EP2087203B1

EP2087203B1 - Verbesserter gleitanker

Info

Publication number: EP2087203B1
Application number: EP07819726A
Authority: EP
Inventors: Michael Meidl
Original assignee: Atlas Copco Mai GmbH
Current assignee: Atlas Copco Mai GmbH
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: SI2087203T1; DE502007002647D1; HK1131649A1; IL197263A0; ES2328663T1; DK2087203T3; IL197263A; JP4741703B2; WO2008055696A1; BRPI0716667A2; US20090269159A1; CL2007003140A1; CY2200166T2; PE20081143A1; AU2007316905B2; ES2328663T3; PT2087203E; ATE455235T1; RS51267B; EP2087203A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitanker zum Einführen in eine Bohrung, wobei der Gleitanker einen Ankerstab aufweist, auf dem ein Gleitsteuerelement mit einer Durchgangsöffnung angeordnet ist, durch die sich der Ankerstab erstreckt, und wobei das Gleitsteuerelement einen Gleitkörperkäfig mit wenigstens einer Ausnehmung zur Aufnahme eines in Kontakt mit der Mantelfläche des Ankerstabes stehenden Gleitkörpers umfasst. Ein solcher Gleitanker ist aus der WO 2006/034208 A1 bekannt.
Gleitanker gehören zur Gruppe der sogenannten Gebirgsanker. Gebirgsanker werden im Berg-, Tunnel- und Spezialtiefbau dazu verwendet, die Wand eines Stollens oder Tunnels zu stabilisieren. Hierzu wird vom Stollen oder Tunnel aus eine Bohrung in das Gestein getrieben, deren Länge üblicherweise zwischen zwei und zwölf Metern beträgt. In diese Bohrung wird dann ein Gebirgsanker entsprechender Länge eingeführt, dessen Endbereich mittels Mörtel, mit speziellen Kunstharzklebstoffen oder durch mechanisches Verspreizen in der Bohrung dauerhaft befestigt wird. Auf das aus der Bohrung herausstehende Ende des Ankers wird normalerweise eine Ankerplatte gesteckt, die mit einer Mutter gegen die Wand des Stollens oder Tunnels gespannt wird. Auf diese Weise können Belastungen, die im Bereich der Stollen- oder Tunnelwandung wirken, in tiefere Gesteinsschichten eingeleitet werden. Anders ausgedrückt werden mit Hilfe solcher Gebirgsanker wandungsfernere Gesteinsschichten zur Lastübertragung herangezogen, um die Gefahr eines Einsturzes des Stollens oder Tunnels zu minimieren.
Herkömmliche Gebirgsanker können eine ihrer konstruktiven Auslegung entsprechende maximale Last übertragen und reißen bei Überschreiten dieser Last (sog. Bruchlast). Um ein solches, beispielsweise durch Gesteinsverschiebungen ausgelöstes Totalversagen eines gesetzten Gebirgsankers möglichst zu vermeiden, sind sogenannte Gleitanker entwickelt worden, die bei Überschreiten einer vorbestimmen Belastung definiert nachgeben, d.h. die ihre Länge in gewissen Grenzen vergrößern können, um eine im Gestein wirkende Spannung auf ein Maß abzubauen, das von dem Anker noch übertragen werden kann. Bei solchen Gleitankern ist es wünschenswert, dass die Kraft, bei der der Gleitanker definiert nachgibt, möglichst genau eingestellt werden kann und auch während des Nachgebens möglichst wenig schwankt, um zum einen eine exakte konstruktive Auslegung des Gebirgsankers zu ermöglichen und zum anderen ein möglichst gut vorhersagbares Verhalten im Betrieb realisieren zu können. Auch soll die sogenannte Losbrechkraft, also die Kraft, ab deren Überschreiten der Gleitanker definiert nachgibt, wiederholgenau sein, damit sich die Belastung des Gleitankers während verschiedener, zeitlich auseinander liegender Phasen eines solchen definierten Nachgebens nicht unkontrolliert ändert.