DE10046804A1 - Kombinierte Meißel- und Mischspitze für Fels- / Gebirgsanker - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ausführung, Herstellweise sowie das Anwendungsverfahren eines mit einer neuartigen, sogenannten Meißel- und Mischspitze versehenen Fels- oder Gebirgsankers für den Berg- und Tunnelbau, bestehend aus einem runden oder ovalen Ankerschaft aus Stahl oder Kunststoff mit glatter oder teil- oder vollprofilierter Oberfläche, einem mit einem Gewinde oder einer anderen gewindeähnlichen, schraubbaren Endenausführung am Ankerkopf (wobei auch die Vollprofilierung selbst schraubbar ausgeführt sein kann), und einer meißelähnlichen Ausführung des Ankerfußes zur Durchmischung von patronierten Verbundmedien und Zerstörung der entsprechenden Verpackungen, z. B. Ein- oder Mehrkammerverpackungen (Patronen), wobei die meißelähnliche Endenausführung des Ankerfußes in Bohrlochtiefen weiterhin durch ihre Ausgestaltung mit Nachmischfunktion und Transportfunktion versehen sein kann und sowohl eine Anpassung an verschiedene Bohrlochdurchmesser, eine Zentrierung des Ankers im Bohrloch als auch einen höheren formschlüssigen Verbund ermöglicht und durch die Art der Herstellung auch einen wirtschaftlichen Vorteil bietet, indem aus laufendem Material mittels Stanzen, Verschmelzen, Pressen o. dgl. des kalten oder vorher erwärmten Materials (z. B. Mehrfachlängen von Ankerstahl o. dgl.) gleichzeitig mit dem auf Endlänge zu durchtrennenden Langmaterials beide zueinander gerichtet neu entstehenden Ankerfußenden in einem Arbeitsgang zu den oben genannten meißelähnlichen ...

Description

Die Erfindung betrifft einen mit einer sogenannten Meißelspitze versehenen Felsanker (SN-Anker) für den Berg- und Tunnelbau, der als voll vermörtelter (Kunstharz- und/­ oder Zementmörtel) Anker versetzt wird, bestehend aus einem runden oder ovalen Ankerschaft aus Stahl oder Kunststoff mit glatter oder teil- oder vollprofilierter Oberfläche, wobei die mit identischem Ankerschaftdurchmesser oder variabel größerem Durchmesser herstellbare Meißelspitze zum einem aus einer am Ankerfußende angeordneten, recht scharfen, glatten oder gewellten oder anders strukturierten Schneide zur Durchmischung von insbesondere patronierten Verbundmedien mit mehreren Komponenten und zur Zerstörung der entsprechenden Verpackungen, z. B. ein- oder Mehrkammerverpackungen (Patronen) besteht und die meißelähnliche Schneidenausführung des weiteren mit Rippen und/oder Nuten ausgeführt wird, um das durchmischte Verbundmedium (z. B. Polyesterharz) besser ableiten und dabei weiter durchmischen zu können und zur Zentrierung des Ankers im Bohrloch und zum Weiterbefördern des Verbundmediums und Reduzierung des Eindringwiderstandes eines solchen, am Ankerfuß ausgeformten Gebirgsankers, der rotatorisch mit hoher Drehzahl in das Ankerbohrloch eingeführt und versetzt wird, ein aus zwei sich gegenüberliegend angeordneten Flügeln bestehendes Flügelpaar im vorzugsweise rechten Winkel in einigem Abstand hinter dem Schneidenende des Ankerfußes angeordnet sein kann.

