DE19607988A1 - Kupplungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungseinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehinjizierer werden bekanntlich bei Injektionsbohrankern dazu benutzt, Mörtel oder ein sonstiges aushärtungsfähiges Medium über den zentralen Längskanal des Bohrankers sowie im Bohrkronenbereich angeordnete Aus­ strömöffnungen in ein Bohrloch einzubringen, so daß nach erfolgter Aus­ härtung ein fester Verbund zwischen dem Bohranker einerseits und dem umliegenden Gebirge gegeben ist. Der Drehinjizierer besteht aus einem Statorteil und einem Rotorteil. Zur Durchführung des Bohrbetriebs bzw. zum Setzen eines Injektionsbohrankers wird das eine Ende des Drehinji­ zierers mit dem zugekehrtem Ende des Injektionsbohrankers und das an­ dere Ende mit einem Bohrantrieb gekuppelt. Diese Kupplung besteht im Regelfall in einer Verschraubung, über welche die, für den Bohrbetrieb, insbesondere Schlagbohrbetrieb aufzuwendenden Kräfte und Momente über den Drehinjizierer auf die Bohrankerstange übertragen werden. Das Ein­ bringen von Mörtel kann bereits während der Bohrphase in das Bohrloch eingeführt werden, so daß dieser gleichzeitig die Funktion eines Spül­ mittels erfüllt. Ist auf diese Weise der Injektionsbohranker gesetzt bzw. hat das Bohrloch seine endgültige Tiefe erreicht, muß der Drehin­ jizierer von dem zugekehrten Ende der Bohrankerstange gelöst werden, welches durch einfache Drehrichtungsumkehr des Bohrantriebs möglich ist. Ein wesentliches Problem besteht hierbei jedoch darin, daß auf­ grund unterschiedlicher Stahlqualitäten einerseits im Bereich der Bohrstangen und andererseits im Bereich der Kupplungsorgane des Bohran­ triebs sich bei einer Drehrichtungsumkehr häufig lediglich die Ver­ schraubung zwischen Bohrantrieb und Drehinjizierer nicht jedoch dieje­ nige zwischen dem Drehinjizierer und dem Bohrankerstangenende löst. Die unterschiedlichen Stahlqualitäten führen nämlich im Verschraubungsbe­ reich zwischen Drehinjizierer und Bohrstangenende als Folge der für den Bohrbetrieb übertragenen Kräfte und Momente stets zu plastischen Ver­ formungen und damit extrem festsitzenden Verschraubungen, die in der Folge nur mühsam lösbar sind, wodurch der Zeitaufwand für das Setzen eines einzelnen Injektionsbohrankers belastet wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungseinrichtung der ein­ gangs bezeichneten Art dahingehend auszugestalten, daß ein einwand­ freies Lösen des Kupplungszustands zwischen Drehinjizierer und zuge­ kehrtem Bohrankerstangenende und damit ein zeitlich effektiveres Setzen von Injektionsbohrankern möglich ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei ei­ ner solchen Kupplungseinrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungs­ teils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach ein Mitnahmebolzen, der zueinander fluchtende Bohrungen der zur Herbeiführung des Kupplungszustands zwi­ schen dem Drehinjizierer und dem Bohrantrieb in Eingriff stehender Teile derselben durchdringt. Die genannten Teile bestehen aus einem Kupplungsteil einerseits und einem Kupplungsstück andererseits, welche ineinander schraubbar sind, wobei diese Verschraubung und die Anordnung der genannten Bohrungen derart erfolgt, daß während des Bohrbetriebs das hierfür aufzuwendende Drehmoment sowie die in Achsrichtung wirken­ den Kräfte unmittelbar auf das jeweils andere Teil übertragen werden, so daß für den Bohrbetrieb der Mitnahmebolzen funktionslos ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß im Verschraubungszu­ stand das Kupplungsstück an einer Anlagefläche des Kupplungsteils stirnseitig plan anliegt, so daß axiale Kräfte stirnseitig und Torsi­ onskräfte über den Verschraubungseingriff übertragen werden. Nachdem die eingangs genannten Bohrungen derart ausgelegt sind, daß bei einge­ setztem Mitnahmebolzen eine definierte Verdrehbarkeit des Kupplungs­ stück gegenüber dem Kupplungsteil gegeben ist, werden insbesondere über dem Mitnahmebolzen keine Drehmomente, jedoch auch keine Axialkräfte übertragen.

