DE10017750A1 - Gebirgsanker - Google Patents

Abstract

Ein Befestigungselement für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau weist ein Aufnahmekörper (1) auf, das an einem Ende mit einem Bohrkopf (4) versehen ist und am gegenüberliegenden Ende ein Angriffsmittel (3) aufweist. Der Aufnahmekörper (1) weist eine Längsbohrung (22) auf, in der eine Mörtelmasse angeordnet ist. Der setzrichtungsseitig abgewandte Endbereich des Befestigungselements weist zumindest eine Durchgangsbohrung (5) auf. Zwischen der Mörtelmasse und der Durchgangsbohrung (5) ist eine Mischvorrichtung (8) angeordnet, die beim Setzvorgang die einzelnen Komponenten der Mörtelmasse vor dem Austritt durch die Durchgangsbohrung (5) durchmischt.

Description

Die Erfindung betrifft Befestigungselement, insbesondere für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau, mit einem zylinderförmigen Aufnahmekörper, der eine, zumindest am im setzrich­ tungsseitig abgewandten Ende offen ausgebildete Längsbohrung zur Aufnahme von Mörtelma­ sse aufweist, wobei der Aufnahmekörper zumindest eine Durchgangsbohrung aufweist, welche die Längsbohrung mit der Aussenfläche des Dübelkörpers verbindet.

Befestigungselemente als solche sind bekannt. Sie dienen hauptsächlich nach Art eines Ge­ birgsankers zur Stabilisierung der Wandungen von Hohlräumen wie in Tunneln, Stollen und der­ gleichen, und zwar derart, dass senkrecht zur Wandung aufeinanderfolgende Gebirgsschichten aneinander befestigt werden, wobei in vielen Fällen davon ausgegangen wird, dass Schichten, die in unmittelbarer Wandungsnähe als Folge der Erstellung des Hohlraumes in ihren mechani­ schen Eigenschaften, insbesondere Tragfähigkeit beeinträchtigt sind, an weiter entfernt liegen­ den, unbeschädigten Gebirgsschichten befestigt werden.

Ein Befestigungselement der genannten Art ist beispielsweise in der US 4055051 offenbart, der aus einem Rohrelement besteht, das an einem Ende mit einem Bohrkopf versehen ist und am gegenüberliegenden Ende ein Angriffsmittel aufweist. Im Innern ist das bekannte Befestigungs­ element teilweise mit einer Mörtelmasse gefüllt. Der Bohrkopf ist von zumindest einem Austritts­ kanal durchsetzt. Der Setzvorgang des bekannten Befestigungselementes wird in zwei Schritten vollzogen. Im ersten Schritt wird das Befestigungselement durch beispielsweise ein zur Anwen­ dung gelangendes Bohrgerät, in den Untergrund, insbesondere Gebirge, gebohrt. Das durch den Bohrkopf des Bohrankers an dessen bohrrichtungsseitigem Ende abgebaute und zerklei­ nerte Gestein, wird durch die am Bohrkopf angeordneten Austrittsöffnungen und den Zwischen­ raum zwischen der Wandung der Bohrung und dem Aussenumfang des Befestigungselementes abtransportiert. In einem zweiten Schritt wird am setzungsrichtungsseitig abgewandten 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 diesem bekannten Befestigungselement ist, dass beim Setzvorgang die Mörtelma­ sse erst am Bohrkopf vermischt wird. Dabei hängt die Qualität der Durchmischung von zahlrei­ chen Rahmenbedingungen wie beispielsweise der Drehzahl eines zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes oder der Beschaffenheit des Untergrundes. Findet der Mischvorgang ausserhalb des Befestigungselementes statt, so erfordert dies zusätzliche Arbeitsschritte und Geräte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement zu schaffen, der eine gute Durchmischung der Mörtelmasse unter beliebigen Rahmenbedingungen gewähr­ leistet.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Längsbohrung im setzrich­ tungsseitigen Endbereich, der Durchgangsbohrung eine Mischvorrichtung vorgelagert ist.

