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Dokumentenidentifikation DE69230145T2 09.03.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0595966
Titel SEILANKER
Anmelder J.J.P. Geotechnical Engineering Pty. Ltd., East Hawthorn, Victoria, AU
Erfinder FULLER, Peter Gilmour, East Hawthorn, VIC 3123, AU;
O'GRADY, Paul, East Hawthorn, VIC 3123, AU
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69230145
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, MC, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 22.07.1992
EP-Aktenzeichen 929162527
WO-Anmeldetag 22.07.1992
PCT-Aktenzeichen AU9200369
WO-Veröffentlichungsnummer 9303256
WO-Veröffentlichungsdatum 18.02.1993
EP-Offenlegungsdatum 11.05.1994
EP date of grant 13.10.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2000
IPC-Hauptklasse E21D 21/00
IPC-Nebenklasse F16B 39/36   F16B 39/284   E02D 5/80   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Anker, Stäbe und Drähte und ähnliche Vorrichtungen, die zum Beispiel als Gruben- oder Gebirgsausbau und Verstärkung in geologischen Umgebungen, einschließlich Untertagegruben oder Tunnel, oder bei anderen Stabilisierungsanwendungen und auch allgemeiner bei Verstärkungsanwendungen verwendet werden. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Endstücke oder Mittel zur Befestigung der Anker, Stäbe oder Drähte.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Es gibt zahlreiche Beispiele für Arten von Gebirgs- oder Bodenstabilisierungssankern, die die Form eines starren Stabs aufweisen. Der starre Stab weist im allgemeinen einen länglichen Schaft zur Einführung in ein von einer Ausschachtung aus in umgebendes Gebirge, das festgehalten oder stabilisiert werden soll, gebohrtes Bohrloch auf. Der installierte Stab wirkt als Gebirgsanker, der zusammen mit einer an einem Ende des Stabs vorgesehenen Platte und Mutter dazu dient, die Gefahr eines Einsturzes des das Dach oder die Wände bildenden Gebirges zu vermindern oder den Boden der Ausschachtung zu heben.

Das Bohrloch wird in der Regel auf eine derartige Tiefe gebohrt, daß ein Ende des starren Stabs und mindestens ein Teil der Länge des Stabs neben diesem einen Ende durch ein schnell aushärtendes Harzgemisch, eine andere Zementierungsformulierung oder eine mechanische Verankerungsvorrichtung an relativ stabilem Gebirge befestigt wird.

Derartige starre Stäbe sind oftmals nur von begrenztem Nutzen, wenn ein Bohrloch tief in das Dach der Ausschachtung gebohrt werden muß, bevor man auf relativ feste Gebirgsschichten trifft, oder wenn dickere Zonen verstärkt werden sollen. Die starren Stäbe sind relativ unflexibel, und somit muß ein Stab, dessen Länge größer ist als die Höhe der Grube oder des Tunnels oder einer beliebigen anderen Ausschachtungsart, plastisch verformt und dann wieder geradegerichtet werden, bevor er in das Bohrloch eingesetzt werden kann. Starre Stäbe eines bestimmten Durchmessers haben auch eine relativ begrenzte Tragfähigkeit, und deshalb muß über eine gegebene Fläche eine relativ große Anzahl von starren Stäben verwendet werden, um die erforderliche Ausbau- oder Verstärkungswirkung zu erzielen.

In der deutschen Patentanmeldung DE 34 35 117A wird ein als Seil ausgebildeter Gebirgsanker gezeigt. Der darin offenbarte, als Seil ausgebildete Gebirgsanker weist einen starren End- oder Hülsenteil auf, der am Ende des Seilteils des Ankers ausgebildet ist, um das Anbringen einer Platte und einer Mutter am Anker zu ermöglichen. Das starre Ende wird in der Regel durch zum Beispiel Gießen oder Kaltaufpressen auf dem Seil vorgeformt, und deshalb wird der Seilanker mit einer vorbestimmten Länge bereitgestellt. Demgemäß muß ein Seilanker in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe bestellt und der Ausschachtungsstelle bereitgestellt werden. Dies ist oftmals dort nicht praktisch, wo die Tiefe von Bohrlöchern von Bereich zu Bereich unterschiedlich sein muß.

Ein anderer als Seil ausgebildeter Gebirgsanker wird in der UK-Patentschrift Nr. GB2084630A offenbart. Das darin offenbarte Seil weist an einem Ende des Seils ein verankertes Drehteil auf, das in das Bohrloch eingeführt wird, um den Anker zu befestigen. Am andere Ende des Ankers ist ein starrer Teil vorgesehen, an dem eine Platte und eine Mutter angebracht werden können. Bei dem in der GB2084630A offenbarten Anker treten auch ähnliche Probleme wie bei der DE 34 35 117A hinsichtlich verschiedener Bohrlochtiefen auf.

Ein weiteres Problem bei starren Stabankern ist ihre begrenzte Tragfähigkeit pro Ankerdurchmessereinheit. Wenn der starre Stabanker eingebaut ist, wird die Last des Gebirges, das das unmittelbare Dach der abzustützenden Ausschachtung bildet, mittels der Gewindefläche zwischen der Mutter und dem starren Ende der bekannten Anker über eine Platte auf den starren Stab oder die bekannte Seilausführung übertragen.

