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Die
Erfindung betrifft ein stabförmiges Befestigungselement
für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau, der im Oberbegriff
von Patentanspruch 1 genannten Art.
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Im
Berg- und im Tunnelbau werden Decken und Seitenwände mittels
chemisch oder mechanisch verankerten, stabförmigen Befestigungselementen an
dahinterliegende Gebirgsschichten gesichert. Derartige Befestigungselemente
werden auch als Gebirgsanker bezeichnet. Ein stabförmiges
Befestigungselement ist beispielsweise im Querschnitt voll oder
hohl, z. B. rohrförmig, ausgebildet und weist z. B. einen
runden oder polygonalen Aussenumfang auf.
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Beispielsweise
im Kohlenbergbau wird der so genannte Strebausbau angewandt, bei
dem die die Seitenwände sichernden Befestigungselemente beim
Abbau der Kohle mittels eines Abbaugerätes, wie z. B. mittels
eines Kohlehobels, zerstört beziehungsweise zerschnitten
werden. Die abgebaute Kohle wird mit den beim Abbau entstehenden
Stücken des Befestigungselementes über Transportbänder
nach oben gefördert. In der Kohle verbleibende Stücke
des Befestigungselementes vermindern die Qualität der Kohle,
weshalb diese Stücke aussortiert werden müssen.
Zudem können die sich in der Kohle befindlichen Stücke
des Befestigungselementes den Abtransport durch die Förderanlagen
behindern.
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In
der
WO 03/058032
A1 wird vorgeschlagen, als Befestigungselement zur Sicherung
der Seitenwände ein rohrförmiges Befestigungselement, vorteilhaft
aus Stahl, für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau zu verwenden
und die beim Abbau der Kohle entstehenden Stücke des Befestigungselement
mittels eines Magneten aus der abgebauten Kohle zu entfernen.
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Nachteilig
an der genannten Lösung ist, dass die scharfen und/oder
verbogenen Stücke des Befestigungselementes die Transportbänder
beschädigen können. Zudem können Befestigungselemente
aus Stahl, auch wenn diese dünnwandig ausgebildet sind,
das Schneideelement des Abbaugerätes beschädigen.
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Aus
der
EP 0 014 426 A1 ist
ein Befestigungselement für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau
aus faserverstärktem Kunststoff bekannt. Derartige Befestigungselemente
lassen sind leicht und ohne wesentliche Beschädigung des
Schneideelementes des Abbaugerätes durchtrennen.
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Nachteilig
an dieser bekannten Lösung ist jedoch, dass die abgetrennten
Stücke von Befestigungselementen aus Kunststoff nur aufwändig,
zumeist nur von Hand aus der abgebauten Kohle aussortierbar sind.
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Aus
der
GB 2 294 658 A ist
ein Befestigungselement bekannt, das einen Kern aus Stahlfasern aufweist,
der von einem faserverstärkten Kunststoffmantel umgeben
ist. Auch ein derartiges Befestigungselement lässt sich
gegenüber einem Befestigungselement aus Stahl leicht von
einem Abbaugerät, wie einem Hobel zum Abbau von Kohle durchtrennen,
wobei das Schneidelement des Abbaugerätes nur einem geringen
zusätzlichen Verschleiss ausgesetzt ist.
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Nachteilig
an dieser bekannten Lösung ist, dass nicht alle abgetrennten
Stücke des Befestigungselementes einfach, z. B. mit einem
Magneten aus der abgebauten Kohle entfernbar sind, so dass einzelne
Stücke in der Kohle verbleiben und dadurch die Qualität
der Kohle vermindert ist. Zudem kann der Transport der abgebauten
Kohle auf Transportbändern von den einzelnen in der Kohle
verbliebenen Stücken des Befestigungselementes weiterhin
behindert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Befestigungselement für den Einsatz
im Berg- und Tunnelbau, insbesondere für den Abbau von
Kohle zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist
und nahezu zu 100% durch einfache Mittel aus der abgebauten Kohle
entfernbar ist.
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Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
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Gemäss
der Erfindung enthält ein Befestigungselement für
den Einsatz im Berg- und Tunnelbau aus einem Kunststoffmaterial
magnetische Elemente, die über den Querschnitt des Befestigungselementes
im gesamten Kunststoffmaterial verteilt und in einem äusseren
Randbereich des Querschnitts in einer höheren Konzentration
als in einem benachbart dazu angeordneten inneren Bereich des Querschnitts
vorgesehen sind.