Die Erfindung betrifft auch das Herstellverfahren, bei welchem aus laufendem Material (z. B. Mehrfachlängen von Ankerstahl oder dergl.) mittels Stanzen, Verschmelzen, Pressen, Prägen oder dergl. des kalten oder vorher erwärmten oder noch warmen Materials in einem Arbeitsgang gleichzeitig mit dem auf Endlände zu durchtrennenden Langmaterials an beiden neu entstehenden Ankerfußenden eine Umformung zu den o. g. meißelähnlichen Mischspitzen erfolgt, indem in einer hierfür geeigneten Maschine mit schnell auswechselbaren Formwerkzeugen das Durchtrennen und gleichzeitige Formen der beiden, an der Trennstelle entstehenden Enden in kürzester Zeit ermöglicht wird und in laufender Produktion das Werkzeug gewechselt werden kann, um Meißelspitzen größeren Durchmessers zur Anpassung an andere Bohrlochdurchmesser bedarfsgerecht produzieren zu können.

Somit kann Langmaterial (z. B. Stangen) mit relativ hoher Geschwindigkeit einem Maschinensystem zugeführt werden, in dem - ergänzend - wechselnd mittels Sägeschnittes und Anfasung zwei Ankerkopfenden und danach durch Zertrennen und Umformen zwei Ankerfußenden und danach durch Sägen und Anfasung wieder zwei Ankerkopfenden usw. hergestellt werden. Damit wird die Anzahl der Arbeitsgänge pro Anker reduziert werden können (kopfseitig sägen oder schneiden plus anfasen, fußseitig zertrennen und umformen), wofür bei konventioneller Produktion zusätzlich Arbeitsschritte und Manipulationen erforderlich sind.

Die Erfindung betrifft auch das Anwendungsverfahren eines Fels- oder Gebirgsankers der eingangs erwähnten Art für den Berg- und Tunnelbau, bestehend aus einem runden oder ovalen Ankerschaft aus Stahl oder Kunststoff mit glatter oder teil- oder vollprofilierter Oberfläche und einer besonderen Ankerfußausführung als kombinierte Meißel- und Mischspitze wie oben beschrieben, die es ermöglicht, aufgrund geologisch notwendiger und/oder betrieblich notwendiger Umstellungen Bohrlochdurchmesser zu ändern und für Anker gleichbleibenden Durchmessers durch entsprechend angepasste Ankerfußendenausführung das Versetzen dieses Ankers insbesondere mit patroniertem Kunstharzmörtel (Klebepatronen) überhaupt grundsätzlich zu ermöglichen und zu optimieren, dadurch, dass durch eine über den Ankerschaftdurchmesser hinausgehende breite Meißelausführung die Zerstörung solcher Patronen sicherstellt und sowohl ein erstes Mischen im Schneidenbereich als auch ein Nachmischen im Flügelbereich sichergestellt ist, des weiteren ein erhöhter Formschluss bereits am Ankerfuß erreicht wird und der Anker selbst durch diese neuartige Funktion auch während des Setzvorganges über die gesamte Bohrlochlänge zentriert eingeführt wird und auch anschließend zentriert im Bohrloch liegt.

Üblicherweise werden Gebirgsanker aus Stahl oder Kunststoff - auch als Felsnägel bezeichnet - entweder mit Zementmörtel vollblockiert versetzt (SN-Anker) oder als sog. Klebeanker versetzt. Dieses Verfahren wird überwiegend in Bergbaubetrieben angewendet, wenn der Anker an der Ortsbrust soforttragende Eigenschaften aufweisen muß. Dazu wird in Abhängigkeit des Durchmessers eines zumeist durchgehend gerippten /vollprofilierten Ankerstabes mit kopfseitigen Gewinde oder durchlaufendem Gewindeprofil ein passendes Bohrloch gebohrt, dessen Durchmesser nur geringfügig größer sein darf als der Ankerdurchmesser (z. B. für einen Anker M24 mit 22-25 mm Schaftdurchmesser darf der Bohrlochdurchmesser zwischen 28-32 mm schwanken). Nur dann ist sichergestellt, daß das Polyesterharz und der Härter, die in sog. Klebepatronen mit getrennten Kammern für beide Komponenten verpackt sind, auch später, nach Aushärten, bei Zugbelastung nicht abschert, der Verbund zwischen Bohrlochwand und Anker abreißt und der Anker versagt.