Vorrichtungen dieser allgemeinen Art, die in Bohrlöcher eingeführt und mit dem Gebirge verklebt werden, sind möglichen Axial- und Scherkräften ausgesetzt, wobei letztere infolge einer zumindest teilweisen Seitwärtsbewegung bestimmter Gebirgszonen auftreten. Um bei Verwendung von starren Stäben ein vorzeitiges Nachgeben der Vorrichtung zu verhindern, werden meistens Stäbe größeren Durchmessers verwendet. Dazu muß ein schwererer und teurerer Stab verwendet werden, und ein Bohrloch größeren Durchmessers muß in das Gebirge gebohrt werden. Es wäre als Vorteil anzusehen, den Durchmesser des freiliegenden Endes des Ankers klein zu halten, weil kleine Löcher besser für maximale Bohrgeschwindigkeiten geeignet sind, und zur Erzielung einer effizienten Harzmischung und Erzeugung einer maximalen Bindungsstärke eine kleine ringförmige Zone zwischen dem Bohrloch und dem Anker zu bilden. Es wäre ein Vorteil, einen Gebirgsseilanker bereitzustellen, der größere Lasten tragen kann als die bekannten starren Stäbe gleichen Durchmessers, so daß Bohrlochdurchmesser und die zur Bohrung und Installierung benötigte Zeit auf ein Minimum gehalten werden können.

Des weiteren hat sich herausgestellt, daß es aufgrund der im wesentlichen zylindrischen Beschaffenheit mancher Stäbe nach dem Stand der Technik manchmal schwierig ist, Harze im Bohrloch umzurühren, um eine ordnungsgemäße Mischung von Bestandteilen zu gewährleisten.

Eine Lasttragvorrichtung mit einem Seilanker, die mindestens zwei Drähte und ein Mutternglied umfaßt, ist des weiteren aus der DE-A-3,919,103 bekannt.

AUFGABEN DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einige der Probleme des Stands der Technik zu lindern.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lasttragvorrichtung für Erd- oder Gebirgsstabilisierung bereitzustellen, die so ausgeführt ist, daß sie unabhängig von der Tiefe eines Bohrlochs in dieses paßt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lasttragvorrichtung zur Verwendung mit Löchern relativ kleinen Durchmessers.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lasttragvorrichtung, die zum Tragen verhältnismäßig größerer Lasten ausgeführt ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Mittels zum Umrühren von Harz in einem Bohrloch in Verbindung mit einer Lasttragvorrichtung.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Ausbauverfahrens, wobei das Ende jedes Ausbaus einfach durch Vorsehen einer Ausbildung an Seilsegmenten am Streb hergestellt wird, die von einer an einer automatischen Ausbauanordnungsmaschine befestigten Rolle abgenommen werden.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lasttragvorrichtung nach dem nachfolgenden Anspruch 1 bereitgestellt.

Eine Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann für Gebirgs- und Erdstabilisierung und -verstärkung ausgelegt sein. Die Vorrichtung ist in Form eines einlitzigen Seils oder Seilankers mit einem oder mehreren Vertiefungen daran ausgeführt, damit das Mutternglied direkt auf ein Ende des Seils aufgeschraubt werden kann. Es müssen keine Seile mit vorher ausgebildetem Gewinde vorgesehen werden, und das Mutternglied wird direkt auf dem Seilanker angeordnet. Der Seilanker kann vor Ort auf eine beliebige Länge zugeschnitten werden, wobei das Mutternglied direkt an einem Ende des Seilankers angebracht sein kann. Auf diese Weise werden somit keine Seile oder starren Stäbe fester Länge mehr benötigt.

Zweckmäßigerweise umfaßt der Seilanker mehrere Drähte, und die Vertiefung oder Reihe von Vertiefungen kann darauf aufgewalzt sein. Das auf dem Gewindeteil des Seilankers angeordnete Mutternglied dient dazu, die Drähte des Seilankers miteinander in Eingriff zu bringen. Dadurch kann Last auf jeden Draht des Seilankers übertragen werden. Der Seilanker ist deshalb zum Tragen verhältnismäßig größerer Lasten als bekannte Stäbe mit starr ausgebildeten Enden ausgeführt.

Zweckmäßigerweise können Drähte des Seilankers verflochten, gebündelt oder auf andere Weise angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Drähte in Parallelschlag angeordnet, obgleich auch Kreuzschlag verwendet werden kann. Die Berührungsbereiche zwischen Drähten des Seilankers erstrecken sich somit über die gesamte Länge des Seilankers entlang der Fläche jedes Drahtes.

Zweckmäßigerweise besteht der Seilanker aus mehreren Drähten, wobei der Seilanker eine relativ dichte Anordnung von Drähten im Litzenquerschnitt aufweist. Es können auch Fülldrähte zwischen äußeren und inneren Drahtschlägen vorgesehen sein, um eine noch größere Fläche für die Lastübertragung von dem Mutternglied auf die Seilankerdrähte bereitzustellen.

Zweckmäßigerweise sind Außendrähte des Seilankers in einer der Schraubrichtung des Gewindes oder Drehrichtung des Seilankers entgegengesetzten Schlagrichtung gewickelt. Eine Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise in einem Bohrloch zusammen mit einer Harz-/Zementierungsmittelpatrone installiert werden. Die Schlagrichtung der Außendrähte bietet, wie oben erwähnt, mehrere Vorteile. Ein Vorteil besteht darin, daß der Seilanker nach Aufschrauben des Mutternglieds auf ein Ende des Seilankers in der Regel gedreht wird, bis das Harz in dem Bohrloch um das andere Ende des Seilankers herum aushärtet. Ein Vorsehen der Schlagrichtung in einer der Schraubrichtung des Gewindes oder der Drehrichtung des Seils entgegengesetzten Richtung dient zur Bewirkung einer Pumpwirkung auf das Harz im Bohrloch, wobei das Harz in Richtung des geschlossenen Endes des Bohrlochs gepumpt wird. Diese Pumpwirkung dient dem Umrühren und Mischen des Harzes vor dem Aushärten.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Schlagrichtung der Außendrähte ergibt, besteht darin, daß Delaminierung der Drähte des Seilankers infolge des Aufschraubens des Mutternglieds auf den Seilanker vermindert wird. Die Schlagrichtung dient auch der Verriegelung der Außendrähte, während sie in die Schraubrichtung gedreht werden, beim Walzen der Vertiefung(en) und ermöglicht die Ausbildung eines gleichmäßigen Gewindes auf jedem Außendraht der Litze.

