DE2240192A1

DE2240192A1 - Verfahren zum befestigen eines laenglichen befestigungselementes in einem bohrloch und befestigungselement zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2240192A1
Application number: DE19722240192
Authority: DE
Inventors: Arthur Askey; John Michael Murphy
Original assignee: Exchem Holdings Ltd
Current assignee: Exchem Holdings Ltd
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1973-02-22
Also published as: ES406312A1; CA983299A; FR2150193A5; IT965117B; IE38143L; GB1398846A; IE38143B1; SE397210B

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DSPL-CHEM. ALEIC VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DSt-SNG. KLDPSCH DIPL-ING. SILTING

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

14. August 1972 Sg/rö

EXPLOSIVES AND CHEMICAL PRODUCTS LIMITED,, 31-35 Wilson Street, London EC2M 2UA / England

Verfahren zur Befestigung eines länglichen Befestigungselementes in einem Bohrloch und Befestigungselement zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahrenzum Befestigen eines länglichen Befestigungselementes in einem bezogen auf das Befestigungselement überdimensionierten Bohrloch, bei welchem eine in mindestens einer zerbrechbaren Hülse untergebrachte Harzmasse zur Sicherung des Befestigungselementes in dem Bohrloch in dieses eingeführt wird, sowie ein Befestigungselement zur Durchführung des Verfahrens.

Bei derartigen Verfahren werden Befestigungselemente, wie beispielsweise Ankerbolzen, mittels einer Kunstharzmasse in geringfügig überdimensionierten Bohrlöchern befestigt.

In den letzten Jahren werden für Gruben-Dachabstützungen in zunehmendem Maße Befestigungselemente eingesetzt, die mittels Kunstharz eingesetzt bzw. verspannt werden. Dabei werden insbesondere eine oder mehrere zerbrechbare

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Hülsen, die eine synthetische Masse auf Harzbasis enthalten, in ein Bohrloch für das Befestigungselement eingesetzt und dann durch Rotieren des Befestigungselementes innerhalb des Bohrloches zerstört, indem sie von dem rotierenden Befestigungselement getroffen werden. Die Inhalte der Hülsen vermischen sich und gelangen in den Ringraum zwischen dem Befestigungselement und der Wand des Bohrloches. Die Aushärtung des Kunstharzes findet in situ statt, mit dem Ergebnis, daß das Befestigungselement in dem Bohrloch gesichert wird. Die kommerzielle Entwicklung dieser Technik wurde Jedoch in gewissem Grade durch wirtschaftliche Schwierigkeiten verzögert« Diese betreffen in erster Linie die relativ hohen Kosten der zum Füllen des Ringraumes zwischen dem Befestigungselement und der Wand des Bohrloches, das zu seiner Aufnahme dient, benötigten harzartigen Nasse. Idealerweise sollte das Ziel darin bestehen, das Befestigungselement in einem Bohrloch von nur geringfügig größerem Durchmesser zu befestigen, so daß beispielsweise ein Bolzen von 22 mm Durchmesser einem Bohrlochdurchmesser zwischen 25 mm und 28 mm angepaßt ist. Bei größeren Bohrlöchern wird ein 22 mm-Bolzen zunehmend unwirtschaftlicher, weil mehr und mehr Harz zum Füllen des Ringraumes benötigt wird. Ein Versuch zur Lösung dieses Problemens besteht darin, Bohreinrichtungen einzusetzen, die imstande sind, Bohrlöcher mit verhältnismäßig kleinen Durchmessern zu bohren. Auf diesem Wege gibt es jedoch ernsthafte Grenzen, wegen der weichen Bodenverhältnisse, die häufig in Kohlengruben anzutreffen sind. In erster Linie haben sich zwei Systeme entwickelt, von denen das erste besonders für solche Situationen geeignet ist, in denen es unmöglich ist, ein Bohrloch mit kleinem Durchmesser zu bohren. Das

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zweite Verfahren ist nur für Situationen, in denen Bohrlöcher mit großem Durchmesser in den Stein getrieben werden können. Bei dem ersten System, das im folgenden als partielles Verbindungssystem bezeichnet wird, wird eine relativ kurze Länge des Befestigungselementes am inneren Ende des Bohrloches mittels einer harzartigen Masse befestigt, die anfangs in einer oder mehreren brechbaren Hülsen enthalten ist» Die Hülsen werden vor dem Befestigungselement in das Bohrloch eingeführt. Die harzartige Masse bildet nach dem Aushärten einen Harzpfropfen. Das Befestigungselement wird mittels einer schweren Lagerplatte und einer Mutter von der Außenseite her gespannt..Normalerweise werden 15 % der Gesamtlänge des Befestigungselementes am inneren Ende mit dem Harz verbunden, während der übrige Teil des Befestigungselementes in dem Bohrloch frei bleibt. Bei dem zweiten System, das als Total-Verbindungssystem bezeichnet werden soll, wird der Ring zwischen dem Befestigungselement und dem Bohrloch vollständig mit der harzartigen Masse ausgefüllt, so daß die gesamte Länge des BefestIgungselementes voll eingebettet und gesichert ist. Für die meisten Anwendungen wird das zweite System bevorzugt, jedoch wird wegen der Schwierigkeit^ Bohrlöcher mit kleinen Durchmessern herzustellen, das erste System wohl häufiger angewandt, obwohl es technisch ungünstiger ist. Es wurden daher Versuche angestellt, rohrförmige Befestigungselemente anstelle einfacher bolzenartiger Befestigungselemente zu verwenden, so daß der Ringraum sogar in einem Bohrloch mit großem Durchmesser auf einem Minimum gehalten werden kann. Dieser Weg hat sich als technisch wertvoll erwiesen, jedoch bleiben die wirtschaftlichen Nachteile bestehen, die bei dieser

