Die Erfindung betrifft eine Ausbaustütze für den untertägigen Berg- und Tunnelbau gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Ausbaustütze zählt durch die DE 195 14 137 C2 zum Stand der Technik. Das dem unteren Ende des Innenrohrs zugeordnete Spreizelement besteht aus mehreren Keilsegmenten. Diese Keilsegmente haben einen etwa dreieckförmigen Querschnitt, der sich in Richtung zum Hubkolben verjüngt. Auf dem Hubkolben ist ein umfangsseitig geschlossener Keilring mit einer äußeren Kegelfläche angeordnet. Diese Kegelfläche verringert sich im Durchmesser in Richtung zum Innenrohr. In der Ausgangsposition (Anlieferungszustand der Ausbaustütze) liegt das obere Ende der Kegelfläche an den unteren Enden der inneren Kegelflächen der Keilsegmente. Bei Befüllung des Raums unterhalb des Hubkolbens mit z.B. Druckwasser wird durch den Kontakt des Keilrings mit den Keilsegmenten das Innenrohr ausgefahren, bis sein Kopfende mit dem Gebirge in Kontakt gelangt. Bei weiter anhaltendem Druck im Raum unterhalb des Hubkolbens dringt der Keilring zwischen die Keilsegmente und verlagert diese radial nach außen, wobei das Außenrohr verformt wird. Auf diese Weise wird das Innenrohr in der ausgefahrenen Lage fixiert.

Die bekannte Bauart verlangt einen speziell gestalteten und auf die Keilsegmente abgestimmten Keilring. Auch die Ausbildung und Fertigung der Keilsegmente ist kompliziert und somit nicht wirtschaftlich.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zu Grunde, eine Ausbaustütze für den untertägigen Berg- und Tunnelbau zu schaffen, die einfacher aufgebaut und wirtschaftlich günstiger herstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den Merkmalen des Anspruchs 1 gesehen.

Danach ist das Spreizelement als geschlossener Ringkolben ausgebildet. Der innenseitig zylindrisch gestaltete Ringkolben weist umfangsseitig eine sich in Richtung zum Innenrohr kegelförmig verjüngende Kegelfläche auf. In der Ausgangsposition des Innenrohrs (Anlieferungszustand der Ausbaustütze) fasst der Ringkolben mit seinem oberen zylindrischen Ende in das Innenrohr und ist an diesem Ende über Sollbruchstifte mit dem unteren Ende des Innenrohrs verbunden. Des Weiteren ist der Hubkolben mit einem in den Ringkolben fassenden oberen zylindrischen Stutzen über weitere Sollbruchstifte mit dem Ringkolben verbunden.

Hierbei sind die den Hubkolben mit dem Ringkolben verbindenden Sollbruchstifte weniger stabil als die den Ringkolben mit dem Innenrohr verbindenden Sollbruchstifte ausgebildet. Auch ist die Verbindung des Hubkolbens mit dem Ringkolben so getroffen, dass zwischen der unteren Stirnseite des Ringkolbens und der Kreisringfläche des Hubkolbens neben dem Stutzen ein Spalt vorhanden ist.

Bei Beaufschlagung des Raums unterhalb des Hubkolbens mit einem hydraulischen Medium, wie z. B. Druckwasser, wird über die Verbindungen des Hubkolbens mit dem Ringkolben und des Ringkolbens mit dem Innenrohr dieses ausgefahren, bis es beim Kontakt mit dem Gebirge Widerstand bekommt. Es baut sich ein erhöhter Druck im Außenrohr unter dem Hubkolben auf, der dazu führt, dass zunächst die auf dem Umfang verteilt angeordneten Sollbruchstifte zwischen dem Hubkolben und dem Ringkolben abgeschert werden. Der Hubkolben legt sich unter Ausfüllung des Spalts am Ringkolben an. Der Druck im Raum unterhalb des Hubkolbens steigt weiter an, sodass nunmehr auch die Sollbruchstifte zwischen dem Ringkolben und dem Innenrohr abscheren. Der Ringkolben dringt dann mit der Kegelfläche in das untere Ende des Innenrohrs ein und spreizt dieses untere Ende mit der Folge, dass hierdurch das Außenrohr radial verformt wird und das Innenrohr somit eine Abstützung findet. Das Innenrohr ist mit dem Außenrohr mechanisch verspannt.