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, einen in dieser Hinsicht verbesserten Gleitanker bereitzustellen. Ausgehend von dem eingangs genannten, bekannten Gleitanker ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede Ausnehmung zur Aufnahme eines Gleitkörpers im Gleitkörperkäfig tangential zur Mantelfläche des Ankerstabes angeordnet ist, dass ferner die Mantelhüllfläche jeder Ausnehmung ein vordefiniertes Maß in den freien Querschnitt der Durchgangsöffnung ragt, und dass schließlich jeder Gleitkörper den Querschnitt der ihm zugeordneten Ausnehmung ausfüllt. Mit dem Begriff "tangential zur Mantelfläche des Ankerstabes" ist vorliegend keine exakte Tangentialität im mathematischen Sinne gemeint, bei der die Mantelhüllfläche der Ausnehmung lediglich die Mantelfläche des Ankerstabes tangieren würde, sondern es ist eine im Wesentlichen tangentiale Anordnung der zur Aufnahme von Gleitkörpern bestimmten Ausnehmungen bezüglich der Mantelfläche des Ankerstabes gemeint, bei der die Mittellängsachse jeder Ausnehmung windschief zur Mittellängsachse des Ankerstabes angeordnet ist, wobei in einer Projektion der Mittellängsachse des Ankerstabes und der Mittellängsachse einer beliebigen Ausnehmung zur Aufnahme eines Gleitkörpers diese beiden Achsen orthogonal zueinander sein können, aber nicht müssen. Die Mittellängsachse einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Gleitkörpers kann demnach in einer Ebene liegen, die die Mittellängsachse des Ankerstabes im rechten Winkel schneidet (dann sind die in Rede stehenden Achsen in der beschriebenen Projektion orthogonal zueinander), sie kann aber auch in einer zur Mittellängsachse des Ankerstabes schrägen Ebene liegen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Gleitankers hat eine Reihe von Vorteilen. Indem die Mantelhüllfläche jeder zur Aufnahme eines Gleitkörpers vorgesehenen Ausnehmung im Gleitkörperkäfig ein vordefiniertes Maß in den freien Querschnitt der Durchgangsöffnung des Gleitsteuerelementes ragt, kann mit Hilfe dieses Maßes die Klemmkraft, mit der der oder die Gleitkörper den sich durch die Durchgangsöffnung erstreckenden Ankerstab festhalten, sehr genau voreingestellt werden. Des Weiteren ist diese einmal eingestellte Klemmkraft nach einem einmaligen Anlaufvorgang auch wiederholgenau erzielbar, denn jeder Gleitkörper füllt bis auf übliche Toleranzen den Querschnitt der ihm zugeordneten Ausnehmung aus, so dass sich das vordefinierte Maß, mit dem jeder Gleitkörper in den freien Querschnitt der Durchgangsöffnung ragt, im Betrieb des Gleitankers nicht ändert, insbesondere auch dann nicht, wenn es im Betrieb zu mehreren zeitlich getrennten Gleitphasen des Ankerstabes kommt. Schließlich ist die Kraftübertragung zwischen dem gegebenenfalls gleitenden Ankerstab und dem Gleitsteuerelement vorteilhaft gelöst, da es aufgrund der den Querschnitt der Ausnehmungen ausfüllenden Gleitkörper zu keiner Materialverformung an den Gleitkörpern und am Gleitkörperkäfig kommt, sondern nur am Ankerstab. Voraussetzung hierfür ist natürlich, dass - wie bereits beim zitierten Stand der Technik - die Materialhärte der Gleitkörper größer ist als die des Ankerstabes.
Weitere Einflussgrößen, mit denen sich die der Klemm- bzw. Losbrechkraft beeinflussen lässt, sind die Form des bzw. der Gleitkörper und des Gleitkörperkäfigs, die Anzahl der Gleitkörper, die Art ihrer in Berührung mit dem Ankerstab stehenden Oberfläche, die Materialpaarungen zwischen Gleitkörper und Ankerstab sowie zwischen Gleitkörper und Gleitkörperkäfig, sowie die Form und Art der Oberfläche des Ankerstabes.
Grundsätzlich funktioniert der erfindungsgemäße Gleitanker bereits mit einer Ausnehmung und einem darin angeordneten Gleitkörper. Vorzugsweise sind in dem Gleitkörperkäfig jedoch mehrere Ausnehmungen angeordnet, die mit Vorteil um den Umfang des Ankerstabes herum verteilt angeordnet sind, insbesondere gleichmäßig um den Umfang herum verteilt. Mittels mehrerer Ausnehmungen und entsprechend mehrerer Gleitkörper lässt sich die gewünschte Losbrechkraft noch exakter einstellen, zudem können mit mehreren Ausnehmungen und darin angeordneten Gleitkörpern auf einfache Weise höhere Klemm- bzw. Losbrechkräfte realisiert werden. Eine gleichmäßige Verteilung der Ausnehmungen und Gleitkörper um den Umfang des Ankerstabes herum verteilt die auf den Ankerstab wirkenden Belastungen gleichmäßiger.