Zweckmäßigerweise kann bzw. können bei dem Seilanker mindestens eine Zwischenlage oder Zwischenlagen zwischen einem mittleren Draht und einer Außenlage vorgesehen sein, wobei die Drähte in der Zwischenlage oder den Zwischenlagen und die Außenlage um den mittleren Draht herum in einer vorbestimmten Schlagrichtung gewickelt sind, wobei die Drähte in jeder Lage im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

Die Vertiefung oder Vertiefungen kann bzw. können auf die Drähte der Außenlage gewalzt sein, und das so gebildete Gewinde kann in einer der Schlagrichtung der Außenlage entgegengesetzten Richtung gewalzt sein.

Die freien Enden der Drähte, die sich an einem Ende des Seilankers befinden, können zum Beispiel durch Verschweißen aneinander befestigt sein.

Die Ausbildung der Vertiefung oder Vertiefungen kann dazu dienen, die den Seilanker bildenden Drähte miteinander in Eingriff zu bringen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Lasttragvorrichtung nach dem nachfolgenden Anspruch 8 bereitgestellt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Zahlen zur Bezeichnung der gleichen Einzelteile verwendet werden; es zeigt:

Fig. 1 eine in einem Bohrloch installierte Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 1A eine alternative Form des Haltemutternglieds,

Fig. 2 einen Querschnitt einer bevorzugten Form eines Seilankers einer Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 im Schnitt das Gewindeende eines Seilankers mit einem angeordneten Mutternglied,

Fig. 4 ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung und Installierung einer Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine Form eines Mutternglieds,

Fig. 6 und 7 Beispiele von Bünden und Platten,

Fig. 8 eine Form einer herkömmlichen Mutter,

Fig. 9 schematisch den vorliegenden Seilanker, der als Erd- oder Gebirgsstabilisator verwendet wird,

Fig. 10 schematisch den vorliegenden Seilanker, wenn er einer seitlichen Bewegung ausgesetzt wird,

Fig. 11 eine graphische Darstellung eines repräsentativen Vergleichs des Haltens zwischen dem vorliegenden Seilanker und dem starren Stab nach dem Stand der Technik und

Fig. 12 eine Tabelle, die bevorzugte Litzenquerschnitte und -durchmesserbereiche für den Seilanker zeigt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Lasttragvorrichtung bereit, die zahlreiche Anwendungen hat, zum Beispiel im Hoch- und Tiefbau, bei Gebirgs- und Erdstabilisierung und/oder -verstärkung, oder eine beliebige andere Anwendung, bei der derzeit Seile oder Stäbe als Befestigungselemente oder Verstärkung verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bezüglich einer Anwendung bei der Erd- und Gebirgsstabilisierung beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als auf eine solche Anwendung beschränkt angesehen werden. Zum Beispiel kann die Lasttragvorrichtung in einer Ausbaufunktion (siehe Fig. 9) verwendet werden, in der der Seilanker 6 durch Harze in einem Bohrloch 4 im wesentlichen vollständig eingekapselt sein kann. Auf diese Weise kann der Anker zur Verstärkung eines unstabilen Erdteils 2 dienen und dessen Festigkeitseigenschaften verbessern, so daß er selbsttragend wird.

Obgleich das Ankerglied der Lasttragvorrichtung bei der Ausführungsform mit nur einem Gewindeende offenbart wird, versteht es sich des weiteren, daß es auch Anwendungen gibt, bei denen beide Enden des Seilankers auf ähnliche Weise wie das beschriebene eine Ende zur Aufnahme eines Mutternglieds mit einem Gewinde versehen sein können.

Unter Bezugnahme auf eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet der Erd- oder Gebirgsstabilisierung und insbesondere des Bergbaus oder Tunnelausbruchs zeigt Fig. 1 einen Dachabschnitt 1 eines Tunnels. Das über dem Tunneldach 1 liegende und dieses bildende Gebirge umfaßt zum Beispiel einen relativ unstabilen Teil 2 und einen relativ stabilen Teil 3.

In derartigen Situationen wird eine Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung installiert, um die Gefahr zu vermindern, daß der unstabile Teil des Tunnels einstürzt.

Ein Bohrloch 4 ist in das Tunneldach oder an der Stelle, wo die Erde oder das Gebirge stabilisiert werden muß, auf eine Tiefe gebohrt, die es gestattet, daß ein Ende eines Seilankers vorzugsweise an den stabileren Teil 3 befestigt wird. Jede Bohrlochtiefe kann je nach Lage eines geeigneten Teils von Loch zu Loch unterschiedlich sein.

Zementierungsmittel 5 wird auf Fachleuten bekannte Weise in das Bohrloch 4 eingeführt, und danach wird der Seilanker 6, dessen Länge in der Darstellung größer ist als die Länge des Bohrlochs, damit eine Mutter und eine Platte auf das freiliegende Ende angebracht werden können, in das Bohrloch eingeführt. Es gibt Situationen, in denen Zementierungsmittel 5 nach dem Seilanker 6 eingeführt werden würde.