Die Befüllung des Raums unterhalb des Hubkolbens erfolgt insbesondere über einen Ventilstutzen am unteren Ende des Außenrohrs, der in der Ausgangsposition des Innenrohrs unterhalb des Hubkolbens liegt.

Es ist erkennbar, dass die erfindungsgemäße Lösung lediglich einfache als Drehteile herzustellende Hubkolben und Ringkolben verlangt, wobei die Sollbruchstifte handelsübliche Bauteile sind. Die neue Ausbaustütze ist folglich ein idealer Einmalstempel, der sowohl problemlos im untertägigen Bergbau als auch im Tunnelbau vielfältig eingesetzt werden kann.

Die Modifikation der Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 gewährleistet, dass der Widerstand beim Aufweiten des unteren Endes des Innenrohrs geringer ausfällt. Folglich geht der Aufweitvorgang leichter vonstatten.

Zur einwandfreien Verbindung des Ringkolbens mit dem zylindrischen Innenrohr ist nach Anspruch 3 das in das Innenrohr fassende obere Ende des Ringkolbens am Außenumfang mit einer Zylinderfläche versehen. Dieses Ende wird dann auch von den Sollbruchstiften durchsetzt.

Die einwandfreie Lage des Ringkolbens im Außenrohr ist mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sichergestellt. Hierbei ist das untere Ende des Ringkolbens umfangsseitig mit einer Zylinderfläche versehen und im Außenrohr geführt.

Damit beim Spreizen des unteren Endes des Innenrohrs dessen Endlage sichergestellt ist, geht entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 die Zylinderfläche am unteren Ende des Ringkolbens über einen radialen Absatz in die Kegelfläche über. An diesem Absatz findet mithin das untere Ende des Innenrohrs einen Anschlag.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Merkmalen des Anspruchs 6 gekennzeichnet. Bevor der Raum unterhalb des Hubkolbens mit einem hydraulischen Medium beaufschlagt wird, ist er mit Luft befüllt. Bei Druckbeaufschlagung mit dem hydraulischen Medium wird die Luft komprimiert und nach oben gepresst. Hierbei erwärmt sich die Luft sehr stark mit der Folge, dass die Dichtungen am Außenumfang des Hubkolbens beschädigt werden können. Die Höhe der Lufttemperatur ist auch abhängig von der Schnelligkeit des Kompressionsvorgangs. Auf Grund der kalottenförmigen Ausnehmung kann sich nunmehr hierin die Luft sammeln und die Wärme über die vergrößerte Oberfläche des Hubkolbens abgeleitet werden, ohne dass die Dichtungen in Mitleidenschaft gezogen werden.

Nach Anspruch 7 sind das Innenrohr und das Außenrohr an ihren äußeren Oberflächen mit quer abstehenden Handgriffen versehen. Diese Handgriffe dienen einerseits dem Transport der Ausbaustütze. Der Handgriff am Innenrohr hat darüber hinaus die Aufgabe, die Lage des Innenrohrs und damit die des Hubkolbens in der Ausgangsposition so zu gewährleisten, dass der Hubkolben nicht auf der Fußplatte des Außenrohrs, sondern oberhalb des Ventilstutzens für das Einbringen des hydraulischen Mediums liegt. Hierfür ist der Handgriff auf der oberen Stirnseite des Außenrohrs abgestützt. Dies ist wichtig für den Füllvorgang, damit das hydraulische Medium einwandfrei in den Raum unterhalb des Hubkolbens einströmen kann.

Ferner ist es gemäß Anspruch 8 von Vorteil, dass in der Ausgangsposition des Innenrohrs, das Außenrohr und das Innenrohr miteinander transportgesichert verbunden sind. Hierfür können die Handgriffe am Innenrohr und Außenrohr mit einem einfachen Bindedraht gekoppelt sein, der dann vor dem Setzen der Ausbaustütze problemlos entfernt werden kann.