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Lösung darin bestehen, daß die Kosten eines rohrförmigen Befestigungselementes relativ hoch sind, verglichen mit denjenigen eines bolzenförmigen Befestigungselementes gleicher Tragfähigkeit.

Wenn der Bohrlochdurchmesser nicht mehr als 10 mm größer ist als der Durchmesser des Befestigungselementes, d.h. bei Verwendung des Total-Verbindungssystems, ist es im allgemeinen nicht notwendig, eine spezielle Verformung des Ankerendes des Befestigungselementes vorzusehen, um eine ausreichende Mischung der Inhalte der zerbrechbaren Röhren, die das Befestigungselement in dem Bohrloch halten sollen, herbeizuführen. Für solche Situationen, in denen nur Bohrlöcher mit relativ großen Durchmessern gebohrt werden können, so daß der Bohrlochdurchmesser mehr als 10 mm größer ist als der Durchmesser des Befestigungselementes, d.h. bei der Verwendung des partiellen Verbindungssystems, ist es notwendig, eine Deformierung des Ankerendes des Elementes vorzunehmen, um sicherzustellen, daß die miteinander reagierenden Bestandteile innerhalb der Hülsen ausreichend gemischt werden, wenn das Befestigungselement in Drehung versetzt wird. Die Befestigungselemente sind an ihren Verankerungsenden nach Art von Rtihrschaufeln ausgebildet, um eine ausreichende Mischung der miteinander reagierenden Komponenten der in der zerbrechbaren Hülse enthaltenen Harzmasse sicherzustellen. Bei anderen Arten bekannter Befestigungselemente wird die Mischung mittels einer gewundenen Schnecke oder einer einfachen "Schweineschwanz" -Verformung des Verankerungsendes des Befestigungselementes erreicht oder mittels einer geschmiedeten konischen Erweiterung des Verankerungsendes. Im alIge-

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meinen sind die im Handel erhältlichen Arten in der Lage, bei dem partiellen Verbindungssystem eine ausreichende Mischung und eine hinreichende Verankerung in der verfestigten harzartigen Masse unter günstigen Bedingungen zu bewirken. Sie haben jedoch einen Nachteil gemein, der darin besteht, daß das Ringraumvolumen, das von der Harzzusammensetzung gefüllt werden soll, relativ groß ist. Weiterhin ist es möglich, eines der Verankerungsenden bei irgendeinem der genannten Typen mit Ausnahme des geschmiedeten Konus, durch die Harzhiilse hindurchzustoßen, ohne daß sich ihre Inhalte hinreichend mischen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein Befestigungselement, wie beispielsweise ein Ankerbolzen, mit relativ kleinem Durchmesser in einem Bohrloch von relativ großem Durchmesser in einer V/eise angebracht werden kann, die zumindest einen der Vorteile des Total-Verbindungssystems bietet, während einer oder mehrere der genannten Nachteile des partiellen Verbindungssystems vermieden oder wenigstens gemildert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Reduzierung der zur Sicherung des Befestigungselementes in dem Bohrloch erforderlichen Harzmasse mindestens derjenige Teil des Befestigungselementes, der in dem Bohrloch gesichert werden soll, mit mindestens einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kragen versehen ist, der das Volumen des Ringraumes zwischen dem Befestigungselement und der Wand der Bohrloches verringert.

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Ein Befestigungselement zur Verwendung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gemäß weiterer Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Endbereich eines Schaftes wenigstens ein sich in Längsrichtung erstreckender Kragen angebracht ist.

Der Kragen kann lose an dem Schaft angebracht sein, so daß die Belastung bei einer Beanspruchung des mit dem Harz angebrachten Befestigungselementes auf das Ende des Eefestigungselementes übertragen wird. Alternativ kann der Kragen fest mit dem Schaft verbunden oder starr an diesem angebracht sein, so daß optimale Haltekräfte auf das Befestigungselement in Bereichen hoher Spannungskonzentration entlang der Spannlänge aufgebracht werden.

