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Die Erfindung betrifft einen Gesteinsanker gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Gesteinsanker ist ausgestattet mit einem Ankerrohr und einem im Inneren des Ankerrohrs angeordneten Innenrohr, wobei im Innenrohr eine auspressbare erhärtbare Masse zum Verankern des Ankerrohrs in einem Bohrloch angeordnet ist.
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Ein gattungsgemässer Gesteinsanker ist aus der
DE 103 36 043 A1 bekannt. Diese Druckschrift lehrt einen selbstbohrenden Anker, der im Bohrloch verklebbar ist. Die Kartusche mit der hierzu erforderlichen erhärtbaren Masse ist im Ankerrohr untergebracht, nämlich in einem im Inneren des Ankerrohrs angeordneten Innenrohr. Das Innenrohr wird dabei von einer Antriebsmutter formschlüssig im Ankerrohr gehalten. Die Ausgestaltung mit Ankerrohr und getrenntem Innenrohr ermöglicht es, die für den Lastabtrag beziehungsweise für die Verklebung erforderlichen Bauteile an unterschiedlichen Produktionsstätten zu fertigen und diese erst abschliessend zusammenzufügen.
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Weitere Anker, die in ihrem Inneren eine erhärtbare Masse aufweisen, sind aus der
WO 2010/140006 A2 und der
DE 10 2006 006 748 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemässen Gesteinsanker so weiterzubilden, dass bei besonders geringen Kosten eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Einsatzvielfalt gegeben ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Gesteinsanker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemässer Gesteinsanker ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr mittels einer Schnappverbindungseinrichtung im Ankerrohr festgelegt ist, insbesondere axial festgelegt ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die erhärtbare Masse, beispielsweise aufgrund von Diffusionseffekten, häufig nur eine beschränkte Haltbarkeit aufweist. Bei Ablauf des Haltbarkeitsdatums ist es zur Entsorgung der erhärtbare Masse und gegebenenfalls zu deren Austausch in der Regel erforderlich, die erhärtbare Masse vom Stahl zu separieren. Der hierzu erforderliche Auseinanderbau des Ankers, erst recht die Beladung mit frischer erhärtbarer Masse, ist beim Stand der Technik jedoch häufig relativ aufwändig.
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Hier setzt die Erfindung an und lehrt, das Innenrohr mit der hierin enthaltenen erhärtbaren Masse mittels einer Schnappverbindungseinrichtung im Ankerrohr festzulegen. Eine solche Schnappverbindungseinrichtung kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sich beim Zusammenfügen zumindest ein Fügeteil elastisch verformt und sich anschliessend formschlüssig mit dem anderen Fügeteil verhakt. Da bei einer solchen Schnappverbindungseinrichtung die Elastizität zumindest eines der Fügeteile für die Verbindung der beiden Fügeteile ausgenutzt wird, kann mit ihr die Verbindung besonders einfach und vorzugsweise werkzeuglos hergestellt und/oder gelöst werden. Somit ermöglicht die Erfindung eine besonders einfache Beladung des Ankerrohrs mit der erhärtbaren Masse und/oder eine besonders einfache Demontage der erhärtbaren Masse. Insbesondere kann erfindungsgemäss eine vereinfachte Logistik bereitgestellt werden, bei der das in der Regel lagerstabile aber schwere Außenrohr und die mit beschränkter Haltbarkeit ausgestattete Kleberkartusche erst kurz vor dem Einbau des Ankers in das Gestein vereinigt werden. Nach Ablauf des Haltbarkeitsdatums kann die Kartusche vorzugsweise mit einfachen Mitteln und in kurzer Zeit entnommen werden und ist damit leicht zu wechseln.
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Die erhärtbare Masse ist erfindungsgemäss insbesondere ein Klebstoff. Sie befindet sich vorzugsweise in einer im Inneren des Innenrohrs angeordneten Kartusche, wobei die Kartusche zum Beispiel als Foliengebinde ausgeführt sein kann. Insbesondere kann die erhärtbare Masse mehrere Komponenten aufweisen, beispielsweise eine Harzkomponente und eine Härterkomponente, die in der Kartusche getrennt vorliegen. Zum Vermischen der Komponenten der erhärtbaren Masse weist der Anker vorzugsweise zumindest einen Mischer auf, der insbesondere am Innenrohr angeordnet sein kann.
