Stopfen für die Gebirgsverfestigung

Abstract

 Bei einem Stopfen für die Gebirgsverfestigung mittels Injektion eines aushärt­baren Kunststoffes ist ein sicheres Fixieren des Stopfens (1) in einem Bohr­loch über ein Beschickungsrohr (35) dadurch möglich, daß eine mit dem elastischen Rohrkörper (12) verbundene Spreizfeder (8) den Rohrkörper (12) in einem Bohrloch sowohl in Drehrichtung (19) einer stopfenseitigen Gewindespann­vorrichtung (7) als auch in der Auszugsrichtung (20) so festlegt, daß die Ge­windespannvorrichtung (7) einen aufweitbaren Abschnitt (37) des Rohrkör­pers (12) an die Wand eines Bohrloches preßt.
Eine Rückdrehsperre (6) im Bereich der Gewindespannvorrichtung (7) gewähr­leistet das Abschrauben des Beschickungsrohres (35) vom Stopfen (1) indem ein Sperrkörper (26) das in Entspannrichtung gedrehte Gewinderohr durch form­schlüssigen Eingriff in eine Längsnut (28) festlegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen für die Gebirgsverfestigung, wie für Tränkarbeiten oder für die Ankerung im untertägigen Berg- und Tunnelbau her­gestellter Bohrlöcher, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Aus der DE-PS 34 04 689 ist ein Stopfen für die Gebirgsverfestigung bekannt. Dieser weist einen elastisch aufweitbaren Rohrkörper auf, der über eine Gewinde­spannvorrichtung in einem Bohrloch flüssigkeitsdicht zu verankern ist. Zur Veranke­rung dient ein Beschickungsrohr, das mit dem Stopfen verbunden ist. In der Tiefe des Bohrloches wird der Stopfen zuerst durch leichtes Zurückziehen des Beschickungs­rohres in Ausziehrichtung im Bohrloch drehfest festgelegt.
Dies wird dadurch erreicht, daß eine auf einem Gewinderohr sitzende Gewindemutter eine Spreizhülse radial aufweitet, die ihrerseits einen relative dünnen Rohrab­schnitt des Stopfens an die Wand des Bohrloches drückt. Bei ungünstigen Bohrloch­verhältnissen kann es vorkommen, daß der relativ zum Stopfen erfolgende Rückhub des Gewinderohres nicht erfolgen kann, weil der Bohrlochanker im Bohrloch keinen Halt findet. Die erforderliche Verankerung des Stopfens für die Gebirgsverfestigung ist daher nicht möglich.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stopfen für Bohrlöcher im Gebirge oder im Beton vorzuschlagen, der in Einschieberichtung in beliebiger Tiefe des Bohrloches zu fixieren und damit belastungssicher und flüssigkeitsdicht durch Betätigen der Gewindespannvorrichtung zu verankern ist.

[0004] Die Erfindung löst diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch, daß der Bohrlochanker als sternförmige Spreizfeder mit einer Bodenplatte und mit elastischen Armen ausgebildet ist, die entgegen der Einschieberichtung des Verschlußstopfens in das Bohrloch aufgespreizt sind, wobei die Bodenplatte mit dem Rohrkörper fest verbunden ist.

[0005] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0006] Die Vorteile der Erfindung sind im Rahmen der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

[0007] Es zeigt:

Fig. 1 einen verkürzt gezeichneten Stopfen im Längs­schnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Spreizfeder nach Fig. 1;

Fig. 4 und 5 weitere Verbindungsmöglichkeiten für die Spreiz­feder unmittelbar mit dem Stopfen, in Abweichung von Fig. 1.

[0008] Ein Verschlußstopfen 1 besteht aus einem Ventilkörper 2 mit Rück­schlagventil 3, einem Gewinderohr 4, einer Hülse 5, einer Rückdreh­sperre 6, einer Gewindespannvorrichtung 7, einer Spreizfeder 8, drei Näpfe 9 bis 11, einem Rohrkörper 12, und aus einer Kappe 13.

[0009] Die Spreizfeder 8, bestehend aus einer Bodenplatte 14 und drei Arme 15, sichert den Verschlußstopfen 1 in einem Bohrloch axial gegen Heraus­ziehen in Pfeilrichtung 20 und gegen Rotation.

[0010] Die Spreizfeder 8 ist mit dem als Druckplatte dienenden Napf 9 durch Punktschweißen 21 fest verbunden. Der Napf 9 sitzt durch die Schraub­verbindungen 2,4,7 mittels Reibschluß verdrehfest auf einem Absatz 22 des Rohrkörpers 12.

[0011] Der als Druckplatte dienende Napf 10 ist in den Rohrkörper 12 ein­vulkanisiert.

[0012] Der Napf 11 sitzt reibschlüssig auf einem Absatz 23 des Rohrkörpers 12 und gewährleistet den Formschluß zwischen der Hülse 5 und dem Rohrkörper 12.

[0013] Neben dem Punktschweißen 21 ist die Bodenplatte 14 auch unmittelbar mit dem Rohrkörper 12 durch Kleben kraftschlüssig (Fig. 4) oder durch Nocken 16 des Rohrkörpers 12 (Fig. 5) formschlüssig zu verbinden.

[0014] Weiterhin ist die Bodenplatte 14 mit dem Napf 9 durch Zapfen 17 formschlüssig zu verbinden.

