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

Eine derartige Ausbaustütze ist durch den Prospekt "PINK-AS" der Kolk Maschinenbau GmbH bekannt. Sie weist ein Außenrohr und ein darin mittels eines hydraulisch beaufschlagbaren, im Außenrohr geführten Hubkolbens teleskopierbares Innenrohr auf. Dem Innenrohr ist am unteren Ende ein vom Hubkolben belastbarer Ringkolben zugeordnet. Dieser Ringkolben in Form eines umfangsseitig geschlossenen Innenkeilrings wirkt mit mehreren auf dem Umfang verteilten Außenkeilringsegmenten zusammen, die zwischen dem Innenkeilring, dem Hubkolben und dem Außenrohr angeordnet sind.

In der Ausgangsposition (Anlieferzustand der Ausbaustütze) befindet sich der Hubkolben im unteren Ende des Außenrohrs. Die Außenkeilringsegmente liegen auf dem Hubkolben und erstrecken sich in das untere Ende eines ringförmigen Keilspalts zwischen dem Innenkeilring und dem Außenrohr. Das Innenrohr stützt sich auf dem Innenkeilring ab.

Bei Beaufschlagung des unterhalb des Hubkolbens liegenden Druckraums mit z.B. Druckwasser fährt das Innenrohr aus, bis es zur Anlage am Gebirge gelangt und dort mit einem bestimmten Wasserdruck und aktiver Setzkraft anliegt. Bei dieser Bewegung gleiten die Außenkeilringsegmente entlang des Innenkeilrings nach oben, werden aufgrund der Schrägflächen an den beiden Bauteilen radial verlagert und verformen somit das Außenrohr. Diese Verformung ist außen an der Ausbaustütze sichtbar. Die Ausbaustütze ist gesetzt. Bei steigendem Gebirgsdruck fährt das Innenrohr ein, bis die Außenkeilringsegmente am oberen Ende des Innenkeilrings anliegen. Die sichtbare Verformung des Außenrohrs wird deutlich größer.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine Ausbaustütze für den untertägigen Berg- und Tunnelbau zu schaffen, welche als Einmalstempel unter Reduzierung des wirtschaftlichen Aufwands in der Anwendung und im Einsatz verbessert werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Der zylindrisch gestaltete Ringkolben ist ein einfaches Drehteil, das am oberen Ende im Außendurchmesser verringert ist, um mit diesem Bereich in das Innenrohr zu fassen. Das Innenrohr wird an seinem unteren Ende mit dem Ringkolben verschweißt. Dies kann mittels einer Kehlnaht durchgeführt werden. Im Ringkolben ist ein Spannring vertikal gleitfähig angeordnet. Der Spannring liegt in der Ausgangsposition (Anlieferungszustand der Ausbaustütze) mit seiner oberen Stirnseite an mehreren im Ringkolben gelagerten, umfangsseitig verteilten und nach innen vorstehenden Sollbruchstiften. Die untere Stirnseite des Spannrings befindet sich mit Abstand zu einer oberen Kreisringfläche am Hubkolben, die von einem zylindrischen hohlen Stutzen gebildet wird, der vom Hubkolben aus in den Spannring fasst. Stutzen und Spannring sind mittels auf dem Umfang verteilter Sollbruchstifte miteinander verbunden. Die Sollbruchstifte sind schwächer als die Sollbruchstifte zwischen dem Spannring und dem Ringkolben ausgebildet.

Im oberen Höhenbereich weist der Spannring umfangseitig eine sich in Richtung zum Hubkolben in der Tiefe verringernde Keilnute auf. Zwischen dem tiefsten Abschnitt der Keilnute und der inneren Oberfläche des Außenrohrs sind Druckbolzen angeordnet, die in Ausnehmungen des Ringkolbens gleitfähig geführt sind.