Vor oder nach dem Installieren des Seilankers kann ein Gewindeteil ausgebildet werden. In der Technik ist es jedoch gebräuchlich, das Gewinde vor der Installierung des Seilankers auszubilden. Der Gewindeteil wird vorzugsweise durch Walzen ausgebildet. Es wird angenommen, daß durch Gewindeschneiden Metall von den Außendrähten des Seils entfernt und somit die Tragfähigkeit des Seilankers vermindert werden würde, während durch Walzen das Metall verformt und ein erhabener Rand erzeugt wird, der etwas über die vorgeformte Fläche der Außendrähte hinausragt. Es wird auch angenommen, daß die Außendrähte durch die Verformung kaltgehärtet werden, wodurch ihre Festigkeit erhöht wird, was die durch die Gewindeausbildung verminderte Querschnittsfläche teilweise ausgleicht.

Bei der Installierung wird eine Platte 7 auf den Seilanker 6 angeordnet, und dann wird eine Mutter 8 auf den Seilanker geschraubt, um die Platte 7 gegen das Tunneldach 1 zu halten.

Wie oben beschrieben, dient die Platte 7 zum Festhalten des unstabilen Teils 2 durch Verminderung ihrer Fähigkeit, von dem stabilen Teil 3 wegzubrechen. Der Zweck der Platte sollte die Übertragung jeglicher Oberflächengebirgsbewegung in eine Dehnung des Seils sein, wodurch eine Widerstandskraft im Seil erzeugt wird, die auf die Platte wirkt und weiterer Bewegung der Oberfläche Widerstand entgegensetzt. Weiter unten werden anhand Fig. 3 weitere Einzelheiten der Lastübertragung beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Form eines Seilankers einer Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Seilanker weist einen mittleren Draht 9, eine Innenlage aus fünf Drähten 10 und eine Außenlage aus zehn Drähten 11 und Fülldrähte 12, die zwischen der Außen- und der Innenlage angeordnet sind, auf.

Es sei unterstrichen, daß Fig. 2 nur eine beispielhafte Form der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Seilanker kann je nach Anwendung eine beliebige Anzahl von Drähten, Litzen, Seilen und Drahtseilen umfassen.

Es sei darauf hingewiesen, daß im Seilquerschnitt eine größere Lasttragfähigkeit bereitgestellt werden kann, indem das Seil aus einer relativ großen Anzahl von Drähten gebildet wird, wobei jeder Draht eine relativ hohe Festigkeit aufweist. Durch die Verwendung mehrerer Drähte wird ermöglicht, daß jeder Draht einen Teil der Last trägt.

LITZENGEOMETRIE

Die Litzengeometrie kann nach den folgenden Kriterien ausgewählt werden:

- der Außendrahtdurchmesser muß ausreichend groß sein, daß Gewinde- oder Nutvertiefungen 20% des Außendrahtdurchmessers nicht übersteigen und daß ausreichend Biegesteifigkeit für die Litze bereitgestellt wird; Erfahrungen haben gezeigt, daß Außendrähte in einem Durchmesserbereich von 5,0 bis 5,5 mm bevorzugt werden;

- angesichts des obigen Erfordernisses hinsichtlich der Außendrahtgröße hängt die Anzahl der Außendrähte von dem erforderlichen Litzendurchmesser ab; und

- gegebenenfalls müssen Kerndrähte und der mittlere Draht der Litze vorzugsweise einen Durchmesser aufweisen, der ihre Ausbildung zu einer "dicht gepackten" Konstruktion gestattet (d. h. jeder Kerndraht hat so viele Berührungspunkte mit anderen Kerndrähten, dem mittleren Draht und den Außendrähten wie möglich). Es sei darauf hingewiesen, daß zum Erreichen einer dicht gepackten Konstruktion eine Parallelschlaglitzenausführung erforderlich ist. Jedoch ist auch eine Kreuzschlagausführung möglich, bei der die Außendrähte mit einer den Kerndrähten entgegengesetzten Schlagrichtung gewickelt sind, wie hier offenbart.

In Fig. 12 werden (nur) Beispiele für bevorzugte Litzenquerschnitte und -durchmesserbereiche gezeigt. Hierbei handelt es sich um typische Beispiele für Größenbereiche, die sich für den Seilanker eignen würden, wenn er für vollständig verklebte(n) Gebirgsausbau/-verstärkung bei Installation mit Harzpatronen verwendet wird. Es kommen entsprechend der Anwendung für den Anker viele andere Seilankerarten und/oder -formen in Betracht. Die vorliegende Beschreibung soll von einem Durchschnittsfachmann als Leitfaden für die Ausführung/Konfiguration anderer Seilankerarten und/oder -formen verwendet werden.

Auf Fig. 2 Bezug nehmend, findet ein Seilanker wie oben beschrieben Anwendung auf dem Gebiet des Bergbaus.

Die Abmessungen und der Aufbau des bestimmten Litzenseils, das verwendet werden kann, sind wie folgt: ein mittlerer Draht weist einen Durchmesser von 3,80 mm auf und ist von fünf (5) Drähten umgeben, die jeweils einen Durchmesser von 4,53 mm aufweisen; fünf (5) Fülldrähte mit einem Durchmesser von 2,1 mm werden in den Außennuten zwischen den Drähten mit dem Durchmesser von 4,53 mm verwendet, und zehn (10) Drähte mit einem Durchmesser von 4,9 mm sind um die Außenseite gewickelt.

Der Außendurchmesser beträgt ca. 23,1 mm.