Dazu werden die Bohrlöcher zunächst mit ausreichender Menge an Patronen gefüllt und der Anker anschließend mit recht hoher Drehzahl und hoher Vorschubkraft in das Bohrloch eingedreht. Dabei werden die Patronen nacheinander aufgerissen und zerstört und die beiden nun zusammenfließenden Komponenten gründlich durchmischt, indem der Anker regelrecht eingequirlt wird. Um ein schnelles Aufreißen der Patronenhüllen sicherzustellen, die aus Mehrfachverbundfolien bestehen, bedarf es am fußseitigen Ende des Ankers, welches zum Bohrlochtiefsten weist, statt eines einfachen flachen Endes einer Spitze, die als Werkzeug dient. Darüber hinaus ist aufgrund des geringen Ringspaltes zwischen Anker und Bohrlochwand sichergestellt, daß die Profilierung des Ankers über die Ankerlänge eine ausreichende Nachmischung herbeiführt, die notwendig ist, da die Ankerspitze allein dies nicht bewerkstelligen kann.

Aufgrund der kleinen Bohrlochdurchmesser können allerdings nur recht dünne Bohrstangen verwendet werden, welche die heute üblicherweise hohen Kräfte und Momente moderner Bohrgeräte nur unzureichend absetzen können und bei zu hohem Andruck ausknicken, wodurch eine Steigerung der Bohrleistung nicht mehr möglich ist.

Die in o. g. Veröffentlichung beschriebenen Lösungsansätze wurden in der Vergangenheit im wesentlichen in drei Ausführungen praktiziert, in einer sogenannten Schrägspitze, bei der das laufende Ankerschaftmaterial durch einen 45°-Sägeschnitt oder Scherschnitt hergestellt wurde. Nachteilig bei dieser Variante ist die häufig unvollkommene Zerstörung von Mehrkammer-Patronen insbesondere bei Bohrlochdurchmessern die mehr als Bmm größer sind als die Ankerdurchmesser wobei auch diese Vorgabe nur für kleine und mittlere Anker- und Bohrlochdurchmesser gelten kann. In der Vergangenheit führte dies dazu, dass die meistens kleiner ausgeführte Kammer für den Härter nicht zerstört wurde und somit die beiden Komponenten nicht durchmischt werden konnten (Handschuhfingereffekt: der Ankerschaft zerstört nur eine Kammer und dringt nur dort ein).

Eine kehlartige Ausführung des Ankerfußes, bei der wie durch eine Bohrung im rechten Winkel zur Achse des Ankerschaftes ein halb-konkaves Profil entsteht, hat zwar mischtechnisch und zerstörungstechnisch einige Vorteile bringt aber andererseits den großen Nachteil mit sich, dass für das Drehen und Versetzen des Ankerschaftes wesentlich höhere Kräfte und Momente erforderlich sind, die von pneumatischen und handgeführten Maschinen nicht aufgebracht werden können, weshalb sich diese Ausführung grundsätzlich erhalten hat aber keine große Verbreitung im Anwendungsmarkt fand.

Die symmetrische Meißelspitze, bei welcher der Ankerfuß dachartig beidseitig geformt wird, stellte bisher einen guten tragfähigen Kompromiss zwischen der o. g. Schrägspitze und der kehlartig ausgeführten Spitze dar. Bei glatten Ankerstangen oder aber insbesondere bei Ankern, die in größeren Bohrlöchern zu versetzen sind, in denen ein überdimensionierter Ringspalt existiert, ist zum einen auch der o. g. Handschuhfingereffekt zu beobachten, des weiteren kann es aber auch passieren, dass Klebepatronen gar nicht zerstört werden sondern sich durch Nichtzentrierung der Ankerstange im Bohrloch während des Versetzvorganges in den sich asymmetrisch im Bohrloch liegenden Anker ergebenden Ringspalt durch Flachdrücken des ursprünglich runden Patronenquerschnittes anlegen und die Rippung im Nachlauf des Ankerfußendes nicht in der Lage ist, die relativ reißfesten Patronenhüllen noch zu zerstören, wodurch noch nicht einmal eine Teilverklebung zustande kommt. Insbesondere in weicheren Gesteinspartien (z. B. Braunkohle) sind Ausfälle bis zu 90% der frisch versetzten Anker zu beobachten.

