DE2948763A1 - Verfahren zur herstellung von durchbruechen in gestein und mauerwerk - Google Patents
Verfahren zur herstellung von durchbruechen in gestein und mauerwerkInfo
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Description
DR. BERG DlPL INGr"S1IAPF
DlPL-ING. SCHWABE^ PR. DR. SANDMAIR ^ Q . -„««
Anwaltsakte: 30 579 c $. Dez. 1979
HILTI AG
Fürstentum Liechtenstein
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Verfahren zur Herstellung von Durchbrüchen in Gestein und Mauerwerk
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HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN Fürstentum Liechtenstein
Verfahren zur Herstellung von Durchbrüchen in Gestein und Mauerwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Durchbrüchen in Gestein, Mauerwerk oder dergleichen unter
Erzeugen von Bohrlöchern und nachfolgendem Aufsprengen der Bohrlöcher mittels Keilen.
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Unter Durchbrüchen im vorerwähnten Sinne werden herzustellende Oeffnungen verstanden, deren Querschnitt so gross ist,
dass sie nicht mehr in einem einzigen Bohrvorgang erzeugt werden können. Solche Durchbrüche werden beispielsweise für
das nachträgliche Anordnen von Türen, Fenstern, Mannlöchern oder dergleichen bei bereits bestehendem Mauerwerk benötigt.
Zur Herstellung sind verschiedene Methoden bekannt, welche aber allesamt mit Nachteilen verbunden sind, wie beispielsweise
hoher Arbeits- und Materialaufwand. So ist zum Beispiel das Herausmeisseln selbst unter Verwendung eines
Meisselhammers eine höchst arbeitsintensive Angelegenheit. Auch das bekannte Bohren von Löchern entlang der Durchbruchskontur
mit anschliessendem Ausmeissein ist äusserst zeitaufwendig. Ein weiteres bekannt gewordenes Verfahren, welches
darin besteht, entlang der Durchbruchskontur relativ grosse Bohrlöcher anzuordnen, die danach mittels hydraulisch betätigten
Keilen aufgesprengt werden, ist mit einem hohen Materialaufwand verbunden. Ausserdem hat es sich gezeigt,
dass bei diesem Verfahren beim Aufsprengen der Bohrlöcher die Risse relativ unkontrolliert verlaufen, so dass der
Durchbruch unter Umständen ganz erheblich vom gewünschten Profil abweichen kann.
Weitere Verfahren, wie Mauerfräsen und dergleichen, sind ebenfalls höchst materialaufwendig. Ausserdem wirken sich
bei solchen, teuere Werkzeuge benötigenden Verfahren, die rauhen Betriebsbedingungen samt der ebenfalls in Betracht zu
ziehenden Durchtrennung von allfällig vorhandenen Armierungen nachteilig aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung von Durchbrüchen gemäss
vorgegebener Kontur unter geringstem Material- und Arbeitsaufwand ermöglicht.
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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
zunächst ein gegenüber dem vorgesehenen Durchbruch kleinerer Durchbruch hergestellt wird, derart, dass ausgerichtet auf
das Zentrum des kleineren Durchbruches unter einem Winkel von 20 bis 40 Grad geneigte Bohrlöcher entlang der den
kleineren Durchbruch beschreibenden Kontur erzeugt werden, die Bohrlöcher mittels Keilen aufgesprengt werden und der so
erhaltene kleinere Durchbruch durch Erzeugen von parallel zur Flächennormalen verlaufenden Bohrlöchern unter anschliessendem
Aufsprengen dieser Bohrlöcher mittels Keilen auf den vorgesehenen Durchbruch erweitert wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Mauerwerk oder Gestein Zugspannungen nicht verträgt, so dass dieses am
einfachsten durch Einleiten solcher Zugspannungen abgebaut werden kann. Das Verfahren ist einfach durchzuführen, wenn
das Material in einer Richtung ausweichen kann, beispielsweise, wenn eine Oeffnung oder ein Durchbruch bereits vorhanden
ist und dieser nur noch erweitert werden muss. Dagegen ist die Sache problematisch, wenn der Durchbruch aus dem
vollen Mauerwerk oder Gestein heraus herzustellen ist.
Gemäss vorliegender Erfindung wird dies dadurch gelöst, dass
die erforderlichen Zugspannungen in einem Volumen unter Einleitung von Druckkräften in ein Teilvolumen erzeugt
v/erden. Für ein solches Teilvolumen steht nur ein Freiheitsgrad zur Verfügung, nämlich die Oberfläche des Mauerwerks
oder Gesteins. Dies heisst, dass das Teilvolumen zur Erzeugung der Zugspannungen nur in Richtung Oberfläche ausweichen
kann.
