DE10116447A1

DE10116447A1 - Verbesserte Dreizinken-Hülse

Info

Publication number: DE10116447A1
Application number: DE10116447A
Authority: DE
Original assignee: Jennmar Corp
Current assignee: Jennmar Corp
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2001-12-06
Also published as: ZA200102762B; CA2342707A1; CA2342707C; US20020025230A1; AU742400B2; US6599059B2; AU3344701A

Abstract

Eine Expansionseinrichtung derart ausgestaltet, um einem Minendeckenbolzen zugeordnet werden zu können, wobei die Expansionseinrichtung einen Stopfen umfassen kann, der einen inneren Freiraum und eine äußere Fläche definiert, und eine Expansionshülse hat eine Mehrzahl von zueinander distanzierten Zinken, vorzugsweise drei Zinken, die eine Mehrzahl von Hülsennuten begrenzen und wobei jede der zueinander distanzierten Zinken diametral gegenüber einer korrespondierenden Hülsennut orientiert angeordnet ist.

Description

Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine ver besserte Expansionseinrichtung für Minendeckenbolzen, wie sie in relativ durchmesserkleinen Löchern benutzt werden, und bezieht sich insbesondere auf Expansionseinrichtungen, die mit oder ohne Harzbindungsmaterialien benutzt werden können.

Kurze Beschreibung des Standes der Technik

Beispiele für vierzinkige Minendeckenbolzen-Expansions einrichtungen, wie sie in Einzolldurchmesser-Minendeckenbohr löchern benutzt werden, sind in den USA-Patenten 4,904,123; 4,969,778; und 5,078,547 offenbart, alle hier einbezogen unter Bezug auf ihre Gesamtheit und alle übertragen auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung.

Generell enthalten vierzinkige Minendeckenbolzen-Expan sionseinrichtungen einen Stopfen, der bei Minendeckenstützan wendungen Minendeckenbolzen zugeordnet ist, und eine vierzin kige Expansionshülse, die gleitend mit dem Stopfen im Eingriff steht.

In einer handelsüblichen Ausführungsform hat der Stop fen eine Höhe von angenähert 1 3/16 Zoll, einen Außendurchmes ser von angenähert 0,9 Zoll und ist aus perlitischem Schmie deeisen ASTM A220 der Güteklasse 50005 gebildet. Der Stopfen hat angenähert eine 6,5° Konizität, mit einer Länge der Ver jüngung von angenähert einem Zoll. Innen angeordnete Gewinde gänge sind für die Zuordnung des Stopfens zu einem Minen deckenbolzen vorgesehen, wobei die Gewindegänge im allgemeinen 5/8 Zoll entsprechen, 11 per ASTM F432-95.

Der Stopfen weist vier um 90° zueinander versetzte Harz- Nuten auf, wobei jede Nute angenähert 0,074 Zoll tief und an genähert 0,268 Zoll breit ist. Der Stopfen begrenzt ferner ein zwölfer Durchgangsloch, das einen hölzernen Scherstift enthält, der als Verzögerungsmechanismus wirkt. Die Gesamtfläche der Harznuten beträgt angenähert 0,040 Quadratzoll, und der ganze Bereich für den Harzfluß in einem im wesentlichen Einzoll- Durchmesser Bohrloch beträgt angenähert 0,117 Quadratzoll.

Die vierzinkige Expansionshülse hat generell vier Zinken und einen inneren quadratisch konisch abnehmenden Freiraum. Die vierzinkige Expansionshülse ist vorzugsweise aus ferritischem Schmiedeeisen ASTM AS47 der Güteklasse 32510 hergestellt, hat eine Höhe von angenähert 2 11/32 Zoll und einen Außendurch messer von angenähert 15/16 Zoll. Die innere Freiraumkonizität beträgt angenähert 6,5° und die Länge der Konusverjüngung beträgt angenähert 39/64 Zoll.

Die vier Zinken begrenzen vier um jeweils 90° versetzte Nuten mit einer Breite von angenähert jeweils 1/4 Zoll Breite, und jede Nutlänge beträgt angenähert 2 1/16 Zoll. Der Innendurch messer der Vierzinkenexpansionshülse beträgt angenähert 21/32 Zoll. Jeder der vier Zinken definiert angenähert acht ganze Riffelungen, die zueinander um angenähert 3/16 Zoll distanziert sind, mit drei Riffeln von 10° und fünf Riffeln von 20° Neigung. Die gesamte ausgezackte Oberfläche aller vier Zinken beträgt 3,483 Quadratzoll.

