(19)
(11) EP 0 281 737 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
14.09.1988  Patentblatt  1988/37

(21) Anmeldenummer: 88100860.1

(22) Anmeldetag:  21.01.1988
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)4E21B 23/00, E21F 17/00, B09B 1/00
(84) Benannte Vertragsstaaten:
BE CH ES FR GB IT LI LU NL SE

(30) Priorität: 23.02.1987 DE 3705731

(71) Anmelder: Deutsche Gesellschaft zum Bau und Betrieb von Endlagern für Abfallstoffe mbH (DBE)
D-3150 Peine 1 (DE)

(72) Erfinder:
  • Küster, Klaus
    D-3012 Langenhagen 5 (DE)
  • Heidekorn, Dirk
    D-3171 Rötgesbüttel (DE)
  • Peters, Richard
    D-3303 Vechelde (DE)
  • Niephaus, Peter, Dr.
    D-5170 Jülich (DE)

(74) Vertreter: König, Norbert, Dipl.-Phys. Dr. et al
Patentanwälte Leine & König Burckhardtstrasse 1
30163 Hannover
30163 Hannover (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Vorrichtung zur Aufnahme von Lasten in Hohlräumen


    (57) Eine Vorrichtung zur Aufnahme von Lasten in Hohlräumen, insbesondere in Bohrlöchern eines Bergwerks, weist eine durch Belastung betätigbare, selbständig ausfahrende Spreiz­vorrichtung (8) zur Anlage an der Wandung (10) des Hohlraumes (11) auf. Die Vorrichtung soll so ausgebildet sein, daß ein in den Hohlraum eingebrachter Stapel in mehrere getrennte Stapelabschnitte aufteilbar ist, so daß sehr tiefe Hohlräume und damit sehr hohe Gesamtstapel aufgebaut werden können. Die Spreizvorrichtung (8) weist hierzu mehrere, an einer Last­aufnahmeplatte (6) schwenkbar angeordnete Druckarme auf, an deren freien Enden (16) Andruckplatten (18) pendelnd schwenk­bar angebracht sind. An den Druckarmen (12) sind Schubarme (22) angelenkt, die mit einer für alle Schubarme gemeinsamen Spreizplatte (32) drehbar verbunden sind. Die Anlenkpunkte (26) der Schubarme (22) an den Druckarmen (12) sind unterhalb der Druckachsen (34) der Druckarme angeordnet.




    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Lasten in Hohlräumen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

    [0002] Zur Lagerung von Sonderabfällen ist es u.a. bekannt, diese in Lagerbehälter zu füllen und die Behälter dann zu lagern. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Lagerung der Behälter in einem Bergwerk vorzunehmen, in dem senk­rechte Bohrlöcher ausgebildet werden, in denen die Behälter übereinander gestapelt werden (IAEA, Vienna (1986), 543-552). Die Stapelhöhe hängt ab von der Druckbelastbarkeit der je­weils untersten Behälter, so daß die Stapelhöhe der Behälter und damit die nutzbare Bohrlochtiefe normalerweise begrenzt ist. Bei Bohrlochtiefen von beispielsweise 300 m und mehr können die untersten Lagerbehälter durch Überlastung zer­stört werden.

    [0003] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine Lagerung von Abfallbehältern auch in sehr tiefen Bohrlöchern mit großer Gesamtstapelhöhe möglich ist.

    [0004] Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kenn­zeichen des Anspruchs 1 gelöst.

    [0005] Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine spreiz­bare Stützvorrichtung dar, die sich sozusagen an der Boh­rungswandung abstützt bzw. festklemmt und das Gewicht eines Stapelabschnittes aufnimmt. Die erfindungsgemäße Vorrich­tung wirkt völlig selbständig; die Abstützung an der Bohrungs­ wandung erfolgt ohne den Einsatz von Fremdenergie und wirkt proportional der zu stützenden bzw. aufzunehmenden Last der Lagerbehälter. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wandelt die senkrechte Kraft aus der Belastung durch die Lagerbehälter in horizontale, auf die Bohrungswandung ge­richtete Normalkräfte um, die durch die zwischen der Vor­richtung und der Bohrungswandung auftretende Haftreibung die Fixierung der Vorrichtung in der Bohrung sicherstellen.