Dadurch, dass im Befestigungselement eine Mischvorrichtung angeordnet, sind die Rahmenbe­ dingungen für den Mischvorgang berechenbar. Die Mörtelmasse tritt somit vermischt mit einem Untergrund und Bohrklein in Kontakt. Eine zusätzliche zur Anwendung gelangende Mischvor­ richtung ausserhalb des Befestigungselementes entfällt damit selbst bei kritischen Mörtelma­ ssen. Die Ausbildung der Mischvorrichtung kann somit mit geringem Aufwand auf die entspre­ chenden Anforderungen der zur Anwendung gelangenden Mörtelmasse abgestimmt werden. Das Plazieren der Mischvorrichtung in der Längsbohrung erfordert an der Aussenfläche des Befestigungselementes keine Veränderungen im Hinblick auf bekannte Lösungen. Ferner ist die Anordnung der der Durchgangsbohrung vorgelagerten Mischvorrichtung vorteilhaft, da hiermit beispielsweise ein Austreten nicht durchmischter Mörtelmasse ins Bohrloch verhindert wird.

Zweckmässigerweise ist die Mischvorrichtung im wesentlichen zentrisch in der Längsbohrung angeordnet, um beim Auspressvorgang eine optimale Durchmischung der Mörtelmasse sicher­ zustellen.

Die Mischvorrichtung weist vorteilhafterweise einen als Statikmischer ausgebildet Mischkanal auf, da dies eine wirtschaftliche Herstellung der erfindungsgemässen Lösung förderlich ist. Fer­ ner ist die Verwendung eines dynamischen Mischkanals nicht erforderlich. In besonderen Fällen kann jedoch auch ein dynamischer Mischkanal anstelle des Statikmischers Anwendung finden.

Vorzugsweise weist der Statikmischer labyrinthartige, mit der Durchgangsbohrung verbindbare Kanäle auf. Diese Ausführungsform findet bevorzugt Anwendung, falls eine der Komponenten ohne zusätzliche Aufnahmemittel in der Längsbohrung des Rohrelementes gelagert wird. Mit diesem Merkmal wird ein austreten der erwähnten Komponente aus dem Befestigungselement vor dem Setzvorgang verhindert. Die Kanäle können beispielsweise durch einen unter Druck freigebender Verschluss, vorzugsweise bis zum Setzvorgang verschlossen sein. Dieser Ver­ schluss kann beispielsweise durch eine druckempfindliche Folie ausgeführt sein.

Die Mischvorrichtung ist vorteilhafterweise längs der Längsbohrung verschiebbar, um eine ein­ fache Montage der Mischvorrichtung zu gewährleisten. Ausserdem ermöglicht diese Ausfüh­ rungsform die Mischvorrichtung gegebenenfalls, beispielsweise durch Auswechseln, den spezi­ fischen Anforderungen der zum Einsatz gelangenden Mörtelmasse anzupassen.

Die Mischvorrichtung weist zweckmässigerweise am Ende in Setzrichtung einen dichtenden Kolben aufweist. Diese wirtschaftlich herstellbare Ausführungsform weist die Mischvorrichtung ein die Längsbohrung abdichtendes Element, beispielsweise dichtende Kolben auf. Im unge­ setztem Zustand befindet sich der dichtende Kolben zwischen der Mischvorrichtung und der Durchgangsbohrung und verschließt somit die Kanäle. Durch den beim Setzvorgang zur An­ wendung gelangende Druck verschiebt sich die Mischvorrichtung mit dem dichtenden Kolben axial in der Längsbohrung in Setzrichtung bis zu einem Anschlag. In dieser Position ist der dichtende Kolben ausserhalb des Bereiches zwischen der Mischvorrichtung und der Durch­ gangsbohrung und die Kanäle sind in dieser Position der Mischvorrichtung und des dichtenden Kolbens mit der Durchgangsbohrung verbunden.

Ferner weist die Mischvorrichtung vorzugsweise zwischen dem Kolben und dem Mischkanal einen, mit der Durchgangsbohrung verbindbaren und mit dem Mischkanal verbundenen Sam­ melraum auf. Der dichtende Kolben ist beispielsweise durch einen Abstandhalter in einem fixen Abstand zur Mischvorrichtung angeordnet und dadurch entsteht ein Sammelraum für die durch­ mischte Mörtelmasse. Der Mischkanal der Mischvorrichtung ist mittels einer Öffnung mit dem Sammelraum verbunden. Der Sammelraum wird im ungesetzten Zustand durch den Kolben von der Durchgangsbohrung getrennt. Im gesetzten Zustand ist der Sammelraum mit der Durch­ gangsbohrung verbunden, beispielsweise indem die Durchgangsbohrung direkt, zumindest teil­ weise an den Sammelraum angrenzt. Selbstverständlich kann der Kolben auch mit der Durch­ gangsbohrung verbindbare Verbindungskanäle aufweisen.

