DE102011087178A1

DE102011087178A1 - Anker, insbesondere Gesteinsanker

Info

Publication number: DE102011087178A1
Application number: DE102011087178A
Authority: DE
Inventors: Frank Schmidt
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-05-29
Also published as: EP2785975B1; US20140334885A1; KR20140094027A; WO2013079254A3; EP2785975A2; US9664042B2; WO2013079254A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anker mit einem selbstschneidenden Gewinde und einer Ankerstange, wobei in der Ankerstange zumindest ein axial verlaufender Zuführkanal für eine aushärtbare Masse angeordnet ist. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass an einem ersten Ende der Ankerstange ein Kopfelement befestigt ist, an dem das selbstschneidende Gewinde angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anker, insbesondere einen Gesteinsanker, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Anker ist ausgestattet mit einem selbstschneidenden Gewinde und einer Ankerstange, wobei in der Ankerstange zumindest ein axial verlaufender Zuführkanal für eine aushärtbare Masse angeordnet ist.
Im Miningbereich sind, beispielsweise aus der US 7 896 580 B , Anker mit Spreizköpfen bekannt. Die Spreizköpfe werden am erdseitigen Ende wie eine Hülse auf die Ankerstange (typischerweise ein Vollstab, selten ein Hohlstab) aufgebracht, insbesondere aufgeschraubt, und nach dem Einbau des Ankers durch Drehen oder Ziehen mit dem Berg verspreizt.
Allerdings ist der Bohrlochdurchmesser, der für den Einbau eines Spreizkopfankers benötigt wird, häufig relativ groß, z.B. 32 bis 34 mm für eine 16 mm Ankerstange, was insbesondere an einem relativ komplexen und Platz beanspruchenden Aufbau des Spreizkopfes liegen kann. Unter Umständen kann es überdies Probleme beim Einschieben der relativ grossen Köpfe in das Bohrloch geben, insbesondere wenn das Bohrloch nicht völlig gerade oder nicht stabil ist. Darüber hinaus ist die Krafteinleitung eines Spreizkopfes durch seine prinzipielle Gestaltung, eventuell auch durch Toleranzschwankungen, häufig sehr punktuell, so dass unter Umständen – vor allem in schwacher Geologie – die aufnehmbaren Druckspannungen des umgebenden Gebirges überschritten werden können. Ferner sind Spreizköpfe im noch nicht eingebauten Zustand des Ankers unter Umständen nicht sehr robust, da sie aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind, die häufig nur lose zusammenhängen. Erst nach Aktivierung der Spreizwirkung werden die Einzelkomponenten kraft- und formschlüssig zusammen gehalten. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass die Spreizhülsen beim Transport der Anker unter Tage beschädigt werden.
Es sind aus der DE 20 63 843 A und der DE 10 2010 002 214 A ferner Schrauben bekannt, die aus Vollmaterial gefertigt werden und punktförmig im Bohrlochtiefsten verankert werden.
Aus der DE 10 2007 000 829 A ist ein Befestigungselement mit einem Ankerrohr bekannt, in dessen Inneren eine aushärtbare Masse angeordnet ist. Im Bohrloch wird die aushärtbare Masse ausgepresst und damit das Ankerrohr im Bohrloch gesichert.
Aus der DE 297 07 502 U1 ist ein Schraub-Injektionsanker bekannt, der ein am unteren Ende mit einem Gewindeblatt versehenes Ankerrohr aufweist, das drehend in den Boden einbringbar ist, wobei ein hydraulischer Mörtel über das Ankerrohr und durch Öffnungen in der Rohrwand hindurch in den umgebenden Boden injizierbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Anker, insbesondere Gesteinsanker, anzugeben, der besonders einfach in der Handhabung, kostengünstig und zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Anker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemässer Anker ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten, insbesondere erdseitigen, Ende der Ankerstange ein Kopfelement befestigt ist, an dem das selbstschneidende Gewinde angeordnet ist.
Die Erfindung basiert auf einer Kombination eines reibschlüssig festlegbaren Schraubankers mit einem verklebten Anker und vereint somit die Vorteile eines klassischen Bergbau-Spreizkopfankers, der einen sofortigen Verbund im Fels zulässt, eines Schraubankersystems, das kleine Bohrlochdurchmesser zulässt und mit wenigen Bauteilen robust ausgeführt ist, und eines verklebten Verbundsystems. Ein erster Grundgedanke der Erfindung kann dabei darin gesehen werden, die wesentlichen Elemente des verklebten Verbundankers und die wesentlichen Elemente des Schraubankers jeweils an separaten Elementen vorzusehen: Während sich der Zuführkanal ausschliesslich in der Ankerstange befindet, ist das selbstschneidende Gewinde ausschliesslich an einem von der Ankerstange separaten Element, nämlich dem Kopfelement, angeordnet. Aufgrund dieser Trennung kann der Anker bei besonders hoher Zuverlässigkeit besonders günstig gefertigt werden.
Vorzugsweise ist der Aussendurchmesser des am Kopfelement angeordneten Gewindes grösser als der Durchmesser der Ankerstange. Hierdurch werden ein zuverlässiger Setzvorgang des Ankers und eine definierte Krafteinleitung vor dem Einbringen der aushärtbaren Masse gewährleistet. Besonders bevorzugt ist es, dass der Kerndurchmesser des am Kopfelement angeordneten Gewindes grösser ist als der Durchmesser der Ankerstange. Bei dieser Ausführungsform kann das Kopfelement einen ringförmigen Axialanschlag bilden, der an der ausgehärteten Masse anliegt, so dass eine besonders gute Zugkrafteinleitung gegeben ist.
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass der Zuführkanal und das Gewinde axial beabstandet sind. Hierdurch kann der Herstellungsaufwand noch weiter gesenkt werden, da in diesem Fall Ankerstange und Kopfelement geometrisch besonders einfach ausgeführt werden können. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Zuführkanal und das Gewinde axial überlappend auszuführen, beispielsweise indem am Kopfelement eine Ausnehmung für die Ankerstange vorgesehen wird. Unter der Axialrichtung kann erfindungsgemäss die Längsrichtung des Ankers, insbesondere seiner Ankerstange, verstanden werden.
