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Dokumentenidentifikation DE10336043B4 14.12.2006
Titel Verbundanker
Anmelder Hilti AG, Schaan, LI
Erfinder Ludwig, Wolfgang, 86830 Schwabmünchen, DE;
Leibhard, Erich, 81476 München, DE
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 01.08.2003
DE-Aktenzeichen 10336043
Offenlegungstag 17.03.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.12.2006
IPC-Hauptklasse E21D 20/02(2006.01)A, F, I, 20060721, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E21D 21/00(2006.01)A, L, I, 20060721, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Verbundanker mit einem Ankerrohr und einem, in dem Ankerrohr angeordneten Innenrohr als Aufnahmemittel zur Aufnahme einer auspressbaren chemischen Masse. Das Ankerrohr weist ein erstes Ende mit einem Bohrkopf und ein zweites, freies Ende auf, an dem ein Bohrgerät zum drehenden Vortrieb des Verbundankers ankuppelbar ist. Der Verbundanker umfasst weiter eine Zentriereinrichtung, die zwei, jeweils eine radial äussere Anschlagsfläche für ein Zusammenwirken mit der Innenkontur des Ankerrohres und eine radial innere Anschlagfläche für ein Zusammenwirken mit der Aussenkontur des Innenrohres aufweisende Zentrierelemente zur radialen Ausrichtung des Innenrohres in dem Ankerrohr aufweist.

Selbstbohrende, chemische Verbundanker sowie deren Verwendung im Berg- und Tunnelbau sind dem Fachmann seit langem bekannt. Die Verbundanker dienen in erster Linie zur Stabilisierung von Wandungen in Hohlräumen, wie in Tunnel, Stollen oder dergleichen. Bei der Erstellung von Hohlräumen werden die mechanischen Eigenschaften und insbesondere die Tragfähigkeit der Gebirgsschichten vermindert. Diese Gebirgsschichten werden mittels der Verbundanker an weiter entfernte, unbeschädigte Gebirgsschichten verankert und so an diesen gesichert.

Der Setzvorgang des bekannten Verbundankers wird in zwei Schritten vollzogen. Im ersten Schritt wird der Verbundanker mittels des Bohrgerätes in den Untergrund gebohrt. Das durch den Bohrkopf des Bohrankers an dessen bohrrichtungsseitigem Ende abgebaute und zerkleinerte Gestein, wird durch die am Bohrkopf angeordneten Austrittsöffnungen und dem Zwischenraum zwischen der Wandung der Bohrung und dem Aussenumfang des Verbundankers abtransportiert. Im Nassbohrverfahren wird in Setzrichtung Wasser zugeführt und das abgebaute und zerkleinerte Gestein ausgespült. Im Trockenbohrverfahren wird das abgebaute und zerkleinerte Gestein abgesaugt. In einem zweiten Schritt wird am setzungsrichtungsseitig abgewandten Ende des Verbundankers die chemische Masse mittels eines Auspressmechanismus in Richtung des Bohrlochgrunds gepresst, wobei die im Verbundanker befindliche Mörtelmasse durch die Austrittsöffnungen aus dem Verbundanker und dem Bohrkopf in das Bohrloch ausgebracht wird und entlang des Zwischenraums zwischen der Wandung der Bohrung und dem Aussenumfang des Ankerrohres verteilt wird.

Aus der DE 100 17 750 A1 ist beispielsweise ein Verbundanker bekannt, der ein Ankerrohr und ein, in dem Ankerrohr angeordnetes Innenrohr als Aufnahmemittel zur Aufnahme der auspressbaren chemischen Masse aufweist. Das Ankerrohr weist ein erstes Ende mit einem Bohrkopf und ein zweites, freies Ende auf, an dem ein Bohrgerät zum drehenden Vortrieb des Verbundankers ankuppelbar ist. Der Verbundanker umfasst weiter eine Zentriereinrichtung, die wenigstens ein, eine radial äussere Anschlagsfläche für ein Zusammenwirken mit der Innenkontur des Ankerrohres und eine radial innere Anschlagfläche für ein Zusammenwirken mit der Aussenkontur des Innenrohres aufweisendes Zentrierelement zur radialen Ausrichtung des Innenrohres in dem Ankerrohr aufweist. Mittels der Zentriereinrichtung wird das Innenrohr innerhalb des Ankerrohres ausgerichtet.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass die beim Bohrvorgang und insbesondere beim Auspressvorgang auftretenden Verschiebungen des Innenrohres für die auspressbare Masse innerhalb des Ankerrohres nicht von der Zentriereinrichtung übernommen werden können. Die einwandfreie Abführung des abgebauten und zerkleinerten Gesteins ist mit der bekannten Zentriereinrichtung zudem nicht gewährleistet, da sich bei einer Verschiebung des Innenrohres in axialer Richtung die Durchtrittskanäle beim Bohrvorgang verschliessen können.