Nach Anspruch 9 ist an der einzelnen Oberfläche des Innenrohrs eine Ausschubmarkierung vorgesehen. Diese kann eine Farbmarkierung sein, um dem Bergmann den maximal zulässigen Ausfahrweg des Innenrohrs zu signalisieren. Ist die Ausschubmarkierung sichtbar, sieht der Bergmann, dass der maximale Ausfahrweg erreicht ist. Liegt das Innenrohr dann noch nicht am Gebirge an, muss zwischen dem oberen Ende des Innenrohrs und dem Gebirge ein Distanzstück eingebracht werden. Die Ausschubmarkierung stellt auch sicher, dass die Überdeckung zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr ausreichend groß ist, um die Tragfähigkeit der Ausbaustütze zu gewährleisten.

Auf Grund seiner Einfachheit eignet sich die erfindungsgemäße Ausbaustütze mit Vorteil dafür, dass nach Anspruch 10 der Raum oberhalb des Hubkolbens mit einem tragfähigen Baustoff befüllbar ist. Dieser Baustoff, z.B. Beton, wird nach Erreichen der Setzlast eingebracht und verhindert, dass bei Druck aus dem Gebirge die Ausbaustütze ihre Tragfähigkeit verliert.

Der Baustoff kann insbesondere über ein am oberen Ende des Innenrohrs vorgesehenes Füllventil eingebracht werden. Von dem Baustoff wird dann der Hubkolben abwärts bewegt, bis er die Fußplatte des Außenrohrs kontaktiert. Da der Hubkolben vorzugsweise aus Stahl besteht, ist er hochbelastbar und kann Kraft über die Fußplatte ins Liegende ableiten. Der Hubkolben trägt also wesentlich mit zur Lastübertragung bei. Außerdem ist der Hubkolben so konfiguriert, das er bei Kontakt mit der Fußplatte einen Öffnungsbereich des Ventilstutzens soweit freigibt, dass aus dem Baustoff Wasser über den Ventilstutzen entweichen kann, um das Aushärten des Baustoffs zu beschleunigen.

Gemäß Anspruch 11 ist noch vorgesehen, dass im Hubkolben eine Entlüftungsbohrung vorgesehen ist, welcher ein Ventil, insbesondere ein Schwimmerventil, zugeordnet ist. Über das Schwimmerventil und die Entlüftungsbohrung kann die in der kalottenförmigen Ausnehmung des Hubkolbens sich beim Füllvorgang sammelnde Luft entweichen, und zwar bis das nachsteigende hydraulische Medium das Ventil schließt. Infolgedessen befindet sich keine Luft unterhalb des Hubkolbens. So ist sichergestellt, dass die Ausbaustütze bei einem eventuellen Abspringen vom Hangenden oder Liegenden nicht schlagartig verlängert wird. Dies ist ein wesentlicher Sicherheitsaspekt zum Schutze des Bergmanns.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 im schematischen vertikalen Längsschnitt eine Ausbaustütze in der Ausgangsposition;

2 die Ausbaustütze der 1 nach dem Setzen und Verspannen und

3 die Ausbaustütze der 1 nach dem Befüllen mit Baustoff.

Mit 1 ist in den 1 bis 3 eine Ausbaustütze für den untertägigen Berg- und Tunnelbau bezeichnet. Eine derartige Ausbaustütze 1 kennt der Fachmann auch unter dem Begriff "Einmalstempel".

Die Ausbaustütze 1 weist (zur Erläuterung wird nur die 1 herangezogen) ein stählernes Außenrohr 2 mit einer Fußplatte 3 und ein ebenfalls stählernes Innenrohr 4 mit einer Kopfplatte 5 auf, das im Außenrohr 2 teleskopierbar ist. Im Außenrohr 2 ist im unteren Höhenbereich ein Hubkolben 6 geführt. Der Hubkolben 6 weist am Außenumfang eine Dichtung 7 auf. Unterseitig ist der Hubkolben 6 mit einer kalottenförmigen Ausnehmung 8 versehen. Nach oben hin weist der Hubkolben 6 einen hohlen, zylindrischen Stutzen 9 auf. Dadurch ergibt sich umfangseitig des Stutzens 9 eine Kreisringfläche 10. Der Raum 11 unterhalb des Hubkolbens 6 ist über einen Ventilstutzen 12 mit einem hydraulischen Medium HM, wie z.B. Druckwasser, beaufschlagbar.