Insbesondere in härteren und festen Gesteinspartien werden deswegen heute größere dickere Bohrstangen eingesetzt, die ihrerseits mit Bohrkronen größeren Durchmessers verwendet werden müssen, um Spülwasser und Bohrklein sicher abfördern zu können. Die daraus resultierenden Bohrlöcher verfügen üblicherweise über Durchmesser zwischen 36 und 50 mm, die ein Verkleben von Ankern nach herkömmlicher Art einschränken oder unmöglich machen.

Um diesen Nachteil zu umgehen, wurden Mischspitzen größeren Durchmessers auf die Ankerenden gesteckt, die sicherstellten, daß die Patronenhüllen zerstört wurden. Es fand darüber hinaus aber keine weitere ausreichende Mischung der Patroneninhalte statt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, zu dünne Anker endseitig so zu gestalten, dass Klebepatronen sofort zerstört, die Inhalte angemischt und nachgemischt, der Anker zentriert und zusätzlich endseitig höher formschlüssig mit dem Gebirge verbunden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe können mit der neuen Ankerfußendenausführung eines teilweise oder voll zu vermörtelnden Ankers (mit patroniertem Kunstharz- und/oder Zementmörtel) die o. g. Nachteile vermieden werden.

Erfindungsgemäß kann in einer Ausführungsvariante die Schneide messer- oder meißelartig gestaltet sein und in einer Querachse zu Ankerachse den Ankerdurchmesser soweit überschreiten, dass eine gute Führung im Bohrloch andererseits und eine gute Zerstörung von im Bohrloch befindlichen Patronen anderseits immer gewährleistet ist und das bezüglich der zweiten Querachse zur Ankerachse die senkrecht auf der o. g. Querachse steht, eine symmetrische meißelartige Abflachung dachförmig entsteht die im Ankerschacht ausläuft, wobei parallel zur Ankerachse Nuten oder Rippen oder Kombinationen davon den Abtransport und die Nachmischung von Patronenhüllenresten und Verbundmedium bis in den Bereich des Ankerschaftmaterials erleichtern. Die bereits einführend beschriebenen Flügelpaarausführung kann in einer Ausführungsvariante direkt hinter der Meißelschneide oder aber in einigen abstand einmal oder mehrfach wiederholt werden, wobei die Flügelpaare auch in anderen Winkelstellungen zur Schneide am Ankerfuß stehen können und die Zentrierung einerseits und die Transportfunktion und Nachmischung anderseits zu optimieren. Dadurch wird sichergestellt, dass auch deutlich zu dünn einzustufende Anker gemäß alter Technologie zum einem zentriert im Bohrloch liegen und zum anderen der Handschuhfingereffekt vermieden wird, die Einschubkräfte und Momente deutlich reduziert werden und durch entsprechende Ausführung der Schneide am Ankerfußende auch eine Verletzungsgefahr beim Transport der Anker oder der Zwischenlagerung reduziert oder sogar vermieden werden kann. Dazu reicht es auch, wenn in einer weiteren Ausführungsvariante die Schneide vom Mittelpunkt des Ankers ausgehend, in zwei Teilbereiche getrennt wird und nur im Bereich des Ankerdurchmessers scharf ausgeführt wird, so dass die über den Ankerdurchmessers hinausstehenden Enden ihrerseits relativ stumpf bleiben und die Ankerfußenden-Ausführung die Form einer symmetrischen Schwanzflosse eines Fisches erhält, wobei die dadurch entstehenden Schneidenhälften auch nach gegeneinander verkröpft sein können.