Der Kragen kann massiv oder hohl ausgebildet sein. Wenn er massiv ist, wird er vorzugsweise mittels einer am Schaft befestigten Scheibe in Position gehalten. Außerdem kann sich an dem einen Ende des Schaftes, d.h. dem Verankerungsende, eine freie Scheibe befinden, die mittels einer Mutter oder eines geeigneten Schaftkopfes festgelegt ist. Im Falle eines hohlen Kragens kann dieser an einem Ende geschlossen sein und lediglich eine Durchtrittsöffnung für den Schaft besitzen. Ein derartiger Kragen kann mittels einer Mutter und einer freien Scheibe, die mit einer innerhalb des hohlen Kragens im Anschluß an die Öffnung angeordneten Oewindeschelbe zusammenwirken, am Schaft positioniert sein.

Der Kragen kann aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus Holz, Metall, Mischungen auf Zement- oder Gipsbasis oder thermoplastischen oder wärmehärtenden Kunstharzen, z.B. Polyäthylen hoher Dichte.

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Der Kragen kann einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnittsbereich aufweisen. Um die Belastbarkeit des Befestigungselementes insbesondere in dem Fall zu erhöhen, in dem nur eine kurze Länge des Befestigungselementes von der harzartigen Mischung umgeben ist, ist der Kragenquerschnitt an dem dem Verankerungsende des Schaftes zugewandten Ende vorzugsweise geringer als am gegenüberliegenden Ende, so daß ein größerer Teil der Harzmischung in Kontakt mit der freien Scheiben oder dem geformten Schaftkopf kommt. Alternativ kann der Kragen konisch zum Verankerungsende des Schaftes verjüngt sein.

Der Schaft kann im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzen und beispielsweise als Stahlstab ausgebildet sein. In Situationen, in denen die Verwendung eines aus Metall bestehenden Schaftes nachteilig ist, kann es vorteilhaft sein, als Schaft einen Stab aus verstärktem Kunststoff, beispielsweise einen Stab aus mit Glasfaser verstärktem Polyesterharz anstelle eines Metallschaftes, beispielsweise aus Stahl, zu verwenden. Dies kann der Fall sein, wenn hohe Scherkräfte in Felsgestein in der Nähe von Kohleadern abgefangen werden müssen, wo die Verwendung eines Metallschaftes in dem Befestigungselement den Betrieb-einer Kohleschneidmaschine stören könnte. Der Schaft kann ferner aus Holz bestehen. In diesem Fall bestehen der oder die Kragen vorzugsweise aus verstärktem Kunststoff, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyesterharz. . -

Der Schaft kann einen nicht-kreisförmigen Querschnitt haben. So kann der Schaftquerschnitt beispielsweise dreieckig, quadratisch, hexagonal oder I-förmig sein.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 1st der Kragen einstückig mit dem Schaft hergestellt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kragen aus einem gießfähigen Kunstharz hergestellt und dem Sohaft angegossen wird, d.h. bis auf im wesentlichen die gesamte Länge des Schaftes oder auf mindestens die Länge des Verankerungsendes des Schaftes. Das Verankerungsende wird verformt oer mit einem Schraubgewinde versehen, um im Gebrauch eine hinreichende Kraftübertragung zwischen dem Schaft und dem Kragen zu gewährleisten. Die Außenfläche des gegossenen Harzkragens kann so geformt sein, daß eine maximale mechanische Verbindung zwischen dem Kragen und der zur Anbringung des Befestigungselementes in dem Bohrloch verwendeten Harzmasse entsteht. Weiterhin können der Kragen und das Verankerurigsende des Schaftes in gegenseitiger Abstimmung aufeinander so ausgebildet sein, daß der Eintritt des Befestigungselementes in die mindestens eine zerbrechbare Hülse, die zusammen mit dem Befestigungselement verwendet wird, erleichtert und damit die zum Einsetzen des Befestigungselementes erforderliche Stoßkraft verringert wird.

Der gegossene Harzkragen kann nicht nur mit einem Schaft von kreisförmigem Querschnitt, sondern mit Schäften von nicht-kreisförmigem Querschnitt verwendet w.erden_{ w4e sie zuvor schon erwähnt wurden. Im zuletzt genannten Fall umschließt der gegossene Harzkragen den Schaft nicht notwendigerweise vollständig.

Der integrale Kragen wird vorteilhaft aus einem ungesättigten Polyesterharz gegossen, das hergestellt wird durch Kondensation eines Polyols, z.B. eines GlykqJS|

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z.B. Propylenglykol, mit einer ungesättigten mehrbasischen Säure oder einem Säureanhydrit, z.B. Marieinsäureanhydrit, vorzugsweise einer gesättigten oder aromatischen Dikarbonsäure oder einem gesättigten oder aromatischen Dikarbonsäureanhydrit, z.B. Phthalicanhydrit, und Anlagerung eines ungesättigten polymerisierbaren Monomeren, z.B. Styrol, an das Produkt. Das Monomere kann in einer Menge von beispielsweise 25 bis 90 Gew.# des Kondensationsproduktes angelagert werden. Das Polyesterharz enthält normalerweise einen oder mehrere anorganische Füllstoffe, z.B. Siliciumdioxyd, Talkum, Schiefer, Plugasche oder Kalkstein, vorzugsweise in Pulverform, in einer Menge von beispielsweise bis zu 90 Gew.% des Gesamtharzes. Diese Polyesterharze werden mit einem Polymerisationskatalysator, z„B. 3enzoylperoxid, der vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.% des Harzes vorhanden ist, in Gegenwart eines Beschleunigers, z.B. Dimethyanilin, der im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.% des Harzes vorhanden ist, gehärtet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Befestigungselementen im Längsschnitt,

Fig. 9 his l4 zeigen Befestigungselemente mit der umgebenden Kunstharzmasse im Querschnitt,

Fig. 15 bis l8 zeigen Befestigungselemente mit der Kunststoffmasse im Längsschnitt, und .