Unter Berücksichtigung obiger Erkenntnis schlägt die Erfindung vor, zunächst einen kleineren Durchbruch herzustellen,
derart, dass geneigt verlaufende Bohrungen durch Eintreiben von Keilen aufgesprengt werden. Die durch das Aufsprengen
der Bohrungen mittels den Keilen erzeugten Zugspannungen
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bewirken ein Ausweichen des Teilvolumens gegen die Oberfläche hin. Der so zunächst hergestellte kleinere Durchbruch
weist demzufolge einen sich zur Oberfläche hin erweiternden Querschnitt auf. Die Kontur dieses kleineren Durchbruches
kann beliebig verlaufen, ist aber zweckmässigerweise etwa auf die Endkontur des vorgesehenen schlussendlichen Durchbruches
abgestimmt. Ist der schlussendliche Durchbruch beispielsweise kreisförmig, können die Bohrungen für den
kleineren Durchbruch ebenfalls auf einem Kreis angeordnet sein, so dass der kleinere Durchbruch die Form eines sich
zur Oberfläche hin erweiternden Kegels erhält. Handelt es sich dagegen beim schlussendlichen Durchbruch beispielsweise
um eine Türe, hat der kleinere Durchbruch zweckmässigerweise die Form eines sich zur Oberfläche hin erweiternden Prismas.
Die nach Herstellung des kleineren Durchbruches erforderliche Erweiterung auf den schlussendlich vorgesehenen Durchbruch
erfolgt derart, dass weitere Bohrungen erzeugt und aufgesprengt werden, so dass der Durchbruch schrittweise auf
seine endgültige Form erweitert wird. Nachdem, dank des zunächst hergestellten kleineren Durchbruches, ein weiterer
Freiheitsgrad für die Einleitung der Zugspannungen zur Verfügung steht, können die nachfolgenden Bohrungen rechtwinklig
zur Mauerwerksoberfläche bzw parallel zur Flächennormalen hergestellt werden. Die Anzahl der Einzelschritte
bis zur schlussendlichen Kontur des vorgesehenen Durchbruches ist abhängig von verschiedenen Einflussfaktoren, wie
beispielsweise Härte des Mauerwerks oder Gesteins, Körnung, Schichtenverlauf, Armierungen, Stärke und dergleichen. Von
denselben Faktoren ist auch die Wahl des Abstandes zwischen den einzelnen Bohrlöchern abhängig, wobei die Erfahrung
gezeigt hat, dass der Abstand vorzugsweise dem 5- bis 20-fachen des Durchmessers der Bohrlöcher entspricht.
Die Grosse des zunächst herzustellenden kleinen Durchbruches
richtet sich insbesondere nach der Stärke des Mauerwerkes. Es gilt hier die Regel, dass unter Berücksichtigung der
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Neigung sich die einzelnen Bohrungen bis zum Austreten auf der Rückseite gerade noch nicht kreuzen. Dadurch ist gewährleistet,
dass der kleinere Durchbruch bis zur Rückseite des Mauerwerkes reicht.
Sowohl bei der Herstellung des kleinen Durchbruches als auch bei allen sich daran anschliessenden Einzelschritten ist zu
beachten, dass die Lenkung des für den Abbau eines Teilvolumens erforderlichen Bruches durch ein Spannungsfeld erfolgt.
Dieses Spannungsfeld wird durch alternierendes Eintreiben aller an einem Teilvolumen beteiligter Keile erzeugt, wobei
dies in einigen Fällen bis zu zehn Eintreibetappen pro Keil führen kann.
Als Mittel zur Durchführung des Verfahrens werden an sich bekannte Keile mit geringfügigen Modifikationen verwendet.
Der Keil selbst besteht vorzugsweise aus einem Keilbereich, welcher zweischneidig als Flachkeil ausgebildet ist, wobei
sich am erweiterten Ende vorzugsweise ein Schlagdöpper in Form eines zapfenförmigen Ansatzes anschliesst. Dem Keil
zugeordnet sind zwei Halbschalen, welche Führungsbahnen entsprechend dem Keilbereich aufweisen. Durch die Flachkeilausbildung
mit den dazugehörigen Halbschalen ist eine ungehinderte Aufsprengwirkung beim Eintreiben des Keiles in
die Halbschalen gegeben. Der bevorzugte Winkelbereich liegt bei 2 bis 5 Grad für den gesamten Keilwinkel. Zur Herabsetzung
der Reibung zwischen Keil und Halbschalen findet zweckmässxgerweise ein beispielsweise von Reibradgetrieben
her bekanntes Schmiermittel Anwendung. Dadurch werden lokale Verschweissungen an den Keilflächen vermieden.
