an seinem Ende
eine Mutter io oder irgendeine andere Vorrichtung trägt, die ein Festziehen gestattet.
Dieser Schaft ist mit zwei Gruppen von Zapfen C, D versehen, die den. Ausnehmungen
q. und 5 entsprechen, wobei der Abstand zwischen den Zapfen C, D größer ist als
der, der die Schrägflächen. der Ausnehmungen 4. und 5 trennt. Zu diesem Zweck ist
die Ausnehmung 5 in .ihrem Teil 5a mit parallelen Flächen ausgebildet. Der Schaft
B ist zwischen den Zapfengruppen C, D mit einer Einschnürung S versehen, um die
Festigkeit des Schaftes zwischen .diesen Zapfengruppen herabzusetzen.
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Eine provisorische Bindung E ist vorteilhafterweise für das Zusammenhalten
der Sektoren des Zylinders während des Einbringens der Vorrichtung vorgesehen.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Das Gerät wird auf
den Boden des Bohrloches aufgesetzt. Dort wird es durch die Aufrauhungen 6 des Zylinders
gehalten, wobei das Bohrloch vorzugsweise einen Durchmesser hat, der zwischen dem
des Zylinders A und zwischen dem des geometrisch um die Aufrauhungen 6 beschriebenen
Zylinders liegt.
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Der Schaft wird durch das Festziehen der
unteren Mutter
oder auf irgendeine andere geeignete Weise (in der Zeichnung gesehen.) nach unten
gezogen, wobei die Zapfen der Gruppe C, die im nachstehenden als Sicherheitszapfen
bezeichnet werden, in Wirkung treten und ein. Spreizen des Endteiles des Zylinders
bewirken, bis sie auf die Nase 2a (Abt. q. und 5) auftreffen.
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Wenn das Gestein keine ausreichende Festigkeit besitzt, so hat der
auf die Stange B ausgeübte Zug keinen Bruch derselben, an, der Einschnürung S zur
Folge, die für eine bestimmte Beanspruchung vorgesehen ist, so daß das Ganze aus
dem Bohrloch herausgerissen wird.
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Wenn das Gestein hält, bewirken die Sicherheitszapfen C die Verriegelung
der Vorrichtung, auf die der Bruch, des Schaftes an der Einschnürung S folgt. Dieser
Bruch ist für den Bedienungsmann ein Zeichen, daß die Verankerung ausreichend ist.
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Die Zapfen D haben bis zu diesem Zeitpunkt erst einen Leerhub ausgeführt
und treffen nunmehr auf die Schrägflächen 5a, 5b auf, wobei sie die letzte Spreizstufe
bewirken (Abh. 6 und 7).
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Meistens bleibt dieser Spreizhub der Zapfen D für die Elastizität
der Stützung vorbehalten. Sobald man sich von der Festigkeit der Verankerung durch
den Bruch des Bolzenschaftes B bei S überzeugt hat, kann es zweckmäßig sein, ein
Spiel beizubehalten, welches in gewissen Fällen Messungen der Belastung durch, Beobachtung
der Bewegungen des Bolzenschaftes B nach dem Einbringen der Vorrichtung (durch Anbringen.
fester Markierungspunkte) ermöglicht.
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Die oben beschriebene Vorrichtung kann nicht nur aus zwei, sondern
beispielsweise auch aus drei Sektoren bestehen. Die Abb. i, 3, q. .und 6 bleiben
in diesem Fall unverändert. Ein solches Gerät ist in den Abb. i, a a, 3, q,, 6 und
7 a dargestellt, wobei die Sektoren die Bezugszeichen r, z., 3 tragen.
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Eine Abänderungsform ist durch Abb. 8, 9 bzw. io und ii dargestellt,
bei welcher das Gerät nur aus zwei Sektoren besteht und die erste Spreizung eine
starke Verankerung gewährleistet, die durch einen großen Bruchquerschnitt bedingt
ist, während die zweite Spreizung mit einem Hub erfolgt, der etwa gleich dem der
ersten Spreizung ist und eine etwa gleichwertige Verankerung gibt.
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Selbstverständlich hängen die Abmessungen des Gerätes, die Zahl der
in Längsrichtung sich erstreckenden Elemente oder Sektoren des zylindrischen Körpers,
der Durchmesser der Sollbruchstelle, das Verhältnis des Durchmessers der letzteren
zum engsten Querschnitt des Schaftes, die maximale Sicherheitsspreizung und die
maximale letzte Spreizung von den Anwendungsbedingungen und den Besonderheiten des
Bohrloches (der Natur des Gesteins und der Tiefe und dem Durchmesser des Bohrloches)
ab.
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In gleicher Weise kann innerhalb des Rahmens der Erfindung eine größere
Länge des Gerätes vorgesehen werden, mit zwei oder mehreren hintereinander angeordneten
Sollbruchstellen, beispielsweise für sich steigernde Anzugsmomente. Es gibt daher
zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Brüche, dieselbe Zahl von. aufeinanderfolgenden
Verriegelungen und eine endgültige Spreizverspannung. Die Zapfen sind dabei entsprechend
ausgebildet, wobei der Leerhub jedes Zapfens gleich dem Gesamthub des vorhergehenden
Zapfens ist.
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Für gewisse Anwendungsfälle, insbesondere für die Verankerung von
Seilen, wird der Schaft vorteilhafterweise durch ein unmittelbar mit den Zapfen
verbundenes Stahlkabel ersetzt.
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Die Zeichnungen zeigen einen festen Anschlag, der die maximale Spreizung
begrenzt. Dieser feste Anschlag kann weggelassen werden, wo eine unbeabsichtigte
ruckweise Belastung od. d'gl. im Gegenteil eine zusätzliche elastische Spreizung
bis zum Bruch des Zugschaftes nach dem Strecken desselben bewirken soll.