Aus der US 2002/0034424 A1 ist ein Verbundanker mit einem Ankerrohr bekannt, in dem zwei, koaxial zueinander angeordnete Innenrohre für jeweils eine Komponente einer getrennt im Ankerrohr gelagerten auspressbaren, zweikomponentigen chemischen Masse vorgesehen sind. Das Ankerrohr weist ein erstes Ende mit einem Bohrkopf und ein zweites, freies Ende auf. Das erste Innenrohr ist mittels einer ersten Zentriereinrichtung radial im Ankerrohr ausgerichtet, welche durch einen am in Richtung des freien Endes des Ankerrohres liegenden Endbereich des ersten Innenrohres ausgeformten, abdichtenden Flansch und am in Setzungsrichtung liegenden Endbereich des ersten Innenrohres mehrere, zueinander beabstandete Abstandhalter gebildet wird. Das zweite Innenrohr ist mittels einer zweiten Zentriereinrichtung radial im ersten Innenrohr ausgerichtet, welche durch einen topfförmig ausgebildeten Kolben, der am dem Bohrkopf abgewandten Ende des zweiten Innenrohres angeordnet ist sowie die erste Komponente im Lagerungszustand im ersten Innenrohr abdichtet, und einem umlaufenden Ring am äusseren Umfang des zweiten Innenrohres gebildet wird. Beide Innenrohre liegen an dem Bohrkopf an oder sind mit diesem verbunden. Mittels eines Auspresskolbens sind gleichzeitig beide Komponenten der chemischen Masse auspressbar.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass beide Innenrohre direkt den, von dem Bohrkopf auf den Verbundanker wirkenden Kräften ausgesetzt sind, was zu einer Störanfälligkeit des Verbundankers führen kann. Die Innenrohre dürfen sich im Ankerrohr nicht axial verschieben, da ansonsten Teile der einzelnen Komponenten beispielsweise infolge einer Reaktionsbewegung des Auspresskolbens in den Ringspalte austreten und darin reagieren könnten. Der Verbundanker wird dadurch weitgehend unbrauchbar, muss entfernt und durch einen neuen Verbundanker ersetzt werden. Zudem kann mit diesem Verbundanker beim Bohrvorgang im Trockenbohrverfahren anfallendes Bohrklein nicht durch die vorhandenen Ringspalte abgesaugt beziehungsweise im Nassbohrverfahren kein Wasser durch die vorhandenen Ringspalte dem Bohrkopf zugeführt werden. Deshalb ist insbesondere beim Trockenbohrverfahren ein ausreichend grosser Ringspalt zwischen der Aussenwandung des Ankerrohres und der Wandung des Bohrlochs erforderlich, welcher für eine ausreichende Fixierung des Verbundankers mit einer grossen Menge von teurer, auspressbarer, chemischer Masse verfüllt werden muss.

Aus der DE 31 00 730 A1 ist ein Verbundanker bekannt, bei dem der Setzvorgang in mehreren Einzelschritten durchgeführt wird. Nach dem Erstellen eines Bohrlochs, z. B. mit einer hohlen Bohrstange und einem Bohrkopf, wird ein Rohr in das Bohrloch eingesetzt. Durch das Rohr wird die chemische Masse in das Bohrloch eingeführt, die das Rohr im Bohrloch sichert. Nachteilig an dieser Lösung ist der aufwändige Setzvorgang, der einerseits einen grossen logistischen Aufwand und andererseits den Einsatz von mehreren Personen verlangt.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbundanker zu schaffen, der schnell und einfach durch die Bediener der Bohrgeräte setzbar und zudem im Nass- sowie im Trockenbohrverfahren verwendbar ist.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Gemäss der Erfindung weist jedes Zentrierelement zur Bildung der radialen Anschlagflächen und der axialen Anschlagflächen axial verlaufende Stege auf, wobei zur axialen Lagerung des Innenrohres die axialen Anschlagsflächen wenigstens teilweise in die Projektion einer der Stirnseiten des Innenrohres ragen.