Gemäss vorgeschlagenem Verfahren sind Bohrlöcher und Sprengmittel derart aufeinander abgestimmt, dass sich die Spreizschalen
in zusammengefügtem Zustand gerade in die Bohrlöcher einsetzen lassen. In die sich zu einer rechteckförmigen, zur
Tiefe hin verengenden Aussparung zusammenfügenden Führungsbahnen der Spreizschalen, ist zum Aufsprengen der Bohrlöcher
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der Keil einzutreiben. Die Spreizschalen werden dadurch in einer definierten Richtung auseinandergetrieben. Es ist
somit möglich, die im Mauerwerk oder Gestein zu erzeugenden Zugspannungen richtig zu lenken, das heisst den zur Verfügung
stehenden Freiheitsgrad optimal auszunutzen. Im einzelnen heisst dies, dass bei einer geraden Bruchkante die
Teilungsebene der Spreizschalen dazu parallel verläuft, bzw bei einem runden Durchbruch die Ebene tangential steht.
An sich kann die Kraft zum Eintreiben der Keile in die in den Bohrlöchern angeordneten Spreizschalen beliebig aufgebracht
werden. Nachdem zur Erzeugung der Bohrlöcher aber ohnehin ein Bohrhammer zur Verfügung stehen muss, bietet
sich die Schlagenergie dieser Bohrhämmer auch dazu an. Zu diesem Zweck wird ein Eintreibwerkzeug vorgeschlagen, welches
mit dem einen Ende in die Aufnahme der Bohrhämmer einsetzbar ist und dessen anderes Ende zur Aufnahme des
Schlagdöppers des Keiles ausgebildet ist. Das für die Aufnahme in den Bohrhämmern ausgebildete Ende weist demnach ein
dem jeweiligen Bohrhammer entsprechendes Einsteckende analog der in diesem Bohrhammer zur Anwendung gelangenden Bohrer
auf. Ist der Bohrhammer zur umschaltung auf die Funktion Meissein ohne Bohren ausgelegt, wird mit Vorteil dieser
Komfort ausgenutzt. Steht kein diesbezüglicher Bohrhammer zur Verfügung, kann dieser trotzdem verwendet werden, indem
zwischen Eintreibwerkzeug und zapfenförmigem Döpper des Keiles eine relative Drehbewegung erfolgt.
Sowohl Keil als auch Spreizschalen sind beliebig oft verwendbar. Nachdem das Verfahren aber so abläuft, dass alle zu
einem durchzubrechenden Teilvolumen gehörenden Bohrungen erzeugt und zur gleichen Zeit mit Spreizschalen und Keilen
versehen werden müssen, um den Abbau des Teilvolumens als Gesamtes zu ermöglichen, empfiehlt es sich, eine ausreichende
Anzahl an Keilen und Spreizschalen zur Verfügung zu stellen,nachdem diese immer erst nach vollständigem Abbau
des Teilvolumens wieder freigegeben werden.
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Es hat sich ferner gezeigt, dass vorhandenes Armierungseisen im auszubrechenden Mauerwerk oder Gestein den Ablauf des
Verfahrens kaum beeinflusst. Entweder wird das Armierungseisen beim Aufsprengen der Bohrlöcher ebenfalls durchgetrennt
oder es wird vollkommen kahlgelegt, so dass es mit herkömmlichen Mitteln, wie Zangen, Schneidbrennern oder
dergleichen endgültig durchgetrennt werden kann. Das Armierungseisen kann sich allenfalls beim Erzeugen der Bohrlöcher
in an sich bekannter Weise hindernd auswirken. Da beim vorliegenden Verfahren die Anordnung der Bohrlöcher nicht
genauen masslichen Bestimmungen unterworfen ist, besteht die Möglichkeit, durch Anordnen einer leicht versetzten Bohrung
dem Hindernis auszuweichen.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar
zeigen:
Fig. 1 ein Mauerwerksteil mit bereits erzeugten Bohrlöchern für den kleineren Durchbruch, samt
vorgesehenen Bohrlöchern für die Erweiterung auf den schlussendlichen quadratischen
Durchbruch,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 ein Mauerwerksteil mit bereits erzeugten Bohrlöchern für den kleineren Durchbruch, samt
vorgesehenen Bohrlöchern für die Erweiterung auf einen Türdurchbruch,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 gemäss Erfindung vorgesehene Spreizschalen,
Fig. 6 die Spreizschalen der Fig. 5 in Draufsicht,
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Fig. 7 einen gemäss Erfindung vorgesehenen Keil, Fig. 8 eine Draufsicht auf den Keil gemäss Fig. 7,
Fig. 9 ein für den Keil gemäss Fig. 7 geeignetes Eintreibwerkzeug eines Bohrhammers.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Herstellungsphase unterschiedlicher
Durchbrüche. Während es sich bei den Figuren und 2 um einen schlussendlichen quadratischen Durchbruch
handelt, ist die Form des schlussendlichen Durchbruches gemäss den Figuren 3 und 4 rechteckig, das heisst insbesondere
als Türdurchbruch vorgesehen. In beiden Fällen sind die Bohrlöcher für den zunächst herzustellenden kleineren
Durchbruch bereits erzeugt. Wie gemäss Erfindungsmeldung vorgeschlagen, verlaufen diese Bohrlöcher unter einem Winkel
von 20 bis 40 Grad gegen das Zentrum des kleineren Durchbruches.
