[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.
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.