Jede der mehreren Ausnehmungen kann im Gleitkörperkäfig auf einem unterschiedlichen Niveau angeordnet sein, d.h. in einer jeweils eigenen Querschnittsebene des Gleitkörperkäfigs. Zur Erzielung einer kompakteren Bauweise des Gleitsteuerelements sind jedoch vorzugsweise mehrere Ausnehmungen in einer Querschnittsebene des Gleitkörperkäfigs angeordnet. Die Anzahl der in einer Querschnittsebene möglichen Ausnehmungen hängt von der Dimension der Ausnehmungen und der Dimension des Gleitkörperkäfigs ab. Bei einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gleitankers sind drei Ausnehmungen in einer Querschnittsebene angeordnet, jedoch können es bei einem größer dimensionierten Gleitanker mit entsprechend größerem Gleitsteuerelement auch mehr als drei solcher Ausnehmungen sein. Ferner sind vorzugsweise, ebenfalls unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer kompakten Bauweise und gleichmäßigen Lastverteilung, mehrere Ausnehmungen gruppenweise in verschiedenen Querschnittsebenen des Gleitkörperkäfigs angeordnet. Eine solche Ausgestaltung wird vorzugsweise dann gewählt, wenn die räumlichen Verhältnisse eine Anordnung der gewünschten Zahl von Ausnehmungen in einer Querschnittsebene nicht zulassen. Beispielsweise sind bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitankers jeweils drei Ausnehmungen in zwei unterschiedlichen Querschnittsebenen des Gleitkörperkäfigs angeordnet. Die Ausnehmungen der unterschiedlichen Querschnittsebenen sind dabei mit Vorteil gegeneinander winkelmäßig so versetzt, dass die in den Ausnehmungen der einen Querschnittsebene angeordneten Gleitkörper andere Bereiche der Mantelfläche des Ankerstabes kontaktieren als die in der bzw. den anderen Querschnittsebenen vorhandenen Gleitkörper.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Gestalt der verwendeten Gleitkörper nahezu beliebig gewählt werden. Beispielsweise können die Gleitkörper kugelförmig sein oder sie können eine konisch zulaufende äußere Form haben, z.B. kegelrollenförmig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Gleitkörper eine kreiszylindrische Gestalt, sind also rollenförmig. Ferner kann die Mantelfläche jedes Gleitkörpers bombiert sein, d.h. nach außen hin ausgebaucht, z.B. in der Art eines Weinfasses. Auch prismenförmige Gleitkörper sind möglich. Es versteht sich, dass die Form der Ausnehmungen den verwendeten Gleitkörpern zumindest soweit angepasst sein muss, dass jeder Gleitkörper in seiner Ausnehmung im Wesentlichen spielfrei aufgenommen ist. In der Regel wird die Form der Ausnehmung der Gestalt des verwendeten Gleitkörpers entsprechen, d.h. ein kreiszylindrischer Gleitkörper wird in einer kreiszylindrischen Ausnehmung angeordnet sein, ein konischer Gleitkörper in einer konischen Ausnehmung etc., jedoch ist diese Übereinstimmung nicht zwingend.
Bei dem erfindungsgemäßen Gleitanker gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Anordnung des Gleitsteuerelements. Die eine Möglichkeit besteht darin, das Gleitsteuerelement auf einem Abschnitt des Ankerstabes anzuordnen, der zum Einführen in die Bohrung bestimmt ist. Die maximale Gleitstrecke des Gleitankers ist dann diejenige Distanz, um die sich der Ankerstab jenseits des Gleitsteuerelements in die Bohrung hinein erstreckt. Damit sich bei einer solchen Ausführungsform der Ankerstab nicht vom Gleitsteuerelement löst, wenn die maximale Gleitstrecke durchlaufen worden ist, ist bei bevorzugten Ausführungsformen im Bereich des bohrungsseitigen Endes des Ankerstabes ein Anschlagelement vorhanden, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung im Gleitsteuerelement ist. Auf diese Weise kann der Ankerstab nicht durch das Gleitsteuerelement hindurchrutschen. Beispielsweise ist das Anschlagelement eine auf den bohrungsseitigen Endabschnitt des Ankerstabes geschraubte oder dort anderweitig befestigte Mutter. Wenn das Anschlagelement nach Durchlaufen des maximal möglichen Gleitweges am Gleitsteuerelement anschlägt, ist ein weiteres definiertes Nachgeben des Gleitankers nicht mehr möglich. Der Gleitanker kann dann bis zu seiner sich aus der konstruktiven Auslegung ergebenden Bruchlast belastet werden und wird nach Überschreiten derselben versagen, z.B. wird dann der Ankerstab reißen.
