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Dokumentenidentifikation DE102006026766A1 20.12.2007
Titel Vorrichtung zur Aufnahme von selbsttragenden Baustoffschichten in Schächten
Anmelder Deutsche Montan Technologie GmbH, 45307 Essen, DE
Erfinder Klein, Joachim, Dr., 44799 Bochum, DE
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026766
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse E21D 7/00(2006.01)A, F, I, 20061025, B, H, DE
Zusammenfassung Vorrichtung zur Aufnahme von selbsttragenden Baustoffschichten in Schächten oder anderen vertikal verlaufenden Hohlräumen mit einer an der Schacht- oder Hohlraumwandung anliegenden aufspannenden Spreizvorrichtung, wobei die Spreizvorrichtung (20) aus schwenkbar angeordneten Biegestreben (1) an die über Angelenke (9) Pendelstäbe (2) angelenkt sind, die an einem Ring (8) auf einer Endplatte (5) eines Zentralstabes (4) schwenkbar gelagert sind und die Biegestreben (1) mit Gelenken (10) mit einem Zylinder (6), der den Zentralstab (4) umschließt, verbunden sind, besteht und die Spreizvorrichtung (20) in geöffnetem Zustand an der Schacht- oder Hohlraumwandung (21) als statisches Sprengwerk in Form eines Schachtschirmes ausgebildet ist (Figur 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von selbsttragenden Baustoffschichten in Schächten oder anderen vertikal verlaufenden Hohlräumen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Schächte und andere vertikal verlaufende Hohlräume dadurch zu sichern, dass eine Verfüllung bis zu einer erforderlichen Teufe in den Schacht oder Hohlraum eingebracht wird. Das hierfür in der vorgesehenen Teufenlage erforderliche Widerlager wird in der Regel dadurch hergestellt, dass in bestimmten Teufenlagen Stahlträger auf Sohlen oder in vorbereiteten Wandnischen in der Wandung des Schachtes oder des Hohlraumes verlegt werden, auf die eine weitere Trägerlage und ein Holzbelag als Schalungsebene aufgebracht werden und so das Widerlager für die Halterung der Füllgutsäule in dem Schacht oder Hohlraum hergestellt wird. Diese so genannten Schalungsbühnen haben einen erheblichen Stahlbedarf und sind entsprechend schwer.

Die DE 199 21 363 C2 offenbart eine Vorrichtung zur Ausbildung eines in Schächten oder anderen vertikal verlaufenden Hohlräumen festzusetzenden Widerlagers für eine in den Schacht oder Hohlraum einzubringende Füllgutsäule, bei der das Widerlager aus einer mit einem ein stabiles Kissen ausbildenden Schaum bis in eine verspannende Anlage an der Schacht- oder Hohlraumwandung zu verfüllenden flexiblen Hülle besteht. In der in den Schacht oder Hohlraum eingehängten Hülle ist eine Spreizvorrichtung angeordnet, die sich entfaltet und die flexible Hülle aufspannt.

Die Spreizvorrichtung hat keine lastaufnehmende Funktion sondern dient lediglich dazu, die flexible Hülle derart aufzuspannen, dass ein stabiles Kissen und mit Schaumfüllung ausgebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme von selbsttragenden Baustoffschichten in Schächten oder anderen vertikal verlaufenden Hohlräumen zur Verfügung zu stellen, die bedeutend leichter als die bekannten Vorrichtungen ist, deren Funktionsfähigkeit über Tage geprüft werden kann und die mit geringem Aufwand in einer beliebigen Tiefe verklemmbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen erfolgen gemäß dem Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass die senkrechte Kraft aus der Belastung durch die später selbsttragenden Baustoffschichten hauptsächlich auf die Bohrungswandung gerichtete Normalkräfte umgewandelt werden.

Bei einer herkömmlichen Schalungsbühne mit Biegeträgern werden die Lasten ausschließlich über Biegung abgetragen. Aus diesem Grunde beträgt das Stahlgewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur etwa 25 % des Gewichtes einer herkömmlichen Schalungsbühne.

Die erfindungsgemäße Spreizvorrichtung wird vorteilhaft mit einer membranartigen Bespannung versehen. Dadurch lässt sich auf einfache Art und Weise mit Hilfe einer formstabilen und leichtgewichtigen Auffüllung ein Widerlager aufbauen.