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Aufgrund
der Verteilung der magnetischen Elemente im gesamten Kunststoffmaterial
und der spezifisch erhöhten Konzentration der magnetischen Elemente
im äusseren Randbereich des Querschnitts weist jedes der
von dem Abbaugerät, wie z. B. von einem Kohlehobel, erzeugten
Abschnitte beziehungsweise Stücke des Befestigungselementes eine
gewisse Menge der magnetischen Elemente auf. Somit lassen sich die
von einem Abbaugerät abgetrennten Ankerstücke
mit einem Magnetabscheider einfach aus der abgebauten Kohle entfernen.
Dabei ist das Befestigungselement leicht sowie ohne wesentliche
Beschädigung des Schneidelementes des Abbaugerätes
von diesem durchtrennbar. Des Weiteren weisen die abgetrennten Stücke
des erfindungsgemässen Befestigungselementes keine massgeblichen
scharfe Kanten oder Verbiegungen auf, welche beim Transportvorgang
der abgebauten Kohle die Transportbänder beschädigen
können.
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WO 03/058032 A1 legt
zwar in der Beschreibungseinleitung dar, dass bereits Versuche mit
Befestigungselementen für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau
aus einem Kunststoffmaterial mit beigemischten Stahlfasern als magnetische
Elemente durchgeführt wurden, jedoch wird dazu ebenfalls
dargelegt, dass diese Versuche in Bezug auf die Entfernbarkeit mittels
einem Magnetabscheider nicht erfolgreich waren. Das erfindungsgemässe
Befestigungselement bietet somit eine Lösung, welche durch
das in der
WO 03/058032
A1 dargelegte Vorurteil nicht zu erwarten war.
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Vorteilhaft
wird das Befestigungselement aus einem Kunststoffmaterial hergestellt,
das beim Durchtrennen des Befestigungselementes durch das Abbaugerät
in kleine Stücke zerfällt.
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Die
magnetischen Elemente sind beispielsweise aus Eisen, Nickel oder
Kobalt gefertigt. Es wird hier noch darauf hingewiesen, dass unter
einem magnetischen Material in diesem Zusammenhang ein magnetisches,
ein magnetisierbares und/oder ein ferromagnetisches Material verstanden
wird.
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Vorzugsweise
entspricht die im Querschnitt gemessene Abmessung des äusseren
Randbereichs mit der erhöhten Konzentration der magnetischen Elemente
5% bis 30%, vorteilhaft 10% bis 20%, der entsprechenden Gesamtabmessung
des Querschnitts. Damit wird sichergestellt, dass jedes der von dem
Abbaugerät abgetrennten Stück des Befestigungselementes
eine ausreichende Magnetisierbarkeit zur Entfernung dieser Stücke
aus der abgebauten Kohle aufweist.
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Bevorzugt
entspricht die Konzentration der magnetischen Elemente im äusseren
Randbereich des Querschnitts dem 1.2-fachen bis 5-fachen, vorteilhaft
dem 2-fachen bis 3-fachen, der Konzentration der magnetischen Elemente
im benachbart dazu angeordneten inneren Bereich des Querschnitts.
Aufgrund der massgeblich höheren Konzentration der magnetischen
Elemente im vorgenannten Bereich wird eine vorteilhafte Entfernbarkeit
der abgetrennten Stücke des Befestigungselementes mittels
eines Magnetabscheiders gewährleistet.
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Vorzugsweise
ist im Zentrum des Querschnitts des Befestigungselementes ein Zentrumsbereich
mit einer gegenüber einem benachbart dazu angeordneten
Bereich des Querschnitts erhöhten Konzentration der magnetischen
Elemente vorgesehen. Durch den zusätzlichen Bereich mit
einer hohen Konzentration der magnetischen Elemente lassen sich
die abgetrennten Stücke des Befestigungselementes noch
zuverlässiger und somit nahezu vollständig mittels
eines Magnetabscheiders aus dem abgebauten Material entfernen.
