DE20021835U1

DE20021835U1 - Bohranker

Info

Publication number: DE20021835U1
Application number: DE20021835U
Authority: DE
Original assignee: Schmidt Kranz and Co GmbH
Current assignee: Perforator De GmbH
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2010-12-23

Description

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PATENTANWÄLTE

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Ihr Zeichen

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ROLF BOCKERMANN DIPL-ING.

PETER KSOLL
DR-ING. DIPL-ING.

ZUGELASSENBEIM
EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES AGREES EUROPEEN

EUROPEAN TRADEMARK ATTORNEYS

Bergstraße 159
D-44791 BOCHUM

Postfach 102450
D-44724 BOCHUM

22.12.2000

Schmidt. Kranz & Co. GmbH. 37445 Walkenried

Bohranker

Es zählt zum Stand der Technik, mit Hilfe eines Ankerausbaus die Wirkungen des Gebirgsdrucks im untertägigen Bergbau und im Tunnelbau zu beherrschen. Zu diesem Zweck werden vorgefertigte Stahlanker in vorab hergestellte Bohrlöcher eingebracht, um nicht zusammenhängende Gebirgsschichten miteinander zu verbinden bzw. um lose Gesteinsschalen am festen Gebirge aufzuhängen. Die Haftung der Stahlanker in den Bohrlöchern wird durch eine mechanische Verspannung von Keilsegmenten (Spreizanker) oder durch das Einbringen von Zementsuspensionen oder Kunstharz in die Spalte zwischen den Stahlankern und den Wandungen der Bohrlöcher (Klebeanker) erreicht.

Das Einbringen von Bohrungen in ein gebräches Gebirge zum nachfolgenden Setzen von Stahlankern ist oft mit Problemen verbunden. So wird z.B. das Ziehen der Bohrstangen durch Losgestein erschwert bzw. sogar gänzlich verhindert, was dann zum Verlust der Bohrstangen führen kann und das Bohrloch zwangsläufig unbrauchbar macht. Es muss ein neues Bohrloch

Telefon (0234) 51957/58/59 ■ Telefax (02 34) 51 05 12 ■ e-mail: bochumpatent@t-online.de

Commerzbank AG Bochum, S&'nlOrN^>r*386<l*/S2.(^Z.4¹3Q40£f36,) .■; Pogföa,nK*e{sJ!T?,*;ont5>-NT. 74J47-431 (BLZ 360 10043) • · '" .' :u3Tjld{jr.: DE*1245464.fr. ·.**·. '. '. *·

erstellt werden. Die Erstellung eines neuen Bohrlochs bedeutet indessen Zeitverlust und einen erhöhten Kostenaufwand.

Man ist in diesen Fällen zu Bohrstangen übergegangen, die gleichzeitig als Anker eingesetzt werden können (Bohranker). Bei der in diesem Zusammenhang bekannt gewordenen DE 37 24 165 C2 verläuft innerhalb der Bohrstange eine zentrale axiale Bohrung, die innerhalb des Schneidkopfs, dort Bohrkrone genannt, in einer ebenfalls axial verlaufenden Spülbohrung fortgeführt ist. Ferner ist die Bohrstange in ihrem der Bohrkrone benachbarten Bereich umfangsseitig mit quer zur Längsachse verlaufenden Bohrungen versehen, deren Achsen - ausgehend von der axialen Bohrung - sich unter einem Winkel von der Bohrkrone fort erstrecken. Des Weiteren erstrecken sich die Längsachsen der Querbohrungen in Längsebenen, die nicht die Längsachse der axialen Bohrung schneiden.

Am Umfang der Bohrstange ist eine gewindeartige Profilierung vorgesehen.

Die Axialbohrung sowie die Querbohrungen dienen einerseits dem Zweck, bei der Herstellung des Bohrlochs das dabei anfallende Bohrklein mittels durch die Axialbohrungen und die Querbohrungen eingebrachten Spülwassers in dem umfangsseitigen Ringkanal abzuführen und andererseits ein Injektionsmedium nach dem Erstellen des Bohrlochs über die Axialbohrung und die Querbohrungen einzubringen, um hiermit den Bohranker in dem Bohrloch festzulegen.

