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Die
Erfindung betrifft ein Setzverfahren unter Verwendung eines selbstbohrenden,
chemisch verankerbaren Befestigungselementes, insbesondere für
den Berg- und Tunnelbau, wobei das Befestigungselement einen Schaft
mit einem Aufnahmeraum für eine im Befestigungselement
vorgesehene aushärtbare Masse, mit einem Bohrkopf an einem ersten
Ende des Schafts und mit einer zumindest bereichsweise vorgesehenen
gewindeähnlichen Aussenprofilierung an einem zweiten Ende
des Schafts aufweist, sowie unter Verwendung eines an dem zweiten
Ende des Schafts anordnenbaren Adapterelementes, das ein aussenseitig
angeordnetes Angriffsmittel für eine Dreh-Werkzeugaufnahme
eines zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes sowie eine
komplementär zu der gewindeähnlichen Aussenprofilierung
am Schaft ausgebildete gewindeähnliche Innenprofilierung
aufweist. Weiter betrifft die Erfindung eine Weiterentwicklung des
Befestigungselements für das erfindungsgemässe
Setzverfahren sowie ein Verfahren zur Herstellung des Befestigungselements.
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Derartige
selbstbohrende Befestigungselemente werden auch als chemische Verbundanker oder
Gebirgsanker bezeichnet. Derartige Befestigungselemente und die
zum Setzen derselben geeigneten Bohrgeräte mit Dreh-Werkzeugaufnahmen sowie
deren Verwendung im Berg- und Tunnelbau sind dem Fachmann seit langem
bekannt. Die Befestigungselemente dienen in erster Linie zur Stabilisierung
von Wandungen in Hohlräumen, wie Tunneln, Stollen oder
dergleichen. Bei der Erstellung von Hohlräumen werden die
mechanischen Eigenschaften und insbesondere die Tragfähigkeit
der Gebirgsschichten vermindert. Diese Gebirgsschichten werden mittels
der Befestigungselemente an weiter entfernte, unbeschädigte
Gebirgsschichten verankert und so an diesen gesichert.
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Aus
der
DE 103 36 040
A1 ist ein selbstbohrendes, chemisch verankerbares Befestigungselement
für den Berg- und Tunnelbau bekannt, das einen hohlzylindrischen
Schaft aufweist. Der hohlzylindrische Schaft dient einerseits als
Bohrgestänge und bildet andererseits einen Aufnahmeraum
für eine im Befestigungselement vorgesehene aushärtbare Masse
aus. An einem ersten Ende des Schafts ist ein Bohrkopf vorgesehen.
Der Schaft ist über dessen gesamte Längserstreckung
mit einem Trapezgewinde als gewindeähnliche Aussenprofilierung
versehen, so dass sich diese vom ersten Ende bis zum zweiten, dem
ersten Ende gegenüberliegenden Ende des Schafts erstreckt.
Weiter ist ein Adapterelement an dem zweiten Ende des Schafts vorgesehen,
das ein aussenseitig angeordnetes Angriffsmittel für eine Dreh-Werkzeugaufnahme
eines zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes sowie eine
komplementär zu dem Trapezgewinde am Schaft ausgebildete
gewindeähnliche Innenprofilierung aufweist. In einer Ausführungsform
ist das Adapterelement mit einer Sollbruchstelle versehen und weist
einen Anschlag auf, der während dem Bohrvorgang ein Versetzen
zumindest eines Abschnitts des Adapterelements in Richtung des ersten
Endes des Schafts verhindert.