Um sicher zu gewährleisten, dass der über das Gleitsteuerelement hinaus in die Bohrung ragende Teil des Ankerstabes sich bei Bedarf gleitend durch das Gleitsteuerelement verschieben kann, erstreckt sich bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gleitankers ein erstes, den Ankerstab konzentrisch umgebendes Schutzrohr vom Gleitsteuerelement bis zum bohrungsseitigen Ende des Ankerstabes. Auf diese Weise werden zum einen Mörtel oder gegebenenfalls verwendete Klebharze daran gehindert, in Kontakt mit dem Ankerstab zu gelangen und diesen eventuell zu blockieren, d.h. es wird auf diese Weise ein freier Durchlauf des von dem ersten Schutzrohr umgebenen Abschnitts des Ankerstabs durch das Gleitsteuerelement sichergestellt. Der Mörtel oder Klebstoff, der üblicherweise vor dem Anker in die Bohrung eingebracht wird, wird beim Einführen des Ankers in die Bohrung verdrängt und ein Teil fließt an der Außenseite des ersten Schutzrohres vorbei, so dass sich bei dieser Ausführungsform, gefördert durch das erste Schutzrohr, auf der Außenseite des Gleitankers hinter dem Gleitsteuerelement, d.h. auf seiner dem Bohrungsmund zugewandten Seite, in der Bohrung ein Pfropfen aus dem zur Festlegung des Ankers verwendeten Kunstharzmaterial oder Mörtel bildet. Dieser Pfropfen erfüllt nach dem Erstarren des Materials die Funktion eines Widerlagers, an dem sich das Gleitsteuerelement und damit der gesamte Anker abstützt. Damit ist zuverlässig verhindert, dass der Anker aus der Bohrung herausgezogen werden kann. Ein solches, den Ankerstab konzentrisch umgebendes erstes Schutzrohr ist aber auch dann von Vorteil, wenn der Gleitanker mittels Verspreizen, beispielsweise unter Einsatz einer Spreizhülse, in der Bohrung verklemmt wird, denn das Schutzrohr hält auch loses Gesteinsmaterial von der Gleitstrecke, d.h. dem zum Gleiten bestimmten Abschnitt des Ankerstabes fern, das sich ansonsten störend auswirken könnte, und es schützt ferner die Gleitstrecke vor Korrosion. Vorzugsweise entspricht der Außendurchmesser des ersten Schutzrohres im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Gleitsteuerelementes, so dass sich beginnend mit dem Gleitsteuerelement bis zum bohrungsseitigen Ende des Gleitankers ein zumindest näherungsweise einheitlicher Außendurchmesser ergibt, der ein Einführen des Gleitankers in die Bohrung erleichtert.
Um einen bohrungsmundseitigen Abschnitt des Ankerstabes vor Scherkräften zu schützen, die von der Tunnel- oder Stollenwand auf den Ankerstab ausgeübt werden können, sind bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gleitankers mit einem zweiten, den Ankerstab konzentrisch umgebenden Schutzrohr versehen, welches sich von der bereits erwähnten Ankerplatte, die den Bohrungsmund verschließt, ein Stück weit in die Bohrung hinein erstreckt. In konstruktiv vorteilhafter Weise kann ein solches zweites Schutzrohr fest mit der Ankerplatte verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen oder Schrauben oder durch eine einstückige Ausbildung mit der Ankerplatte.
Zum Schutz des Ankerstabes vor dem zur Festlegung des Ankers verwendeten Kunstharzmaterial oder Mörtel und auch als Korrosionsschutz weisen bevorzugte Ausführungsformen noch ein drittes, den Ankerstab konzentrisch umgebendes Schutzrohr auf, welches beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann und sich vom Gleitsteuerelement ein Stück weit in Richtung des aus der Bohrung ragenden Endes des Ankerstabes erstreckt, d.h. in Richtung auf den Bohrungsmund. So ist auch in diesem Bereich sichergestellt, dass der Ankerstab nicht verklebt und sich nach Überschreiten der Losbrechkraft kontrolliert, d.h. weitgehend unabhängig von störenden Einflüssen verschieben kann. Das dritte Schutzrohr kann auch durch einen Schrumpfschlauch oder lediglich eine Beschichtung gebildet sein, der bzw. die auf den zu schützenden Abschnitt des Ankerstabes aufgebracht ist.
Um nach dem Setzen eines erfindungsgemäßen Gleitankers, dessen Gleitsteuerelement sich in der Bohrung befindet, von außen feststellen zu können, ob eine Felsbewegung stattgefunden hat, d.h. ob es nach dem Setzen des Ankers zu einer Gleitbewegung des Ankerstabes im Gleitsteuerelement aufgrund Überschreiten der Losbrechkraft gekommen ist, sind bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gleitankers mit einer Überwachungseinrichtung versehen. Diese kann in einer einfachen Form beispielsweise aus einem Überwachungsdraht bestehen, der vom Gleitsteuerelement bis zur Ankerplatte gespannt ist und vorzugsweise von der Außenseite der Ankerplatte, d.h. der von der Bohrung abgewandten Seite der Ankerplatte zugänglich ist. Kommt es nach dem Setzen eines solchermaßen ausgerüsteten Gleitankers zu Gesteinsbewegungen, die zur Überschreitung der Losbrechkraft führen und somit ein Gleiten des Ankerstabes relativ zum Gleitsteuerelement hervorrufen, reißt dieser Überwachungsdraht und kann dann leicht von außen herausgezogen werden. Ist hingegen bei einer Kontrolle des gesetzten Gleitankers der Überwachungsdraht noch gespannt und somit am Gleitsteuerelement befestigt, lässt er sich nicht aus der Bohrung herausziehen und zeigt damit an, dass zwischenzeitlich keine zur Überschreitung der Losbrechkraft des Ankers führenden Felsbewegungen stattgefunden haben. Der Überwachungsdraht kann aus Metall bestehen oder auch aus Kunststoff oder es kann sich um einen Faden oder ähnliches handeln.