Im Falle der Figuren 1 und 2 liegen die geneigten Bohrlöcher 1 für den zunächst herzustellenden kleineren Durchbruch auf
einem Kreis. Damit umschliessen diese Bohrlöcher 1 einen Kegel beziehungsweise einen Kegelstumpf. Durch Aufsprengen
dieser Bohrlöcher 1 in erfindungsgemäss vorgeschlagener
Weise, wird der insbesondere in Fig. 2 deutlich ersichtliche Kegel senkrecht zur Oberfläche des Mauerwerks 2 hin herausgehoben,
so dass schlussendlich im Mauerwerk 2 ein kegelförmiger Durchbruch vorhanden ist. Im Anschluss daran werden
weitere parallel zur Flächennormalen des Mauerwerks 2 verlaufende Bohrlöcher hergestellt, die in Fig. 1 andeutungsweise
mit 3 bezeichnet sind. Unter Aufsprengen der Bohrlöcher 3, wiederum in erfindungsgemässsem Sinne, wird der
Durchbruch erweitert. Durch Aufsprengen weiterer, entlang der Kontur des schlussendlichen Durchbruches angebrachter
Bohrlöcher erfolgt eine Erweiterung auf den vorgesehenen Durchbruch. In Fig. 1 sind diese weiteren Bohrlöcher mit 4
bezeichnet.
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In vorerwähntem Sinne erfolgt auch die Herstellung des Türdurchbruches gemäss den Figuren 3 und 4. Ein Unterschied
gegenüber den Figuren 1 und 2 besteht nur darin, dass der zunächst hergestellte kleinere Durchbruch beispielshaft die
Form eines Prismas hat. Die das diesbezügliche Prisma beschreibenden Bohrlöcher sind in den beiden Figuren mit 5
bezeichnet. Analog dem vorerwähnten Kegel lässt sich auch das Prisma gemäss den Figuren 3 und 4 durch Aufsprengen der
Bohrlöcher 5 senkrecht zur Oberfläche des Mauerwerkes 6 hin heraustrennen. Die Erweiterung auf den schlussendlich vorgesehenen
Türdurchbruch erfolgt wiederum durch Herstellen und nachfolgendes Aufsprengen weiterer Bohrlöcher, welche
gemäss der Fig. 3 mit 7 und 8 bezeichnet sind, wobei die Bohrlöcher 8 die Kontur des Türdurchbruches beschreiben.
Selbstverständlich ist auch hier die Form des kleineren Durchbruches nicht festen Bedingungen unterworfen. Es ist
damit auch eine erhebliche Abweichung vom vorgeschlagenen Prisma möglich.
Die vorstehende Herstellung der Durchbrüche in drei Etappen
ist nur beispielshaft gewählt. Die tatsächlich Anwendung
findenden Etappen richten sich, wie eingangs erwähnt, nach verschiedenen Faktoren, wie insbesondere auch der Grosse des
schlussendlich herzustellenden Durchbruches. Beim Aufsprengen der Bohrlöcher ist an besonderen Massnahmen insbesondere
darauf zu achten, dass alle an einem Teilvolumen beteiligten Bohrlöcher alternierend aufgesprengt werden. Es erfolgt
dadurch ein gesamthaftes Abbauen des Materials nach Teilvolumen
innerhalb der jeweiligen Herstellungsetappe.