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Zum
Setzen des Befestigungselements gemäss der
DE 103 36 040 A1 wird das
Adapterelement auf das zweite Ende des Schafts aufgeschraubt und
anschliessend das zur Anwendung kommende Bohrgerät über
seine Werkzeugaufnahme mit dem Adapterelement gekoppelt. Dann wird
das selbstbohrende Befestigungselement mit einem geringen Drehmoment
und hoher Drehzahl über das Adapterelement in Rotation
versetzt und ein Bohrloch in den Untergrund erstellt. Nach dem Erreichen
der gewünschten Bohrlochtiefe wird die sich in dem Aufnahmeraum
befindliche aushärtbare Masse mittels einer Auspresseinrichtung
aus dem Befestigungselement ausgebracht, wobei die Masse durch Öffnungen
im Bereich des ersten Endes des Schafts und/oder des Bohrkopfs in
den Zwischenraum zwischen der Schaftaussenseite und der Bohrlochwandung
austritt. Nach dem die ausgebrachte aushärtbare Masse zumindest
teilweise ausgehärtet ist, wird mittels des Bohrgerätes
nochmals ein hohes Drehmoment mit geringer Drehzahl des Bohrgerätes
auf das Adapterelement aufgebracht, bis dieses an der Sollbruchstelle
bricht. Zum Vorspannen des Befestigungselements wird der nun frei
drehbare Abschnitt des Adapterelements in Richtung des ersten Endes
des Schafts bewegt.
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Ein
derartiges Befestigungselement sowie das zugehörige Setzverfahren
zeichnen sich durch die einfache Handbarkeit aus, weshalb sich das
Befestigungselement gemäss der
DE 103 36 040 A1 in der
Praxis bewährt hat.
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In
einzelnen Fällen, z. B. je nach Art des Untergrundes, kann
das Adapterelement bereits während dem Bohrvorgang brechen.
Tritt dieser seltene Fall auf, muss das Bohrgerät abgekoppelt,
ein neues Adapterelement am freien Ende des Schafts angeordnet und
das Bohrgerät erneut wieder mit dem Adapterelement gekoppelt
werden, damit der Bohrvorgang beendigt werden kann.
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Kann
mit dem zur Anwendung kommenden Bohrgerät nicht ein für
das Brechen der Sollbruchstelle ausreichendes Drehmoment auf das
Adapterelement aufgebracht werden, ist das gesetzte und bereits
im Untergrund chemisch verankerte Befestigungselement nicht mehr
direkt vorspannbar. Des Weiteren wird für das Setzen des
Befestigungselements ein Bohrgerät benötigt, dessen
Motorsteuerung zumindest zwei Geschwindigkeiten des Motors ermöglicht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Setzverfahren unter Verwendung eines
zuvor dargelegten Befestigungselements zu schaffen, bei dem das Handling
sowie die Zuverlässigkeit noch besser sind. Weiter ist
die Aufgabe der Erfindung das bekannte Befestigungselement derart
zu verbessern, dass dieses noch vorteilhafter mit dem erfindungsgemässen Setzverfahren
setzbar ist.
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Die
Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
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Gemäss
der Erfindung umfasst das Setzverfahren die Schritte:
- – Anordnen des Adapterelements am zweiten Ende des
Schafts des Befestigungselements;
- – Kuppeln des Bohrgerätes mit dem Adapterelement;
- – Bohren eines Bohrlochs in den Untergrund mittels
des selbstbohrenden Befestigungselements unter Rotation des Befestigungselements
in eine erste Rotationsrichtung;
- – Ausbringen der sich in dem Aufnahmeraum befindlichen
aushärtbaren Masse aus dem Befestigungselement mittels
einer Auspresseinrichtung; und
- – Vorspannen des Befestigungselements nach dem zumindest
teilweisen Aushärten der ausgebrachten aushärtbaren
Masse durch Rotation des Adapterelements in eine zweite, der ersten
Rotationsrichtung entgegengesetzten Rotationsrichtung, wobei zumindest
ein Abschnitt des Adapterelements in Richtung des ersten Endes des Schafts
bewegt wird.
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Da
für das Vorspannen des Befestigungselements ein Brechen
des Adapterelements unter einer bestimmten Last nicht mehr erforderlich
ist, kann dieses nicht vor der Beendigung des Bohrvorgangs unbrauchbar
werden und des Weiteren können keine bei einem Materialbruch
anfallende lose Teile des Adapterelements in den Spalt zwischen
dem Schaft und der Bohrlochwandung oder gar in das Befestigungselement
selbst eindringen, welche gegebenenfalls die Verankerung nachteilig
beeinflussen könnten.