Die Erfahrung im praktischen Einsatz hat gezeigt, dass bei dem bekannten Bohranker nicht mit der gewünschten Sicherheit eine gleichmäßige Verfüllung des Ringraums umfangsseitig des Bohrankers und damit seiner Verklammerung im Bohrloch gewährleistet werden kann.

Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, einen Bohranker zu schaffen, der auch in sehr gebrächem Gebirge einwandfrei fixiert werden kann und damit nicht zusammenhängende

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Gesteinsschichten miteinander verbindet sowie lose Gesteinsschalen am festen Gebirge aufhängt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.

In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, dass der Längskanal in der Bohrstange durch den Schneidkopf verschlossen wird und solche Querbohrungen in der Nähe des Schneidkopfs vorgesehen sind, die sich einerseits schräg in Richtung zum Schneidkopf und andererseits schräg in die andere Richtung erstrecken. Die Längsachsen der Querbohrungen verlaufen dabei in Längsebenen, die auch die Längsachse des Längskanals in der Bohrstange schneiden.

Ein derartiger Bohranker bietet die Möglichkeit der unterschiedlichen Dimensionierung und Auslegung für unterschiedliche Tragkräfte. Er ist damit universell einsetzbar. Durch die spezielle Anordnung der Querbohrungen wird erreicht, dass die richtungsorientierten Querbohrungen eine einwandfreie Zuführung des Spülmittels (Spülwasser) zur Kühlung des Schneidkopfs einerseits und andererseits zur Unterstützung bei der Abförderung des Bohrkleins über den umfangsseitigen Ringspalt in Verbindung mit der Profilierung gewährleisten und dass ferner das nach der Erstellung des Bohrlochs über den Längskanal eingebrachte Injektionsmedium im Bohrlochtiefsten austreten kann und dann richtungsorientiert in das umgebende Gebirge sowie auch richtungsorientiert entlang der Bohrstange in Richtung zum Bohrlochmund gepresst wird. Auf diese Weise wird eine zuverlässige und allseitige Verbindung des Bohrankers mit dem umgebenden Gebirge erreicht. Da der Schneidkopf keinen zentralen, axial ausgerichteten Spül- bzw. Injektionskanal besitzt, wird eine Unterbrechung der Spülung bzw. der Injektion durch ein Verstopfen eines solchen Kanals vermieden.

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Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach Schutzanspruch 2 die Längsachsen der Querbohrungen sich unter einem Winkel von ca. 35° zur Längsachse des Längskanals erstrecken.

Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass entsprechend den Merkmalen des Schutzanspruchs 3 die Querbohrungen in der konkav gerundeten Gewinderille der umfangseitig zylindrisch gestalteten Profilierung münden.

Entsprechend dem Schutzanspruch 4 ist die Breite der Gewinderille der Profilierung größer als die Breite des Stegs der Profilierung bemessen. Eine derartige Gestaltung der Profilierung berücksichtigt in vorteilhafter Weise die unterschiedlichen Festigkeiten von Stahl und des Injektionsmediums. Danach beträgt die Scherfläche des Injektionsmediums pro Gang der Profilierung das Mehrfache der Scherfläche des Stahls. Für die Praxis bedeutet dies, dass auf den Bohranker einwirkende Kräfte von Bohrlöchern geringerer Tiefe aufgenommen werden können.

Der Schneidkopf kann gemäß Schutzanspruch 5 lösbar oder unlösbar mit der Bohrstange verbunden sein. Diese Maßnahme erlaubt es, einen an das jeweilige Gebirge angepassten Schneidkopf einsetzen zu können.

Die Merkmale des Schutzanspruchs 6 sehen vor, dass der Schneidkopf kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Hierdurch wird gegenüber den zum Stand der Technik zählenden plattenartigen Bohrkronen eine optimale Richtungsstabilität der Bohrung, insbesondere bei gebrächen Gebirgsformationen, erreicht.

Am Umfang des Schneidkopfs sind nach Schutzanspruch 7 rinnenartige Vertiefungen vorgesehen. Vorzugsweise sind vier gleichmäßig um jeweils 90° zueinander versetzte Vertiefungen angeordnet. Diese Vertiefungen dienen der besseren Abführung des anfallenden Bohrkleins.

Zur Verbindung des Schneidkopfs mit der Bohrstange ist gemäß Schutzanspruch 8 der Schneidkopf mit einem Zapfen im Längskanal fixiert. Hierbei

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kann es sich um einen zylindrischen Zapfen oder auch um einen Gewindezapfen handeln.