Fiß. 19 zeigt eine Versuch.sanordnung zur Ermittlung der Festigkeit der Elnspaniiurjg eines BeffüJtigungsele- :nent es.

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In Fig. 1 ist im Teil-Längsschnitt der Endbereich eines Verankerungsbolzens dargestellt, der aus einem Stahlstab von 19 mm Durchmesser mit gewalztem Gewinde an einem Ende besteht, an dessen innerem Ende auf einer Länge von 250 mm ein ringförmiger Kragen aus Heiz mit einem Außendurchmesser von j56 mm befestigt ist. Der Kragen ist auf dem Ende des Bolzens mittels einer festen Scheibe, die an dem Stahlstab angeschweißt ist, positioniert, sowie mittels einer freien Scheibe und einer auf das Verankerungsende des Bolzens aufgeschraubten Mutter. Der Durchmesser der freien Scheibe beträgt 41 mm, und der Ankerbolzen ist fiir eine Bohrung mit einem Durchmesser von 43 mm konstruiert. Beim Gebrauch wird eine einzelne HarzhUlse, wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 1,127,913 beschrieben ist, vor dem Ankerbolzen in das Bohrloch eingeführt. Danach wird der Ankerbolzen eingesetzt und dazu benutzt, die Hülse bis zum Ende des Bohrloches vorzutreiben. In diesem Stadium wird der Ankerbolzen mit einer Geschwindigkeit zwischen 100 und 1000 U/min gedreht,um die zerbrechbare Hülse, die die Harzmasse enthält, aufzubrechen. Der Ankerbolzen wird dann bis zum Ende des Bohrloches vorgetrieben, während die Rotation fortgesetzt wird, so daß die Harzmasse intensiv gemischt und in dem Ringraum zwischen dem rohrförmigen Kragen aus Holz und der Wand des Bohrloches verschoben wird. Das Harz verfestigt sich schnell,und der Bolzen kann innerhalb von 4 Minuten nach dem Einsetzen in der beschriebenen Weise belastet werden. Es hat sich ergeben, daß es unmöglich ist, den Ankerbolzen manuell durch die Hülse zu drücken, ohne ihn gleichzeitig rotieren zu lassen, so daß keine Möglichkeit einer unbeabsichtigten Mischung der Harzmasse

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oder eines unbeabsichtigten Einsetzens eines Bolzens dieser Art besteht. Beim Aufbringen der Zugbelastung auf den mittleren Stahlstab wird die gesamte Last auf die Mutter am inneren Ende des Bolzens ausgeübt und über die freie Scheibe auf die ringförmige Hülse aus gehärteter Harzmasse übertragen. Auf diese Weise wird die eingespannte Länge des Bolzens am besten genutzt, weil tatsächlich die gesamte Last durch Druck vom rückwärtigen Ende des Bohrloches auf die anhaftende ringförmige Harzhülse übertragen wird.

Aus dem vorhergehenden ist klar, daß es mindestens im Falle kurzer Ankerbefestigungen vorteilhaft ist., sicherzustellen, daß eine ausreichende Lippe am inneren Ende des Bohrloches erhalten bleibt, so daß die durch die freie Scheibe übertragene Belastung über eine hinreichende Fläche aus gehärtetem Harz verteilt wird«, Zu diesem Zweck empfiehlt sich die Verwendung eines konischen Kragens, so daß eine maximale Füllung des Zwischenraumes zusammen mit einem maximalen Kontakt des die Last übertragenden Oberflächenbereiches zwischen der freien Scheibe und der Harzmasse erreicht wird. Ein geeignet geformter Kragen ist in Fig. 2 dargestellt. Er besteht aus einem im Spritzgußverfahren hergestellten kon-ischen Teil aus Polyäthylen hoher Dichte, das am Verankerungsende des Bolzens mittels einer in dem Gießteil angebrachten Gewindescheibe befestigt ist. Eine freie Scheibe und eine Mutter werden in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zur Sicherung des Kragens von der anderen Seite her verwendet. Beim Gebrauch eines derartigen Kragens kann man erreichen, daß das weitere Ende des . konischen Kragens in voller Berührung mit der Wand des Bohrloches steht, so daß der Ankerbolzen mittels eines

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konischen Zylinders aus gehärtetem Harz, der an seiner gesamten Außenfläche mit der Wand des Bohrloches in Berührung ist, in seiner Stellung verspannt ist. Wie bei der Aus fU hrungs form nach Fig. 1, wird die Belastung von der Mutter und der freien Scheibe am Ende des Bolzens getragen. Der den Zwischenraum füllende Kragen kann selbst relativ schwach ausgebildet sein, da er nur der beim Einschieben aufgebrachten Beanspruchung standhalten muß und nicht die später auf den Bolzen einwirkende Spannung überträgt. Dies liegt daran, daß die freie Scheibe das verjüngte Ende des Kragens seitlich überragt.