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Bei
dem erfindungsgemässen Setzverfahren kann während
dem Bohren des Bohrlochs ein maximales Drehmoment auf das Befestigungselement aufgebracht
werden, was insbesondere bei harten Untergründen für
den Bohrfortschritt vorteilhaft ist. Zudem lassen sich alle herkömmlichen,
insbesondere im Untertagebau zur Anwendung kommenden Bohrgeräte
mit dem erfindungsgemässen Setzverfahren verwenden.
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Die
aushärtbare Masse wird beispielsweise hydraulisch, pneumatisch
oder mechanisch aus dem Befestigungselement ausgebracht. Vorteilhaft
ist die Auspresseinrichtung direkt im Bohrgerät integriert.
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Der
Grad der Vorspannung ist einfach durch Einstellungen am Bohrgerät
anpassbar. Es besteht somit kein Erfordernis mehr, zu diesem Zweck
unterschiedliche Arten von Adapterelementen mit verschieden ausgebildeten
Sollbruchstellen dem Anwender zur Verfügung zu stellen.
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Vorzugsweise
wird ein Anschlag für das Adapterelement am zweiten Ende
des Schafts vorgesehen, welcher beim Bohrvorgang ein unerwünschtes Abschrauben
des Adapterelementes vom zweiten Ende des Schafts verhindert. Der
Anschlag ist beispielsweise durch ein separates Element gebildet, welches
nach der Anordnung des Adapterelementes am zweiten Ende des Schafts
an diesem angeordnet wird. Vorteilhaft wird dieser Anschlag von
einem Befestigungsmittel, wie beispielsweise von einem radial durch
das Adapterelement in den Schaft eindringenden Stift gebildet, der
bei Aufbringen eines bestimmten Drehmomentes bricht. Alternativ
wird zumindest ein Klebepunkt oder ein Lötpunkt vorgesehen,
der das Adapterelement temporär an dem Schaft des Befestigungselements
fixiert.
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Bevorzugt
wird zum Bohren und zum Vorspannen ein Bohrgerät mit einem
Konstantmotor verwendet, da beim erfindungsgemässen Setzverfahren kein
Erfordernis für ein Bohrgerät mit einem Verstellmotor
mehr gegeben ist. Trotzdem kann das erfindungsgemässe Setzverfahren
auch weiterhin mit einem derartigen Bohrgerät ausgeführt
werden. Bei dem erfindungsgemässen Setzverfahren lassen
sich durch entsprechende Einstellungen des Motors die Bohrleistung
und die erzeugte Vorspannung einfach optimieren.
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Unter
einem Konstantmotor wird ein Motor verstanden, der im Wesentlichen
nur eine Drehgeschwindigkeit zur Verfügung stellt. Bei
einem Hydromotor weist dieser ein konstantes Verdrängungsvolumen
auf. Bei einem Verstellmotor sind beliebige Drehgeschwindigkeiten
einstellbar, da dieser ein veränderbares Verdrängungsvolumen
aufweist.
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Vorzugsweise
wird die gewindeähnliche Aussenprofilierung an dem zweiten
Ende des Schafts mit einer Verlaufsrichtung versehen, die der zweiten
Rotationsrichtung entspricht. Während dem Bohrvorgang wird
ein unabsichtliches Abschrauben des Adapterelementes verhindert.
Wird das Befestigungselement anstelle in die vorgesehene Rotationsrichtung
zum Bohren des Bohrlochs in die entgegengesetzte Richtung rotiert,
schraubt sich das Adapterelement in Richtung des zweiten Endes des
Schafts.
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Das
erfindungsgemässe Befestigungselement weist ausgehend vom
ersten Ende des Schafts eine weitere gewindeähnliche Aussenprofilierung, die
in Richtung der ersten Rotationsrichtung und gegenüber
der ausgehend vom zweiten Ende des Schafts gewindeähnlichen
Aussenprofilierung entgegengesetzt verläuft. Damit wird
ein einfaches Setzen des Befestigungselements gewährleistet.