Ferner weist die Mischvorrichtung am in Setzrichtung abgewandten Ende eine Durchstechvor­ richtung auf. Dadurch können auch in Schlauchbeutel verpackte Mörtelmassen mit dem erfin­ dungsgemässen Befestigungselement zur Anwendung gelangen. Die Durchstechvorrichtung kann beispielsweise aus zumindest einem klingenartigen Durchstechelement bestehen. Zweck­ mässigerweise muss die Durchstechvorrichtung genügend spitz und/oder scharf ausgebildet sein, um die die Mörtelmasse umgebende Verpackung durchzustechen und somit ein Auspres­ sen der Mörtelmasse aus der Verpackung zu erlauben.

Zweckmässigerweise weist der Mischkanal radial zur Längsbohrung eine kleinere Querschnitts­ fläche auf, als die radiale Querschnittsfläche der Längsbohrung, um die Durchflussgeschwindig­ keit durch den Mischkanal zu erhöhen. Dadurch wird eine bessere Durchmischung der Mörtel­ masse erreicht.

Die Mischvorrichtung ist vorzugsweise aus Kunststoff, um gegenüber der Mörtelmasse resistent zu sein. Anstelle von Kunststoff können auch andere gegenüber der Mörtelmasse resistente Materialien verwendet werden. Ausserdem kann auch die Wandung der Längsbohrung, die bei­ spielsweise aus Metall besteht eine Kunststoffhülse oder eine Kunststoffbeschichtung aufwei­ sen, um diese vor der Mörtelmasse zu schützen.

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

Fig. 1 Ein erfindungsgemässes Befestigungselement im Längsschnitt, im ungesetzten Zustand,

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Befestigungselement während des Setzvorganges.

In Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemässes Befestigungselement mit einem zylinderförmigen Aufnahmekörper 1, der eine Längsbohrung 22 aufweist die eine mehrkomponentige Mörtelma­ sse aufweist dargestellt. Der Aufnahmekörper 1 weist am setzrichtungsseitigen Ende einen Bohrkopf 4 und am gegenüberliegenden Ende ein als Aussenprofilierung ausgebildetes An­ griffsmittel 3 auf.

Der beispielsweise aus Metall hergestellte Aufnahmekörper 1 weist am setzungsrichtungsseiti­ gen Ende eine oder mehrere gleichmässig über den Umfang verteilte Durchgangsbohrungen 5 und eine Aussenprofilierung 2 über die gesamte Länge auf. Die Aussenprofilierung 2 kann durch Walzen entstehen. Im Aufnahmekörper 1 ist zwischen der Mörtelmasse und den Durchgangs­ bohrungen 5 eine Mischvorrichtung 8 angeordnet.

Der Bohrkopf 4 weist eine kegelförmige Spitze, die mit abrasiven Elementen 6, insbesondere Hartmetallteilen bestückt ist, auf. Zur Aufnahme des Bohrkleins ist der Aussendurchmesser des Bohrkopfes 4 grösser, als der Durchmesser des Aufnahmekörpers 1 ausgebildet.

In der Längsbohrung 22 des Aufnahmekörpers 1 ist am setzrichtungsseitigen abgewandten En­ de die Mörtelmasse zwischen einem Auspresskolben 13 und der Mischvorrichtung 8 angeord­ net. Im dargestellten Ausführungsbeispiels ist eine Komponente der Mörtelmasse, beispielswei­ se ein Härter 14, ohne ein zusätzliches Aufnahmemittel im Aufnahmekörper 1 gelagert, die übri­ gen Komponenten der Mörtelmasse können beispielsweise zusätzlich in einem oder mehreren Schlauchbeuteln 21 abgepackt sein. Somit es notwendig, dass der Auspresskolben 13 sowie die Mischvorrichtung 8 die Mörtelmasse dichtend in der Längsbohrung 22 des Aufnahmekörpers 1 einschliessen.