Zweckmässigerweise ist nach der Erfindung in der Ankerstange zumindest eine, vorzugsweise radial verlaufende, Auslassbohrung vorgesehen, die vom Zuführkanal an die Aussenseite der Ankerstange führt. Hierdurch kann der Ringraum um die Ankerstange in besonders einfacher und zuverlässiger Weise mit der aushärtbaren Masse befüllt werde. Die Auslassbohrung ist zweckmässigerweise kurz vor dem ersten Ende der Ankerstange, d.h. vor dem Ende, an dem sich das Kopfelement befindet, angeordnet. Dies kann insbesondere beinhalten, dass der Abstand zwischen der Auslassbohrung und dem ersten Ende kleiner ist als das 10-fache, 5-fache oder 1-fache des Durchmessers der Ankerstange. Dies ist strömungsmechanisch besonders vorteilhaft. Es können auch zusätzliche Auslassbohrungen vorgesehen sein, deren Abstand zum ersten Ende grösser ist.
Der konstruktive Aufwand kann dadurch weiter reduziert werden, dass der Zuführkanal durch das Kopfelement abgeschlossen ist. Demgemäss dient das Kopfelement nicht nur als Träger des Gewindes, sondern es hat auch strömungsmechanische Funktion, indem es den Zuführkanal an der Stirnseite der Ankerstange abdichtet.
Insbesondere im Hinblick auf eine besonders gute Kraftaufnahme und den Herstellungsaufwand ist es vorteilhaft, dass das Kopfelement aus Vollmaterial besteht. Dies beinhaltet, dass das Kopfelement massiv ausgebildet ist.
Die Ankerstange und/oder das Kopfelement bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl. Die Ankerstange, die aufgrund des innen liegenden Zuführkanals auch als Ankerrohr bezeichnet werden kann, ist zweckmässigerweise stumpf mit dem Kopfelement verbunden. Beispielsweise im Hinblick auf die Fertigungskosten ist es vorteilhaft, dass die Ankerstange und das Kopfelement über eine Schweissverbindung, insbesondere über eine Reibschweissverbindung verbunden sind. Aufgrund der erfindungsgemässen Geometrie der einzelnen Teile ist eine solche Verbindung in besonders einfacher Art und Weise realisierbar. Anstelle einer Schweissverbindung ist auch eine Schraubverbindung möglich.
Zum Vorspannen des Ankers oder/und zur Befestigung weiterer Elemente ist es vorteilhaft, dass an einem dem ersten Ende abgewandten Endbereich der Ankerstange eine Ankermutter angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft auch den bestimmungsgemässen Einsatz des Ankers, bei dem der Anker in einem Gesteinsbohrloch aufgenommen ist, wobei das Gewinde des Kopfelementes in das Gesteinsbohrloch umgebendes Gestein eingedreht ist und die Ankerstange von einer ausgehärteten Masse umgeben ist. Das Gesteinsbohrloch kann zylindrisch oder als Stufenbohrung ausgebildet sein. Nach dem Einschrauben des Ankers in das vorgebohrte Bohrloch wird aushärtbare Masse (z.B. Zementmörtel) über den Zuführkanal im Inneren der Ankerstange eingebracht. Die Masse steigt bis in den Bereich des ersten Endes der Ankerstange, tritt dann über die zumindest eine radiale Auslassbohrung aus, und verfüllt den Ringraum im Bohrloch stetig nach unten, bis sie am Bohrlochmund wieder austritt.
Erfindungsgemäss ist das selbstschneidende Gewinde ausschliesslich am Kopfelement vorgesehen und es erstreckt sich nicht auf die Ankerstange. Die Ankerstange kann an ihrer äusseren Mantelfläche glatt oder im Hinblick auf eine besonders gute Krafteinleitung in die ausgehärtete Masse auch profiliert ausgebildet sein. Sofern die Ankerstange an ihrer äusseren Mantelfläche profiliert ist, kann dieser Profilierung auch gewindeartig ausgebildet sein. Nach der Erfindung ist die gewindeartige Profilierung aber mit anderen Gewindeparametern ausgebildet als das selbstschneidende Gewinde am Kopfelement, ist diskontinuierlich zum selbstschneidenden Gewinde ausgebildet und/oder ist insbesondere nicht selbstschneidend.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches schematisch in der beiliegenden Figur dargestellt ist. Es zeigt schematisch:
1: Eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Ankers in einem Gesteinsbohrloch, wobei das Gestein, welches das Gesteinsbohrloch umgibt, geschnitten dargestellt ist.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Ankers ist in 1 dargestellt. Der Anker ist in einem Gesteinsbohrloch 91 angeordnet, welches in Gestein 90 gebildet ist. Der Anker weist eine etwa zylindrische Ankerstange 10 auf, an deren ersten, bohrlochseitigen Ende 31 ein Kopfelement 20 befestigt ist. Die Ankerstange 10 und das Kopfelement 20 sind dabei stumpf über eine Reibschweissverbindung 26 verbunden.
Aussenseitig am zylindrischen Kopfelement 20 ist ein selbstschneidendes Aussengewinde 21 vorgesehen. Das Gewinde 21 weist einen Aussendurchmesser d_a auf, der grösser ist als der Innendurchmesser d_h des Bohrlochs 91, das heisst dass Gewinde 21 ist in das Gestein 90, welches das Bohrloch 91 umgibt, eingeschnitten.
Der Kerndurchmesser d_k des Gewindes 21, der durch die Mantelfläche des zylindrischen Kopfelements 20 definiert wird, ist grösser als der Aussendurchmesser d_t der Ankerstange 10. Am Übergang zwischen der durchmesserkleineren Ankerstange 10 und dem durchmessergrösseren Kopfelement 20 eine Ringstufe 24 gebildet.
Da der Aussendurchmesser d_t der Ankerstange 10 im Bohrloch 91 kleiner ist als der Innendurchmesser d_h des Bohrlochs 91, ist die Ankerstange 10 im Bohrloch 91 von einem Ringraum 96 umgeben. Dieser Ringraum 96 ist zur zusätzlichen Sicherung des Ankers mit einer aushärtbaren Masse verfüllbar, wobei die aushärtbare Masse insbesondere eingebracht werden kann, nachdem der Anker im Bohrloch 91 vorgespannt wurde. Zum Einbringen der aushärtbaren Masse in den Ringraum 96 weist die als Ankerrohr ausgebildete Ankerstange 10 in ihrem Inneren einen axial, d.h. in Längsrichtung der Ankerstange 10 verlaufenden Zuführkanal 15 auf, der in der Figur mit Strichlinien dargestellt ist. In diesen Zuführkanal 15 mündet zumindest eine radial verlaufende Auslassbohrung 16, die im Bereich des ersten Endes 31 der Ankerstange 10 vorgesehen ist, und die an die Aussenseite der Ankerstange 10 führt.
Am luftseitigen Endbereich 32 der Ankerstange 10, der dem ersten Ende 31 der Ankerstange gegenüberliegt, ist die Ankerstange 10 mit einem Aussengewinde versehen, an dem eine Ankermutter 40 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7896580 B [0002]
DE 2063843 A [0004]
DE 102010002214 A [0004]
DE 102007000829 A [0005]
DE 29707502 U1 [0006]