Damit der neuerungsgemäße Bohranker in Gesteinsformationen mit unterschiedlichen Härten eingesetzt werden kann, ist entsprechend den Merkmalen des Schutzanspruchs 9 vorgesehen, dass der Schneidkopf mit eine erhöhte Schneidkraft gewährleistenden Schneidkanten versehen ist. Diese bevorzugt in Kreuzanordnung dem Schneidkopf zugeordneten Schneidkanten können aus Mangan, Hartmetall oder auch Diamant gebildet sein. Je nach Einsatz dieser Werkstoffe ist der Bohranker mit Bohrgeräten koppelbar, die den Bohranker drehend oder auch drehschlagend in das Gebirge einbringen.

In Abhängigkeit von der Länge der herzustellenden Bohrung ist es gemäß Schutzanspruch 10 möglich, die mit dem Schneidkopf ausgerüstete Bohrstange über eine in ihrem Inneren an die Profilierung angepasste Muffe mit einer weiteren längskanalisierten und umfangsseitig gewindeartig profilierten Bohrstange zug- und druckfest zu kuppeln. Der im wesentlichen zylindrische Außendurchmesser der Muffe ist so groß, dass der Ringspalt umfangsseitig der miteinander gekoppelten Bohrstangen nicht wesentlich verkleinert wird, um ein einwandfreies Abführen des Bohrkleins und eine sichere Einbringung des Injektionsmediums zu gewährleisten.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in der Seitenansicht einen Bohranker;

Figur 2 in vergrößerter Darstellung im vertikalen Längsschnitt eine Muffe zur Kupplung zweier Bohrstangen eines Bohrankers;

Figur 3 in vergrößerter Darstellung im vertikalen Längsschnitt den Ausschnitt III der Figur 1;

Figur 4 die Darstellung der Figur 3 um 90° versetzt und

Figur 5 eine Draufsicht auf die Darstellung der Figur 3 gemäß dem Pfeil V.

Mit 1 ist in der Figur 1 ein Bohranker bezeichnet. Mit Hilfe des Bohrankers 1 sollen nicht zusammenhängende Gesteinsschichten im untertägigen Bergbau und Tunnelbau miteinander verbunden bzw. lose Gesteinsschalen am festen Gebirge aufgehängt werden.

Der Bohranker 1 umfasst eine Bohrstange 2 mit einem Längskanal 3. Umfangsseitig ist die Bohrstange 2 mit einer gewindeartigen Profilierung 4 versehen. Diese Profilierung 4 besitzt eine konkav gerundete Gewinderille 5 sowie eine zylindrisch gestaltete äußere Oberfläche 6, wodurch ein Steg 22 gebildet wird. Die Breite B der Gewinderille 5 ist größer als die Breite B1 des Stegs 22 bemessen Die Steigung der Profilierung 4 beträgt etwa 10°.

Die Bohrstange 2 gemäß Figur 1 kann mit Hilfe einer aus der Figur 2 erkennbaren Muffe 7 mit einer weiteren Bohrstange gleicher oder unterschiedlicher Länge gekuppelt werden. Dazu weist die Muffe 7 eine im wesentlichen zylindrische Außenoberfläche 8 und eine im Inneren 9 ausgebildete Profilierung auf, die der Profilierung 4 der Bohrstange 2 angepasst ist. Die Enden 10 der Muffe 7 sind außenseitig leicht konisch ausgebildet.

Mit Hilfe von Muffen 7 gemäß Figur 2 können auch mehrere Bohrstangen 2 zu einem Bohrstrang zusammengesetzt werden.

An einem Ende 11 besitzt der in der Figur 1 veranschaulichte Bohranker 1 einen kegelstumpfförmigen Schneidkopf 12 (siehe Figuren 1 und 3 bis 5). Der Schneidkopf 12 hat einen maximalen Durchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser der zylindrischen Oberfläche 8 der Profilierung 4. Er besitzt ferner in kreuzweiser Anordnung (Figur 5) Schneidkanten 13, die beispielsweise aus einem Hartmetall bestehen können. Vier rinnenartige

Vertiefungen 14 am Schneidkopf 12 dienen der besseren Abführung des Bohrkleins.