Oberhalb des Hubkolbens 6 ist im Außenrohr 2 ein innenseitig zylindrisch ausgebildeter Ringkolben 13 geführt. Dazu weist der Ringkolben 13 am unteren Ende 14 umfangsseitig eine Zylinderfläche 15 auf. Die Zylinderfläche 15 geht über einen nach innen gerichteten radialen Absatz 16 in eine sich nach oben verjüngende Kegelfläche 17 über. Diese Kegelfläche 17 wechselt am oberen Ende 18 des Ringkolbens 13 in eine umfangsseitige Zylinderfläche 19. Die Zylinderfläche 19 fasst in das untere Ende 20 des Innenrohrs 4. Des Weiteren ist aus der 1 in strichpunktierter Linienführung zu erkennen, dass das untere Ende 20 des Innenrohrs 4 mit von seiner unteren Stirnseite 21 ausgehenden Schlitzen 22 versehen sein kann.

In der dargestellten Ausgangsposition der Ausbaustütze 1 (Anlieferungszustand) ist das obere Ende 18 des Ringkolbens 13 über mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Sollbruchstifte 23 mit dem Innenrohr 4 verbunden. Außerdem ist der Stutzen 9 des Hubkolbens 6 über Sollbruchstifte 24 mit dem unteren Ende 14 des Ringkolbens 13 verbunden. Die Sollbruchstifte 24 sind schwächer als die Sollbruchstifte 23 ausgebildet. Aufgrund der Verbindung des Hubkolbens 6 mit dem Ringkolben 13 über die Sollbruchstifte 24 wird zwischen der Kreisringfläche 10 am Hubkolben 6 und der unteren Stirnseite 31 des Ringkolbens 13 ein Spalt 32 gebildet.

In unteren Höhenbereich der Ausbaustütze 1 ist an der äußeren Oberfläche 25 des Außenrohrs 2 ein sich vertikal erstreckender U-förmiger Handgriff 26 befestigt. Ein weiterer U-förmiger Handgriff 27 befindet sich mit ebenfalls vertikaler Erstreckung im oberen Höhenbereich des Innenrohrs 4. Er ist an der äußeren Oberfläche 28 des Innenrohrs 4 befestigt. Hierbei stützt sich der Handgriff 27 in der dargestellten Ausgangsposition an der oberen Stirnseite 29 des Außenrohrs 2 ab. Die Höhenlage des Handgriffs 27 ist so gewählt, dass der Hubkolben 6 oberhalb des Ventilstutzens 12 gehalten wird.

Ferner ist zur Sicherstellung der Ausbaustütze 1 während des Transports ein Bindedraht 30 zwischen den Handgriffen 26 und 27 verspannt.

Bei Beaufschlagung des unterhalb des Hubkolbens 6 liegenden Raums 11 mit einem hydraulischen Medium HM wird der Hubkolben 6 angehoben, damit auch der Ringkolben 13 und das mit dem Ringkolben 13 verbundene Innenrohr 4. Erreicht die Kopfplatte 5 des Innenrohrs 4 das Gebirge 33 (2), erhöht sich der Druck im Raum 11 und es werden die Sollbruchstifte 24 zwischen dem Hubkolben 6 und dem Ringkoben 13 abgeschert. Der Hubkolbens 6 legt sich unter Ausfüllung des Spalts 32 an den Ringkolben 13. Bei weiter anhaltendem Fülldruck im Raum 11 werden auch die Sollbruchstifte 23 zwischen dem Ringkolben 13 und dem Innenrohr 4 abgeschert. Der Ringkolben 13 gleitet weiter an der inneren Oberfläche 34 des Innenrohrs 4 entlang nach oben, wobei das untere Ende 20 des Innenrohrs 4 auf Grund der Kegelfläche 17 am Ringkolben 13 nach außen gespreizt wird und nach Kontakt mit dem Außenrohr 2 dieses im Bereich 35 radial verformt, bis die untere Stirnseite 21 des Innenrohrs 4 den Absatz 16 am Ringkolben 13 erreicht hat. Innenrohr 4 und Außenrohr 2 sind tragfähig miteinander verspannt.