Das Innenrohr im Ankerrohr des erfindungsgemässen Verbundankers wird durch die Zentrierelemente nicht nur in radialer Richtung sondern auch in axialer Richtung des Verbundankers gehalten, ohne das eine weitere Abstützung in Längsrichtung des Innenrohres erforderlich ist. In einer Variante dazu weist beispielsweise das Einsteckende des Bohrkopfs eine Aufnahme auf, in welcher das in Setzungsrichtung des Verbundankers liegende Ende des Innenrohres und das andere Ende wird nur mit einem Zentrierelement ausgerichtet im Ankerrohr gehalten wird. Damit ist einerseits ein ausreichend grosser Ringspalt zwischen der Aussenkontur des Innenrohres und der Innenkontur des Ankerrohres zur Abführung des anfallenden Bohrkleins beim Trockenbohrverfahren, beziehungsweise zur Zuleitung von Wasser zum Bohrkopf beim Nassbohrverfahren ausgebildet, während dem gesamten Setzvorgang vorhanden. Andererseits schaffen die Zentrierelemente im stirnseitigen Bereich des Innenrohres ausreichende Durchführungskanäle zur Umleitung des Bohrkleins vom Bohrkopf in den Ringspalt, respektive zur Umleitung des durchzuleitenden Wassers aus dem Ringspalt in den Bohrkopf. Das Innenrohr ist nicht mehr direkt den auftretenden Kräften, die beispielsweise von dem Bohrkopf auf den Verbundanker wirken, ausgesetzt, was zu geringeren Beschädigungen des Innenrohres führt und somit die Störungsanfälligkeit des Verbundankers reduziert. Vorzugsweise ist zwischen dem stirnseitigen Ende des Innenrohres und den axialen Abstandsflächen des zumindest einen Zentrierelements ein Abstand vorhanden, so dass geringe axiale Bewegungen des Innenrohres innerhalb des Ankerrohres ausgeglichen werden können. Da die Zentrierelemente als Einzelelemente zur Anwendung gelangen, können diese auch in vor Ort abgelängten Verbundankern verwendet werden.

Die Stege können das Innenrohr in dessen stirnseitigen Bereich fingerartig umgreifen. Die Stege weisen eine Länge auf, die bei einer axialen Verschiebung des Innenrohres innerhalb des Ankerrohres das Innenrohr weiterhin ausreichend halten. Vorteilhafterweise sind die Stege unter axialem Druck radial aufweitbar. Damit kann das Innenrohr nach Beendigung des Bohrvorgangs in Richtung des Bohrkopfs in eine, am Einsteckende des Bohrkopfs ausgebildete Aufnahme geschoben werden, so dass die mittels des Auspressmechanismus ausgebrachte Masse nicht durch den Ringspalt zwischen dem Innenrohr und dem Ankerrohr zurückfliessen kann.

Bevorzugt weist das Zentrierelement wenigstens drei radiale Anschlagflächen und drei axiale Anschlagflächen auf. Mit mindestens drei Anschlagflächen ist die ausgerichtete Lagerung des Innenrohres im Ankerrohr gewährleistet.

Vorzugsweise sind die radialen Anschlagflächen und axialen Anschlagflächen des wenigstens einen Zentrierelements ringförmig auf einem Grundkörper angeordnet, wobei der Grundkörper zumindest eine Öffnung aufweist. Die zumindest eine Öffnung ist bevorzugt zentrisch am Grundkörper angeordnet. Das Ankerrohr weist zumeist einen kreisrunden Querschnitt mit einem Innendurchmesser auf. Der Radius der ringförmigen Anordnung der radialen und axialen Anschlagflächen entspricht etwa dem Radius des Innendurchmessers des Ankerrohres.

Der Grundkörper ist vorzugsweise als Scheibe ausgebildet, deren Aussendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des Ankerrohres entspricht. Zur Schaffung von Durchführungskanälen ist im Grundkörper zumindest eine Öffnung angeordnet. Eine bevorzugte Ausführung des Zentrierelements weist einen ringfömigen Grundkörper auf, an dem senkrecht zur Ebene, die durch den Grundkörper aufgespannt wird, ausgerichtete Stege ausgeformt sind. Anstelle einer scheibenförmigen Ausgestaltung des Grundkörpers, kann der Grundkörper auch eine polygonale Ausgestaltung aufweisen.

