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Dokumentenidentifikation DE102004023668B4 06.06.2007
Titel Befestigungselement, insbesondere für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau
Anmelder Hilti AG, Schaan, LI
Erfinder Ludwig, Wolfgang, 86836 Klosterlechfeld, DE;
Leibhard, Erich, 81476 München, DE
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 13.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004023668
Offenlegungstag 15.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse E21D 21/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E21D 20/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Stand der Technik

Befestigungselemente insbesondere für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau als solche sind bekannt. Sie dienen hauptsächlich nach Art eines Gebirgsankers zur Stabilisierung der Wandungen von Hohlräumen, wie in Tunneln, Stollen und dergleichen. Die zur Wandung aufeinander folgenden Gebirgsschichten werden mit Befestigungselementen aneinander befestigt, wobei in vielen Fällen davon ausgegangen wird, dass Schichten, die in unmittelbarer Wandungsnähe als Folge der Erstellung des Hohlraumes in ihren mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Tragfähigkeit, beeinträchtigt sind, an weiter entfernt liegenden, unbeschädigten Gebirgsschichten befestigt werden.

Aus der DE 100 17 750 A1 ist ein Befestigungselement der genannten Art mit einem Ankerrohr bekannt, das an einem ersten Ende einen Bohrkopf und an einem, dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende ein Angriffsmittel beispielsweise für ein Bohrgerät aufweist. Eine in einem Folienbeutel angeordnete auspressbare, ein- oder mehrkomponentige chemische Masse ist zwischen einem ersten Anschlag und einem, von dem ersten Anschlag beabstandeten zweiten Anschlag im Ankerrohr vorgesehen. Der erste Anschlag ist im Bereich des ersten Endes des Ankerrohrs durch ein Mischelement und der zweite Anschlag ist im Bereich des zweiten Endes des Ankerrohrs von einem Auspresskolben gebildet. Das Befestigungsmittel wird dem Anwender als eine, aus den einzelnen Elementen zusammengefügte Einheit zur Verwendung zur Verfügung gestellt. Der Bohrkopf ist für den Austritt der chemischen Masse von zumindest einem Austrittskanal durchsetzt. Der Setzvorgang des bekannten Befestigungselementes wird in zwei Schritten vollzogen. Im ersten Schritt wird das Befefestigungselement beispielsweise mit einem Bohrgerät in den Untergrund, insbesondere in das Gebirge, gebohrt. Das durch den Bohrkopf des Befestigungselementes abgebaute und zerkleinerte Gestein, wird durch den Zwischenraum zwischen der Wandung der Bohrung und dem Aussenumfang des Befestigungselementes abtransportiert. In einem zweiten Schritt wird am setzungsrichtungsseitig abgewandten zweiten Ende beispielsweise ein Kolben in Setzrichtung hineingepresst, welcher die im Befestigungselement befindliche Mörtelmasse durch die Austrittsöffnungen aus dem Befestigungselement in das Bohrloch presst.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass insbesondere bei einer längeren Lagerzeit des Befestigungselementes bei dem Folienbeutel infolge von Diffusionsvorgängen in oder durch die Folie sowie an den beispielsweise durch einen Clip verschlossenen Enden des Folienbeutels Massenverluste auftreten. Beim Auspressvorgang kann der Folienbeutel bereichsweise Abknicken und dabei den Auspressvorgang behindern. Bei mehrkomponentigen, in Folienbeuteln verpackten Massen kann durch das Abknicken des Folienbeutels beim Auspressvorgang das Mischungsverhältnis der Komponenten gestört werden. Dieses Verhalten des Folienbeutels führt zu einem verminderten Tragverhalten oder sogar zu einem Totalausfall des gesetzten Befestigungselementes.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Befestigungselement zu schaffen, das auch nach einer langen Lagerzeit einwandfrei gesetzt werden kann.