Zur Erzeugung einer sauberen Bruchkante, entlang der Kontur des schlussendlich herzustellenden Durchbruches, ist es ohne
weiteres möglich, das Mauerwerk oder Gestein unter Herstel-^
lung einer die Kontur kennzeichnenden Nut vorzubehandeln. Eine solche Nut kann beispielsweise mittels einem Meissel-
oder Fräsvorgang erfolgen.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen gemäss Erfindung vorgeschlagene
Spreizschalen 9, 10. Als Tiefenbegrenzung weisen die Spreizschalen 9, 10 je einen Bund 11, 12 auf. Ferner weisen die
Spreizschalen 9, 10 Führungsbahnen 13, 14 auf, welche sich bei dem gemäss den Figuren 5 und 6 gezeigten zusammengefügten
Zustand der Spreizschalen 9, 10 zu einem sich verengenden Rechteckprofil ergänzen. Dieses Rechteckprofil dient der
Aufnahme des eigentlichen Keiles, wie er gemäss den Figuren 7 und 8 dargestellt und insgesamt mit 15 bezeichnet ist. Wie
die beiden Figuren zeigen, besteht dieser Keil aus einem als Flachkeil ausgebildeten Keilbereich 15a sowie einem am
erweiterten Ende daran anschliessenden Schlagdöpper 15b. Die Ausbildung des Keilbereiches 15a als Flachkeil schafft den
Vorteil einer definierten Ausweitung in vorbestimmten Richtungen.
Aus Fig. 9 ist ein insgesamt mit 16 bezeichnetes Eintreibwerkzeug ersichtlich. Dieses Eintreibwerkzeug 16 ist zur
Aufnahme in einem handelsüblichen Bohrhammer bestimmt. Zu diesem Zwecke ist der Schaft 16b auf den jeweils Anwendung
findenden Bohrhammer abgestimmt, das heisst es ist analog der in diesem Bohrhammer Anwendung findenden Bohrer mit
Mitteln für die axiale .Halterung versehen. Zu diesem Zwecke ist das dargestellte Werkzeug am Schaft beispielsweise mit
einer Nut 16c versehen, welche der Aufnahme entsprechender Verriegelungselemente des Anwendung findenden Bohrhammers
dient. Das dem Schaft 16b abgewandte Ende des Werkzeuges weist eine Aufnahme 16d für den Schlagdöpper 15b des Keiles
15 auf. Mit Vorteil ist zwischen Keil 15 und Eintreibwerkzeug 16 keine drehschlüssige Verbindung vorhanden, so dass
allfällige innerhalb des Anwendung findenden Bohrhammers nicht abschaltbare Drehbewegungen an dieser Stelle eleminiert
werden.
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Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Durchbrüchen in Gestein,
Mauerwerk oder dergleichen, unter Erzeugen von Bohrlöchern und nachfolgendem Aufsprengen der Bohrlöcher
mittels Keilen, dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst ein gegenüber dem vorgesehenen Durchbruch ein kleinerer Durchbruch hergestellt wird
derart, dass ausgerichtet auf das Zentrum des kleineren Durchbruches unter einem Winkel von 20 bis 40 Grad geneigte
Bohrlöcher (1, 5) entlang der den kleineren Durchbruch beschreibenden Kontur erzeugt werden, die
Bohrlöcher (1, 5) mittels Keilen (15) aufgesprengt werden und der so erhaltene kleinere Durchbruch durch
Erzeugen von parallel zur Flächennormalen verlaufenden Bohrlöchern (3, 4, 7, 8) unter anschliessendem Aufsprengen
dieser Bohrlöcher (3, 4, 7, 8) mittels Keilen (15) auf den vorgesehenen Durchbruch erweitert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des zunächst hergestellten kleineren Durchbruches
kreisförmig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des zunächst hergestellten kleineren Durchbruches
mehreckig ist.
4. Sprengmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet, durch einen Keil
(15) mit Spreizschalen (9, 10).
5. Sprengmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (15) einen als Flachkeil ausgebildeten
Keilbereich (15a) und einen sich am erweiterten Ende daran anschliessenden Schlagdöpper (15b) aufweist.
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6. Sprengmittel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Keil (15) einen Keilwinkel 2 bis 5 Grad, vorzugsweise 3 Grad, aufweist.
7. Sprengmittel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizschalen (9, 10) der
Kontur des Keiles (15) entsprechende Führungsbahnen
(13, 14) aufweisen.
Kontur des Keiles (15) entsprechende Führungsbahnen
(13, 14) aufweisen.
8. Sprengmittel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagdöpper (15b) des Keiles
(15) zur Aufnahme in einem Eintreibwerkzeug (16) eines Bohrhammers vorgesehen ist.
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Title |
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