Vorteilhafterweise weist das Zentrierelement zur axialen Festlegung im Ankerrohr axiale Begrenzungsflächen auf. Die axialen Begrenzungsflächen sind an der Seite des Grundkörpers angeordnet, die der, die Anschlagsflächen aufweisende Seite des Grundkörpers gegenüberliegt. Ist das wenigstens eine Zentrierelement beispielsweise an dem, in Setzungsrichtung liegenden Ende des Verbundankers angeordnet, liegt das Zentrierelement mit seiner axialen Begrenzungsfläche am Einsteckende des Bohrkopfs an, womit eine unerwünschte Verschiebung dieses Zentrierelements in Setzungsrichtung verhindert ist.

Vorzugsweise weist das Zentrierelement zur Schaffung einer axialen Begrenzungsfläche an dem Grundkörper einen Flanschanschlag auf. Dieses Zentrierelement eignet sich insbesondere zur Anordnung am zweiten, freien Ende des Ankerrohres und wird beispielsweise auf dieses Ende aufgesteckt. Der Aussendurchmesser des Flanschanschlags ist vorzugsweise grösser als der Innendurchmesser des Ankerrohres, womit der axiale Weg des Zentrierelements in Setzrichtung begrenzt ist.

Bevorzugt ist zur axialen Festlegung des Zentrierelements eine, mit dem Ankerrohr zusammenwirkbare Haltehülse vorgesehen, wobei im Bereich des zweiten, freien Endes des Ankerrohres ein Aussengewinde am Ankerrohr ausgebildet ist, und die Haltehülse ein mit dem Aussengewinde am Ankerrohr in Eingriff bringbares Innengewinde aufweist. Die Haltehülse weist vorzugsweise einen Bodenabschnitt auf, der das Zentrierelement am zweiten, freien Ende vor einer Verschiebung entgegen der Setzrichtung des Verbundankers sichert. Diese Festlegung ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Zentrierelement als axiale Begrenzungsfläche einen Flanschabschnitt aufweist.

Vorteilhafterweise sind die Zentrierelemente aus Kunststoff, optional in einem Spritz-/Gussverfahren, gefertigt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung in grossen Stückzahlen der Zentrierelemente.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 Einen Längsschnitt des erfindungsgemässen Verbundankers;

2 einen Detailschnitt gemäss Detail A in 1;

3 einen Detailschnitt gemäss Detail B in 1;

4 eine Aufsicht auf ein erstes Zentrierelement; und

5 eine Aufsicht auf ein zweites Zentrierelement.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Der Verbundanker 1 umfasst ein Ankerrohr 2 und ein, in diesem angeordnetes Innenrohr 3. In dem Innenrohr 3 ist eine, in einem Folienbeutel verpackte auspressbare Masse 4 angeordnet. Das Ankerrohr 2 weist ein erstes Ende 5 mit einem eingesetzten Bohrkopf 6 und ein zweites, freies Ende 7 auf. Das Innenrohr 3 ist mittels einem ersten Zentriermittel 11 und einem zweiten Zentriermittel 12 radial und axial gehalten.

Das Zentrierelement 11 weist einen ringförmigen Grundkörper 12 auf, dessen Aussendurchmesser D etwa dem Innendurchmesser d des Ankerrohres 2 entspricht. Von dem Grundkörper 12 stehen sechs Stege 13 ab, die über den Umfang des Grundkörpers 12 gleichmässig verteilt sind. Die Stege 13 weisen jeweils einen Vorsprung 14 zur Schaffung einer axialen Anschlagsfläche 16 für das Innenrohr 3 auf, der in die Projektion der Stirnseite 15 des Innenrohres ragt. Der Bereich der Stege 13, der das Innenrohr 3 zumindest teilweise im stirnseitigen Bereich umgreift, bildet die radial äussere Anschlagsfläche 17 und die radial innere Anschlagsfläche 18 zur radialen Ausrichtung des Innenrohres 3 im Ankerrohr 2. Damit wird ein ausreichend grosser Ringspalt 8 zwischen dem Innenrohr 3 und dem Ankerrohr 2 geschaffen, der ein Absaugen von Bohrklein beim Trockenbohrverfahren, beziehungsweise ein Zuführen von Wasser beim Nassbohrverfahren ermöglicht. Der Ringspalt 8 beträgt beim Nassbohren etwa 2 mm.

Das Zentrierelement 11 weist am Grundkörper 12 eine dem Bohrkopf 6 zugewandte axiale Begrenzungsfläche 19 auf, die an dem Einsteckende 9 des Bohrkopfs 6 ansteht. Die Vorsprünge 14 schaffen zwischen dem stirnseitigen Ende 15 des Innenrohres 3 und dem Einsteckende 9 des Bohrkopfs 6 einen ausreichenden Freiraum, hier z. B. einen Freiraum mit einer axialen Länge von 5 mm, zur Umleitung des Bohrkleins aus dem Bohrkopf 6, beziehungsweise zur Umleitung des Wassers in den Bohrkopf 6.