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Der erfindungsgemässe Anker kann ein selbstbohrender Anker sein und demgemäss einen Bohrkopf aufweisen. Insbesondere bei hartem Gestein kann die Bohrung aber auch mit einem separaten Bohrwerkzeug erstellt werden. Ein Bohrkopf am Anker kann dann entfallen. Das Ankerrohr, das heisst das Aussenrohr, besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Das Innenrohr kann aus Metall und/oder aus Kunststoff bestehen.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass endseitig am Innenrohr ein Verbindungsteil angeordnet ist, und dass die Schnappverbindungseinrichtung am Verbindungsteil ausgebildet ist. Gemäss dieser Ausführungsform ist die Schnappverbindung zweckmässigerweise an einem vom Innenrohr separaten Bauteil, nämlich dem Verbindungsteil gebildet. Diese Ausgestaltung erlaubt es, einen besonders wirkungsvollen Schnappverschluss zur Verfügung zu stellen, ohne dass die Funktionalität des Innenrohrs beeinträchtigt wird. Vorzugsweise kann das Verbindungsteil aus einem Elastomer, beispielsweise aus Polyurethan, bestehen, und/oder das Innenrohr aus einem Metall. Ein Verbindungsteil aus Elastomer kann nicht nur die Funktionalität der Schnappverbindung bereitstellen, sondern in vorteilhafter Weise auch Abdichtfunktionen erfüllen.
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Das Verbindungsteil ist vorzugsweise hülsenförmig, also als Verbindungshülse ausgebildet. Es weist vorzugsweise zumindest einen, insbesondere zentralen, Axialdurchgang auf, der in besonders einfacher Weise eine Druckmittelzufuhr in das Innenrohr zum Zweck des Auspressens der erhärtbaren Masse erlaubt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schnappverbindungseinrichtung zumindest einen am Ankerrohr angeordneten Vorsprung aufweist, und dass die Schnappverbindungseinrichtung ferner zumindest eine am Verbindungsteil angeordnete Ausnehmung aufweist, in welcher der Vorsprung zumindest teilweise aufgenommen ist. Hierdurch ist eine besonders zuverlässige Schnappverbindung gegeben, insbesondere wenn das Ankerrohr steifer ist als das Verbindungsteil. Besonders bevorzugt ist es, dass das Ankerrohr eine Antriebsmutter aufweist, und dass der Vorsprung an der Antriebsmutter des Ankerrohrs angeordnet ist. Die Antriebsmutter kann dazu dienen, ein Bohrgerät zum drehenden Vortrieb des Ankers, vorzugsweise formschlüssig, anzukuppeln. Hierzu kann die Antriebsmutter beispielsweise einen Aussenmehrkant aufweisen. Die Antriebsmutter besteht zweckmässigerweise aus einem Metallmaterial, vorzugsweise aus Stahl.
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Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass der Vorsprung des Ankerrohrs bzw. der Antriebsmutter als Ringwulst, insbesondere als ununterbrochener Ringwulst, ausgebildet ist, und dass das Verbindungsteil vorzugsweise zumindest einen Ringanschlag, insbesondere einen ununterbrochenen Ringanschlag, aufweist, an dem der Ringwulst anliegt. Aufgrund der Rotationssymmetrie dieser Anordnung kann hier die Schnappverbindung unabhängig von der Winkellage des Verbindungsteils zum Aussenrohr stets gleich wirken, so dass die Montage des Verbindungsteils am Aussenrohr weiter vereinfacht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Fortführung der Erfindung besteht darin, dass das Verbindungsteil stirnseitig über das Ankerrohr, insbesondere über die Antriebsmutter des Ankerrohrs, übersteht. Aufgrund dieses Überstandes kann das Verbindungsteil in besonders einfacher Art und Weise auch eine Dichtfunktion gegenüber ein an das Ankerrohr axial angepresstes Element, beispielsweise gegenüber einem an das Ankerrohr axial angepressten Injektor, übernehmen.
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Darüber hinaus ist es zweckmässig, dass das Verbindungsteil einen ersten hülsenförmigen Dichtbereich aufweist, der in das Innenrohr eingeschoben ist. Hierdurch wird in besonders einfacher Weise eine besonders druckdichte Verbindung zwischen Innenrohr und Verbindungsteil ermöglich, die insbesondere dann von Vorteil ist, wenn beim Auspressen der erhärtbaren Masse hohe Drücke im Innenrohr herrschen. Besonders vorteilhaft ist es, dass der erste hülsenförmige Dichtbereich aussenseitig zumindest einen umlaufenden Dichtwulst aufweist. Hierdurch kann die Dichtwirkung zwischen Verbindungsteil und Innenrohr noch weiter verbessert werden.