Ausgehend vom Fakt, daß der Bohrlochdurchmesser bei Kleinbohrungsanwendungen auf angenähert einen Zoll festgelegt ist, so besteht eine kleine Toleranz in Bezug auf den Durchmesser der Expansionshülse. Es besteht jedoch ein immer gegenwärtiger Bedarf an einer Sicherung von durchmesserkleinen Minendeckenbolzen in Bohrlöchern von Minendecken dahingehend, daß die Bolzen höheren Spannungsbelastungen widerstehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt generell eine Expansionseinrichtung dergestalt, um an einem Minendeckenbolzen angebracht werden zu können. Die Expansions einrichtung kann einen Stopfen umfassen, der einen inneren Hohlraum aufweist und eine äußere Fläche, und eine Expansions hülse hat eine Mehrzahl von zueinander distanzierten Zinken und eine Mehrzahl von Hülsennuten, wobei jede der zueinander di stanzierten Zinken diametral gegenüber einer korrespondieren den Nut orientiert angeordnet ist. Bei einer Konfiguration ist die Expansionshülse benachbart zur Außenfläche des Stopfens positioniert und ist in Bezug auf den Stopfen gleitend be weglich.

Der Stopfen kann generell einen inneren Hohlraum de finieren, Gewindegänge im Inneren des Hohlraumes, drei um 120° versetzte Harznuten und kann auch eine seitlichen Fortsatz aufweisen, der sich entlang einer Länge des Stopfens erstreckt. Die Expansionshülse kann nur drei auch um 120° versetzte Zinken aufweisen und drei Hülsennuten und sie kann ferner einen Ring umfassen mit drei integral mit dem Ring ausgeformten Zinken. Die Expansionshülse kann auch acht zueinander distanzierte Riffelungen haben, mit drei Riffelungen in einer Winkel orientierung und fünf Riffelungen mit einer zweiten Winkel orientierung.

Die vorliegende Erfindung hilft den Widerstand gegen Spannungsbelastung von Minendeckenbolzen mit kleinem Durch messer zu erhöhen dadurch, daß eine Expansionshülseneinrichtung für durchmesserkleine Bohrlöcher vorgesehen wird, insbesondere Minendeckenlöcher mit Einzolldurchmesser, worin der Stopfen drei Harznuten hat und die Expansionshülse drei Zinken.

Das Dreizinkendesign vergrößert den Oberflächenbereich für den Harzfluß, vergrößert die ganze äußere Fläche der Dreizinken-Expansionshülse, was es der dreizinkigen Expan sionshülse erlaubt, sich schneller mit den Wänden des Bohr loches zu verbinden oder sich mit diesen zu verschränken (läßt eine kleinere Tragschraube zu), und die Hülse ist weniger teuer herzustellen.

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erläutert, in denen Bezugszeichen durchgehend entsprechende Elemente bezeichnen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Expan sionseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, installiert an einem Minendeckenbolzen;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Stopfens;

Fig. 3 ist eine Endansicht des Stopfens gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer Expansionshülse mit nur drei Zinken;

Fig. 5 ist eine Endansicht der Expansionshülse gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Expansionseinrichtung und des Minendeckenbolzens gemäß Fig. 1 teilweise installiert in einem Bohrloch einer Minendecke zusammen mit einem Harz/Beschleuniger;

Fig. 7 ist eine Seitenansicht der Expansionseinrichtung und des Minendeckenbolzens gemäß Fig. 6 instal liert in der Minendecke;

Fig. 8 ist eine Endansicht des Minendeckenbolzens und der Expansionseinrichtung gemäß der Fig. 6 und 7 zusammen mit einem Harz/Beschleuniger-Strom- Muster und

Fig. 9 ist eine Einzeldarstellung des Harz/Beschleuniger Strom-Musters gemäß Fig. 8.

EINZELBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine Expansionseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist generell in den Fig. 1-9 gezeigt und ferner be schrieben in der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Ser.No. 60/194,525, eingereicht am 4. April 2000, auf die hierin in Gänze Bezug genommen wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Expansionseinrichtung 10 üblicherweise an einem Minendeckenbolzen, wie einem Kabelbolzen, Starrbolzen oder kombinierten Bolzen, positioniert. Die Expan sionseinrichtung 10 umfaßt generell einen Stopfen 14 und eine dreizinkige Expansionshülse 16.