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

Gemäss der Erfindung ist zwischen dem ersten Anschlag und/oder dem zweiten Anschlag und einem axialen Endbereich des Folienbeutels zumindest ein Druckbeaufschlagungsmittel zur Druckbeaufschlagung des Folienbeutels im Lagerungszustand des Befestigungselementes vorgesehen.

Mit dem zumindest einen Druckbeaufschlagungsmittel steht die im Folienbeutel angeordnete chemische Masse ständig unter Druck. Dabei wird die Folie des Folienbeutels immer nach aussen geformt, so dass sich keine Hohlräume im Folienbeutel bilden und ein Einknicken des Folienbeutels während des Auspressvorgangs des Befestigungsmittels verhindert ist. Das Druckbeaufschlagungsmittel ist beispielsweise zwischen dem ersten Anschlag und dem, diesem Anschlag zugewandten axialen Endbereich des Folienbeutels angeordnet. Alternativ ist das Druckbeaufschlagungsmittel beispielsweise zwischen dem zweiten Anschlag und dem, diesem Anschlag zugewandten axialen Endbereich des Folienbeutels angeordnet. Des Weiteren können zwei Druckbeaufschlagungsmittel jeweils zwischen den Anschlägen und den entsprechenden axialen Endbereichen des Folienbeutels angeordnet sein.

Vorzugsweise ist das zumindest eine Druckbeaufschlagungsmittel ein Federmittel. Die Federkennlinie und die Länge des Federmittels sind derart gewählt, dass während der gesamten vorgesehenen Lagerungsdauer des Befestigungsmittel und dem erforderlichen Nachspannweg eine ausreichende Druckbeaufschlagung des Folienbeutels und somit der chemischen Masse erfolgt. Vorteilhaft ist das Federmittel eine Schraubenfeder, die beispielsweise aus einem Federstahl gefertigt ist. Die Auspressvorrichtung, z. B. ein Auspressstössel kann gegebenenfalls die Schraubenfeder durchdringen, ohne dass die Federkraft während der Phase des Einführens der Auspressvorrichtung und effektiven Beginn des Auspressvorgangs ein Abfall der Druckbeaufschlagung des Folienbeutels erfolgt.

Alternativ zu einem Federmittel kann als Druckbeaufschlagungsmittel ein unter Druck stehender, beispielsweise mit einem Gas oder einer geeigneten Flüssigkeit gefüllter Körper zwischen dem ersten Anschlag und/oder dem zweiten Anschlag und einem axialen Endbereich des Folienbeutels zur Druckbeaufschlagung des Folienbeutels im Lagerungszustand des Befestigungselementes vorgesehen werden. Der z. B. kugelähnlich ausgebildete Körper weist vorteilhaft eine zerstörbare Membrane auf, welche beim Auspressvorgang von der Auspressvorrichtung direkt oder indirekt zerstörbar ist.

Bevorzugt ist der erste Anschlag von einem Abschnitt eines Bohrkopfs gebildet. Der Bohrkopf wird an dem ersten Ende des Ankerrohres festgelegt, wobei ein Abschnitt des Bohrkopfes in das Ankerrohr eindringt. Ist das zumindest eine Druckbeaufschlagungsmittel zwischen dem Bohrkopfabschnitt und dem, diesem zugewandten Endbereich des Folienbeutels angeordnet, kann sich das Druckbeaufschlagungsmittel an dem Bohrkopfabschnitt abstützen. Ist das Druckbeaufschlagungsmittel zwischen dem zweiten Abschnitt und dem, diesem zugewandten Endbereich des Folienbeutels vorgesehen, stützt sich der druckbeaufschlagte Folienbeutel an dem Bohrkopfabschnitt ab. Der dem Folienbeutel zugewandte Bereich des Bohrkopfabschnitts weist in einer solchen Anordnung vorteilhaft eine Aufnahme für den entsprechenden Endbereich des Folienbeutels auf, so dass derselbe flächig in der Aufnahme anliegen kann.