Neben der zuvor diskutierten Möglichkeit der Anordnung des Gleitsteuerelementes auf einem in der Bohrung befindlichen Abschnitt des Ankerstabes gibt es alternativ auch die Möglichkeit, das Gleitsteuerelement außerhalb der Bohrung anzuordnen, d.h. auf einem Abschnitt des Ankerstabes, der sich über die Ankerplatte hinaus aus der Bohrung erstreckt. Diese Möglichkeit bedingt jedoch, dass die gesamte zum Gleiten vorgesehene Länge des Ankerstabes aus dem Bohrlochmund herausstehen muss und somit den freien Querschnitt des Stollens oder Tunnels entsprechend einschränkt, was in der Regel ein gewichtiger Nachteil ist. Vorteil eines außerhalb der Bohrung angeordneten Gleitsteuerelementes ist die gute Überwachbarkeit zwischenzeitlich eingetretener Veränderungen, da man ausgehend von der ursprünglich überstehenden Länge des Ankerstabes immer genau feststellen kann, zu welchem Ausmaß an Gleitbewegung es mittlerweile gekommen ist.
Unabhängig davon, ob das Gleitsteuerelement sich auf einem Abschnitt des Ankerstabes innerhalb der Bohrung oder außerhalb der Bohrung befindet, ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Gleitanker am bohrungsseitigen Ende des Ankerstabes ein Mischelement befestigt. Wenn zur Festlegung des Ankers in der Bohrung Klebstoffharze auf Zweikomponentenbasis Verwendung finden, werden die zwei Komponenten üblicherweise in Form von Klebstoffpatronen in die Bohrung eingebracht, in denen die zwei Komponenten z.B. in zwei zueinander konzentrischen Kammern getrennt voneinander untergebracht sind. Beim Setzen des Ankers zerstört dann das Mischelement zunächst die beispielsweise aus einer Kunststofffolie gebildeten Kammern und ein gleichzeitiges oder anschließendes Drehen des Ankerstabes führt sodann zur innigen Vermischung der beiden Komponenten, die in Folge rasch zum fertigen Klebstoffharz aushärten. Das Mischelement kann zusätzlich zu seiner Mischfunktion auch als das zuvor bereits erwähnte Anschlagelement dienen.
Ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitankers wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitankers,
Figur 2: eine erste Ausführungsform eines Gleitkörperkäfigs, wie er bei einem Gleitsteuerelement eines erfindungsgemäßen Gleitankers Verwendung findet,
Figur 3: den Schnitt III-III aus Figur 2,
Figur 4: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleitkörperkäfigs, wie er in dem Gleitsteuerelement des in Figur 1 gezeigten Gleitankers Verwendung findet,
Figur 5: den Schnitt V-V aus Figur 4,
Figur 6: den Schnitt VI-VI aus Figur 4,
Figur 7: eine der Figur 5 entsprechende Ansicht, jedoch mit in den Gleitkörperkäfig eingesetzten Gleitkörpern, und
Figur 8: eine der Figur 6 entsprechende Ansicht, ebenfalls mit in den Gleitkörperkäfig eingesetzten Gleitkörpern.

In Figur 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichneter Gleitanker gezeigt, der zum Einführen in eine nicht dargestellte Gesteinsbohrung vorgesehen ist, um beispielsweise die Wand eines Stollens oder Tunnels zu stabilisieren. Zentrales Element dieses Gleitankers 10 ist ein Ankerstab 12, der das lasttragende Bauteil des Gleitankers 10 darstellt und dessen Länge die Länge des Gleitankers 10 bestimmt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ankerstab 12 eine massive, durchgehende Stahlstange mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von 12 mm sowie glatter Mantelfläche, deren Länge hier zwei Meter beträgt. Abhängig von der gewünschten Lastübertragungsfähigkeit kann der Durchmesser des Ankerstabs 12 jedoch kleiner oder größer als 12 mm sein und auch seine Länge kann abhängig von den Einsatzverhältnissen kürzer oder länger als zuvor angegeben sein. Auch muss die Mantelfläche des Ankerstabs 12 nicht glatt sein, sondern kann beispielsweise angeraut, gerillt etc. sein. Obwohl Ankerstäbe mit kreisförmigem Querschnitt bevorzugt sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, der Querschnitt des Ankerstabs kann beispielsweise auch quadratisch, polygonförmig etc. sein.