Unter Berücksichtigung des obigen haben Versuche mit dem Seil einer Seilankerform folgendes gezeigt: der Außendrahtdurchmesser sollte so weit wie möglich mit dem erforderlichen Außenlitzendurchmesser und der Flexibilität (d. h. Biegesteifigkeit) kompatibel sein. Es hat sich herausgestellt, daß für eine Litze mit Durchmessern in einem Bereich von 22,8-23,3 mm eine Ausführung mit zehn (10) Außendrähten eine Biegesteifigkeit bietet, die für Grubenausbauanwendungen im Bergbau klein genug ist. Ebenso ist eine Litze mit einem Durchmesserbereich von 15,2 bis 16,0 mm mit sechs (6) Außendrähten immer noch flexibel genug für die obigen Zwecke. Bei diesen beiden Größenbereichen liegt der Außendrahtdurchmesser vorzugsweise in einem Bereich von 5,0 bis 5,5 mm.

Alle Drähte in der Litze mit Ausnahme des mittleren Drahtes sollten in einer der Schraubrichtung des Gewindes entgegengesetzten Richtung in Parallelschlag gewickelt werden.

Die Querschnittsfläche im Kern der Litze (d. h. die durch die Gesamtzahl von in ihrer Radialposition angeordneten Außendrähten begrenzte Fläche) soll so dicht mit Drähten gepackt sein wie möglich. Dies ist erforderlich, um die Anzahl von Radialberührungspunkten für jeden Draht im Kern sowie die Radialdrucksteife des Kerns zu maximieren. Die Reißfestigkeit des Seils hängt teilweise von der spezifischen Festigkeit der für den Kern ausgewählten Drähte ab.

Obiges wird dort als wichtig erachtet, wo das Gewinde auf die Außendrähte gewalzt wird. Ein gewalztes Gewinde wird bevorzugt, wenn die Außendrähte nicht groß genug sind, um Gewindeschneiden zu ermöglichen, da es in der Regel nicht möglich ist, eine für Lastübertragungszwecke angemessene Gewindetiefe zu erreichen, ohne die Außendrähte übermäßig zu schwächen, wenn die Gewindeform in die Drähte geschnitten wird. Anders ausgedrückt, es kann einen optimalen Zustand der Gewindetiefe und des Außendrahtdurchmessers geben, bei dem die Außendrahtfestigkeit gleich der Bruchfestigkeit des Gewindes ist, wenn eine Mutter spezifischer Länge verwendet wird.

Eine Vertiefung in einem Außendraht kann auf andere Weise vorgesehen werden, wobei die Vertiefung mit einem geeigneten Endstück zusammenwirkt.

Beispielsweise kann das Endstück einfach an das Ende des Seilankers geklemmt werden, wo ein Überstand des Endstücks mit der Seilvertiefung zusammenwirkt.

Es wird bevorzugt, daß der Kern dicht mit Drähten gepackt ist. Der Seilanker nach der beschriebenen Erfindung in Verbindung mit einer Konusmutter oder herkömmlichen Mutter enger Passung verwendet die Phänomene, daß die Mutter die Außendrähte auf die Innenkerndrähte drückt, die wiederum auf den mittleren Draht gedrückt werden können, um zwischen den Drähten ausreichend Reibung zu erzeugen, so daß sich zum Beispiel, wenn die Außendrähte unter Last gedehnt werden, die Innendrähte auch dehnen und Zugkraft aufbauen. Ist dies nicht der Fall, ist die Zugfestigkeit des Seilankers nur so hoch wie die der Außendrähte, und es ergibt sich eine verminderte Lasttragfähigkeit.

Für eine erhöhte Tragfähigkeit des Gewindeseils wird bevorzugt, daß das Seil durch Wickeln der Drähte um den mittleren Draht herum ohne Verwendung von Schmiermitteln jeglicher Art hergestellt wird (Seilhersteller verwenden während des Herstellungsprozesses oftmals Fett als Korrosionsschutz während der Lebensdauer des Produktes). In den Fällen, in denen Schmiermittel verwendet werden, kann es zu vorzeitigem Rutschen zwischen den Innen- und Außendrähten kommen.

Bei Verwendung einer Konusmutter wird bevorzugt, daß der Außendrahtdurchmesser so ausgewählt wird, daß ein kleiner Zwischenraum zwischen jedem Außendraht vorhanden ist. Dies gestattet der Mutter, die Außendrähte wirksamer auf die Innenkerndrähte zu pressen und die Lastübertragung auf die Innenkerndrähte zu unterstützen. Dies ist bei einer parallelen (herkömmlichen) Mutter nicht immer der Fall. Die Preßwirkung wird als für das Funktionieren der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich betrachtet; wo es kleine Zwischenräume zwischen jedem Außendraht gibt, gestatten diese Zwischenräume, daß das bzw. der zur Verklebung der Litze mit dem Gebirge (Teil 3 in Fig. 1) in einem Bohrloch verwendete Zementierungsmittel oder Klebstoff in die Hohlräume zwischen Außen- und Innenkerndrähten eindringt und dadurch die Bindungsstärke erhöht.

In den Fällen, in denen die Tragfähigkeit der Gewindelitzen-/Konusmutteranordnung nahe am Maximum liegt und/oder mindestens 80% der Nennreißfestigkeit der Litze beträgt, sollte keiner der zur Herstellung der Litze verwendeten Drähte mit einer Korrosionsschutzschicht überzogen werden (wie zum Beispiel durch Verzinken). Diese Überzüge neigen dazu, die Radialsteifigkeit der Litze zu vermindern und eine Schmierwirkung auf den Drahtflächen zu erzeugen, wenn sie miteinander in Berührung stehen. Diese beiden Aspekte beeinträchtigen meistens die Reib- Lastübertragung zwischen den Außen- und Kerndrähten. Überzüge, die Reibung wesentlich erhöhen können, können von Vorteil sein.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt das Zusammenwirken von Drähten des Seilankers nach der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl der mittlere Draht und die Innen- und Außendrähte mit gleicher Querschnittsfläche gezeigt werden, die Drähte des Seilankers eine beliebige, unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen können, um eine gewünschte Festigkeit zu erreichen.