Der Stopfen 14, stärker detailliert dargestellt in Fig. 2-3, ist vorzugsweise hergestellt aus perlitischem Schmie deeisen ASTM A220 der Güteklasse 50005. Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält der Stopfen 14 einen inneren Freiraum mit Innengewinde 18 von vorzugsweise 5/8 Zoll, 11 per ASTM F432-95. Der Stopfen 14 weist ferner drei um 120° versetzte Harznuten 20 auf, wobei die Tiefe DP jeder Nut etwa 0.075 Zoll beträgt und die Breite W jeder Nut liegt bei etwa 0.192 Zoll. Die ganze Querschnitts fläche jeder Harznut 20 beträgt angenähert 0.04 Quadratzoll.

Wie in Fig. 3 gezeigt, hat der Stopfen 14 eine Höhe von etwa 1 5/16 Zoll und einen Außendurchmesser D von etwa 0.9 Zoll. Der Neigungsgrad der Seitenneigung ST beträgt angenähert 6.5° und die Länge L der Konizität beträgt angenähert einen Zoll. Ein Durchgangsloch 22 (vorzugsweise ein in der Größe zwölfer Loch) ist am Stopfen 14 für die Aufnahme eines höl zernen Scherstiftes (nicht dargestellt) vorgesehen, der als Verzögerungsmechanismus während der Drehung des Minendecken bolzens gemäß Fig. 1 wirkt. Mit weiterem Bezug auf Fig. 3 erstreckt sich ein seitlicher Fortsatz 24 längs der Höhe H des Stopfens 14 um einer relativen Bewegung zwischen der drei zinkigen Expansionshülse 16 und dem Stopfen 14 entgegenzu wirken.

Wie in Fig. 4 gezeigt, hat die dreizinkige Expansions hülse 16, vorzugsweise hergestellt aus ferritischem Schmiede eisen ASTM A47 der Güteklasse 32510, drei Zinken oder Zungen 26 und kann ferner mit einer oder mehreren im wesentlichen flachen Flächen 25 mit einer Breite FW von angenähert 0,4 Zoll ausgestattet sein. Die Zinken 26 begrenzen drei um 120° ver setzte Hülsennuten 28, die im wesentlichen diametral jeweils zu einer der drei Zinken 26 angeordnet sind. Die Nutbreite GW beträgt etwa 1/4 Zoll. Der Innendurchmesser ID der dreizinkigen Expansionshülse 16 beträgt etwa 21/32 Zoll.

Wie in Fig. 5 gezeigt, haben die drei Zinken 26 zusammen mit einem integral angeformten Ring 30 eine Hülsenhöhe SH von etwa 2 15/32 Zoll und einen Außendurchmesser OD von etwa 15/16 Zoll. Der Innenkonus IT hat etwa 6.5° und dessen Länge SL beträgt etwa 39/64 Zoll und die Nutlänge GL liegt bei etwa 2 1/16 Zoll. Vorhanden sind vorzugsweise acht um etwa 3/16 Zoll distanzierte Riffelungen SR, von denen drei 32 in Bezug auf die Vertikale mit 10° und fünf Riffelungen 32' mit 20° angeschrägt sind. Die gesamte äußere Oberfläche der dreizinkigen Expan sionshülse 16 beträgt bei dieser Ausbildung angenähert 3.978 Quadrat zoll.

Die Expansionseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Er findung kann wie folgt benutzt werden. Wie in Fig. 6 darge stellt, ist der Stopfen 14 mit seinem Innengewinde 18 mit dem Minendeckenbolzen 12 verschraubt, wobei der Minendeckenbolzen 12 vorzugsweise 5/8 Zoll Durchmesser hat. Die dreizinkige Expansionshülse 16 ist lose dem Minendeckenbolzen 12 zugeordnet und wird durch einen Träger 34 in Postion gehalten. Dieser Träger 34 ist vorzugsweise eine zylindrisch geformte Mutter und hat einen Außendurchmesser von angenähert 15/16 Zoll und eine Stärke von angenähert 1/8-3/8 Zoll, abhängig von der Festig keit der Minendeckengebirgsschicht. Wenn bspw. die Minen deckengebirgsschicht schwach ist, so ist generell ein stärkerer Träger erforderlich. Wenn die Minendeckengebirgsschicht stabi ler ist, kann eine geringere Stärke benutzt werden.