Wird der Raum unterhalb des Hubkolbens mit einem hydraulischen Medium, wie beispielsweise Druckwasser, beaufschlagt, wird das Innenrohr aufgrund der Verbindungen über die Sollbruchstifte angehoben, bis es unter Setzlast gerät. Bei weiter anhaltendem Setzdruck werden zunächst die Sollbruchstifte zwischen dem Stutzen und dem Spannring abgeschert. Der Stutzen gleitet weiter in den Spannring hinein, bis unter Ausfüllung des Spalts die Kreisringfläche am Hubkolben an der unteren Stirnseite des Spannrings anliegt. Der Spannring gleitet dann weiter in den Ringkolben hinein und schert anschließend die Sollbruchstifte zwischen dem Spannring und dem Ringkolben ab. Hierbei drückt die Schrägfläche der Keilnute die Druckbolzen radial nach außen, welche dann die Wand des Außenrohrs verformen. Das Innenrohr ist nunmehr mit dem Außenrohr mechanisch verspannt. Bei Druckeinwirkung aus dem Gebirge übernehmen die Druckbolzen die Last, da sie nicht mehr radial nach innen ausweichen können. Der Spannring verhindert eine radiale Verlagerung der Druckbolzen nach innen.

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

Die sichere Lage der Druckbolzen im zwischen dem Liegenden und dem Gebirge verspannten Zustand der Ausbaustütze wird nach Anspruch 2 dadurch verbessert, dass benachbart des unteren Endes der Keilnute eine Ringnute in der äußeren Oberfläche des Spannrings vorgesehen ist. In dieser Ringnute finden die inneren Stirnseiten der Druckbolzen einwandfreie Abstützungen.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 sind die Stirnseiten der Druckbolzen, der tiefste Abschnitt der Keilnute und die Ringnute in gegenseitiger Anpassung gerundet. Dies hat Vorteile, was den Ausdrückvorgang der Druckbolzen und die Gleitbewegungen auf der Schrägfläche der Keilnute anlangt, aber auch, was die Verformung des Außenrohrs betrifft, um dort das Material kontrolliert zu deformieren.

Nach Anspruch 4 sind die die Druckbolzen führenden Ausnehmungen im Ringkolben von innen nach außen geneigt. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass eine Keilwirkung nach unten entsteht, wenn von oben die Setzlast auf die Ausbaustütze einwirkt. Außerdem hat die Neigung der Ausnehmungen den weiteren Vorteil, dass bei der radialen Verlagerung der Druckbolzen nach außen eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt wird, die den Setzvorgang unterstützt.

Gemäß Anspruch 5 ist es ferner von Vorteil, dass das Material der Druckbolzen härter als das Material des Außenrohrs ist. Bevorzugt kommt ein gehärteter Stahlwerkstoff zur Anwendung.

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. Aufgrund der kalottenförmigen Ausnehmung an der Unterseite des Hubkolbens 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 Befüllen mit dem hydraulischen Medium 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 äußeren Oberfläche des Innenrohrs eine Ausschubmarkierung vorgesehen. Dies kann eine Farbmarkierung sein, um einem 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, muss zwischen dem oberen Ende des Innenrohrs und dem Gebirge ein Distanzstück eingebracht werden. Die Ausschubmarkierung stellt ferner sicher, dass die Überdeckung zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr ausreichend groß ist, um die Tragfähigkeit der Ausbaustütze zu gewährleisten.

Aufgrund seiner Einfachheit eignet sich die erfindungsgemäße Ausbaustütze vorteilhaft dafür, dass nach Anspruch 10 der Raum oberhalb des Hubkolbens mit einem tragfähigen Baustoff, wie z.B. Beton, befüllbar ist. Dieser Baustoff 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 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, dass er bei Kontakt mit der Fußplatte einen Öffnungsbereich des Ventilstutzens für das hydraulische Medium so weit freigibt, dass aus dem Baustoff Wasser über den Ventilstutzen entweichen kann, um das Aushärten des Baustoffs zu beschleunigen.