Zum Lösen des Verschraubungszustands hingegen, welcher - wie eingangs bereits dargelegt - unter Drehrichtungsumkehr des Bohrantriebs erfolgt, ergibt sich aufgrund der relativen Verdrehbarkeit der genannten Teile nach Maßgabe der Antriebsleistung des Bohrantriebs ein Schlag, der zur Lösung eines festsitzenden Verschraubungszustands zwischen den mitein­ ander in Eingriff stehenden Teilen des Drehinjizierers einerseits und des Bohrankerstangenendes andererseits geeignet ist. Die Verdrehbarkeit ist mit anderen Worten dahingehend konstruktiv bemessen, daß die, auf diese Weise entwickelte Schlagenergie ausreichend ist, um den Ver­ schraubungszustand zu lösen. Durch bloße Drehrichtungsumkehr ist auf diese Weise ein rasches Lösen des Drehinjizierers von dem zugekehrten Bohrankerstangenende und damit ein zeitlich effektives Setzen eines In­ jektionsbohrankers möglich.

Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind auf die nähere Ausgestaltung der Bohrungen gerichtet. Insbesondere die Bohrungsdurchmesser des äu­ ßern Kupplungsteils können größer bemessen sein als die Bohrung des in­ neren Kupplungsstücks, so daß sich ein allseitiges Spiel nach Maßgabe des Durchmesserunterschiedes ergibt. Ergänzend hierzu können die Boh­ rungen des äußeren Kupplungsteils 20 auch nach Art von Langlöchern oder Schlitzen ausgebildet sein, die sich schräg zur Achse des Kupplungs­ teils erstrecken, und zwar vorzugsweise in Richtung dessen Gewinde­ gängen. Auf diese Weise kann plastischen Verformungen zwischen dem Kupplungsteil und dem Kupplungsstück als Folge des Schlagbohrbetriebes, welche sich in axialen Verschiebungen äußern, wirksam begegnet werden, ohne daß eine Überlastung des Mitnahmebolzens gegeben ist. Es ist somit auch in diesen kritischen Fällen dafür Sorge getragen, daß während des Schlagbohrbetriebes der Mitnahmebolzen funktionslos bleibt.

Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind auf die weitere Ausgestaltung des Mitnahmebolzens gerichtet. Dieser ist in jedem Fall auswechselbar in den genannten Bohrungen eingesetzt und außenseitig je nach seiner konkreten Ausbildung in geeigneter Weise durch Klemmung oder Verschrau­ bung festgelegt. Der Mitnahmebolzen kann beispielsweise als Stahlseil­ element, jedoch auch als Schraubbolzen, bestehend beispielsweise aus einem hochelastischen Federstahl ausgebildet sein. Soweit ein Kunst­ stoff geeigneter hoher Festigkeit zur Verfügung steht, kann dieser Bol­ zen gleichermaßen auch aus einem Kunststoff bestehen.

Die Merkmale des Anspruchs 6 sind auf die Vermeidung scharfer Kanten im Auslaufbereich der Bohrungen gerichtet, wodurch während des Lösens der Verschraubung nach Umkehr der Drehrichtung des Bohrantriebs die mecha­ nische Beanspruchung des Mitnahmebolzens vermindert werden kann.

Die Merkmale des Anspruchs 7 sind auf die konkrete Ausgestaltung des Eingriffszustands zwischen dem Kupplungsteil und dem Kupplungsstück ge­ richtet.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeich­ nungen schematisch wiedergegebene Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen einem Drehinjizierer und dem, diesem zugekehrten Teil eines Bohrantriebs in teilweisem Längsschnitt;

Fig. 2 eine vergrößerte isolierte Darstellung des, zur Ankupplung eines Bohrantriebs bestimmten Teils des Drehinjizierers in teilweisem Axial­ schnitt;

Fig. 3 eine vergrößerte Teildarstellung des, zur Kupplung mit dem Dreh­ injizierer bestimmten Teils des Bohrantriebs.

Mit 1 ist in Fig. 1 ein Drehinjizierer bezeichnet, dessen eines Ende 2 zum Ankuppeln einer zeichnerisch nicht dargestellten Injektionsbohran­ kerstange und dessen anderes Ende 2 zum Ankuppeln eines Bohrantriebs 4 bestimmt ist. Der Drehinjizierer 1 und der Bohrantrieb 4 sind entlang einer gemeinsamen Achse 5 angeordnet.