Die Biegestreben und Pendelstäbe der Spreizvorrichtung bestehen aus Stahlprofilen und/oder Stahlrohren, die sich wie ein Schirm in dem Schacht aufspannen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zunächst von einem Seil gehalten. Mit diesem Seil kann die Spreizvorrichtung in den Schacht oder Hohlraum eingefahren werden. Während des Einfahrens ist die Spreizvorrichtung durch eine Haltevorrichtung vor dem Öffnen gesichert. Diese Haltevorrichtung kann z.B. eine Wasser aufnehmende Kunststoffrinne sein. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung das die gewünschte Teufe erreicht hat, kann die Haltevorrichtung durch Aufgabe einer Wasserlast entfernt werden, so dass die Biegestreben sich an der Schacht- oder Hohlraumwandung verklemmen und lagesicher verspannen. Das Öffnen der Spreizvorrichtung kann auch durch ein Zugband oder Ähnliches, wie z.B. Spindeln oder zusätzlich Massegewichte am Zylinder realisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann als Haltevorrichtung ein zweites Seil verwendet werden, dass das Zylindergewicht übernimmt. Die Verwendung eines zweiten Seiles hat den Vorteil, das der Setzvorgang der erfindungsgemäßen Spreizvorrichtung korrigiert werden und die Spreizvorrichtung erneut gesetzt werden kann. Dies ist besonders bei Schachtverschlüssen an der Tagesoberfläche von Vorteil.

Bei dem Öffnen der Spreizvorrichtung bewegt sich der Zylinder, der den Zentralstab umschließt und an dem die Biegestreben mit Gelenken verbunden sind, nach unten und mit Hilfe der angelenkten Pendelstäbe verklemmen sich die Biegestäbe an der Schacht- oder Hohlraumwand. Der Zylinder wird durch einen an dem Zentralstab angeordneten Sperrbolzen gegen eine Hochbewegung gesichert.

Nach dem Aufständern der Biegestreben an der Schacht- oder Hohlraumwandung gehen die Zugbeanspruchungen in Druckspannungen über. Das Seil kann nun abgeschlagen werden. Es gibt jedoch Auslegungsfälle, bei denen das Seil bis zur Fertigstellung der Auffüllung an der Spreizvorrichtung verbleibt. Die Pendelstäbe stützen die Biegestreben im oder in der Nähe des Drittelpunktes.

Die geöffnete und gesetzte Spreizvorrichtung wird nun mit einer formstabilen leichtgewichtigen Auffüllung zur Nivellierung überschüttet. Dies kann eine ballartige Auffüllung sein. Es ist auch möglich Schäume, die keine tragenden sondern nur Form gebenden Charakter haben oder Dichtschläuche zu verwenden.

Auf die Auffüllung wird anschließend eine hydraulisch abbindende Baustoffschicht gegossen, die nach der Abbindung selbsttragend ist, Dabei ist es möglich, die Baustoffschicht entsprechend der erforderlichen Höhe in einem Arbeitsschritt einzubringen. Es kann die Baustoffschicht jedoch auch in abschnittsweise erhärteten Schichten eingebracht werden. Das hat den Vorteil, dass die jeweils vorab erhärtete Schicht aufgrund von Gewölbebildung zusätzliche Tragreserven für die nachfolgende Baustoffschicht liefert. Auf diese Art und Weise kommt es zu einem gewölbeartigen Tragverhalten der Baustoffschicht oberhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spreizvorrichtung dargestellt ist.

In der Zeichnung zeigen

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Spreizvorrichtung in ungeöffnetem Zustand

2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Spreizvorrichtung mit einer wasserdichten Bespannung in ungeöffnetem und geöffnetem Zustand

3 die erfindungsgemäße Spreizvorrichtung in gesetztem Zustand mit einer Auffüllung und in

4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in gesetztem Zustand mit einer nach dem Erhärten selbsttragenden Baustoffschicht

In der 1 ist die erfindungsgemäße Spreizvorrichtung 20 in einem Schacht mit einer Schacht- oder Hohlraumwandung in ungeöffnetem Zustand dargestellt. Die Spreizvorrichtung 20 besteht aus schwenkbar angeordneten Biegestreben 1, die über Angelenke 9 an Pendelstäben 2 angelenkt sind. Die Pendelstäbe 2 sind an einem Ring 8 auf einer Endplatte 5 eines Zentralstabes 4 schwenkbar gelagert. Die Biegestreben 1 sind mit Gelenken 10 mit einem Zylinder 6, der den Zentralstab 4 umschließt, verbunden. Die Spreizvorrichtung 20 hängt an einem Seil 3 in der Mitte des Schachtes mit einem Radius R. An dem Zentralstab 4 ist ein Sperrbolzen 7 angeordnet.