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Bevorzugt
entspricht die im Querschnitt gemessene Abmessung des Zentrumsbereichs
mit der erhöhten Konzentration der magnetischen Elemente 10%
bis 40%, vorteilhaft 20% bis 30% der entsprechenden Gesamtabmessung
des Querschnitts. Damit wird zusätzlich sichergestellt,
dass jedes der von dem Abbaugerät abgetrenntes Stück
des Befestigungselementes eine ausreichende Magnetisierbarkeit zur
Entfernung dieser Stücke aus der abgebauten Kohle aufweist.
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Vorzugsweise
entspricht die Konzentration der magnetischen Elemente im Zentrumsbereich
des Querschnitts dem 1.2-fachen bis 5-fachen, vorteilhaft dem 2-fachen
bis 3-fachen, der Konzentration der magnetischen Elemente im benachbart
dazu angeordneten Bereich des Querschnitts ist. Aufgrund der massgeblich
höheren Konzentration der magnetischen Elemente im vorgenannten
Bereich wird eine vorteilhafte Entfernbarkeit der abgetrennten Stücke des
Befestigungselementes mittels eines Magnetabscheiders gewährleistet.
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Bevorzugt
umfassen die magnetischen Elemente Pulver, Fasern oder Späne,
welche einfach dem Kunststoffmaterial bei der Herstellung des Befestigungselementes
zum gewünschten Zeitpunkt und in der erforderlichen Menge
beimengbar sind. Diese magnetischen Elemente erstrecken sich nicht über
die gesamte Längserstreckung des Befestigungselementes,
so dass die magnetischen Elemente das Durchtrennen des Befestigungselementes
mit einem Abbaugerät, wie einen Kohlehobel, nicht behindern.
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Vorzugsweise
sind Einlegeteile aus einem magnetischen Material in dem Kunststoffmaterial
vorgesehen, welche vorteilhaft bei der Fertigung des Befestigungselementes
an der gewünschten Stelle eingelegt und an diesem positioniert
werden. Beispielsweise erstrecken sich die Einlegeteile nur über
einen Bereich der gesamten Längserstreckung des Befestigungselementes,
so dass diese die Durchtrennbarkeit des Befestigungselementes nur
unwesentlich beeinflussen. Vorteilhaft sind mehrere Einlageteile zueinander
beabstandet um das Zentrum des Querschnitts herum jeweils im äusseren
Randbereich und/oder im Zentrum des Querschnitts vorgesehen.
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Bevorzugt
umfassen die Einlegeteile Gewebe oder Gitter, welche vorteilhaft
aus einem Metall gefertigt sind. Neben Gewebe und Gitter, z. B.
aus Draht, beinhalten derartige Einlegeteile auch Gewirke, Vliese
oder Streckmetall. Diese Einlegeteile lassen sich leicht durchtrennen
und zudem einfach am beziehungsweise im Befestigungselement positionieren.
Beispielsweise wird neben den im Kunststoff verteilt angeordneten
magnetischen Elementen aussenseitig ein Drahtgitter als Einlegeteile
am Befestigungselement vorgesehen.
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Vorzugsweise
ist das Kunststoffmaterial faserverstärkt, womit das Befestigungselement
höhere Zugspannungen als bei einem nicht faserverstärkten Kunststoffmaterial
aufnehmen kann. Vorteilhaft ist das Kunststoffmaterial mit Glasfasern
faserverstärkt. Ein derartiges Material wird auch als GFK
bezeichnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 Ein
Befestigungselement im gesetzten Zustand in Seitenansicht;
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2 die
Entfernung abgetrennter Stücke des Befestigungselementes
aus der abgebauten Kohle in einer schematischen Darstellung;
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3 einen
Querschnitt durch das in 1 gezeigte Befestigungselement
in vergrösserter Darstellung; und
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines Befestigungselementes
im Querschnitt analog 3.
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Grundsätzlich
sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Das
in den 1 und 3 dargestellte stabförmige
Befestigungselement 11 für den Einsatz im Berg-
und Tunnelbau ist aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial 12 gefertigt,
das über den Querschnitt des Befestigungselementes verteilte
magnetische Elemente 13 und 14 enthält.
Die magnetischen Elemente 13 sind ein Pulver aus einem
magnetisierbaren Material, wie z. B. Eisen (Fe). Das Pulver ist
vorteilhaft eine Mischung aus Partikeln mit unterschiedlicher Korngrösse.