Gemäß den Merkmalen von Anspruch 11 weist der Hubkolben eine Öffnung in Form einer Entlüftungsbohrung auf, wobei der Entlüftungsbohrung ein Ventil, insbesondere ein Schwimmerventil, zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Entlüftungsbohrung am höchsten Punkt der kalottenartigen Ausnehmung im Hubkolben angeordnet. Über das Schwimmerventil und die Entlüftungsbohrung entweicht beim Befüllen der Ausbaustütze zunächst die Luft, bis das nachsteigende hydraulische Medium das Schwimmerventil schließt. Dadurch, dass keine Luft unterhalb des Hubkolbens vorhanden ist, ist sichergestellt, dass die Ausbaustütze bei einem eventuellen Abspringen am Hangenden oder Liegenden nicht schlagartig verlängert wird. Dies ist ein wesentlicher Sicherheitsaspekt zum Schutze eines Bergmanns.

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

Es zeigen:

1 eine Ausbaustütze in der Ausgangsposition, teilweise im vertikalen Längsschnitt;

2 in vergrößertem Maßstab den Höhenbereich II der 2 im vertikalen Längsschnitt;

3 die Ausbaustütze der 1 nach dem Setzen und Verspannen, teilweise im vertikalen Längsschnitt;

4 in vergrößertem Maßstab den Höhenbereich IV der 3 im vertikalen Längsschnitt;

5 die Ausbaustütze der 1 nach dem Befüllen mit Baustoff und

6 in vergrößertem Maßstab den Höhenbereich VI der 5 im vertikalen Längsschnitt.

In den 1, 3 und 5 ist mit 1 eine Ausbaustütze für den untertägigen Berg- und Tunnelbau bezeichnet. Es handelt sich hierbei um eine Ausbaustütze 1, die für den Einmaleinsatz vorgesehen ist. Die Ausbaustütze 1 umfasst ein stählernes Außenrohr 2 mit einer Fußplatte 3 und ein ebenfalls stählernes Innenrohr 4 mit einer Kopfplatte 5. Das Innenrohr 4 ist zum Außenrohr 2 relativ verlagerbar. Wie die 2 erkennen lässt, übergreift das untere Ende 6 des Innenrohrs 4 das im Außendurchmesser reduzierte obere Ende 7 eines im Außenrohr 2 geführten Ringkolbens 8 und ist mit diesem über eine umfangsseitige Kehlschweißnaht 9 verbunden. Mit geringem Abstand unterhalb der Kehlschweißnaht 9 sind in Querbohrungen 10 des Ringkolbens 8 mehrere auf dem Umfang zueinander versetzte Sollbruchstifte 11 eingesetzt. Die S&sgr;ltbruchstifte 11 kragen mit einem bestimmten Längenabschnitt 12 gegenüber der inneren zylindrischen Oberfläche 13 des Ringkolbens 8 vor.

Mit Abstand unterhalb der Sollbruchstifte 11 sind in den Ringkolben 8 über den Umfang verteilte geneigte Ausnehmungen 14 eingebracht. Die Ausnehmungen 14 neigen sich in Richtung zum Außenrohr 2. In die Ausnehmungen 14 sind an den Stirnseiten 15 gerundete Druckbolzen 16 eingesetzt. In der in der 2 veranschaulichten Ausgangsposition (Anlieferungszustand der Ausbaustütze 1) liegen die Druckbolzen 16 mit ihren inneren Stirnseiten 15 im gerundeten Tiefsten 17 einer umfangsseitig eines Spannrings 18 angeordneten Keilnute 19, die sich in Richtung zur unteren Stirnseite 20 des Spannrings 18 in der Tiefe verringert. Mit ihren äußeren Stirnseiten 15 liegen die Druckbolzen 16 an der inneren Oberfläche 21 des Außenrohrs 2. Die obere Stirnseite 22 des Spannrings 18 liegt an den nach innen vorstehenden Längenabschnitten 12 der Sollbruchstifte 11. Die untere Stirnseite 20 des Spannrings 18 liegt mit Abstand zu einer Kreisringfläche 23 an einem im Außenrohr 2 geführten Hubkolben 24. Die Kreisringfläche 23 wird von einem hohlen zylindrischen Stutzen 25 am Hubkolben 24 gebildet. Umfangsseitig besitzt der Hubkolben 24 eine Dichtung 26. Von der Kreisringfläche 23 und der unteren Stirnseite 20 des Spannrings 18 wird ein Spalt 27 gebildet. Unterseitig ist der Hubkolben 24 mit einer kalottenförmigen Ausnehmung 28 versehen. Der Hubkolben 24 ist über den Raum 29 unterhalb des Hubkolbens 24 mit einem hydraulischen Medium HM, wie beispielsweise Druckwasser, beaufschlagbar. Dazu ist ein Ventilstutzen 30 vorgesehen (siehe auch 1).