    [0006] Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, den Stapelbereich in einzelne Stapelabschnitte aufzuteilen, die die jeweils darunter angeordneten Stapel­abschnitte nicht belasten. Für jeden Stapelabschnitt sind nur die eigenen Gewichts- und Druckverhältnisse maßgebend, so daß sehr tiefe, beispielsweise mehrere hundert Meter tiefe Bohrlöcher als Lagerraum für die Lagerbehälter vor­gesehen werden können, ohne die Stabilität der untersten Lagerbehälter zu gefährden.

    [0007] Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der er­findungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

    [0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine besondere Schwenkarmkonstruktion auf, durch die sichergestellt ist, daß keine Belastung der Lagerbehälter unterhalb der Vor­richtung erfolgt. Die Spreizung der Druckarme mit den daran angelenkten Andruckplatten erfolgt durch das eigene Gewicht der Vorrichtung; sobald nämlich die Spreizplatte beispiels­weise auf einem bereits eingebrachten Stapelabschnitt auf­sitzt oder eine beliebige Unterlage berührt, wird das selbst­tätige Ausfahren der seitlichen Andruckplatten und damit das Herstellen der kraft- und/oder formschlüssigen Ver­bindung ausgelöst (vgl. Anspruch 2). Die selbsttätig aus­fahrende Andruckplatte bewirkt außerdem eine horizontale Zentrierung der Vorrichtung.

    [0009] Durch die Ausbildung nach den Ansprüchen 3 und 5 wird erreicht, daß bei weiterer Belastung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spreizplatte von ihrer Unterlage, beispiels­weise einem schon eingebrachten Stapelabschnitt, abgehoben wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß keine Be­lastung der unteren Stapelabschnitte durch die oberen Stapel­abschnitte erfolgt.

    [0010] Durch die befestigte erfindungsgemäße Vorrichtung ist gleichzeitig eine Zentrierung der aufliegenden Lagerbehälter erreichbar. Eine evtl. einmal falsch eingebrachte Vorrich­tung kann leicht wieder gelöst werden, und das Rückholen der Vorrichtung wird in keiner Weise durch Vorrichtungsteile be­hindert.

    [0011] Durch die konstruktive Gestaltung der Andruckplatten ist die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung auch bei hohen Lagertemperaturen gewährleistet.

    [0012] Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher er­läutert werden.

    [0013] Es zeigt

    Fig. 1 schematisch eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

    Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1 und

    Fig. 3, 4 und 5 verschiedene Spreizzustände der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2.



    [0014] Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Stapels von Lagerbehältern 4 mit einer Lastauf­nahmeplatte 6, unter der eine Spreizvorrichtung 8 zum Anlegen an eine Wandung 10 eines Bohrloches 11 angeordnet ist. Die Spreizvorrichtung 8 weist mehrere Druckarme 12 auf, die in unter der Lastaufnahmeplatte 6 angebrachten Lagern 14 pendelartig schwenkbar gelagert sind. Die Lager 14 befinden sich bei der dargestellten Ausführungsform nahe dem Zentrum der Lastaufnahmeplatte 6. Am freien Ende 16 jedes Druckarmes 12 ist eine Andruckplatte 18 in einem Lager 20 pendelnd schwenkbar angeordnet.

    [0015] Unterhalb jedes Druckarmes 12 befindet sich ein Schub­arm 22, dessen eines Ende 24 in einem Lager 26 drehbar mit dem Druckarm 12 und dessen anderes Ende 28 in einem Lager 30 drehbar an einer für alle Schubarme 22 gemeinsamen zen­tralen Spreizplatte 32 angebracht ist.