Der Drehinjizierer 1 besteht im wesentlichen aus einem Rotorteil 6, welches ein ortsfest gehaltenes Statorteil 7 durchdringt, wobei zwi­ schen diesen beiden Teile Ringraum 8 gebildet ist, der einerseits mit einem, sich in radial auswärtiger Richtung erstreckenden Rohranschluß 9 und andererseits mit einem zentralen, sich in Richtung der Achse 5 er­ streckenden Hohlraum 10 in durchgängiger Verbindung steht. Zu diesem Zweck sind in dem Statorteil 7 eine radial verlaufende Bohrung 11 und in dem Rotorteil 6 zwei einander diametral gegenüberliegende radial verlaufende, im Querschnitt beispielsweise oval ausgebildete Bohrungen 12 vorgesehen, über welche die jeweiligen Verbindungen zwischen dem Ringraum 8 und dem Rohranschluß 9 bzw. dem Ringraum 8 und dem Hohlraum 10 bereitgestellt werden. Der Rohranschluß 9 ist im übrigen über ein Knotenblech 13 an dem Statorteil 7 abgestützt. Das jeweils stirnseitige Ende des Statorteils 7 wird durch jeweils eine Laufscheibe 14, 15 ge­ bildet, die mit dem Statorteil verschraubt sind und aus einem möglichst reibungsarmen Kunststoff wie z. B. Polyamid bestehen. Über in entspre­ chende ringartige Ausnehmungen des Statorteils 7 angesetzte O-Ringe 16, 17, die in schleifender Berührung mit der zugekehrten Außenseite des Rotorteils 6 stehen, ist eine seitliche Abdichtung des Ringraumes 8 im Bereich der sich im Betrieb des Drehinjizierers relativ zueinander be­ wegenden Teile gegeben.

Über eine Ringschulter 18 des Rotorteils 6 findet im übrigen eine Ab­ stützung des Statorteils 7 statt.

Die radialen Anlageflächen der O-Ringe 16, 17 sowie der Laufscheiben 14, 15 auf dem Rotorteil 6 befinden sich mit Abstand beiderseits der Bohrungen 12, so daß im Betrieb des Drehinjizierers, insbesondere bei Schlagbohrbetrieb axiale oszillierende Relativbewegungen zwischen dem Rotorteil 6 und dem ortsfesten Statorteil 7 in Richtung der Pfeile 18 möglich sind. Der Werkstoff der Laufscheiben 14, 15 ist auch dahinge­ hend gewählt, daß von diesem eine gewisse Dämpfungsfunktion ausgeht.

Der Hohlraum 10 ist im Bereich des Endes 2 in einem mit Innengewinde versehenen muffenartigen Anschlußstück 19 fortgeführt, welches zur Ver­ schraubung mit dem zugekehrten Ende einer Bohrankerstange bestimmt ist. Demzufolge ist das Innengewinde dieses Anschlußstücks 19 an das übliche Bohrankerstangengewinde angepaßt.

Der genannte Hohlraum 10 ist im übrigen auf der, dem Anschlußstück 19 axial gegenüberliegenden Seite geschlossen ausgebildet.

Das, dem Anschlußstück 19 gegenüberliegende Ende 3 des Drehinjizierers 1 wird durch ein Anschlußstück 20 gebildet, welches in ähnlicher Weise wie das Anschlußstück 19 mit Innengewinde versehen ist, jedoch zur Verschraubung mit dem zugekehrten Kupplungsabschnitt 21 des Bohran­ triebs 4 bestimmt und ausgestaltet ist. Das Anschlußstück 20 wird jedoch durch eine, sich koaxial zu der Achse 5 innerhalb des Rotorteils 6 er­ streckende Blindbohrung gebildet.

Das Kupplungsstück 21 des Bohrantriebs 4 besteht aus einem, mit Außen­ gewinde versehenen, sich koaxial zu der Achse 5 erstreckenden Bolzen, der sich in dem Bohrantrieb 4 hineinerstreckt und auf den in an sich bekannter, hier nicht näher zu erörtender Weise die für den Bohrbe­ trieb, insbesondere den Schlagbohrbetrieb erforderlichen Kräfte und Mo­ mente übertragen werden. Es sind dies im wesentlichen eine Drehbewegung um die Achse 5 sowie eine oszillierende Bewegung in Richtung dieser Achse 5 bzw. parallel zu den Pfeilen 18.

Es wird im folgenden ergänzend auf die zeichnerischen Darstellungen der Fig. 2 und 3 Bezug genommen.

Zum Ankuppeln des Bohrantriebs 4 an den Drehinjizierer 1 wird zunächst das Kupplungsstück 21 in das Anschlußstück 20 eingeschraubt, und zwar bis zur planen Anlage seiner Stirnseite 22 an der Grundseite 23 des An­ schlußstücks 20. Dieser Kupplungszustand hat zur Folge, daß ein Drehmo­ ment im wesentlichen umfangseitig, nämlich über die Gewindegänge von dem Kupplungsstück 21 auf das Anschlußstück 20 übertragen wird, wobei eine Schlagbeanspruchung im wesentlichen über die Stirnseite 20 auf das Rotorteil 6 übertragen wird.

Mit 24 ist eine durchgängige Bohrung des Kupplungsstücks 21 bezeichnet, die in dem genannten Kupplungszustand fluchtend zu 2, einander diame­ tral gegenüberliegenden durchgängigen Bohrungen 25 der Wandungen des Anschlußstücks 20 verläuft. Es ist der Durchmesser der beiden Bohrungen 25 größer als derjenige der Bohrung 24 bemessen.