Eine andere Möglichkeit zur Bereitstellung einer ausreichenden Lagerfläche unterhalb der Verbindungsmutter und der Scheibe unter Beibehaltung einer maximalen Füllung des Zwischenraumes ist in Fig. 3 dargestellt. Der aus Holz bestehende Kragen hat einen Maximaldurchmesser von 41 mm, der sich zum inneren Ende hin auf 36 mm, z.B. stufenförmig,verkleinert. Der kleinere Bereich liegt unterhalb der die Last übertragenden Scheibe, die den kleineren Bereich seitlich überragt, und deren Rand etwa oberhalb des Randes des größeren Bereiches liegt.

Mit den bekannten Ankerbolzen nach Art von Rührschaufeln oder Schrauben war es bisher nötig, eine Serie von Bolzen in Anpassung an die Serie von Lochgrößen zu liefern, die im Bergbau und im Bauwesen gebohrt werden. Mit den erfindungsgemäßen Ankerbolzen, an deren die Belastung aufnehmendem Ende eine einfache Mutter mit Scheibe befestigt ist, ist es möglich, einen einfachen Schraubbolzen und eine Mutter zu liefern, wobei an der EinsatzsteHe ein den Zwischenraum füllender Kragen und eine Scheibe in

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Anpassung an den vorhandenen Lochdurchmesser befestigt wird. So können für einen 19 mm-Standardbolzen und eine entsprechende Mutter die folgenden Hülsen geliefert werden:

Lochgröße	LastScheibengröße	33 mm	Größe des
	I	41 mm ·	konischen Kragens
35 mm	48 mm	31/34 mm
43 mm	58 mm	^6/4l mm
50 mm	44/48 mm
60 mm	54/58 mm

Die vorliegende Erfindung kann auch angewandt werden, um die Vorteile einer vollen Harzbefestigung sogar bei Löchern mit großem Durchmesser zu erzielen. Ein geeigneter Kragen kann über seine gesamte Länge mit dem Bolzen verbunden sein, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Dies erlaubt eine nachfolgende volle Befestigung des Bolzens mit einer relativ kleinen Menge einer Harzmasse. Beispielsweise kann ein Stahlstab von 19 mm Durchmesser, der von einem angeklebten Kragen aus Holz von J>6 mm Außendurchmesser umgeben ist, in ein 43 mm-Bohrloch eingesetzt werden, wobei nur 15OO g der harzartigen Bindemasse verwendet werden, während eine gleichartige Verbindung eines Stabes von 19 mm Durchmesser von einem Kragen in demselben Bohrloch mehr als 4000 g der gleichen Harzmasse erfordern würde. Wenn man sicherstellt, daß der den Zwischenraum füllende Kragen hinreichend fest mit dem Stahlstab verbunden ist, ist es möglich, die erwähnten Vorteile der Harzverdübelung mit voller Säule zu erhalten, d.h. maximal auf streifenförmlge Schichtbetten eingegrenzte Haltekraft kombiniert mit einer kontrollierten Ausdehnung des Bolzens jenseits der Bruchstelle.

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Ein alternatives Verfahren, bei dem sichergestellt wird, daß die Haltekräfte räumlich relativ begrenzt sind, sei anhand von Fig. 6 der Zeichnungen erläutert. Die Bolzenstange ist voll mit Gewinde versehen, und eine Anzahl relativ kurzer Kragen ist entlang ihrer Länge an ihr befestigt. Zwischen jedem Kragenpaar ist eine Zugkräfte aufnehmende freie Scheibe und eine Mutter angeordnet, so daß der gesamte Bolzen effektiv in relativ kurze Längen unterteilt ist, von denen jede die maximale Haltekraft des Bolzens bei örtlich entstehenden Spannungen aufnehmen kann. Es ist auch möglich, ähnliche Elemente zu verwenden, bei denen das die Belastung aufnehmende Teil zwischen jedem Kragenpaar aus einer einzelnen Scheibe besteht, die an der mittleren glatten Bolzenstange entweder angeschweißt oder durch Umbördeln befestigt ist.