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Es kann überdies vorgesehen sein, dass das Verbindungsteil einen zweiten hülsenförmigen Dichtbereich aufweist, der, vorzugsweise koaxial zum ersten Dichtbereich, im Inneren des ersten Dichtbereichs angeordnet ist. Der zweite Dichtbereich kann insbesondere zur Abdichtung gegenüber einer Injektornadel dienen. Dadurch, dass zwei separate Dichtbereiche vorgesehen sind, kann jeder Dichtbereich in seiner spezifischen Dichtwirkung optimiert werden, ohne die Dichtwirkung des jeweils anderen Dichtbereichs zu beeinträchtigen.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass das Verbindungsteil einen hinteren Abschnitt, an dem die Schnappverbindungseinrichtung ausgebildet ist, und einen vorderen Abschnitt aufweist, an dem der erste Dichtbereich und/oder der zweite Dichtbereich angeordnet ist. Durch die räumliche Trennung von Schnappverbindungseinrichtung und Dichtbereichen wird eine vorteilhafte funktionale Entkopplung erreicht. Die beiden Abschnitte sind im Hinblick auf den Fertigungsaufwand jedoch vorzugsweise einstückig ausgeführt, insbesondere aus einem Elastomer.
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Besonders zweckmässig ist es weiterhin, dass der hintere Abschnitt und der vordere Abschnitt über Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Hierdurch wird eine besonders einfache und stabile Verbindung erreicht. Insbesondere können zwischen den Verbindungsstegen Durchgangsöffnungen, beispielsweise zum Zuführen oder Abführen eines Fluids in einen bzw. aus einem zwischen Ankerrohr und Innenrohr ausgebildeten Ringraum, vorgesehen sein. Über diese Durchgangsöffnungen kann in besonders einfacher Weise eine Fluidverbindung mit besagtem Ringraum hergestellt werden, beispielsweise zur Zu- oder Abfuhr von Spülflüssigkeit.
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Ferner ist es bevorzugt, dass die Schnappverbindungseinrichtung eine Vielzahl separater Rastkeile aufweist, welche am Verbindungsteil angeordnet sind. Die Separierung der einzelnen Rastkeile hat eine besonders gute Nachgiebigkeit der Rastkeile zur Folge, so dass die Montage der Schnappverbindungseinrichtung noch weiter vereinfacht ist. Insbesondere können die Rastkeile das Verbindungsteil gegen ein Herausziehen aus dem Ankerrohr sichern.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass, in Umfangsrichtung des Verbindungsteils betrachtet, die Rastkeile zu den Verbindungsstegen versetzt sind, und/oder dass unterhalb der Rastkeile jeweils eine der besagten Durchgangsöffnungen angeordnet ist. Hierdurch kann die Nachgiebigkeit der Rastkeile noch weiter verbessert werden, so dass das Einführen des Verbindungsteils in das Aussenrohr noch weiter vereinfacht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass am Verbindungsteil, insbesondere am ersten hülsenförmigen Dichtbereich, eine Armierungshülse angeordnet ist. Diese Armierungshülse besteht zweckmässigerweise aus einem Material, welches eine höhere Festigkeit aufweist als das Material des Verbindungsteils. Sie kann eine unerwünschte Verformung des Verbindungsteils, insbesondere des ersten hülsenförmigen Dichtbereichs, verhindern, die potentiell dann auftreten kann, wenn beim Auspressen der erhärtbaren Masse hohe Drücke im Inneren des Verbindungsteils wirken und/oder wenn das Innenrohr beispielsweise aufgrund von Materialtoleranzen den ersten hülsenförmigen Dichtbereich nicht vollständig umgibt. Beispielsweise kann die Armierungshülse aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) bestehen.