Der mittlere Draht ist in der Darstellung gerade.

Ein gewalztes Gewinde 13 ist auf der Außenlage der Drähte 11 vorgesehen. Das Walzen des Gewindes hat die zusätzliche Wirkung, die Drähte einer Lage mit den Drähten einer anderen Lage in Eingriff zu bringen. Verformungen 14 können dort ausgebildet werden, wo die Drähte zusammengedrückt werden, wenn eine Konusmutter verwendet wird.

Ein Ineinandergreifen dieser verformten Bereiche dient der Verbesserung der Lasttragfähigkeit des Seils. Diese Berührungsbereiche 14 dienen der Übertragung oder Verteilung der auf die Mutter 8 ausgeübten Last auf die Drähte des Seilankers und erhöhen daher die Tragfähigkeit des Seilankers.

Neben dem obenerwähnten Ineinandergreifen der Drähte kann eine Druckmutter (zum Beispiel die in den Fig. 1A oder 5 gezeigte Mutter) oder eine Mutter, die eine Preßpassung mit dem Seilanker bildet, zur Bereitstellung von Druckkräften radial auf die Drähte dienen. Die in der Mutter ausgebildeten Schlitze können so konfiguriert sein, daß sie ein Zusammendrücken von Seildrähten beim Festziehen der Mutter gestatten. Die Schlitze können axial und/oder radial ausgerichtet sein. Des weiteren kann der Konusabschnitt von der Mutter getrennt sein und von der Mutter in Eingriff genommen werden, um sowohl den Konus als auch die Mutter zu drehen. Des weiteren können die Schlitze so konfiguriert sein, daß sie eine Bewegung der Platte und des Bundes in Axialrichtung gestatten.

Wie in Schnitt A-A gezeigt, vergrößern die Drähte dort, wo sie an ihren miteinander in Eingriff stehenden Flächen während des Walzens verformt werden, die Fläche und das Ausmaß ihrer Berührung. Dort, wo die Drähte nicht verformt werden, sind sie vorzugsweise so angeordnet, daß sie ineinandergreifen. Somit steht der Draht 11 bei 14a mit dem Innendraht 10 und des weiteren mit dem Fülldraht 12 in Eingriff, der wiederum bei 14b mit dem Innendraht 10 in Eingriff steht.

Ebenso verformt der Innendraht 10 seine benachbarten Drähte und insbesondere den mittleren Draht 9 bei 14c und steht mit ihnen in Eingriff. Wie gezeigt, wird jeder Draht des Seils in diesem Beispiel durch den Gewindewalzvorgang etwas örtlich verformt, um die Kontaktfläche zwischen sich und seinen benachbarten Drähten zu vergrößern. Dies dient dazu, die Verteilung der Last von der Mutter auf jeden Draht des Seilankers zu unterstützen.

Die Ausführung der Mutter 8 hängt von der gewünschten Tragfähigkeit ab. Vorzugsweise paßt das Gewinde mit der Form des gewalzten Gewindes auf den Außendrähten zusammen. Wie in den Fig. 1, 3 und 8 gezeigt, kann die Mutter eine herkömmliche Form und Länge aufweisen, wenn dadurch eine angemessene Lastübertragung erreicht wird. Beispielsweise ist die in Fig. 8 gezeigte Mutter in Verbindung mit einem Seilanker mit einem Durchmesser von 23,1 mm wie folgt auf Übertragungsfähigkeit geprüft worden:

Lastübertragungsfähigkeit der Mutter (Tonnen) Länge der Mutter (mm)

20 30

26 36

30 42

35 48

Die Mutter kann eine Mindestkraft übertragen, die der Festigkeit der Außendrähte entspricht. Besteht ein gewisser Grad an Drahtzusammenwirkung, zum Beispiel durch Reibung oder Drahtkompression, kann die Übertragungskraft erhöht sein. Ist eine verbesserte Lastübertragung erforderlich, könnte die in den Fig. 1A und 5 gezeigte Mutter mit einem kegelstumpfförmigen Endteil 20 verwendet werden. Der Endabschnitt 20 weist zweckmäßigerweise zwei Sätze diametral gegenüberliegender Axialschlitze 21 auf, um zu gestatten, daß die einander gegenüberliegenden Bereiche des Endabschnitts 20 an das Seil gedrückt werden, wenn die Mutter darauf aufgeschraubt und in eine komplementär konisch zulaufende Öffnung 11 in dem in Verbindung mit einer Platte verwendeten Bundstück geschraubt wird. Besondere Ausführungen des Bundes und der Platte werden in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Eine Konizität des Konus von 7º, der in Verbindung mit einem Bund mit einem um 7º konisch zulaufenden Loch bei 3 mm breiten Schlitzen im Konus verwendet wird, gestattet, daß die einander gegenüberliegenden Bereiche des Endabschnitts 20 für einen ausreichenden Druck sorgen, wenn die Mutter in Fig. 5 in Verbindung mit einem Seilanker mit einem Durchmesser von 23,1 mm verwendet wird. Der Bund in Fig. 6 weist eine kugelförmige Fläche auf, die an einem Teil seiner Außenfläche maschinell bearbeitet ist, damit er wie gezeigt auf einer verformten Platte positioniert und getragen werden kann. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sie einer gewissen Fehlausrichtung der Platte von einer senkrecht zu der Achse des Ankers verlaufenden Ebene Rechnung trägt. In Situationen, in denen Anker senkrecht zu der Gebirgs- oder Erdoberfläche installiert werden, kann ein zylindrisch geformter Bund in Fig. 7 in Verbindung mit einer flachen Platte verwendet werden. Bünde der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Art, die aus mittelfestem Stahl hergestellt wurden, sorgen für eine ausreichende Beschränkung der Mutter in Fig. 5, wenn der Außendurchmesser des Bundes mindestens 50 mm und die Länge mindestens 22 mm beträgt.