Alternativ ist der erste Anschlag von einem Mischerelement gebildet, in welchem die aus dem Folienbeutel ausgepressten, einzelnen Komponenten zu der fertigen chemischen Masse vermischt werden. Der Mischerabschnitt wird zwischen dem Bohrkopf und dem, diesem zugewandten Endbereich des Folienbeutels angeordnet. Ein allfällig beim Mischerelement angeordnetes Druckbeaufschlagungsmittel kann sich an dem Mischerelement abstützen. Sofern das Druckbeaufschlagungsmittel beim zweiten Anschlag vorgesehen ist, kann sich der druckbeaufschlagte Folienbeutel an dem Mischerelement abstützen. Der dem Folienbeutel zugewandte Bereich des Mischerelementes weist in einer solchen Anordnung vorteilhaft eine Aufnahme für den entsprechenden Endbereich des Folienbeutels auf, so dass derselbe flächig in der Aufnahme anliegen kann.

Vorteilhafterweise ist der zweite Anschlag von einem Zentrierelement gebildet. Das Zentrierelement richtet beispielsweise den Folienbeutel oder ein im Ankerrohr angeordnetes Aufnahmemittel, wie ein Innenrohr, für den Folienbeutel aus und hält dieses während der Lagerung des Befestigungsmittels und des Setzvorgangs des Befestigungsmittels in der gewünschten Ausrichtung im Ankerrohr. Mit dem Aufnahmemittel für den Folienbeutel wird ein Ringspalt zwischen der Aussenwandung des Aufnahmemittels und der Innenwandung des Ankerrohres geschaffen, der ein Absaugen des beim Bohrvorgang anfallenden Bohrkleins oder ein Zuführen von Flüssigkeit zu dem Bohrkopf innerhalb des Ankerrohres ermöglicht. Das Zentrierelement wird an dem zweiten Ende des Ankerrohres festgelegt, wobei ein Abschnitt des Zentrierelementes in das Ankerrohr eindringt. Ist das zumindest eine Druckbeaufschlagungsmittel zwischen dem Abschnitt des Zentrierelementes und dem, diesem zugewandten Endbereich des Folienbeutels angeordnet, kann sich das Druckbeaufschlagungsmittel an dem Zentrierelement abstützen. Ist das Druckbeaufschlagungsmittel zwischen dem ersten Anschlag und dem, diesem zugewandten Endbereich des Folienbeutels vorgesehen, stützt sich der druckbeaufschlagte Folienbeutel an dem Zentrierelement ab. Der dem Folienbeutel zugewandte Bereich des Zentrierelementes weist in einer solchen Anordnung vorteilhaft eine Aufnahme für den entsprechenden Endbereich des Folienbeutels auf, so dass derselbe flächig in der Aufnahme anliegen kann.

Vorzugsweise ist das zumindest eine Druckbeaufschlagungsmittel zwischen dem zweiten Anschlag und dem, diesem zugewandten Endbereich des Folienbeutels angeordnet. Beim Auspressvorgang wird der Folienbeutel in dieser Anordnung immer von der Druckseite her gefaltet, so dass ein unerwünschtes Einknicken des Folienbeutels zuverlässig vermieden wird. Vorteilhaft ist der, dem zweiten Anschlag zugewandte Endbereich des Folienbeutels von einem zusätzlichen Auspresskolben zumindest bereichsweise umfasst, an dem sich das Druckbeaufschlagungsmittel abstützt.

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 zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 Einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Befestigungselementes; und

2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Befestigungselementes.