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Vorzugsweise
ist die Steigung der ausgehend vom zweiten Ende des Schafts verlaufenden gewindeähnlichen
Aussenprofilierung flacher als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen
Aussenprofilierung, was mit mehreren Umdrehungen z. B. eines Adapterelementes
oder eines Mutterelementes das Aufbringen einer hohen Vorspannkraft
ermöglicht.
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Ist
die Grösse der Vorspannkraft sekundär und wird
ein besonders schneller Setzvorgang angestrebt, wird in einer alternativen
Ausführung des Befestigungselementes die Steigung der ausgehend vom
zweiten Ende des Schafts verlaufenden gewindeähnlichen
Aussenprofilierung steiler als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen
Aussenprofilierung ausgebildet. Mit wenigen Umdrehungen z. B. eines
Adapterelementes oder eines Mutterelementes ist dieses bis zur Anlage
am Untergrund aufschraubbar beziehungsweise ist mit wenigen Umdrehungen desselben
eine Vorspannkraft aufbringbar.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
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1 Das
Befestigungselement beim Bohrvorgang im Längsschnitt;
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2 das
Befestigungselement beim Auspressvorgang im Längsschnitt;
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3 das
Befestigungselement beim Vorspannvorgang im Längsschnitt;
und
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4 ein
erfindungsgemässes Befestigungselement in Seitenansicht.
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Grundsätzlich
sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In
den 1 bis 3 ist das erfindungsgemässe
Setzverfahren in drei Einzelschritten dargestellt.
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Für
das Setzverfahren wird ein selbstbohrendes, chemisch verankerbares
Befestigungselement 11 verwendet, das einen hohlzylindrischen
Schaft 12 mit einem Innenrohr 13, das einen Aufnahmeraum 14 für
eine im Befestigungselement 11 vorgesehene aushärtbare
Masse 15 aufweist, einen Bohrkopf 16 an einem
ersten Ende 17 des Schafts 12 und ein bereichsweise
vorgesehenes Aussengewinde als gewindeähnliche Aussenprofilierung 19 an
einem zweiten Ende 18 des Schafts 12 aufweist.
Die gewindeähnliche Aussenprofilierung 19 am zweiten
Ende 18 des Schafts 12 weist eine Verlaufsrichtung
auf, die der zweiten Rotationsrichtung entspricht.
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Für
eine vorteilhafte Lagerhaltung des Befestigungselements 11 ist
die aushärtbare Masse 15 in einem Folienbeutel
verpackt in dem Innenrohr 13 vorgesehen. Des Weiteren ist
zwischen dem vorderen Ende des Folienbeutels und dem ersten Ende 17 des
Schafts 12 eine Mischeinrichtung 21 vorgesehen.
Zwischen dem hinteren Ende des Folienbeutels und dem zweiten Ende 18 des
Schafts 12 ist ein Auspresskolben 22 im Innenrohr 13 angeordnet.
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Weiter
wird bei dem Setzverfahren ein an dem zweiten Ende 18 des
Schafts 12 Adapterelement 31 verwendet, das eine
aussenseitig angeordnete Mehrkantausbildung als Angriffsmittel 32 für eine
Dreh-Werkzeugaufnahme 42 eines zur Anwendung gelangenden
Bohrgerätes 41 sowie eine komplementär
zu der gewindeähnlichen Aussenprofilierung 19 am
Schaft 12 ausgebildetes Innengewinde als gewindeähnliche
Innenprofilierung 33 aufweist.
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Nach
der Anordnung des Adapterelements 31 am zweiten Ende 18 des
Schafts 12 wird ein Anschlag 36, hier ein separates
Element, für das Adapterelement 31 vorgesehen.
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Das
Bohrgerät 41 weist einen Konstantmotor 43 auf.
Mit dem Bohrgerät 41 lässt sich das Befestigungselement 11 in
den Untergrund 6 bohren und anschliessend das Befestigungselement 11 vorspannen.