Des weiteren wird das Walzen des Gewindes bevorzugt, da dadurch das Metall der Drähte verformt wird, so daß eine Verminderung der Querschnittsfläche der Außendrähte des Seilankers erfolgt, aber dies wird durch die zusätzliche Festigkeit der Drähte aufgrund von Kalthärtung nahe der Gewindefläche zu einem gewissen Grad ausgeglichen. Durch Ausbildung des Gewindes auf diese Weise entfällt das Erfordernis, einen starren Stab verwenden zu müssen, und es wird das Problem des Stands der Technik hinsichtlich möglicherweise vorzeitigem Nachgeben eines Scherverformung ausgesetzten starren Stabs gelindert.

Fig. 10 stellt das typische Profil dar, das einem Gebirgsanker nach Auftreten von Scherbewegung im Gebirge verliehen wird. Es hat sich herausgestellt, daß ein starrer Stabanker nach dem Stand der Technik nach einer relativ kleinen Scherbewegung zum Nachgeben und Versagen gezwungen wurde, wohingegen bei dem Seilanker nach der vorliegenden Erfindung eine örtliche Bewegung zwischen einzelnen Drähten auftritt, was eine relativ hohe Scherbewegung gestattet, bevor es zu einem Versagen des Drahtes kommt.

Mit dem vorliegenden Seilanker durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß, wenn sich das Ende des Seilankers bewegt, oder wenn es aus einer stabilen Zone herausgezogen wird, eine Vergrößerung der Haltekraft des Seilankers im Bohrloch erzeugt wird. Es ist festgestellt worden, daß ein starrer Stab in dieser Situation lediglich aus dem Bohrloch rutscht. Fig. 11 zeigt schematisch einen Vergleich zwischen dem vorliegenden Seilanker und einem starren Stab in einer solchen Situation.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein bevorzugtes Verfahren zur Verwendung des Seilankers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die Schritte sind bei diesem bevorzugten Beispiel wie folgt, jedoch sind die folgenden Schritte nicht bei allen Installationen der Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar:

(a) Ausbilden eines Bohrlochs in das Ausschachtungsgebirge, das durch eine Lasttragvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung stabilisiert werden soll.

(b) Abschneiden einer Seillänge (V) von einer Seiltrommel, entweder nach Zuführen von Seil von der Trommel in das Bohrloch oder vor dem Einführen des Seils in das Bohrloch. Bei beiden Methoden wird die Länge so zugeschnitten, daß sie der Tiefe des Lochs nach Schritt (a) oben angemessen ist.

(c) Zumindest das Ende des Seils, auf dem das Gewinde aufgewalzt werden soll, wird zum Zusammenhalten der Enden der Drähte verschweißt (W), wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Delaminierung der Drähte des Seils vermindert wird. Es könnte gegebenenfalls eine andere mechanische oder eine andere bekannte Methode verwendet werden, um diese Drahtenden zusammenzuhalten.

(d) Walzen einer gewünschten Gewindeform auf das durch Verschweißen oder ein anderes Mittel zusammengehaltene Ende der Seillänge, so daß die Außendrähte des Seils im Bereich des Gewindewalzens örtlich delaminiert werden, wo sich der Außendurchmesser des Seils gegenüber dem geschweißten oder auf andere Weise zusammengehaltenen Ende etwas erhöht.

(e) Anordnen einer Stabilisierungsplatte mit einer darin ausgebildeten Öffnung über dem vorragenden Ende der Seillänge in dem Bohrloch.

(f) Aufschrauben einer Mutter auf das vorragende Ende der Kabellänge, bis zu dem Stadium, in dem sich die Mutter infolge des aufgeweiteten Seildurchmessers an dem Gewinde versteift oder bis das Ende des Seils den quer durch den Gewindeteil der Mutter angeordneten Stift (wie in den Fig. 5 und 8 gezeigt) berührt.

(g) Installieren der Kabellänge in das Bohrloch in der Gebirgsfläche, wenn dies noch nicht geschehen ist. Im allgemeinen wird das Seil mit bereits angebrachter Platte und Mutter installiert. Die Mutter wird zum Verdrehen des Ankers während der Installierung verwendet.

(h) Drehen der Mutter und des Seils zusammen, um eine vorher in dem Bohrloch angeordnete, schnell aushärtende Harzpatrone aufzubrechen und die Harzstoffe gründlich zu vermischen, um das innere Ende des Seils an der benachbarten Gebirgswand im Bohrloch zu befestigen. Die Anordnung der gewickelten Seildrähte, deren Schlagrichtung entgegengesetzt zu dem darauf aufgewalzten Gewinde verläuft, sorgt bei Drehung in Gewinderichtung für eine Pumpwirkung auf die Harzstoffe, so daß sie dazu neigen, sich im Bohrloch nach innen zu bewegen, anstatt davon nach außen, während das Harz noch flüssig ist.

(i) Nach dem Aushärten des Harzes wird die Mutter dann auf das Gewinde des Seilendes gezwängt, um den Stift zu brechen und die Stabilisierungsplatte fest an die Gebirgsfläche zu drücken.

Als Alternative dazu wird vorgesehen, daß die Außendrähte miteinander verschweißt werden können und danach auf beiden Seiten der Schweißung ein Gewinde gewalzt wird. Das Seil kann dann durch den geschweißten Abschnitt geschnitten werden.

Bei einer anderen Alternative kann das Seil (oder ein Teil davon) zunächst gewindegewalzt und dann auf eine gewünschte Länge geschnitten werden.