Auf einem Abschnitt des Ankerstabs 12, der zur Einführung in die nicht gezeigte Gesteinsbohrung vorgesehen ist, ist ein Gleitsteuerelement 14 angeordnet, dessen grundsätzlicher Aufbau besser aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht. Das Gleitsteuerelement 14 dient dazu, eine begrenzte Längsverschiebung des Ankerstabs 12 relativ zum Gleitsteuerelement 14 zuzulassen, damit der Gleitanker 10 nach seinem Setzen auftretende Gesteinsverschiebungen besser verkraften kann und nicht vorzeitig versagt.
Das Gleitsteuerelement 14 weist einen kreiszylindrischen Gleitkörperkäfig 16 mit einer zentralen, axial verlaufenden Durchgangsöffnung 18 auf, die im gezeigten Beispiel leicht gestuft ausgebildet ist und durch die sich im zusammengebauten Zustand des Gleitankers 10 der Ankerstab 12 erstreckt.
Wie aus dem in Figur 3 gezeigten Schnitt ersichtlich, sind gleichmäßig um den Umfang des Gleitkörperkäfigs 16 herum verteilt drei Ausnehmungen 20 in Gestalt kreiszylindrischer Bohrungen ausgebildet, die derart angeordnet sind, dass ihre Mantelhüllfläche etwas in den freien Querschnitt der Durchgangsöffnung 18 hineinragt. Anders ausgedrückt ist ein Maß X, welches den Abstand zwischen dem Mittelpunkt M der Durchgangsöffnung 18 und der Mittellängsachse jeder Ausnehmung 20 festlegt, etwas kleiner als die Summe aus dem Radius R der Durchgangsöffnung 18 und dem Radius r der Ausnehmung 20.
Die Ausnehmungen 20 sind im Wesentlichen tangential zur Mantelfläche des Ankerstabs 12 angeordnet, d.h. ihre Mittellängsachsen sind windschief zur Mittellängsachse der Durchgangsöffnung 18 und stehen bezüglich einer Projektion, die die Mittellängsachse der Durchgangsöffnung 18 und die Mittellängsachse jeweils einer Ausnehmung 20 enthält, orthogonal zur Mittellängsachse der Durchgangsöffnung 18. Die drei Ausnehmungen 20 sind somit in ein und derselben Querschnittsebene des Gleitkörperkäfigs 16 angeordnet. Ein Winkel M° beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel 30°.
In den Figuren 4 bis 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleitkörperkäfigs 16' dargestellt, dessen prinzipieller Aufbau dem Gleitkörperkäfig 16 entspricht. Im Unterschied zum Gleitkörperkäfig 16 weist der Gleitkörperkäfig 16' jedoch zwei übereinander angeordnete Ebenen mit jeweils drei Ausnehmungen 20 auf, wobei die Ausnehmungen 20 der einen Querschnittsebene zu den Ausnehmungen 20 der anderen Querschnittsebene in Umfangsrichtung so versetzt sind, dass alle sechs Ausnehmungen 20 zusammen gleichmäßig um den Umfang des Gleitkörperkäfigs 16' verteilt sind.
Jede Ausnehmung 20 ist zur Aufnahme eines hier kreiszylindrischen Gleitkörpers 22 vorgesehen, dessen Außendurchmesser bis auf übliche Toleranzen mit dem Durchmesser der Ausnehmung 20 übereinstimmt, der also den Querschnitt der Ausnehmung 20 vollständig ausfüllt. Die Figuren 7 und 8 zeigen den Figuren 5 und 6 entsprechende Ansichten, in denen in jeder Ausnehmung 20 ein wie zuvor beschrieben ausgebildeter Gleitkörper 22 angeordnet ist. Wie insbesondere aus Figur 7 gut zu ersehen, ragt aufgrund der beschriebenen Anordnung der Ausnehmungen 20 jeder Gleitkörper 22 mit seiner Mantelfläche etwas in den Querschnitt der Durchgangsöffnung 18 hinein. Auf diese Weise wird der Ankerstab 12, dessen Außendurchmesser nahezu dem Durchmesser der Durchgangsöffnung 18 entspricht, von den Gleitkörpern 22 klemmend gehalten.
Zurückkommend auf Figur 1 wird nun der weitere Aufbau des Gleitankers 10 erläutert.
Von dem Gleitsteuerelement 14, dessen Hauptbestandteile wie zuvor beschrieben der Gleitkörperkäfig 16 bzw. 16' sowie die darin aufgenommenen Gleitkörper 22 sind, erstreckt sich ein erstes, hier aus Kunststoff bestehendes Schutzrohr 24 bis fast zum bohrungsseitigen Ende des Gleitankers 10. Dieses Schutzrohr 24, das im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen denselben Außendurchmesser wie der Gleitkörperkäfig 16' hat, dient dazu, diejenige Masse (Mörtel, Klebstoff) von der Oberfläche des Ankerstabs 12 fernzuhalten, mit welcher der Gleitanker 10 dauerhaft in der nicht dargestellten Bohrung verankert wird. Das erste Schutzrohr 24 schafft demnach auf einem bohrungsseitigen Endabschnitt des Gleitankers 10 einen kreisringzylindrischen Hohlraum um den Ankerstab 12, damit letzterer nicht durch den Mörtel oder Klebstoff blockiert und dadurch an einer Verschiebung relativ zum Gleitsteuerelement 14 gehindert wird.