Aushärtbarer Harz/Beschleuniger 36 ist in einem Bohrloch 38 eingesetzt. Der Minendeckenbolzen 12 wird dann gedreht, um das Harz mit dem Beschleuniger zu mischen und um den Stopfen 14 am Bolzen 12 in Pfeilrichtung A1 nach unten zu schrauben, bis der Stopfen 14 den in der Querbohrung 22 sitzenden Scherstift (nicht dargestellt) kontaktiert. Die dreizinkige Expansions hülse 16 dreht sich mit dem Minendeckenbolzen 12. Wenn das Harz mit dem Beschleuniger 36 trocknet und aushärtet, werden der Stopfen 14 und die Hülse 16 an der Drehung gehindert. Eine weitere Drehung des Minendeckenbolzens 12 bewirkt, daß der Stopfen 14 durch den Scherstift schnappt, und der Stopfen 14 wird auf dem Bolzen 12 nach unten gezwungen. Der konische Stopfen 14 spreizt die Zinken 26 der dreizinkigen Expansions hülse auf, wenn die Hülse 16 über den Stopfen 14 gleitet, wobei die Zinken 26 sich fest an die Fläche des Bohrloches 38 anlegen.

Wie in Fig. 7 dargestellt, ist der Minendeckenbolzen 12 gespannt, wenn erst einmal die dreizinkige Expansionshülse 16 fest gegen oder im Bohrloch 38 sitzt. Wenn kein Harz/Beschleu niger 36 verwendet wird, ist kein Scherstift erforderlich.

Fig. 8 zeigt den Stopfen 14 und die Dreizinken- Expansionseinrichtung 16, wie in Verbindung mit den Fig. 1-7 beschrieben, und den Minendeckenbolzen 12, wie in Verbindung mit den Fig. 6-7 beschrieben, installiert in einem Bohrloch 38 längs mit dem Harz/Beschleuniger 36. Fig. 9 ist eine separate Darstellung der Ausbildung des Harz/Beschleunigers 36 gemäß Fig. 8. Wie entweder in Fig. 8 oder Fig. 9 dargestellt, beträgt die gesamte Querschnittsfläche der Harz/Beschleuniger-Ausbil dung angenähert 0.142 Quadratzoll.

Die Ergebnisse der Bolzenkopfabweichungen bei von der Ohio Valley Coal Company Powhatan No. 6 Mine durchgeführten Zugtests sind in Tabelle 1 zusammengefaßt, die mit PULL TEST RESULTS bezeichnet ist. Vor Durchführung der Zugversuche, wur den eine Reihe von angenähert im Durchmesser einzölligen Bohr löchern in die Decke der Mine No. 6 gebohrt. Dann wurden eine Reihe mit INSTAL B handelsmarkierten Minendeckenbolzen, han delserhältlich bei der Jenmar Corporation, Pittsburgh, Penn sylvania, mit einer Expansionseinrichtung 10 gemäß der vor liegenden Erfindung ausgestattet. Es folgte der Einsatz von mit FOSROC handelsmarkierten Harz/Beschleunigern in jedes Bohrloch, gefolgt von einem entsprechenden Minendeckenbolzen. Jeder Bol zen wurde dann entsprechend installiert und gespannt wie vor beschrieben.

TABELLE 1

PULL TEST RESULTS

Wie oben dargestellt, vergrößert die vorliegende Er findung den Oberflächenbereich für den Harzfluß außenseitig an der Expansionshülse, vergrößert den ganzen äußeren Oberflä chenbereich der dreizinkigen Expansionshülse, was dazu führt, daß die dreizinkige Expansionshülse sich effizienter an den Wänden des Bohrloches festsetzt oder diese ergreift und bil liger in der Herstellung ist.

Die Erfindung ist unter Bezug auf die bevorzugte Aus führungsform beschrieben worden. Naheliegende Modificationen und Änderungen werden für andere beim Lesen und Verstehen der vorangegangenen Beschreibung deutlich. Es ist beabsichtigt, daß die Erfindung dahingehend auszulegen ist, daß solche Modi ficationen und Änderungen mit umfaßt sind, insofern sie sich im Rahmen der zugehörigen Ansprüche befinden oder dazu Äquivalente darstellen.