Anstelle der Befestigung des Kragens an dem Bolzen durch Verkleben kann der Kragen auf der Stange auch mittels einer angeschweißten Scheibe in Position gehalten v/erden oder, was noch besser ist, mittels einer Mutter und einer freien Scheibe, wie in Fig. 7 dargestellt. In diesem Fall wird die gleiche Harzersparnis bei unter bestimmten Umständen entsprechender Grundabstutzung erreicht. Eine starke örtliche Konzentrierung der Haltespannungen kann nicht erreicht werden, weil die Belastung bei einer Spannung des Bolzens an einer Stelle seiner Verbindungslänge an beiden Enden des Kragens wirksam auf die Mutter übertragen wird und die volle Elastizität der Bolzenlänge zum Aufhalten der Bodenbewegung aufgewandt wird. Unter gewissen Umständen kann dies einen Vorteil darstellen, insbesondere bei sehr v/eichem Boden, wo die von der anhaftenden Harzhülce hervorgerufene Lastverteilung den höheren örtlichen Spannungskonzentrationen

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eines Systems mit fester Verbindung überlegen sein kann. Man erkennt also, daS das grundlegende System der Verwendung eines Kragens nach der Erfindung entsprechend den jeweiligen Bodenverhältnissen mit einem hohen Grad an Flexibilität eingesetzt werden kann, um die jeweils beste Wirkung zu erzielen.

Fig. 8 zeigt im Längsschnitt ein Befestigungselement, welches einen Holzdübel mit einem Durchmesser von 30 mm aufweist. Dieser ist von einem aus glasfaserverstärktem Polyesterharz bestehenden Mantel umgeben, so daß das Befestigungselement insgesamt einen Durchmesser von J>6 mm hat und zum Einsetzen in ein 43 mm-Bohrloch geeig net ist.

Die Fig. 9 fcis 14 zeigen im horizontalen Querschnitt AusfUhrungsbeispiele erfindungsgemäßer Befestigungselemente, die jeweils einen integralen Gießharzkragen aufweisen^und bei denen der Schaft im Querschnitt nichtkreisförmig ist. Wie man aus den Fig. 9, 10, H ^{und 1}^ erkennt, umschließt der Kragen den Schaft nicht vollständig, wie dies bei den Fig. 13 und 14 der Fall ist.

In den Fig. 15, 16, 17 und 18 sind AusfUhrungsbeispiele von Befestigungselementen dargestellt, die mindestens im Bereich ihres Verankerungsendes mit Gießharzkragen versehen sind. Wie man aus den Fig. 16 und l8 ersieht, ist die Außenfläche des Gießharzkragens so geformt,, daß der mechanische Eingriff zxvischen dem Kragen und der zur Sicherung des Befestigungselementes in dem Bohrloch verwendeten Harzmasse verbessert ist. Die in den Fig. 17 und l8 dargestellten Kragen sind dem Verankerungsende des

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Befestigungselementes angepaßt, wodurch der Eintritt in eine in dem Bohrloch befindliche Harzpatrone erleichtert wird. Obwohl die erfindungsgemäßen Befestigungselemente in erster Linie zur Verwendung mit Mehrkomponenten-Patronen aus Massen auf Kunstharzbasis bestimmt sind, können sie ebenfalls mit vorgemischten organischen oder anorganischen Zementen verwendet v/erden, die entweder vor oder nach dem Einsetzen des Befestigungselementes in das Bohrloch injiziert vierden. In Verbindung mit diesen Befestigungselementen können auch Mehrfachkapseln, d.h. Kapseln mit mehreren Aufnahmeräumen, verwendet werden, die Massen auf der Basis von hydraulischem Zement oder Gips enthalten, der entweder allein oder in Mischung mit Kunstharzen zum Einsatz kommt.

Die folgenden Beispiele sollen der näheren Erläuterung der Erfindung dienen.

Beispiel 1

Ein Ankerbolzen ähnlich dem in Fig. 5 dargestellten Bolzen wurde auf folgende Art hergestellt:

Auf ein Ende eines Stahlstabes von 153 cm Länge und 19 mm Durchmesser wurde ein Gewinde mit einer Länge von 5 cm und auf das andere Ende ein Gewinde mit einer Länge von 10 cm aufgewalzt. Auf das Ende mit dem klirzeren Gewinde wurde eine freie Scheibe aufgesteckt, die mit einer Mutter befestigt wurde. Der Maximaldurchmesser der Scheibe betrug 4l mm. Dann wurden zwei Streifen aus halbrundem Holz hergestellt, von denen jeder 142 cm

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war und einen Durchmesser von J>€ ram hatte. Diese Streifen wurden mit einer halbkreisförmigen Längsnut von 20 mm Durchmesser versehen, so daß sich, wenn die Holzstreifen um den Stab herum verklemmt wurden, ein lose darüber passender Holzzylinder mit einem Gesamtdurchmesser von J>6 mm ergab. Die beiden genuteten Holzstreifen wurden dann an ihren Innenseiten mit einem gefüllten unsaturierten Polyesterharz-Kleber beschichtet und um den Stab herumgelegt, so daß der Holzzylinder nach dem Aushärten des Klebers fest mit dem Stahlstab verbunden war.