Die Spitze des Gleitankers 10 bildet ein am bohrungsseitigen Ende des Ankerstabs 12 befestigtes Mischelement 26 mit mehreren Mischflügeln 28, welches dazu dient, übliche zum Festlegen von Gebirgsankern verwendete Zweikomponentenklebstoffe, die vor dem Setzen eines Ankers in die Bohrung eingebracht werden, innig miteinander zu vermischen. Hierzu wird der Ankerstab 12 nach Einsetzen in die Bohrung gedreht, wodurch auch das Mischelement 26 in Drehung versetzt wird.
Der Außendurchmesser des Mischelements 26 ist größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 18 im Gleitkörperkäfig 16 bzw. 16'. Somit wirkt das Mischelement 26 zugleich als ein Anschlagelement auf dem Endabschnitt des Ankerstabs 12, welches verhindert, dass der Ankerstab 12 aus dem Gleitsteuerelement 14 herausgezogen werden kann. Alternativ kann ein solches Anschlagelement auch als Gewindemutter ausgeführt sein oder einfach nur von einer Verdickung des Ankerstabs 12 gebildet sein, die beispielsweise durch eine Stauchung des Ankerstabs erzeugt wird.
Um es dem Gleitanker 10 zu ermöglichen, eine stabilisierende Wirkung auf eine Stollen- oder Tunnelwandung auszuüben, ist eine lastübertragende Ankerplatte 30 vorgesehen, die auf das bohrungseingangsseitige Ende des Ankerstabs 12 gesteckt ist. Diese Ankerplatte 30, die üblicherweise ebenfalls aus Stahl besteht und in der Regel quadratisch ist, wird mit einer Kontermutter 32 auf dem Ankerstab 12 befestigt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein zweites, fest mit der Ankerplatte 30 verbundenes und hier ebenfalls aus Stahl bestehendes zweites Schutzrohr 34 ein Stück weit in die nicht dargestellte Bohrung hinein, um einen Anfangsabschnitt des Ankerstabs 12 vor losem Gestein zu schützen. Hierzu ist der Innendurchmesser des zweiten Schutzrohres 34 größer als der Außendurchmesser des Ankerstabs 12 gewählt. Der Außendurchmesser des zweiten Schutzrohres 34 ist deutlich kleiner als der Außendurchmesser des ersten Schutzrohres 24, um eine Einführung in die Bohrung zu erleichtern.
Schließlich ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein mittlerer Abschnitt des Ankerstabs 12 konzentrisch von einem dritten Schutzrohr 36 umgeben, welches sich vom Gleitsteuerelement 14 in Richtung zur Ankerplatte 30 erstreckt. Dieses dritte Schutzrohr 36 dient dazu, unerwünschte Einflüsse von der Oberfläche des Ankerstabs 12 fernzuhalten, insbesondere ein Verkleben des Ankerstabs in diesem Bereich zu verhindern.
Es wird nun die Funktion des Gleitankers 10 näher erläutert. Nach Ausbilden einer passenden Bohrung wird der Gleitanker 10 in die Bohrung eingeführt und dort mittels Mörtel oder Fachleuten auf diesem Gebiet bekannten Klebstoffen verankert. Alternativ ist die Verwendung von aufweitbaren Elementen zur Verankerung möglich und bekannt, beispielsweise von Spreizhülsen. Der dargestellte Gleitanker 10 wird insbesondere durch einen Pfropfen in der Bohrung festgehalten, der sich durch eine Materialverdrängung des verwendeten Klebstoffes oder Mörtels hinter dem Gleitsteuerelement 14, d.h. auf der Seite des Bohrlochmundes bildet und nach dem Aushärten des Materials ein Herausziehen des Ankers 10 aus der Bohrung verhindert. Nach Aufsetzen der Ankerplatte 30 und Festziehen derselben mittels der Kontermutter 32 kann der Gleitanker 10 dann seine lasttragende, stabilisierende Funktion erfüllen.