Der Schneidkopf 12 ist mit einem zylindrischen Zapfen 15 in den Längskanal 3 der Bohrstange 2 eingesetzt. Der Längskanal 3 wird dadurch endseitig verschlossen.

Wie insbesondere die Figuren 3 und 4 erkennen lassen, sind in der Nähe des Schneidkopfs 12 mehrere Querbohrungen 16, 17 vorgesehen. Diese Querbohrungen 16, 17 verbinden den Längskanal 3 mit der konkav gerundeten Gewinderille 5 der umfangsseitigen Profilierung 4.

Die Längsachsen 18 der Querbohrungen 16 erstrecken sich vom Längskanal 3 aus schräg in Richtung zum Schneidkopf 12, während sich die Längsachsen 19 der Querbohrungen 17 in die andere Richtung erstrecken. Ferner lassen die Figuren 3 und 4 erkennen, dass die Längsachsen 18, 19 der Querbohrungen 16, 17 sich in Längsebenen 20 erstrecken, welche die Längsachse 21 des Längskanals 3 schneiden.

Die Längsachsen 18, 19 der Querbohrungen 16, 17 erstrecken sich beim Ausführungsbeispiel unter einem Winkel &agr; von ca. 35° zur Längsachse 21 des Längskanals 3.

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Bezugszeichenaufstellung

1 - Bohranker

2 - Bohrstange v. 1

3 - Längskanal in 2

4 - Profilierung an 2

5 - Gewinderille v. 4

6- Oberfläche v. 4

7- Muffe

8 - Oberfläche v. 7

9 - Inneres v. 7 10- Enden v. 7 11 - Ende v. 1

12- Schneidkopf

13- Schneidkanten

14 - Einbuchtungen an

15- Zapfen an 12

16- Querbohrungen

17- Querbohrungen 18 - Längsachsen v.

19- Längsachsen v.

20- Längsebenen v. 18, 21 - Längsachse v. 3

22- Steg v. 4

Claims

1. Bohranker, der mindestens eine längskanalisierte Bohrstange (2) mit einem ihren Längskanal (3) stirnseitig verschließenden Schneidkopf (12) und mit einer im Vergleich zum Schneidkopf (12) im Außendurchmesser kleineren umfangsseitigen gewindeartigen Profilierung (4) aufweist, die durch in der Nähe des Schneidkopfs (12) liegende Querbohrungen (16, 17) mit dem Längskanal (3) verbunden ist, wobei die Längsachsen (18, 19) der sich zum Teil vom Längskanal (3) aus schräg in Richtung zum Schneidkopf (12) und teils schräg in die andere Richtung erstreckenden Querbohrungen (16, 17) sich in die Längsachse (21) des Längskanals (3) schneidenden Längsebenen (20) angeordnet sind.

2. Bohranker nach Schutzanspruch 1, bei welchem sich die Längsachsen (18, 19) der Querbohrungen (16, 17) unter einem Winkel von ca. 35° zur Längsachse (21) des Längskanals (3) erstrecken.

3. Bohranker nach Schutzanspruch 1 oder 2, bei welchem die Querbohrungen (16, 17) in eine konkav gerundete Gewinderille (5) der umfangsseitig zylindrisch gestalteten Profilierung (4) münden.

4. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 3, bei welchem die Breite (B) der Gewinderille (5) der Profilierung (4) größer als die Breite (B1) des Stegs (22) der Profilierung (4) bemessen ist.

5. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 4, bei welchem der Schneidkopf (12) lösbar oder unlösbar mit der Bohrstange (2) verbunden ist.

6. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 5, bei welchem der Schneidkopf (12) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

7. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, bei welchem umfangsseitig des Schneidkopfs (12) rinnenartige Vertiefungen (14) vorgesehen sind.

8. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 7, bei welchem der Schneidkopf (12) mit einem Zapfen (15) im Längskanal (3) fixiert ist.

9. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 8, bei welchem der Schneidkopf (12) mit eine erhöhte Schneidkraft gewährleistenden Schneidkanten (13) versehen ist.

10. Bohranker nach einem der Schutzansprüche 1 bis 9, bei welchem die mit dem Schneidkopf (12) ausgerüstete Bohrstange (2) über eine im Inneren (9) an die Profilierung (4) angepasste Muffe (7) mit einer weiteren längskanalisierten und umfangseitig gewindeartig profilierten Bohrstange (2) zug- und druckfest kuppelbar ist.