Die magnetischen Elemente 14 sind Fasern oder Späne
aus einem magnetisierbaren Material, wie z. B. Kobalt (Co).
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In
einem äusseren Randbereich 16 des in diesem Ausführungsbeispiel
kreisförmigen Querschnitts sind die magnetischen Elemente 13 und 14 in
einer höheren Konzentration als in einem benachbart dazu
angeordneten inneren Bereich 17 des Querschnitts vorgesehen.
Die im Querschnitt gemessene Abmessung A des äusseren Randbereichs 16 mit
der erhöhten Konzentration der magnetischen Elemente 13 und 14 entspricht
in diesem Ausführungsbeispiel 15% des Aussendurchmessers
D als entsprechende Gesamtabmessung des Querschnitts. Die Konzentration
der magnetischen Elemente 13 und 14 im äusseren
Randbereich 16 des Querschnitts entspricht in diesem Ausführungsbeispiel
dem 2.5-fachen der Konzentration der magnetischen Elemente 13 und 14 im
benachbart dazu angeordneten inneren Bereich 17 des Querschnitts.
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Im
Zentrum des Querschnitts des Befestigungselementes 11 ist
ein Zentrumsbereich 18 mit einer gegenüber einem
benachbart dazu angeordneten Bereich 17 des Querschnitts
erhöhten Konzentration der magnetischen Elemente 13 und 14 vorgesehen.
Die im Querschnitt gemessene Abmessung C des Zentrumsbereichs 18 mit
der erhöhten Konzentration der magnetischen Elemente 13 und 14 entspricht
in diesem Ausführungsbeispiel 25% des Aussendurchmessers
D als entsprechende Gesamtabmessung des Querschnitts. Die Konzentration
der magnetischen Elemente 13 und 14 im Zentrumsbereich 18 des
Querschnitts entspricht dem 2-fachen der Konzentration der magnetischen
Elemente 13 und 14 im benachbart dazu angeordneten
Bereich 17 des Querschnitts.
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Ein
derartiges Befestigungselement 11 wird zur Sicherung, z.
B. einer Seitenwand eines Kohleflözes 6 in ein
zuvor erstelltes Bohrloch 7 über eine aushärtbare
Masse 8 verankert und über eine Spannmutter 9 verspannt
(siehe 1). Zum Abbau des Kohleflözes 6 wird
ein schematisch dargestellter Kohlehobel als Abbaugerät 5 verwendet,
welches beim Auftreffen auf das Befestigungselement 11 dieses
durchtrennt. Die abgeschabte Kohle 42 sowie die abgetrennten
Stücke 21 des Befestigungselementes 11 werden
von einem Transportband 41 abgeführt (siehe 2).
Aufgrund der magnetischen Elemente 13 und 14 in
den vorgeschlagenen Konzentrationen wird eine nahezu 100%-ige Entfernung
der abgetrennten Stücke 21 des Befestigungselementes 11 aus
der abgebauten Kohle 42 mittels eines Magnetabscheiders 43 gewährleistet.
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Das
in der 4 dargestellte Befestigungselement 31 aus
einem Kunststoffmaterial 32 weist einen polygonalen Querschnitt
auf, der nur in seinem äusseren Randbereich 36 im
Vergleich zu dem benachbarten, inneren Bereich 37 des Querschnitts eine
höhere Konzentration von magnetischen Elementen 33 und 34 aufweist.
Die im Querschnitt gemessene Abmessung F des äusseren Randbereichs 36 entspricht
in diesem Ausführungsbeispiel an seiner dünnsten
Stelle 10% der entsprechenden Gesamtabmessung E des polygonalen
Querschnitts. Die Konzentration der magnetischen Elemente 33 und 34 im äusseren
Randbereich 36 des Querschnitts entspricht in diesem Ausführungsbeispiel dem
2.5-fachen der Konzentration der magnetischen Elemente 33 und 34 im
benachbart dazu angeordneten inneren Bereich 37 des Querschnitts.
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Im äusseren
Randbereich 36 ist weiter ein umlaufend angeordnetes Drahtgitter
als Einlegeteil 35 aus einem magnetischen Material vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/058032
A1 [0004, 0014, 0014]
- - EP 0014426 A1 [0006]
- - GB 2294658 A [0008]