Dann wurden drei Betonklötze in der in Fig. 19 dargestellten V/eise eingesetzt. Die Klötze A und B hatten jeweils eine Länge von 6l cm und einen Durchmesser von 46 cm, und der Block C war 25 cm lang, bei einem Durchmesser von 15 cm. Die Klötze A und B hatten eine Stahlgitterarmierung und waren aus Beton mit einer Druckfestigkeit von 350 kp/cm gegossen. Dann wurde in der dargestellten Weise ein Mittelloch von 43 mm Durchmesser in die Klötze gebohrt. Schließlich wurden 2wei-Komponenten-Patronen der in der britischen Patentschrift 1,127,913 beschriebenen Art mit einem Gesamtgewicht von 1 kg in das Testbohrloch geschoben ,und schließlich wurde der oben beschriebene Ankerbolzen, mit einer Geschwindigkeit von 500 U/min rotierend, eingesetzt. Der Ankerbolzen wurde stetig bis zur vollen Tiefe des Bohrloches vorgeschoben und brach dabei die Harzpatrone. Deren Inhalte wurden gemischt und füllten den Ringraum zwischen dem Holzkragen und der Wand des Bohrloches mit dem sich ergebenden HarzgemlGch. Nach einstündigem Aushartem wurde ein Spannungtest durchgeführt, bei den der obere IUock von dem unteren Bloch mitU;Is zweier¹

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Hydraulikpressen abgedrückt und somit der Ankerbolzen gespannt wurde. Bis zu einem Punkt, bei dem der Mittelstab eine Last von etwa 11 Tonnen aufnahm, konnte keine Bewegung der beiden Klötze bemerkt werden. Nach Überschreiten dieses Punktes wurde der Mittelstab gedehnt und löste sich fortschreitend von dem ihn umgebenden Holzkragen. Bei einer weiteren Erhöhung der 3elastung wurde eine fortschreitende Dehnung des Mittelstabes in der für voll verbundene glatte Stahlbolzen charakteristischen Weise festgestellt. Die Gesamtdehnung betrug 17,8 cm bis zum endgültigen Dehnungsende, das bei einer Belastung von 2j5 Tonnen auftrat.

Beispiel 2

Der in Fig. 1 dargestellte Ankerbolzen wurde auf folgende Weise hergestellt.

Ein Stahlstab von 156 cm Länge und 19 mm Durchmesser wurde an einem Ende mit einem Gewinde von 5 cm Länge und am anderen Ende mit einem Gewinde von 10 cm versehen. In einer Entfernung von 28 cm von dem das kürzere Gewindestück tragenden Ende wurde eine Scheibe durch Heftschweißung befestigt. Dann wurde an dem Stab ein Holzzylinder mit einem Außendurchmesser von 36 mm und einem Mittelbohrloch von 21 mm Durchmesser sowie mit einer Länge von 25,4 cm befestigt, so daß er auf der angeschweißten Scheibe aufruhte. Dann wurde eine freie Scheibe und eine Mutter auf dem Ende des Stabes befestigt, so daß der Holzzylinder leicht gegen die Haltescheibo gedrückt wurde. Die freie Scheibe hatte

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einen Außendurchrnesser von 41 ram, so daß sie den Holzzylinder mit einem radialen Abstand von 2,5 mm überragte.

Dann wurde in einen Sandsteinfelsen ein 43 mm-Loch mit einer Tiefe von 152 cm gebohrt. Schließlich wurde eine einzige Harzpatrone von dem in der britischen Patentschrift 1,127,913 beschriebenen Typ mit einem Gewicht von 300 g in das Bohrloch eingesetzt und mit dem beschriebenen Ankerbolzen bis zum Lochende vorgeschoben. Der Bolzen wurde dann mit 500 U/min gedreht und durch die sich mischende Harzmasse gestoßen, bis er das Ende des Loches berührte. Auf diese Weise wurde die Harzmasse gründlich gemischt und vollständig in den Ringraum zwischen dem Holzzylinder und dem Bohrloch verteilt. Nach 15 Minuten wurde an das herausragende Ende des Bolzens eine Last unter Verwendung einer hydraulischen Hohlzylinder-Hubvorrichtung angesetzt. Der Bolzen versagte bei einer Belastung 18,5 Tonnen ohne merkliche Bewegung des Verankerungsendes.

Beispiel 3

Ein Stahlstab von 19,05 mm Durchmesser und 91,44 cm Länge wurde zur Bildung .eines Bolzens an jedem Ende auf einer Länge von 15,24 cm mit Gewinde versehen. Ein Kragen aus gefülltem ungesättigtem Polyesterharz wurde in einer Länge von 30,5 cm an einem Ende des Bolzens angegossen. Das gefüllte ungesättigte Polyesterharz war durch Zugabe von 30 Gew.% Styrol zu 70 Gew.% den Kondensationsproduktes von 2,2 Mol. Propylenglycol und einem Gemisch von 1 Mol. Pthytalic-Stahleaure-Anhydrät

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und 1 Mol. Maleinsäureanhydrit gebildet und mit 65 Gew.% eines 1:1-Gemisches von Flugasche und Kalkstein gefüllt worden.