Das System der Bohrung 24, 25 dient in dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel der Aufnahme eines Stahlseilelements 26, dessen beide, aus den Bohrungen 25 herausragende Endabschnitte mittels geeigneter Klemmein­ richtungen 27, 28 gegenüber dem Rotorteil 6 fixiert sind. Dadurch, daß die Bohrungen 25 einen größeren Durchmesser als die Bohrung 24 aufwei­ sen, ist das Stahlseilelement 26 innerhalb der Bohrungen 25 mit einem nicht unwesentlichen Spiel geführt. Dieses Spiel hat zur Folge, daß während des normalen Bohr- bzw. Schlagbohrbetriebs über das Stahl­ seilelement weder Kräfte noch Momente auf das Anschlußstück 20 übertra­ gen werden.

In Funktion tritt das Stahlelement 26 erst nach Abschluß der Bohrarbei­ ten, wenn nämlich der Drehinjizierer 1 von dem, aus der Bohrlochmündung herausragenden Ende einer Bohrankerstange gelöst werden soll. Eine Um­ kehr der Drehrichtung des Bohrantriebs 4 hat aufgrund des Spieles im Bereich der Bohrungen 25 eine schlagartige Beanspruchung zur Folge, welche gerade geeignet ist, einen festsitzenden Gewindeeingriff im Be­ reich des Anschlußstücks 19 zu lösen. Der restliche Schraubvorgang mit Hinblick auf ein vollständiges Lösen des Drehinjizierers 1 wird dann mittels des Bohrantriebs 4 abgewickelt, wobei die, für den Schraubvor­ gang erforderlichen Drehmomente nunmehr über das Stahlseilelement 26 übertragen werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Verbindungsbereichs zwischen einem Drehinjizierer 1 und einem Bohrantrieb 4 erlauben somit einen außeror­ dentlich rationelles und schnelles Arbeiten beim Setzen eines Injek­ tionsbohrankers, insbesondere beim Lösen des Drehinjizierers.

Claims (7)

1. Kupplungseinrichtung zwischen einem Drehinjizierer (1) und einem Bohrantrieb (4), bestehend aus einem mit einem Außengewinde versehenen Kupplungsstück (21) und einem, mit einem Innengewinde versehenen Kupplungsteil (20), wobei das Kupplungsstück (21) an dem Bohrantrieb (4) und das Kupplungsteil (20) an dem Drehinjizierer (1) oder umgekehrt angeordnet sind, gekennzeichnet durch,

• - eine in zueinander fluchtende Bohrungen (24; 25) des Kupplungsstücks (21) sowie des Kupplungsteils (20) eingesetzten Mitnahmebolzen,
• - wobei die Bohrungen (24; 25) mit der Maßgabe ausgebil­ det und angeordnet sind, daß im Eingriffszustand des Kupplungsstücks (21) und des Kupplungsteils (20) der Mitnahmebolzen hinsichtlich der Übertragung der zur Durchführung des Bohrbetriebs übertragenden Kräfte und Momente funktionslos ist und
• - wobei die Bohrungen (24; 25) und/oder der Mitnahmebolzen weiterhin derart ausgebildet sind, daß eine definierte Verdrehbarkeit des Kupplungsstücks (21) gegenüber dem Kupplungsteil (20) gegeben ist.

2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Bohrungen (25) des Kupplungsteils (20) einen größeren Durchmesser als die Bohrung (24) des Kupplungsstücks (21) aufweisen oder umgekehrt.

3. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Bohrungen (25) des Kupplungsteils (20) die Gestalt von Langlöchern oder Schlitzen aufweisen und
• - daß sich die Bohrlöcher oder Schlitze unter einem Win­ kel zur Achse (5) des Kupplungsteils (20) erstrecken.

4. Kupplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Mitnahmebolzen als Stahlseilelement (26), als Schraubbolzen oder dergleichen ausgebildet ist.

5. Kupplungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Mitnahmebolzen die Bohrungen (24, 25) durchdringt und außenseitig gegenüber dem Kupplungsteil (20) durch Klemmen- oder Schraubeinrichtungen festgelegt ist.

6. Kupplungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Innenwandungsbereiche der Bohrungen (24; 25) an ihren Endabschnitten abgeschrägt oder abgerundet ausgebildet sind.

7. Kupplungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Kupplungsteil (20) nach Art einer Blindbohrung ausgebildet ist und
• - daß dem Eingriffszustand von Kupplungsteil (20) und Kupplungsstück (21) die Stirnseite (22) des Kupplungs­ teils (21) an der Grundseite (23) der genannten Bohrung anliegt.