Der Stutzen 25 am Hubkolben 24 ist über Sollbruchstifte 31 mit dem unteren Ende 32 des Spannrings 18 verbunden. Die Sollbruchstifte 31 sind schwächer als die Sollbruchstifte 11 ausgebildet, die sich im Ringkolben 8 befinden und an denen sich der Spannring 18 abstützt.

Ferner ist aus 2 noch zu erkennen, dass benachbart des unteren Endes der in die äußere Oberfläche 33 des Spannrings 18 auslaufenden Schrägfläche 34 der Keilnute 19 eine Ringnute 35 in der äußeren Oberfläche 33 vorgesehen ist. Diese Ringnute 35 ist gemuldet und an die gerundeten Stirnseiten 15 der Druckbolzen 16 angepasst.

Der Spannring 18 weist innenseitig über den wesentlichen Teil seiner Höhe eine zylindrische Gestaltung auf. Der zylindrische Längenabschnitt 36 geht am oberen Ende des Spannrings 18 in einen kegelförmigen Längenabschnitt 37 über.

Im unteren Höhenbereich der Ausbaustütze 1 (siehe 1) ist an der äußeren Oberfläche 38 des Außenrohrs 2 ein sich vertikal erstreckender U-förmiger Handgriff 39 befestigt. Ein weiterer U-förmiger Handgriff 40 befindet sich mit ebenfalls vertikaler Erstreckung im oberen Höhenbereich des Innenrohrs 4. Er ist an der äußeren Oberfläche 41 des Innenrohrs 4 befestigt. Hierbei stützt sich der Handgriff 40 in der dargestellten Ausgangsposition an der oberen Stirnseite 42 des Außenrohrs 2 ab. Die Höhenlage des Handgriffs 40 ist so gewählt, dass der Hubkolben 24 oberhalb des Ventilstutzens 30 gehalten wird. Ferner ist zur Sicherstellung der Ausbaustütze 1 beim Transport ein Bindedraht 43 zwischen den Handgriffen 39, 40 verspannt.

Bei einer Beaufschlagung des Druckraums 29 unterhalb des Hubkolbens 24 mit dem hydraulischen Medium HM (1) schiebt der Hubkolben 24 den Spannring 18 nach oben und aufgrund der Anlage der oberen Stirnseite 22 des Spannrings 18 an den Sollbruchstiften 11 wird auch das Innenrohr 4 nach oben verlagert, bis die Kopfplatte 5 am Gebirge 44 zur Anlage gelangt (3). Bei weiter steigendem Druck im Raum 29 unterhalb des Hubkolbens 24 werden die Sollbruchstifte 31 abgeschert und es gelangt die Kreisringfläche 23 am Hubkolben 24 unter Ausfüllung des Spalts 27 mit der unteren Stirnseite 20 des Spannrings 18 in Kontakt. Bei weiter anhaltendem Fülldruck im Raum 29 werden auch die Sollbruchstifte 11 abgeschert und es wird der Spannring 18 von dem Hubkolben 24 relativ zum Ringkolben 8 nach oben verschoben. Bei dieser Bewegung werden die Druckbolzen 16 von der Schrägfläche 34 der Keilnute 19 in Richtung auf das Außenrohr 2 verlagert, wobei das Außenrohr 2, wie die 3 und 4 zu erkennen geben, im Höhenbereich 45 radial nach außen verformt wird. Die Druckbolzen 16 schaffen sich folglich Abstützungen am Außenrohr 2. In der Endstellung gemäß 4 liegen die inneren Stirnseiten 15 der Druckbolzen 16 in der Ringnute 35, während die äußeren Stirnseiten 15 in dem verformten Höhenbereich 45 des Außenrohrs 2 liegen. Die unteren Stirnseiten 46 des Ringkolbens 28 des Spannrings 18 verlaufen bündig mit der Kreisringfläche 23 des Hubkolbens 24.