BIEGESTEIFIGKEIT

Zur erfolgreichen Installierung des Seilankers durch sein Verdrehen durch eine oder mehrere Harzpatronen muß die Litze eine ausreichende Biegesteifigkeit besitzen, so daß sie sich nicht verbiegt, wenn bei der Installierung eine Axialkraft auf das Ende des Ankers ausgeübt wird. Diese Eigenschaft der Litze hängt in erster Linie von der Anzahl von Außendrähten, dem Außendrahtdurchmesser und dem Radialabstand der Außendrähte von dem mittleren Draht ab.

Einlitzige Seilanker der oben gezeigten Konfigurationen und Durchmesser weisen eine ausreichende Biegesteifigkeit auf, so daß sie durch das in der Beschreibung aufgezeigte Verfahren installiert werden können.

AUSSENDRAHTVERTIEFUNGEN

Obgleich die. Beschreibung wie hier dargelegt eine derartige Vertiefung eines Teils jedes Außendrahtes umfaßt, so daß ein Gewinde um die Litze herum gebildet, gewalzt oder geschnitten wird, müssen die Vertiefungen nicht unbedingt zur Bildung eines Gewindes angeordnet sein. Die Kombination aufeinanderfolgender Vertiefungen um die Außendrähte herum zur Bildung eines Gewindes gestattet die Verwendung einer Gewindemutter als das "Endstück" zur Anlage an einem Bund und/oder einer Platte.

Das Bilden von Vertiefungen an den Außendrähten auf diese Weise ist nur eine bestimmte Form der Verformung der Außendrähte. Vorausgesetzt, andere Arten von Endstücken können verwendet werden, könnte in die Außendrähte ein Satz von Parallelnuten, die senkrecht zur Litzenachse (dem mittleren Draht) verlaufen, gewalzt werden. Die Nutenabmessungen in jedem Außendraht wären die gleichen wie in dem Fall, in dem ein Gewinde an den Außendrähten der Litze gebildet wird. Wenn die Vertiefung als Parallelnut ausgebildet ist, müßte das Endstück während der Herstellung auf die Litze aufgepreßt oder aufgequetscht werden und (zumindest am getriebenen Ende) eine Außenform aufweisen, die sein Verdrehen und folglich ein Verdrehen des Ankers während der Ankerinstallierung gestattet. Dieses Endstück würde kein Spannen des Ankers während des Installierungsvorgangs gestatten. Das Endstück kann so ausgebildet sein, daß es einfach auf das Ende des Seilankers "einschnappt".

Es kommen auch andere Seilformen in Betracht, zum Beispiel ein aus nichtrunden Drähten gebildetes Seil. Die Drähte können trapezförmig, elliptisch oder dreieckig sein. Diese Formen können für ein gleichmäßigeres Gewinde, eine größere Kontaktfläche zwischen den Drähten zur Lastübertragung und daher für eine größere Lasttragfähigkeit sorgen. Die Drähte können auch mit solchen Querschnittsformen ausgebildet sein, daß sie auf Art eines halbverschlossenen oder ganz verschlossenen Seils zusammenwirken.

Obgleich die vorliegende Erfindung einen Seilanker mit Drahtlitzenkonfiguration offenbart, kommt hier auch ein Seilanker mit Seilkonfiguration in Betracht.


Anspruch[de]

1. Lasttragvorrichtung, die folgendes enthält:

einen Seilanker (6), der mindestens zwei Drähte umfaßt; und

ein Mutternglied (8),

dadurch gekennzeichnet, daß an dem Seilanker eine Vertiefung oder eine Reihe von Vertiefungen (13) so vorgesehen ist, daß das Mutternglied (8) direkt auf die gewickelten Drähte des Seilankers (6) aufgeschraubt werden kann, um die Last zu stützen.

2. Lasttragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Seilanker ein Gewindemuster (13) zur Verwendung beim Aufschrauben des Mutternglieds (8) auf den Seilanker (6) ausgebildet ist.

3. Lasttragvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindemuster (13) auf die Außenfläche des Seilankers gewalzt ist.

4. Lasttragvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Seilanker (6) einen mittleren Draht (9) und eine aus mindestens einem Draht (11), der um den mittleren Draht (9) gewickelt ist, gebildete Außenlage umfaßt.

5. Lasttragvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zwischenlage zwischen dem mittleren Draht und der Außenlage vorgesehen ist, wobei die Drähte in der Zwischenlage oder den Zwischenlagen (10, 12) und der Außenlage (11) um den mittleren Draht (9) herum in einer vorbestimmten Schlagrichtung gewickelt sind, wobei die Drähte in jeder Lage im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

6. Lasttragvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutternglied (8) so ausgeführt ist, daß es Außendrähte (11) auf Innendrähte (9, 10, 12) quetschen kann, so daß bei Belastung des Mutternglieds (8) sowohl die Außendrähte (11) als auch die Innendrähte (9, 10, 12) belastet werden.

7. Lasttragvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Draht der Außenlage (11) in einer einer Schraubrichtung des Mutternglieds (8) entgegengesetzten Schlagrichtung gewickelt ist.

8. Verfahren zur Montage einer Lasttragvorrichtung, das die folgenden Schritte umfaßt:

Vorsehen eines Seilankers (6) in einer Arbeitsposition; und

Vorsehen eines Mutternglieds (8);

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Vorsehen von mindestens einer Vertiefung (13) nahe dem Ende des Seilankers (6), wobei die Vertiefung (13) zum Zusammenwirken mit dem Mutternglied (8) ausgeführt ist; und

Installieren des Mutternglieds (8) direkt auf den gewickelten Drähten des Seilankers (6).







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