Zur Härtung des Harzes wurden 0,25 Gew.% Dinethylanilin als Beschleuniger zugesetzt, während 2,0 Gew.% Benzolyperoxid unmittelbar vor dem Gießen im Harz dispergiert wurden. Der endgültige Durchmesser des eingeschlossenen Bolzenendes betrug 38 mm, und das Gewindeende des Bolzens war vollständig vom Harzkragen eingeschlossen. Der auf diese Weise hergestellte Verbundbolzen wurde dann in ein Bohrloch in Beton von 43 mm Durchmesser eingesetzt, wobei eine Harzpatrone verwendet wurde, die ein Gewicht von nur l4l,7 E hatte und in der in der britischen Patentschrift 1,127,913 beschriebenen Weise ausgebildet war. Nach einer Stunde wurde der Bolzen einer direkten Zugbelastung unterworfen. Eine Bewegung des Ankerbolzens war nicht feststellbar, und der Bolzen brach schließlich am nicht abgebundenen Gewindeende bei einer Belastung von 20 Tonnen.

Beispiel

Ein Stahlstab von 19 mm Durchmesser und 1,)8 ra Länge wurde zur Bildung eines Bolzens an jedem Ende auf einer Länge von 15»24 cm mit Gewinde versehen. Ein Harzkragen von 1,68 m Länge und 36 mm Außendurchmesser wurde von einem Ende so an den Bolzen ringego."-r;cn, daß ein 15,24 cm langes, mit Gewinde versehenes Ende des BoIsent; aus dem Kragen herausrapte. Der Kragen wurde aus einem gefüllten ungesättigten Polyesterharz gegossen, das mit dem in Beispiel 3 beschriebenen Polyesterharz identisch war,

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mit dem Unterschied, daß 7& Gew.% Kalksteinmehl (dessen Teilchen zu 85 % ein Sieb einer Maschenweite von 0,074 mm passif?rten) als einziger P¹UIlstoff verwendet wurde. Dieser Verbundbolzen wurde in ein Bohrloch von 43 mm Durchmesser eingesetzt, das in welchen Schiefer angrenzend an ein Kohleflöz gebohrt war, wobei drei Harzpatronen mit einem Gewicht von je 680 g verwendet wurden. Auf diese Weise wurde der Bolzen über seine gesamte eingeführte Länge im Bohrloch vollständig abgebunden, und nur 15>24 cm nicht abgebundenes Gewinde ragten aus der Gesteinsoberfläche heraus. Nach einer Härtezeit von 40 Minuten wurde das herausragende Gewinde einer Zugbelastung unterworfen,, die allmählich erhöht wurde. Bis zu einer Belastung von 11,5 Tonnen, die der Streckgrenze des Stahles entspricht, fand keine feststellbare Bewegung statt. Jenseits dieses Punktes trat eine allmähliche Dehnung des Stahlbolzens mit allmählich zunehmender Belastung ein. Der Bolzen brach schließlich am freiliegenden Gewindeende bei einer Belastung von 17,5 Tonnen nach-einer Dehnung des Bolzens von insgesamt l4 cm.

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Claims

Ansprüche

\.J Verfahren zum Befestigen eines länglichen Befestigungselementes in einem bezogen auf das Befestigungselement überdimensionierten Bohrloch, bei welchem eine in mindestens einer zerbrechbaren Hülse untergebrachte Harzmasse zur Sicherung des Befestigungselementes in dem Bohrloch in dieses eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der zur Sicherung des Befestigungselementes in dem Bohrloch erforderlichen Harzmasse mindestens derjenige Teil des Befestigungselementes, der in dem Bohrloch gesichert werden soll, mit mindestens einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kragen versehen wird,der das Volumen des Ringraumes zwischen dem Befestigungselement und der Wand des Bohrloches verringert. .
2. Befestigungselement zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Endbereich eines Schaftes wenigstens ein sich in Längsrichtung erstreckender Kragen angebracht 1st.
3. Befestigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen lose an dem Schaft befestigt 1st.

h. Befestigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ?.v.\ chnet, daß <\ev Kragen an dem Schaft befestigt oder unverrückbar an diesem angebracht 1st.

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5» Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen massiv ist.

6. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2_S 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet _s daß der Kragen hohl ist.

7. Befestigungselement nach·einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet ₅ daß der Kragen einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnittsbereich aufweist»

8» Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,, daß der Kragen in dem dem einen Ende des Schaftes zugewandten Bereich im Querschnitt verringert ist.

9. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet ₉ daß der Kragen sich zu dem einen Ende des Schaftes hin konisch verjüngt»

10. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

11. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2 bis dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft aus einem Stahlstab besteht.

12. Befestigungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft als Stab aus verstärktem Kunststoff ausgebildet ist«

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13· Befestigungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft aus einem Stab aus glasfaserverstärktem Polyesterharz besteht.

14. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft aus Holz und der Kragen aus verstärktem Kunststoff besteht.

15. Befestigungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen aus glasfaserverstärktem Polyesterharz besteht.

16. Befestigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen einstückig mit dem Schaft ausgebildet ist.

17. Befestigungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen dem Schaft aus gießfähigem Kunstharz angegossen,und daß der eine Endbereich des Schaftes zur Gewährleistung einer entsprechenden Kraftübertragung zwischen Schaft und Kragen verformt oder mit einem Schraubgewinde versehen ist.

lO. Befestigungselement nach einem Ansprüche 2 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft einen nichtkreisförmigen Querschnitt aufweist.

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