Die Mischvorrichtung 8 weist einen Mischkanal, insbesondere einen Statikmischer 11 auf, der durch zwei an den beiden Ende des Mischkanals angeordnete Flanschen 10 und 15, in der Längsbohrung 22 im Aufnahmekörper 1 zentriert ist. In Setzrichtung S schliesst an den Misch­ kanal ein Dichtkolben 20 an, der mit einem oder mehreren Abstandhaltern 7 versehen ist, so­ dass sich ein Sammelraum 19 bildet. Die setzrichtungsseitig vom Mischkanal abgewandte Flansch 10, weist auf ihrer Oberfläche eine Durchstechvorrichtungen 9 auf, die mit dem Schlauchbeutel 21 in Kontakt bringbar sind, um diesen beim Setzvorgang aufzustechen und somit ein Auspressen der im Schlauchbeutel 21 gelagerten Mörtelmasse zu ermöglichen.

Beim Setzvorgang, der insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Befestigungsmittel, bei­ spielsweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Bohrgerätes, mit einer Rotationsbewegung und einem axialen Vorschub beaufschlagt. Vom Bohrkopf 4 wird ein zylinderförmiges Bohrloch 16 zur Aufnahme des Aufnahmekörpers 1 in den Untergrund 17 gebohrt. Ist die gewünschte Setz­ tiefe erreicht, so wird mittels eines zur Anwendung gelangenden Auspressmechanismus 18 der setzrichtungsseitige abgewandte Auspresskolben 13 mit einem in Setzrichtung S wirkenden Druck beaufschlagt, der ein Aufstechen des Schlauchbeutels 21 bewirkt, so dass die darin gela­ gerte Komponente der Mörtelmasse austreten kann. Durch die im Innern des Aufnahmekörpers 1 befindliche Mörtelmasse wird der Druck weiter an den Dichtkolben 20 geleitet. Die Mischvor­ richtung 8 wird mit dem Dichtkolben 20 soweit in Setzrichtung S verschoben, bis er vollkommen in einem Aufnahmebereich liegt und somit die Durchgangsbohrungen 5 freigibt. Die einzelnen Komponenten der Mörtelmasse werden durch den Mischkanal miteinander vermischt und treten durch die freigegebene Durchgangsbohrung 5 in das Bohrloch ein. Die Mörtelmasse wird durch den Auspresskolben 13 weiter mit einem Druck beaufschlagt, so dass sie sich durch den Druck gleichmässig im Zwischenraum zwischen der Wandung des Bohrloches 16 und der Aussenflä­ che des Aufnahmekörpers 1 ausbreitet.

Claims (10)

1. Befestigungselement, insbesondere für den Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau, mit einem zylinderförmigen Aufnahmekörper (1), der eine, zumindest im setzrichtungsseitig abge­ wandten Ende offen ausgebildete Längsbohrung (22) zur Aufnahme von Mörtelmasse auf­ weist, wobei der Aufnahmekörper (1) im setzrichtungsseitigen Endbereich zumindest eine Durchgangsbohrung (5) aufweist, welche die Längsbohrung (22) mit der Aussenfläche des Aufnahmekörpers (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Längsbohrung (22), zwischen der Durchgangsbohrung (5) und der Mörtelmasse eine Mischvorrichtung (8) ange­ ordnet ist.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (8) im wesentlichen zentrisch in der Längsbohrung (22) angeordnet ist.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvor­ richtung (8) einen, als Statikmischer (11) ausgebildeten Mischkanal aufweist.

4. Befestigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkanal laby­ rinthartige, mit der Durchgangsbohrung (5) verbindbare Kanäle aufweist.

5. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (8) längs der Längsbohrung (22) verschiebbar ist.

6. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (8) am setzrichtungsseitigen Ende einen die Längsbohrung (22) abdich­ tenden Kolben (20) aufweist.

7. Befestigungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (8) zwischen dem Kolben (20) und dem Mischkanal einen mit der Durchgangsbohrung (5) verbindbaren und mit dem Mischkanal verbundenen Sammelraum (19) aufweist.

8. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkanal radial zur Längsbohrung (22) eine kleinere Querschnittsfläche aufweist, als die radiale Querschnittsfläche der Längsbohrung (22).

9. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (8) am setzrichtungsseitig abgewandten Ende eine Durchstechvorrichtung (9) aufweist.

10. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (8) aus Kunststoff ist.