Anstatt einen Anker durch ein weiteres, z. B. aufzuschraubendes Bauteil, z. B. Gussteil oder Schmiedeteil erfindungsgemäß zu ertüchtigen, kann die Formgebung am Anker selbst aufgeprägt werden. Bei Stahlankern kann dies im kalten oder sehr warmen Zustand durch Anschmieden oder durch Pressen oder dgl. erfolgen, bei Kunststoffankern kann dieses im Herstellungsprozess direkt vor Aushärten des Kunststoffes formgebend oder durch nachträgliches Erwärmen und "Backen" in einer Form erfolgen. Es ist aber genau so möglich, die gesamte Formgebung teilweise oder vollständig durch spanabhebende Bearbeitung herzustellen. Aus Kostengründen ist erfindungsgemäß aber vorzugsweise mit dem schlagartigen Durchtrennen des laufenden Ankerschaftmaterials mittels eines Werkzeuges und gleichzeitiger, endgültiger Formgebung an den beiden, durch das Zertrennen neu entstehenden Enden der Ankerfuß beidseitig herzustellen, so dass abwechselnd zwei Ankerköpfe dann wieder zwei Ankerfüße u. s. w. entstehen. Die aus dem laufenden Material durch diese Art der Konfektionierung anfallenden Anker werden wahlweise vollmechanisiert verpackungsgerecht wechselnd nach links und rechts ausgeworfen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Ankerfuß in Längsschnitt mit Mischspitze

Fig. 2a den Ankerfuß in Längsschnitt mit Mischspitze und Mischflügeln

Fig. 2b den Ankerfuß in Längsschnitt mit Mischspitze und 90° versetzten Mischflügeln

Fig. 3 den Anker während des Versetzvorganges im Bohrloch

Fig. 4 das Herstellprinzip bzw. die Konfektionierung im Durchlaufprozeß.

In der Zeichnung Fig. 1 ist eine Ankerstange mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Ankerstange 1 verfügt in dieser Ausführungsform über eine durchgehende Gewindeprofilierung 2. Das fußseitige Ende 13 der Ankerstange 1 ist als meißelförmige Mischspitze 3 ausgeführt, wobei im Auslauf eine scharfe Schnittkante 4 ausgebildet ist, die mittig durch einen Abflußnut 5 unterbrochen wird. Endseitig wird die Schnittkante durch abgeflachte Kanten 6 begrenzt.

In der Zeichnung Fig. 2a ist die Ankerstange mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Ankerstange 1 verfügt in dieser Ausführungsvariante zusätzlich über rückwärtig angeordnete Nachmischflügel 7, die ihrerseits über stumpfe Begrenzungen 8 verfügen und zu den Seiten in die Rundung 9 des Ankerumfanges auslaufen.

In der Zeichnung Fig. 2b ist die Ankerstange mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Ankerstange I verfügt in dieser Ausführungsvariante über zwei um 90° zur Mischspitze 3 verdrehte Nachmischflügel 7.

In der Zeichnung Fig. 3 wird der Anker 1 mit der Mischspitze 3 und den Nachmischflügeln 7 in das Bohrloch 14 eingedreht. Die Klebepatrone 10 mit der großen Harzkammer 11 und der kleinen Härterkammer 12 wird dabei von der meißelförmigen Mischspitze zerfetzt und die Kammerinhalte vorgemischt. Entlang des Ankers 1 wird durch den Vorschub 17 des Ankers und der Reibung an der Bohrlochwand 14 das Harz 11 und der Härter 12 weiter durchmischt und durch die Drehung 18 des Ankers der Patroneninhalt durchgequirlt. Die Nachmischflügel 7 wirken dabei wie Rührwerkpaddel und quirlen den Patroneninhalt intensiv durch (16).