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ankerrohr ein erstes Ende mit zumindest einer Austrittsöffnung für die erhärtbare Masse und ein zweites Ende aufweist, an dem ein Bohrgerät zum drehenden Vortrieb des Gesteinsankers ankuppelbar ist. Am zweiten Ende kann die Antriebsmutter angeordnet sein, welche das Ankuppeln des Bohrgerätes ermöglicht. Soweit vorhanden ist der Bohrkopf am ersten Ende angeordnet.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung kann unter der Axialrichtung insbesondere die Längsrichtung des Gesteinsankers und/oder seines Ankerrohrs verstanden werden. Unter der Radialrichtung kann insbesondere eine Richtung verstanden werden, die senkrecht zur Axialrichtung steht und die Längsachse des Gesteinsankers und/oder seines Ankerrohrs schneidet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beiliegenden Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen schematisch:
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1: eine längsgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemässen Gesteinsankers;
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2: eine längsgeschnittene Detailansicht des Gesteinsankers aus 1 im Bereich der Schnappverbindungseinrichtung; und
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3: eine perspektivische Ansicht des Verbindungsteils der 1 und 2.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Gesteinsankers ist in den 1 bis 3 gezeigt. Der Gesteinsanker weist ein Ankerrohr 2 auf, welches aus einem Rohrteil 29 und einer Antriebsmutter 20 besteht. Die Antriebsmutter 20 ist auf ein Aussengewinde aufgeschraubt, welches am Rohrteil 29 ausgebildet ist. Die Antriebsmutter 20 weist aussenseitig einen Mehrkant zum formschlüssigen drehfesten Ankuppeln eines nicht dargestellten Bohrgerätes auf. Am ersten Ende 27 des Ankerrohrs 2 ist stirnseitig am Rohrteil 29 ein Bohrkopf 24 mit zumindest einer Bohrschneide angeordnet. Am gegenüberliegenden zweiten Ende 28 des Ankerrohrs 2 befindet sich seine Antriebsmutter 20. Anstelle des Bohrkopfes 24 kann auch ein einfacher Verschlusspfropfen vorgesehen sein, sofern der Gesteinsanker nicht selbstbohrend sein muss.
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Im Inneren des Ankerrohrs 2 befindet sich ein Innenrohr 4, welches an seinen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten offen ist. Im Inneren dieses Innenrohrs 4 wiederum befindet sich eine Kartusche 6, welche eine erhärtbare Masse 7 enthält. Ferner sind im Inneren des Innenrohrs 4 ein Mischer 8 und ein Kolben 9 angeordnet. Der Mischer 8 befindet sich auf der dem ersten Ende 27, also dem Bohrkopf 24 zugewandten Seite der Kartusche 6, wohingegen sich der Kolben 9 auf der der dem zweien Ende 28 zugewandten Seite der Kartusche 6 befindet.
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Die Kartusche 6 mit der erhärtbaren Masse 7, die auch als Kleberkartusche bezeichnet werden kann, kann nach dem Einbringen des Gesteinsankers in ein Bohrloch hydraulisch ausgepresst werden. Hierzu wird der Kolben 9 über eine lediglich in 2 dargestellte Injektornadel 100 mit Auspresswasser beaufschlagt, so dass sich der Kolben 9 auf den Mischer 8 zu bewegt und dabei die erhärtbare Masse 7 durch den Mischer 8 hindurch und weiter durch zumindest eine im Bohrkopf 24 vorgesehene Austrittsöffnung 26 nach aussen presst.
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Am zweiten Ende 28 ist das Innenrohr 4 über ein hülsenförmiges Verbindungsteil 10, vorzugsweise aus einem Elastomer, am Ankerrohr 2 axial festgelegt. Das Verbindungsteil 10 weist einen vorderen Abschnitt 13 mit einem ersten hülsenförmigen Dichtbereich 15 auf. Dieser erste hülsenförmige Dichtbereich 15 ist in das Innenrohr 4 hineingeschoben. Das Verbindungsteil 10 weist ferner einen hinteren Abschnitt 14 auf, an dem das Verbindungsteil 10 und somit das Innenrohr 4 über eine Schnappverbindungseinrichtung 1 mit dem Ankerrohr 2 gekoppelt sind.