Über die Gleitkörper 22 wird auf den Ankerstab 12 eine Klemmwirkung ausgeübt und damit eine sogenannte Losbrechkraft festgelegt, die der Gleitanker 10 in Axialrichtung übertragen kann, ohne dass es zu einer Relativbewegung zwischen dem Ankerstab 12 und dem Gleitsteuerelement 14 kommt. Wird diese Losbrechkraft jedoch überschritten, kann sich der Ankerstab 12 gleitend an den Gleitkörpern 22 entlang bewegen, bis das als Anschlagelement dienende Mischelement 26 gegen den Gleitkörperkäfig 16 bzw. 16' stößt. Eine solche Relativverschiebung kann selbstverständlich in mehreren Abschnitten erfolgen und wird immer nur soweit erfolgen, bis die auf den Gleitanker 10 wirkende Axialkraft wieder unter die Losbrechkraft gefallen ist. Durch diese Relatiwerschiebung vergrößert sich die effektive Länge des Gleitankers 10, denn das Gleitsteuerelement 14 und das erste Schutzrohr 24 behalten ihre ursprüngliche, beim Setzen des Ankers eingenommene Position bei.

Claims

Gleitanker (10) zum Einführen in eine Bohrung, mit einem Ankerstab (12), auf dem ein Gleitsteuerelement (14) mit einer Durchgangsöffnung (18) angeordnet ist, durch die sich der Ankerstab (12) erstreckt, wobei das Gleitsteuerelement (14) einen Gleitkörperkäfig (16; 16') mit wenigstens einer Ausnehmung (20) zur Aufnahme eines in Kontakt mit der Mantelfläche des Ankerstabes (12) stehenden Gleitkörpers (22) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
- jede Ausnehmung (20) zur Aufnahme eines Gleitkörpers (22) im Gleitkörperkäfig (16; 16') tangential zur Mantelfläche des Ankerstabes (12) angeordnet ist,

- die Mantelhüllfläche jeder Ausnehmung (20) ein vordefiniertes Maß in den freien Querschnitt der Durchgangsöffnung (18) ragt, und

- jeder Gleitkörper (22) den Querschnitt der ihm zugeordneten Ausnehmung (20) ausfüllt.
Gleitanker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitkörperkäfig (16; 16') mehrere Ausnehmungen (20) um den Umfang des Ankerstabes (12) herum insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Gleitanker nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausnehmungen (20) in einer Querschnittsebene des Gleitkörperkäfigs (16) angeordnet sind.
Gleitanker nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Ausnehmungen (20) gruppenweise in verschiedenen Querschnittsebenen des Gleitkörperkäfigs (16') angeordnet sind.
Gleitanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitkörper (22) konisch ist, insbesondere kegelrollenförmig.
Gleitanker nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche jedes Gleitkörpers (22) bombiert ist.
Gleitanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitkörper (22) zylindrisch, insbesondere rollenförmig ist.
Gleitanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des bohrungsseitigen Endes des Ankerstabes (12) ein Anschlagelement befestigt ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung (18) ist.
Gleitanker nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement eine Mutter (28) ist.
Gleitanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitsteuerelement (14) auf einem Abschnitt des Ankerstabes (12) angeordnet ist, der zum Einführen in die Bohrung bestimmt ist.
Gleitanker nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes, den Ankerstab (12) konzentrisch umgebendes Schutzrohr (24) vom Gleitsteuerelement (14) bis im Wesentlichen zum bohrungsseitigen Ende des Ankerstabes (12) erstreckt.
Gleitanker nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des ersten Schutzrohres (24) dem Außendurchmesser des Gleitsteuerelementes (14) entspricht.
Gleitanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des aus der Bohrung ragenden Endes des Ankerstabes (12) eine Ankerplatte (30) befestigt ist.
Gleitanker nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweites, den Ankerstab (12) konzentrisch umgebendes Schutzrohr (34) von der Ankerplatte (30) ein Stück weit in Richtung des bohrungsseitigen Endes des Ankerstabes (12) erstreckt.
Gleitanker nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schutzrohr (34) fest mit der Ankerplatte (30) verbunden ist.
Gleitanker nach Anspruch 10 in Verbindung mit einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich ein drittes, den Ankerstab (12) konzentrisch umgebendes Schutzrohr (36) vom Gleitsteuerelement (14) ein Stück weit in Richtung des aus der Bohrung ragenden Endes des Ankerstabes (12) erstreckt.
Gleitanker nach Anspruch 10 und 13 in Verbindung mit einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Überwachungsdraht vom Gleitsteuerelement (14) bis zur Ankerplatte (30) gespannt ist, der von der der Bohrung abgewandten Seite der Ankerplatte (30) zugänglich ist.
Gleitanker nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung vorhanden ist, die anzeigt, ob ein Gleiten des Ankerstabes (12) relativ zum Gleitsteuerelement (14) stattgefunden hat.
Gleitanker nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung anzeigt, um welche Strecke sich der Ankerstab (12) relativ zum Gleitsteuerelement (14) verschoben hat.
Gleitanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass am bohrungsseitigen Ende des Ankerstabes (12) ein Mischelement (26) befestigt ist.