Weiter weist das Bohrgerät 41 eine Auspresseinrichtung
zum Ausbringen der im Befestigungselement 11 befindlichen
Masse 15 auf. Die Auspresseinrichtung wird in diesem Ausführungsbeispiel
mit Wasser unter Hochdruck betätigt und weist eine Zuführnase 46 auf,
welche im angekuppelten Zustand des Befestigungselements am Bohrgerät 41 in
dessen Innenrohr 13 dichtend eindringt.
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Das
erfindungsgemässe Setzverfahren umfasst die folgenden Schritte:
Zuerst
wird das Adapterelement 31 am zweiten Ende 18 des
Schafts 12 des Befestigungselements 11 durch Aufschrauben
an diesem angeordnet.
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Dann
wird das Bohrgerät 41 mit dem Adapterelement 31 gekuppelt,
wobei dieses in der Werkzeugaufnahme 42 des Bohrgerätes 41 zur Übertragung
einer vom Motor 43 des Bohrgerätes 41 erzeugten
Drehmomentes aufgenommen wird.
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Anschliessend
wird das Befestigungselement 11 über das Adapterelement 31 von
dem Bohrgerät 41 in eine erste Rotationsrichtung
R1 versetzt, wobei ein Bohrloch 7 in den Untergrund 6 gebohrt wird
(siehe 1).
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Nach
Erreichen der gewünschten Bohrtiefe T wird die Übertragung
des Drehmomentes vom Bohrgerät 41 auf das Befestigungselement 11 unterbrochen.
Durch die Zuführnase 46 der Auspresseineinrichtung
hindurch wird Wasser unter Hochdruck auf den Auspresskolben 22 gelenkt,
welcher sich in Richtung des ersten Endes 17 des Schafts 12 verschiebt und
dabei die sich im Aufnahmeraum 14 befindlichen aushärtbaren
Masse 15 aus dem Befestigungselement 11 ausbringt
(siehe 2). Dabei tritt die Masse 15 durch Öffnungen
im Bereich des ersten Endes 17 des Schafts 12 und/oder
des Bohrkopfs 16 in den Zwischenraum 8 zwischen
der Aussenseite des Schafts 12 und der Wandung des Bohrlochs 7 aus.
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Nachdem
die ausgebrachte aushärtbare Masse 15 zumindest
teilweise ausgehärtet ist, wird zum Vorspannen des Befestigungselements 11 das Adapterelement 31 nochmals
mittels des Bohrgerätes 41 in Rotation versetzt,
wobei mittels Drehumkehr des Motors 43 dieses in eine zweite
Rotationsrichtung R2 bewegt wird, die entgegengesetzt zu der ersten
Rotationsrichtung R1 ist. Dabei wird das Adapterelement 31 in
Richtung des ersten Endes 17 des Schafts 12 bewegt.
Sobald das Adapterelement 31 an der Oberfläche 9 des
Untergrundes 6 anliegt, wird bei weiterer Drehung des Adapterelements 31 in
der zweiten Rotationsrichtung R2 das Befestigungselement 11 auf
das gewünschte Mass vorgespannt (siehe 3).
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Das
in 4 dargestellte selbstbohrende, chemisch verankerbare
Befestigungselement 51 weist einen Schaft 52 mit
einem Aufnahmeraum 54 für eine im Befestigungselement 51 vorgesehene aushärtbare
Masse 55, mit einem Bohrkopf 56 an einem ersten
Ende 57 des Schafts 52 auf. Ausgehend vom zweiten
Ende 58 des Schafts 52 ist bereichsweise ein erstes
Aussengewinde als gewindeähnliche Aussenprofilierung 59 vorgesehen.
Ausgehend vom ersten Ende 57 des Schafts 52 ist
bis zum ersten Aussengewinde ein zweites Aussengewinde als weitere
gewindeähnliche Aussenprofilierung 60 vorgesehen,
welche entgegengesetzt zu der ersten gewindeähnlichen Aussenprofilierung 59 verläuft.
Die Steigung der ausgehend vom zweiten Ende 58 des Schafts 52 verlaufenden
gewindeähnlichen Aussenprofilierung 59 ist flacher
als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen Aussenprofilierung 60.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10336040
A1 [0003, 0004, 0005]