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

Wege zur Ausführung der Erfindung

Das in der 1 gezeigte Befestigungselement 1 weist ein Ankerrohr 2 mit einem ersten Ende 3 und einem zweiten Ende 4 auf, in dem eine auspressbare, in einem Folienbeutel 5 angeordnete einkomponentige chemische Masse vorgesehen ist. An dem ersten Ende 3 des Ankerrohres 2 ist ein Bohrkopf 6 festgelegt, der einen ersten Anschlag 7 für den Folienbeutel 5 bildet. Am zweiten Ende 4 des Ankerrohres 2 ist ein Zentrierelement 8 eingepresst, das einen zweiten Anschlag 9 für den Folienbeutel 5 bildet. An dem Bohrkopf 6 ist eine Aufnahme 10 zur flächigen Anlage des, dem ersten Anschlag 7 zugewandten, axialen Endbereichs 11 des Folienbeutels 5 vorgesehen. Um das Auspressen der chemischen Masse zu erleichtern, ist an dem, dem zweiten Anschlag 9 zugewandten, axialen Endbereich 12 des Folienbeutels 5 ein Auspresskolben 13 vorgesehen.

Zwischen dem Auspresskolben 13 und dem Zentrierelement 8 ist als Druckbeaufschlagungsmittel 14 eine Schraubenfeder 15 zur Druckbeaufschlagung des Folienbeutels 5 im Lagerungszustand sowie beim Setzvorgang des Befestigungselementes vorgesehen. Die Federkennlinie und die Länge der Schraubenfeder 15 ist derart gewählt, dass beispielsweise bei einem Durchmesser des Folienbeutels 5 von 20 mm und einem Nachfahrweg von 80 mm oder mehr die von der Schraubenfeder 15 erzeugte Drucklast auf den Folienbeutel 5 im Bereich von 5 kg bis 10 kg liegt.

Das in 2 dargestellte Befestigungselement 21 entspricht im Wesentlichen des in 1 gezeigten Befestigungselement 1, weshalb die oben genannten Ausführungen sinngemäss auch für diese Ausführung der Erfindung gelten. Im Gegensatz zu dem Befestigungselement 1 weist das Befestigungselement 21 im Ankerrohr 22 eine auspressbare, in einem Folienbeutel 25 angeordnete mehrkomponentige chemische Masse auf, wobei die Komponenten der chemischen Masse beim Auspressvorgang vor dem Austritt aus dem Bohrkopf 26 in einem Mischerelement 36 zur fertigen Masse gemischt werden. Der erste Anschlag 27 für den, dem Mischerelement 36 zugewandten, axialen Endbereich 31 des Folienbeutels 25 wird von einer Aufnahme 30 am Mischerelement 36 gebildet. Das als Schraubenfeder 15 ausgebildete Druckbeaufschlagungsmittel 14 ist zwischen dem Auspresskolben 13 beziehungsweise zwischen dem axialen Endbereich 12 des Folienbeutels 25 und dem Zentrierelement 8 angeordnet.


Anspruch[de]
Befestigungselement, insbesondere für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau, mit einem Ankerrohr (2; 22), das ein erstes Ende (3) und ein zweites Ende (4) aufweist, und einer auspressbaren, in einem Folienbeutel (5; 25) angeordneten ein- oder mehrkomponentigen chemischen Masse, wobei der Folienbeutel (5; 25) zwischen einem ersten Anschlag (7; 27) und einem, zum ersten Anschlag (7; 27) beabstandeten zweiten Anschlag (9) im Ankerrohr (2; 22) angeordnet ist, und wobei die chemische Masse durch einen Auspresskolben (13) auspressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Anschlag (7; 27) und/oder dem zweiten Anschlag (9) und einem axialen Endbereich (11, 12; 31) des Folienbeutels (5; 25) zumindest ein Druckbeaufschlagungsmittel (14) zur Druckbeaufschlagung des Folienbeutels (5; 25) im Lagerungszustand des Befestigungselementes (1; 21) vorgesehen ist. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Druckbeaufschlagungsmittel (14) ein Federmittel, optional eine Schraubenfeder (15) ist. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (7) von einem Abschnitt eines Bohrkopfs (6) gebildet ist. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (27) von einem Mischerelement (36) gebildet ist. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlag (9) von einem Zentrierelement (8) gebildet ist. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Druckbeaufschlagungsmittel (14) zwischen dem zweiten Anschlag (9) und dem, diesem zugewandten Endbereich (12) des Folienbeutels (5; 25) angeordnet ist.






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