Claims

Anker mit einem selbstschneidenden Gewinde (21) und einer Ankerstange (10), wobei in der Ankerstange (10) zumindest ein axial verlaufender Zuführkanal (15) für eine aushärtbare Masse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten Ende (31) der Ankerstange (10) ein Kopfelement (20) befestigt ist, an dem das selbstschneidende Gewinde (21) angeordnet ist.
Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser des am Kopfelement (20) angeordneten Gewindes (21) grösser ist als der Durchmesser der Ankerstange (10).
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (15) und das Gewinde (21) axial beabstandet sind.
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ankerstange (10) zumindest eine Auslassbohrung (16) vorgesehen ist, die vom Zuführkanal (15) an die Aussenseite der Ankerstange (10) führt.
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (15) durch das Kopfelement (20) abgeschlossen ist.
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerstange (10) und das Kopfelement (20) über eine Schweissverbindung, insbesondere über eine Reibschweissverbindung (26) verbunden sind.
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kopfelement (20) aus Vollmaterial besteht.
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem ersten Ende (31) abgewandten Endbereich (32) der Ankerstange (10) eine Ankermutter (40) angeordnet ist.
Anker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker in einem Gesteinsbohrloch (91) aufgenommen ist, wobei das Gewinde (21) des Kopfelementes (20) in das Bohrloch (91) umgebendes Gestein (90) eingedreht ist und die Ankerstange (10) von einer ausgehärteten Masse umgeben ist.