Da beim Befüllen des Raums 11 die hierin befindliche Luft komprimiert wird erwärmt sie sich vergleichsweise stark. Die kalottenförmige Ausnehmung 8 im Hubkolben 6 sammelt dann die komprimierte Luft L und leitet sie nach oben über den Hubkolben 6 ab. Hierfür ist im Hubkolben 6 eine Entlüftungsbohrung 36 vorgesehen. Unterhalb der Entlüftungsbohrung 36 ist ein Ventil 41 in Form eines Schwimmerventils angeordnet. Über das Schwimmerventil 41 und die Entlüftungsbohrung 36 kann die Luft entweichen, bis das nachströmende hydraulische Medium HM das Ventil 41 schließt. Unterhalb des Hubkolbens 6 befindet sich dann keine Luft, so dass sichergestellt ist, dass sich die Ausbaustütze 1 bei einem eventuellen Abspringen vom Hangenden oder Liegenden nicht schlagartig verlängert. Diese Maßnahme trägt mithin zur Sicherheit der Bergleute bei.

Zur Sicherstellung der Tragkraft der Ausbaustütze 1 wird nach ihrem Verspannen zwischen dem Liegenden 37 und dem Gebirge 33 der Raum 38 oberhalb des Hubkolbens 6 über ein Füllventil 39 mit einem tragfähigen Baustoff BST, wie beispielsweise aushärtender Beton, gefüllt (3). Durch den Baustoff BST wird dann der Hubkolben 6 nach unten verlagert, bis er die Fußplatte 3 kontaktiert. Auf Grund der Kreisringfläche 10 am Hubkolben 6 wird jedoch der Öffnungsquerschnitt des Ventilstutzens 12 soweit freigehalten, dass gemäß dem Pfeil PF Wasser aus dem Baustoff BST über den Ventilstutzen 12 entweichen kann, um das Aushärten des Baustoffs BST zu beschleunigen.

An der äußeren Oberfläche 28 des Innenrohrs 4 ist in einem vorbestimmten Höhenbereich eine Ausschubmarkierung 40 angebracht, um einem Bergmann den maximalen Ausfahrweg des Innenrohrs 4 zu signalisieren. Wird die Ausschubmarkierung 40 gemäß 2 oberhalb der oberen Stirnseite 29 des Außenrohrs 2 sichtbar, erkennt der Bergmann, dass der maximale Ausfahrweg erreicht ist.

1

Ausbaustütze

2

Außenrohr v. 1

3

Fußplatte v. 2

4

Innenrohr v. 1

5

Kopfplatte v. 4

6

Hubkolben in 2

7

Dichtung an 6

8

kalottenförmige Ausnehmung in 6

9

Stutzen v. 6

10

Kreisringfläche an 6

11

Raum unter 6

12

Ventilstutzen

13

Ringkolben

14

unteres Ende v. 13

15

Zylinderfläche an 13

16

Absatz an 13

17

Kegelfläche an 13

18

oberes Ende v. 13

19

Zylinderfläche

20

unteres Ende v. 4

21

untere Stirnseite v. 4

22

Schlitze in 21

23

Sollbruchstifte

24

Sollbruchstifte

25

äußere Oberfläche v. 2

26

Handgriff an 25

27

Handgriff an 28

28

äußere Oberfläche v. 4

29

obere Stirnseite v. 2

30

Bindedraht

31

untere Stimseite v. 13

32

Spalt zwischen 10 und 31

33

Gebirge

34

innere Oberfläche v. 4

35

Bereich v. 2

36

Entlüftungsbohrung in 6

37

Liegendes

38

Raum oberhalb v. 6

39

Füllventil

40

Ausschubmarkierung

41

Ventil

BST

Baustoff

HM

hydraulisches Medium

L

Luft

PF

Pfeil