    [0016] Das Drehlager 26 befindet sich zwischen dem Ende 16 des Druckarmes 12 und dessen Mitte, so daß der Angriffs­punkt des Schubarmes 22 außerhalb des Mittelpunktes näher zum freien Ende 16 des Druckarmes 12 liegt; hierdurch wird eine günstige Hebelwirkung erzielt. Außerdem liegt das Drehlager 26 außerhalb, und zwar unterhalb der Druck­achse 34 des Druckarmes.

    [0017] Die Lager 20 der Andruckplatten 18 befinden sich im oberen Teil, so daß die Andruckplatten stets etwa senkrecht pendelnd hängen. Die Andruckplatten 18 weisen auf ihrer Andruckseite eine profilierte Fläche 36 auf, wobei die Profilgestaltung und die Größe der Fläche so wählbar sind, daß in Abhängigkeit von Material, Form und Rauhigkeit der zur Abstützung benutzten Fläche - auch bei höheren Lagertemperaturen - ein optimaler Reibbeiwert µ und/oder ein Eindringen in die Wandung erzielbar ist.

    [0018] Die Vorrichtung 2 funktioniert wie folgt, wobei ins­besondere auf die Fig. 3 bis 5 Bezug genommen werden soll.

    [0019] Die Vorrichtung 2 wird beispielsweise an einem Last­haken (nicht dargestellt) hängend in das Bohrloch 11 ein­gebracht, s. Fig. 3, und bis zur Auflage auf beispielsweise einen bereits eingebrachten Laststapel 38 abgesenkt, d.h. bis die Spreizplatte 32 auf den Laststapel 38 aufsetzt. Durch das Eigengewicht der Vorrichtungsteile senkt sich die Lastaufnahmeplatte weiter ab. Dabei schwenken die Schub­arme 22 die Druckarme 12 nach oben, wodurch die Andruck­platten 18 nach außen gespreizt bzw. gedrückt werden, bis sie an der Wandung 10 des Bohrloches 11 anliegen, vgl.Fig.4. Wird die Lastaufnahmeplatte 6 nun durch Aufsetzen von beispw. Lagerbehältern 4 belastet, so werden die entsprechenden Be­ lastungskräfte über die Druckarme 12 auf die Andruckplatten 18 abgeleitet. Die Belastungskräfte werden am Berührungs­punkt zwischen Andruckplatte 18 und Wandung 10 des Bohr­loches 11 in eine horizontale Kraftkomponente und in eine senkrechte Kraftkomponente zerlegt. Die senkrechte Kraft­komponente wird durch die Haftreibkraft (Normalkraft × Reib­beiwert µ) kompensiert, so daß die Vorrichtung sich von selbst im Bohrloch fixiert.

    [0020] Die Lage der Anlenkung (Drehlager 26) der Schubarme 22 an den Druckarmen 12 ist so gewählt, daß nach Unterschreiten eines vorgebbaren Neigungswinkels der Druckarme zur Hori­zontalen bzw. nach Überschreiten einer vorgebbaren Spreizung die Drehlager 26 nach außen schwenken, wodurch sich die Ab­stände der Drehlager voneinander vergrößern und die Spreiz­platte 32 angehoben wird. Dadurch wird eine Belastung des unteren Laststapels durch den jeweils darüberliegenden Laststapel vermieden

    [0021] Beispielsweise ist diese Wirkungsweise auf jeden Fall dann erreichbar, wenn beim Anlegen der Andruckplatten 18 die Drehpunkte 20, 26 und 30 auf einer Geraden liegen, weil sowohl die Bohrungswandung als auch die Armkonstruktion der Vorrichtung 2 eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen und dann jede weitere Abwärtsbewegung der Lastaufnahmeplatte und ent­sprechende Vergrößerung der Spreizung der Andruckplatten 18 durch Erhöhung der Belastung die Drehpunkte 26 der Schub­arme 22 nach außen wandern läßt, wodurch die Spreizplatte 32 angehoben wird. Bei maximaler Belastung der Vorrichtung 2 stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der horizontalen Druckkraft und der Druckfestigkeit der Bohrlochwandung ein.