Im Gegensatz zum ersten Zentrierelement 11 weist das zweite Zentrierelement 21 als axiale Begrenzungsfläche einen flanschartigen Grundkörper 22 auf, dessen äusserer Durchmesser F grösser als der Innendurchmesser d des Ankerrohres 2 ausgebildet ist. Der Durchmesser D der am Grundkörper 22 ringförmig angeordneten, sechs Stege 23 entspricht dem Innendurchmesser d des Ankerohres. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung der Stege 23 im Wesentlichen der Ausgestaltung der Stege 13 des ersten Zentrierelements 11, so dass auch die Stege 23 jeweils eine axiale Anschlagsfläche 26 für das Innenrohr 3 aufweisen. Der axiale Abstand zwischen der axialen Anschlagfläche 16 des ersten Zentrierelements 11 und der axialen Anschlagsfläche 26 des zweiten Zentrierelements 21 ist grösser als die axiale Länge des Innenrohres 3 gewählt, um eine begrenzte axiale Verschiebung des Innenrohres 3 innerhalb des Ankerrohres 2 zu ermöglichen.

Zur Fixierung des zweiten Zentrierelements 21 am Ankerrohr 2, weist das Ankerrohr 2 am zweiten, freien Ende 7 ein Aussengewinde 31 auf, auf welches eine Haltehülse 32 mit einem Innengewinde 33 aufschraubbar ist. Die Haltehülse 32 ist derart ausgebildet, dass das zweite Zentrierelement 21 teilweise umfasst und dadurch gehalten wird.


Anspruch[de]
Verbundanker mit einem Ankerrohr (2) und einem, in dem Ankerrohr (2) angeordneten Innenrohr (3) als Aufnahmemittel zur Aufnahme einer auspressbaren chemischen Masse (4), wobei das Ankerrohr (2) ein erstes Ende (5) mit einem Bohrkopf (6) und ein zweites, freies Ende (7) aufweist, an dem ein Bohrgerät zum drehenden Vortrieb des Verbundankers (1) ankuppelbar ist, sowie mit einer Zentriereinrichtung, die zwei, jeweils eine radial äussere Anschlagsfläche (17) für ein Zusammenwirken mit der Innenkontur des Ankerrohres (2) und eine radial innere Anschlagfläche (18) für ein Zusammenwirken mit der Aussenkontur des Innenrohres (3) aufweisende Zentrierelemente (11, 21) zur radialen Ausrichtung des Innenrohres (3) in dem Ankerrohr (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zentrierelement (11, 21) zur Bildung der radialen Anschlagflächen (17, 18) und der axialen Anschlagflächen (16, 26) axial verlaufende Stege (13, 23) aufweist, wobei zur axialen Lagerung des Innenrohres (3) die axialen Anschlagsflächen (16, 26) wenigstens teilweise in die Projektion einer der Stirnseiten (15) des Innenrohres (3) ragen. Verbundanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (11, 21) wenigstens drei radial Anschlagflächen (17, 18) und drei axiale Anschlagflächen (16, 26) aufweist. Verbundanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Anschlagflächen (17, 18) und axialen Anschlagflächen (16, 26) des Zentrierelements (11, 21) ringförmig auf einem Grundkörper (12, 22) angeordnet sind, wobei der Grundkörper (12, 22) zumindest eine, optional zentrisch am Grundkörper (12, 22) angeordnete Öffnung aufweist. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (11, 21) zur axialen Festlegung im Ankerrohr axiale Begrenzungsflächen (19) aufweist. Verbundanker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (21) zur Schaffung einer axialen Begrenzungsfläche an dem Grundkörper (22) einen Flanschanschlag aufweist. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Festlegung des Zentrierelements (21) eine, mit dem Ankerrohr (2) zusammenwirkbare Haltehülse (32) vorgesehen ist, wobei im Bereich des zweiten, freien Endes (7) des Ankerrohres (2) ein Aussengewinde (31) am Ankerrohr (2) ausgebildet ist, und die Haltehülse (32) ein mit dem Aussengewinde (31) am Ankerrohr (2) in Eingriff bringbares Innengewinde (33) aufweist. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (11, 21) aus Kunststoff, optional in einem Spritz-/Gussverfahren, gefertigt ist.






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