Da beim Befüllen des Raums 29 die hierin befindliche Luft L komprimiert wird, erwärmt sie sich vergleichsweise stark. Die kalottenförmige Ausnehmung 28 im Hubkolben 24 sammelt dann die komprimierte Luft L und leitet sie nach oben über den Hubkolben 24 ab. Hierfür ist im Hubkolben 24 eine Entlüftungsbohrung 50 vorgesehen. Der Entlüftungsbohrung 50 ist ein Ventil 51 in Form eines Schwimmerventils zugeordnet. Über das Schwimmerventil 51 und die Entlüftungsbohrung 50 kann die Luft entweichen, bis das hydraulische Medium das Schwimmerventil 51 schließt. Auf diese Weise wird vermieden, dass komprimierte Luft unterhalb des Hubkolbens 24 ansteht. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Ausbaustütze 1 bei einem eventuellen Abspringen am Hangenden oder Liegenden nicht schlagartig verlängert wird. Dies ist ein wesentlicher Sicherheitsaspekt zum Schutze eines Bergmanns.

Zur Sicherstellung der Tragkraft der Ausbaustütze 1 wird nach ihrem Verspannen zwischen den Liegenden 47 und dem Gebirge 44 der Raum 48 oberhalb des Hubkolbens 6 über ein Füllventil 49 mit einem tragfähigen Baustoff BST, wie beispielsweise aushärtender Beton, befüllt (5). Durch den Baustoff BST wird dann der Hubkolben 24 nach unten verlagert, bis er die Fußplatte 3 kontaktiert. Auf Grund der Kreisringfläche 23 am Hubkolben 24 wird der Öffnungsquerschnitt des Ventilstutzens so weit freigehalten, dass gemäß dem Pfeil PF Wasser aus dem Baustoff BST über den Ventilstutzen 30 entweichen kann, um das Aushärten des Baustoffs BST zu beschleunigen.

An der äußeren Oberfläche 41 des Innenrohrs 4 ist in einem vorbestimmten Höhenbereich eine Ausschubmarkierung 52 angebracht, um einem Bergmann den maximalen Ausfahrweg des Innenrohrs 4 zu signalisieren. Wird die Ausschubmarkierung gemäß 3 oberhalb der oberen Stirnseite 42 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

unteres Ende v. 4

7

oberes Ende v. 8

8

Ringkolben

9

Kehlschweißnaht

10

Querbohrungen in 8

11

Sollbruchstifte

12

Längenabschnitt v. 11

13

zylindrische Innenfläche v. 8

14

Ausnehmungen in 8

15

Stirnseiten v. 16

16

Druckbolzen

17

Tiefstes v. 19

18

Spannring

19

Keilnute

20

untere Stirnseite v. 18

21

innere Oberfläche v. 2

22

obere Stirnseite v. 18

23

Kreisringfläche an 24

24

Hubkolben

25

Stutzen an 24

26

Dichtung an 24

27

Spalt zwischen 20 und 23

28

Kalotte in 24

29

Raum unter 24

30

Ventilstutzen

31

Sollbruchstifte

32

unteres Ende v. 18

33

äußere Oberfläche v. 18

34

Schrägfläche v. 19

35

Ringnute in 33

36

zylindrischer Längenabschnitt v. 18

37

kegelförmiger Längenabschnitt v. 18

38

äußere Oberfläche v. 2

39

Handgriff an 2

40

Handgriff an 4

41

äußere Oberfläche v. 4

42

obere Stirnseite v. 2

43

Bindedraht

44

Gebirge

45

ausgewölbter Bereich v. 2

46

untere Stirnseite v. 8

47

Liegendes

48

Raum oberhalb v. 24

49

Füllventil

50

Entlüftungsbohrung in 24

51

Ventil

52

Ausschubmarkierung an 41

BST

Baustoff

HM

hydraulisches Medium

L

Luft in 28

PF

Pfeil