In der Zeichnung Fig. 4 wird ein Ausführungsbeispiel einer vollmechanisierten Ankerproduktion als Funktionsprinzip dargestellt. Auf einer Basis 21 befindet sich eine längsbewegliche Führung 22 mit nicht dargestellten Klemmbacken und Transportrollen für die Manipulation der Anker 1 zwischen und während der einzelnen Bearbeitungsschritte. Das in Mehrfachlängen zugeführte Langmaterial wird dann an der Säge 23 auf Doppellänge abgeschnitten, der in der Presse 25 mittels der Einsatzwerkzeuge 26 und 27 zu zertrennende Mittelabschnitt des Doppelankers wird bedarfsweise in einer Induktionseinheit 31 erwärmt und dann zwischen die vertikal bewegbaren Stempel 24 und 32 gefahren, wo der Anker mittels der Werkzeuge zertrennt und die beiden entstehenden Enden zu Mischenden mit dahinter angeordneten Nachmischflügeln umgeformt werden. Die beiden äußeren durch Sägeschnitt entstandenen Enden des Doppelankers werden zwischenzeitlich mit den zweidimensional verfahrbaren Fräseinheiten 28 mittels Fasköpfen 29 angefast die nach links ausgeschobenen, fertigen Anker fallen seitlich in den verschiebbaren Transportbehälter 30.

Claims (12)

1. Felsanker als Mörtelanker für Kunstharz- und/oder Zementvermörtelung mit rundem oder ovalen Ankerschaft aus Stahl oder Kunststoff mit glatter oder teil- oder vollprofilierter, gegebenenfalls schraubbarer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerfuß mit einer meißelähnlichen Mischspitzengestaltung mit integrierten Sperr- Abfluß- und Transportorganen in, auf und hinter der Mischspitze und mit nachlaufend angeordneten Nachmischelementen am Ankerschaft ausgeführt ist.

2. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die meißelähnliche Mischspitze aus dem Ankermaterial selbst durch einen Umformungsprozeß hergestellt wird.

3. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die meißelähnliche Mischspitze gleichzeitig mit der Zertrennung des Ankermaterials und Längenherstellung des Ankers in einen Umformungsprozeß hergestellt wird.

4. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die meißelähnliche Mischspitze in der Breite senkrecht zur Ankerachse identisch mit dem oder größer als der Ankerschaftdurchmesser sein kann.

5. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur optimierten Nachmischung das Verbundmedium durch Sperr- Abfluß- und Transportorgane an der Mischspitze dosiert am Ankerschaft zur Nachmischung weitergeleitet wird.

6. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sperr- Abfluß- und Transportorgane und Vorrichtungen an der Mischspitze zur Nachmischung in einem Arbeitsgang mit der Herstellung der Mischspitze hergestellt werden.

7. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die meißelähnliche Mischspitze zur Zerstörung und Durchmischung von Ein- oder Mehrkammerpatronen mit Verbundmedien zur Festlegung von Ankern in Bohrlöchern zum Schutz gegen Verletzung an den auslaufenden Enden der Meißelschneide im Flankenbereich stumpf gehalten ist.

8. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die breitere und größere Ausführung der Mischspitze gleichzeitig zur Zerstörung von Patronen als auch zur Zentrierung des Ankers im Bohrloch dient.

9. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nachmischelemente und -vorrichtungen hinter der Mischspitze eine vollständige Durchmischung der Verbundmedien sicherstellen.

10. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nachmischelemente und -vorrichtungen hinter der Mischspitze aus dem Ankermaterial selbst durch einen Umformungsprozeß hergestellt werden.

11. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nachmischelemente und -vorrichtungen hinter der Mischspitze in einem Arbeitsgang mit der Herstellung der Mischspitze hergestellt werden.

12. Felsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nachmischelemente und -vorrichtungen hinter der Mischspitze gleichzeitig sowohl als Mischer als auch zur Zentrierung des Ankers im Bohrloch dienen.