    [0022] Die Fig. 5 zeigt einen Endzustand nach Vollbelastung, in dem die Druckarme 12 und Schubarme 22 jeweils in parallel zueinander liegenden Ebenen liegen. Bei dem in der Fig. 5 gezeigten Zustand ist die Spreizvorrichtung 8 maximal ge­spreizt, die Druckarme 12 - genauer die Druckachsen 34 - ­liegen horizontal in einer Ebene, und es sind die maximalen Abstände zwischen den Andruckplatten 18 erreicht. Die Druck­arme 12 und Schubarme 22 können im Endzustand allerdings auch eine Neigung zur Horizontalen aufweisen, d.h. der End­zustand kann durch einen zwischen den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Zuständen liegenden Zustand gekennzeichnet sein in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Spreizvorrichtung 8 und den Eigenschaften der Bohrungswandung 10.

    [0023] Ein weiteres Absinken über den in der Fig. 5 gezeigten Zustand hinaus (Durchsacken der Lastaufnahmeplatte) mit negativ werdender Neigung zur Horizontalen der Druckarme 12 bzw. der Druckachsen 34 mit dem Nachteil, daß sich die An­druckplatten 18 wieder lösen, wird verhindert durch auf der Unterseite der Lastaufnahmeplatte 6 angebrachte Anschlag- ­oder Distanzstücke 40, deren Höhe dem Abstand zwischen der Lastaufnahmeplatte 6 und den Druckarmen 12 bei paralleler Lage von Lastaufnahmeplatte 6 und Druckarmen 12 bzw. Druck­achsen 34 entspricht.

    [0024] Die Zahl der Druckarme ist entsprechend der Querschnitts­form der Hohlräume wählbar. Bei einem Hohlraum in Form einer zylindrischen Bohrung sind vorzugsweise drei Druckarme in 120°-Winkelabständen vorgesehen, wie dies die Zeichnung in der Fig. 2 zeigt.


    Ansprüche

    1. Vorrichtung zur Aufnahme von Lasten in Hohlräumen, insbesondere in Bohrlöchern eines Bergwerks, gekenn­zeichnet durch eine durch Belastung betätigbare, selbsttätig ausfahrende Spreizvorrichtung (8) zur kraft- ­und/oder formschlüssigen Anlage an die Wandung (10) des Hohl­raumes (11).
     
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Spreizvorrichtung (8) mehre, an einer Lastaufnahmeplatte (6) schwenkbar angeord­nete Druckarme (12) aufweist, an deren freien Enden (16) An­druckplatten (18) pendelnd schwenkbar angebracht sind, und daß an den Druckarmen (12) Schubarme (22) angelenkt sind, die mit einer für alle Schubarme gemeinsamen Spreizplatte (32) drehbar verbunden sind.
     
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Anlenkpunkte (26) der Schubarme (22) an den Druckarmen (12) außerhalb der Druck­achsen (34) der Druckarme angeorndet sind.
     
    4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckarme (12) unter der Lastaufnahmeplatte (6) angelenkt sind.
     
    5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkpunkte (26) der Schubarme (22) unterhalb der Druckachsen (34) der Druckarme (12) angeordnet sind, derart, daß bei Unter­schreitung eines bestimmten Neigungswinkels der Druckarme zur Horizontalen die Anlenkpunkte (36) nach außen vonein­ander wegbewegt werden und die Spreizplatte (32) angehoben wird.
     
    6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckarme (12) bei maximaler Spreizung der Andruckplatten (18) horizontal in einer Ebene angeordnet sind und in dieser Lage an auf der Unterseite der Lastaufnahmeplatte (6) ange­brachte Anschlag- oder Distanzstücke (40) anliegen.
     
    7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hohlräumen in Form zylindrischer Bohrlöcher vorzugsweise drei Druckarme (12) in 120°-Winkelabständen vorgesehen sind.
     
    8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zusätzliche Auf­lagegewichte zur sukzessiven Verstärkung der Anlage an die Wandung des Hohlraumes.
     
    9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An­druckflächen der Andruckplatten (18) profiliert ausgebildet sind.
     




    Zeichnung










    Recherchenbericht