Die 2 zeigt, dass die Spreizvorrichtung 20 mit einer membranartigen Bespannung 11 versehen ist. Die Spreizvorrichtung 20 wird in ungeöffnetem Zustand von einer Haltevorrichtung 12 gehalten. Die Haltevorrichtung 12 ist als eine Kunststoffrinne ausgeführt. Durch Beaufschlagung mit Wasser erhöht sich das Gewicht der Kunststoffrinne und die Haltevorrichtung 12 gibt die Biegestreben 1 frei und die Spreizvorrichtung 20 öffnet sich und spreizt sich an der Schacht- oder Hohlraumwandung 21 derart, dass ein statisches Sprengwerk ausgebildet wird. Die übrigen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in der 1.

Aus den 3 und 4 geht hervor, dass die Spreizvorrichtung 20 in gesetztem, d.h. geöffnetem Zustand mit einer Auffüllung 15 zur Nivellierung überschüttet ist. Die Spreizvorrichtung 20 wird mit Hilfe des Seils 3 in den Schacht mit der Schacht- oder Hohlraumwandung 21 eingefahren. Ist die gewünschte Tiefe erreicht, wird die Haltevorrichtung 12 entfernt und die Spreizvorrichtung 20 öffnet sich dadurch, dass sich der Zylinder 6 aufgrund seines Gewichtes nach unten bewegt, so dass die Biegestreben 1 sich an der Schacht- oder Hohlraumwandung 21 verklemmen und lagesicher verspannen. Zusätzlich hält der Sperrbolzen 7 die Spreizvorrichtung 20 geöffnet. Das Seil 3 kann nun abgeschlagen werden. Die Auffüllung 15 wird mindestens bis zur Höhe H der Spreizvorrichtung 20 aufgefüllt. Auf dieser Auffüllung 15 wird nun, wie in der 4 dargestellt, eine nach der Erhärtung selbsttragende Baustoffschicht 16 angeordnet. Dabei wird die Baustoffschicht 16 so bemessen, dass die Anforderungen der Dauerstandssicherheit erfüllt werden.

Ausführungsbeispiel:

In einen Bergwerksschacht mit 6,3 m lichtem Durchmesser wird als Widerlager die erfindungsgemäße Spreizvorrichtung eingebaut. Die Biegestreben haben eine Länge von 4 in und sind als Doppel-T-Träger mit einer Höhe von 20 cm ausgebildet. In Folge des Eigengewichtes der Konstruktion verklemmen sich die Biegestreben an der Schachtwandung und stellen somit ein verschiebungsfreies Auflager dar. Als Auffüllung wird ein hydraulisch abbindender Leichtbaustoff mit einer Wichte von 2 kN/m3 eingebracht. Das Gewicht dieser Stahlkonstruktion beträgt ca. 3 t. Das Stahlgewicht eines konventionellen Widerlagers mit Biegeträgern würde ca. 12 t betragen. Neben dem geringeren Aufwand bei dem Einbau hat dies auch erhebliche Einsparungen bei den Materialkosten zur Folge.

1
Biegestreben
2
Pendelstäbe
3
Seil
4
Zentralstab
5
Endplatte
6
Zylinder
7
Sperrbolzen
8
Ring
9
Angelenk
10
Gelenk
11
Bespannung
12
Haltevorrichtung
15
Auffüllung
16
Baustoffschicht
20
Spreizvorrichtung
21
Schacht- oder Hohlraumwandung
H
Höhe der Spreizvorrichtung
R
Schachtradius
L
Länge der Biegestreben


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Aufnahme von selbsttragenden Baustoffschichten in Schächten oder anderen vertikal verlaufenden Hohlräumen mit einer an der Schacht- oder Hohlraumwandung anliegenden aufspannenden Spreizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (20) aus schwenkbar angeordneten Biegestreben (1) an die über Angelenke (9) Pendelstäbe (2) angelenkt sind, die an einem Ring (8) auf einer Endplatte (5) eines Zentralstabes (4) schwenkbar gelagert sind und die Biegestreben (1) mit Gelenken (10) mit einem Zylinder (6), der den Zentralstab (4) umschließt, verbunden sind, besteht und die Spreizvorrichtung (20) in geöffnetem Zustand an der Schacht- oder Hohlraumwandung (21) als statisches Sprengwerk in Form eines Schachtschirmes ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (20) mit einer membranartigen Bespannung (11) versehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegestreben (1) und die Pendelstäbe (2) aus Stahlprofilen und/oder Stahlrohren bestehen. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (20) mit einem Seil (3) und einer Haltevorrichtung (12) ausgestattet ist. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (12) aus einem Seil besteht, das an dem Zylinder (6) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zentralstab (4) ein Sperrbolzen (7) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über der lagesicher verklemmten Spreizvorrichtung (20) eine leichtgewichtige Auffüllung (15) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über der Auffüllung (15) eine hydraulisch abbindende Baustoffschicht (16) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Angelenke (9) im Bereich des Drittelpunktes der Biegestreben (1) angeordnet sind.






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