Claims

1. Eine Expansionseinrichtung ausgebildet zur Anbringung an einem Minendeckenbolzen, wobei die Expansionseinrichtung um faßt:
Einen Stopfen mit einem inneren Freiraum und einer äußeren Oberfläche, und
eine Expansionshülse mit einer Mehrzahl von zueinander distan zierten Zinken und einer Mehrzahl von Hülsennuten, wobei jede der Zinken diametral gegenüber einer korrespondierenden Hül sennut angeordnet ist,
wobei die Expansionshülse benachbart zur Außenfläche des Stop fens positioniert und in Bezug auf diesen gleitend beweglich ist.

2. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stopfen drei um zueinander um 120° versetzte Harznuten aufweist.

3. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stopfen ferner einen seitlichen, sich über eine Länge des Stopfens erstreckenden Fortsatz aufweist.

4. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Expansionshülse ferner mit einen Ring versehen ist, der mit den einzigen drei Zinken integral ausgeformt ist.

5. Eine Expansionseinrichtung ausgebildet zur Anbringung an einen Minendeckenbolzen, wobei die Expansionseinrichtung um faßt:
einen Stopfen, der einen inneren Freiraum und eine äußere Oberfläche hat, und eine Expansionshülse, die nur drei Zinken hat, die drei Hülsennuten begrenzen,
wobei die Expansionshülse benachbart zur Außenfläche des Stop fens positioniert und in Bezug auf den Stopfen gleitend be weglich ist.

6. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der der Sto pfen mit drei um 120° versetzten Harznuten versehen ist.

7. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 6, bei der der Ge samtquerschnitt der Harznuten angenähert 0,04 Quadratzoll beträgt.

8. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 6, bei der der Ge samtquerschnitt für den Harzfluß im angenähert einen Durch messer von einem Zoll aufweisenden Minendeckenbohrloch ange nähert 0,142 Quadratzoll beträgt.

9. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 6, bei der die Tiefe jeder Harznute angenähert 0,075 Zoll und die Breite angenähert 0,192 Zoll beträgt.

10. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der der Stopfen einen seitlichen Fortsatz aufweist, der sich über eine Länge des Stopfens erstreckt.

11. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der der innere Freiraum mit einem Innengewinde versehen ist.

12. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die Expansionshülse ferner einen Ring aufweist, der mit den nur drei Zinken integral ausgeformt ist.

13. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die drei Zinken drei um 120° versetzte Hülsennuten begrenzen.

14. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 13, bei der jeder der drei Hülsennuten eine Nutbreite von etwa 1/4 Zoll und eine Nutlänge von etwa 2 1/16 Zoll hat.

15. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die Ex pansionshülse mit acht etwa um 3/16 Zoll distanzierte Rif felungen versehen ist, von denen drei in Bezug auf die Ver tikale eine 10°-Neigung und fünf eine 20°-Neigung haben.

16. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die Ex pansionshülse eine Expansionshülsenäußeres und dieses eine äußere Flächengröße von etwa 3.978 Quadratzoll hat.

17. Eine Minendecken-Ankerbolzen-Einrichtung umfaßt:
einen Minendeckenbolzen; und
eine Expansionseinrichtung positioniert am Minendeckenbolzen, die Expansionseinrichtung umfaßt:
einen Stopfen mit einem inneren Freiraum und einer äußeren Fläche; und eine Expansionshülse hat eine Mehrzahl von zuein ander distanzierten Zinken und eine Mehrzahl von Hülsennuten, wobei jede der zueinander distanzierten Zinken diametral ge genüber einer korrespondierenden Hülsennut positioniert ist, in der (welcher Expansionseinrichtung) die Expansionshülse benachbart zur Außenfläche des Stopfens positioniert und in Bezug auf diesen gleitbar beweglich ist.

18. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 17, in der der Stopfen mit drei um 120° versetzten Harznuten versehen ist.

19. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 17, in der der Stopfen mit einem seitlichen Fortsatz versehen ist, der sich über eine Länge des Stopfens erstreckt.

20. Die Expansionseinrichtung nach Anspruch 17, die ferner einen Träger umfaßt, der am Minendeckenbolzen benachbart zur Expansionseinrichtung positioniert ist.