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Die Schnappverbindungseinrichtung 1 weist am Verbindungsteil 10 eine Vielzahl, im dargestellten Beispiel drei, Rastkeile 19 auf. Die Rastkeile 19 sind ringsegmentförmig um die Längsachse des Gesteinsankers und/oder des Verbindungsteils 10 herum angeordnet und weisen jeweils eine Keilfläche auf, die dem ersten Ende 27 zugewandt ist. Die Schnappverbindungseinrichtung 1 weist am Verbindungsteil 10 ferner einen rückwärtigen Ringanschlag 12 auf, wobei zwischen den Rastkeilen 19 und dem rückwärtigen Ringanschlag 12 ringsegmentförmige Ausnehmungen 11 gebildet sind. Die Schnappverbindungseinrichtung 1 weist überdies am Ankerrohr 2, nämlich an der Antriebsmutter 20, einen nach innen weisenden, als Ringwulst ausgebildeten Vorsprung 21 auf, der bei geschlossener Schnappverbindung in den Ausnehmungen 11 aufgenommen ist.
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Der hintere Abschnitt 14 des Verbindungsteils 10 ist über, im dargestellten Beispiel drei, Verbindungsstege 18 mit dem vorderen Abschnitt 13 des Verbindungsteils 10 verbunden. Die Verbindungsstege 18 stehen, wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, radial nach aussen über den ersten hülsenförmigen Dichtbereich 15 über und bilden somit einen Axialanschlag für das Innenrohr 4, das auf den ersten hülsenförmigen Dichtbereich 15 aufgeschoben ist.
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Zwischen den Verbindungsstegen 18 sind ringsegmentförmige Durchgangsöffnungen 17 gebildet, die zum Zuführen von Spülwasser in den Ringraum zwischen Innenrohr 4 und Rohrteil 29 dienen können. Wie insbesondere in 3 erkennbar ist, sind die Rastkeile 19 zu den Verbindungsstegen 18 versetzt angeordnet, so dass den Rastkeilen 19 jeweils eine Durchgangsöffnung 17 gegenüberliegt. Damit ist eine besonders gute Nachgiebigkeit der Rastkeile 19 gegeben.
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Im vorderen Abschnitt 13 weist das Verbindungsteil 10 ferner einen zweiten hülsenförmigen Dichtbereich 16 auf, der sich koaxial innerhalb des ersten hülsenförmigen Dichtbereichs 15 befindet, und der zum Abdichten des Verbindungsteils 10 gegenüber der Injektornadel 100 dient. Darüber hinaus kann der zweite hülsenförmige Dichtbereich 16, der gegenüber dem ersten hülsenförmigen Dichtbereich 15 in das Innere des Verbindungsteils 10 rückversetzt ist, auch dem Angriff eines Werkzeugs dienen, mit dem das Verbindungsteil 10 aus dem Ankerrohr 2 herausziehbar ist.
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Wie insbesondere in 2 erkennbar ist, steht das Verbindungsteil 10 in seinem hinteren Abschnitt 14 axial über die Antriebsmutter 20 über. Somit kann das Verbindungsteil 10 auch als Dichtung gegenüber einem axial an die Antriebsmutter 20 angepressten Injektor dienen.
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Zur noch besseren Abdichtung zwischen erstem hülsenförmigen Dichtbereich 15 und Innenrohr 4 weist der erste hülsenförmige Dichtbereich 15 an seiner Aussenseite zwei axial beabstandete Dichtwülste 81 auf, die den Dichtbereich 15 umlaufen, und die innenseitig am Innenrohr 4 anliegen.
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Zur radialen Versteifung ist am vorderen Abschnitt 13 des Verbindungsteils 10 eine Armierungshülse 83 angeordnet, die eine höhere Festigkeit aufweist als das Verbindungsteil 10 selbst. Das Verbindungsteil 10 liegt, vorzugsweise sowohl innen- als auch aussenseitig, an der Armierungshülse 83 an. Die Armierungshülse 83 weist aussenseitig einen radial vorstehenden, umlaufenden Ring 84 auf, über den die Armierungshülse 83 axial am Verbindungsteil 10, insbesondere an dessen Verbindungsstegen 18, festliegt.
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Beim Zusammenbau des Gesteinsankers wird das Innenrohr 4 mit der Kartusche 6 mittels des Verbindungsteils 10 in das Ankerrohr 2 eingeschoben und rastet mit den Rastkeilen 19 ein. Dieser Schnappmechanismus kann auch reversibel ausgeführt sein, so dass das Innenrohr 4 mit der Kartusche 6 auf dem umgekehrten Weg auch wieder demontiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10336043 A1 [0002]
- WO 2010/140006 A2 [0003]
- DE 102006006748 A1 [0003]