[0015] Die Länge 40 der Arme 15 entsprechen deren Durchmesser 41 und sind 25% größer als der Durchmesser 42 des Rohrkörpers 12.

[0016] Die Rückdrehsperre 6 besteht aus der im Rohrkörper 12 verdrehfesten jedoch axial verschiebbaren Hülse 5 mit Rippen 24, wobei die Rippen 24 in Nuten 25 gleitend gelagert sind,
einem Sperrkörper 26 in einer Ausnehmung 27 der Hülse 5, der in eine Nut 28 mit einer Anschlag- und einer Gleitfläche 29,30 eingreift und einer umfangseitigen Begrenzung durch eine Wand 33 des Rohrkörpers 12.

[0017] Eine Gewindemutter 18 ist formschlüssig in der Hülse 5 gehalten und durch eine Fläche 31 und Nocken 32 axial fixiert.

[0018] Zur Funktion:

[0019] Der Stopfen 1 wird auf ein Beschickungsrohr 35 aufgeschraubt und dann auf die gewünschte Tiefe im Bohrloch eingebracht. Die Arme 15 der Spreizfeder 8 fixieren den Rohrkörper 12 gegen Rotation oder Herausziehen in Richtung des Pfeiles 20 im Bohrloch. Hierbei greifen die Arme 15 in die rauhe Oberfläche des Bohrloches ein, wobei die Haltewirkung der Arme 15 durch leichtes Anziehen des Beschickungs­rohres 35 in Pfeilrichtung 20 noch verstärkt wird. Bei einem Rechts­gewinde des Gewinderohres 4 wird die Gewindespannvorrichtung 7 ent­sprechend der Richtung des Pfeiles 19 (Fig. 2) in Tätigkeit gesetzt.

[0020] Die Bodenplatte 14 dient als Stirnlager für den über das Beschickungs­rohr 35 in Pfeilrichtung 19 gedrehten Ventilkörper 2. Die formschlüssig gehaltene Gewindemutter 18 schiebt die Hülse 5 in Pfeilrichtung 20. Dadurch übt sie einen Druck auf den Napf 10 und auf den zwischen den Näpfen 9,10 liegenden Abschnitt 37 des Rohrkörpers 12 aus. Bei entsprechender Drehbewegung des Beschickungsrohres 35 wölbt sich der Umfang des Rohrkörpers 12 im Abschnitt 37 entsprechend der strichpunktiert gezeichneten Kontur 36. Dies führt zu einer relativ hohen Anpreßkraft des Stopfens 1 an die Wand des Bohrloches. Anderer­seits preßt sich der Werkstoff des Rohrkörpers an das Gewinderohr an, so daß insgesamt eine feste Verankerung des Stopfens 1 im Bohrloch erreicht wird, die außerdem noch flüssigkeits- und gasdicht ist.

[0021] Bei jeder Umdrehung des Gewinderohres 4 gleitet der Sperrkörper 26 auf der Gleitfläche 30 und am Umfang des Gewinderohres 4 und drückt sich dabei mehr oder weniger in den elastischen Rohrkörper 12 hinein. Der Werkstoff des Rohrkörpers 12 gewährleistet eine gewisse Anpreßkraft des Sperrkörpers 26 am Umfang des Gewinderohres 4 und in der Längsnut 28.

[0022] Ist der feste Sitz des Stopfens 1 im Bohrloch erreicht, wird das Beschickungsrohr 35 in bekannter Weise ein Injektionsmedium durch den Stopfen 1 hindurch eingespritzt. Nach Abschluß der Injektion dichtet das Rückschlagventil 3 den Stopfen 1 ab. Die Linksdrehung des Beschickungsrohres 35, also entgegen der Richtung des Pfeiles 19, bewirkt, daß spätestens nach einer Umdrehung die Fläche 29 am Sperr­körper 26 anliegt und durch den Formschluß der Hülse 5 im Rohrkörper 12 das Gewinderohr 4 arretiert ist. Dadurch kann auch ein festsitzendes Beschickungsrohr 35 vom Ventilkörper 2 abgeschraubt werden. Die Gefahr des Entspannens des Stopfens bei Linksdrehung des Beschickungs­rohres 35 ist beseitigt.

[0023] Wesentlich für die Erfindung sind

1. das durch die Spannfeder 8 bewirkte unmittelbare Vorfixieren des Rohrkörpers 12 im Bohrloch, wodurch über das anschließende Betätigen der Gewindespannvorrichtung 7 das endgültige Befestigen des Stopfens 1 im Bohrloch erreicht wird und

2. die Wiederverwendbarkeit des Beschickungsrohres 35 durch sicheres Abschrauben vom Ventilkörper 2 aufgrund der die Befestigung des Stopfens 1 im Bohrloch nur un­wesentlich beeinträchtigenden Rückdrehsperre.

[0024] Bei Bedarf kann neben der dargestellten einzigen Längsnut 28 am Umfang des Gewinderohres 4 zwei oder drei entsprechende Längsnuten 28 vorgesehen sein, so daß die Sperrwirkung bereits nach einem Drehwinkel von bspw. 120° entgegen der Pfeilrichtung 19 vorliegt.

[0025] Wesentlich ist auch der aus wenigen und einfachen Teilen bestehende Stopfen 1. Der Stopfen 1 ist für einen maximalen Flüssigkeitsdruck des Injektions­mediums bis 300 kp/cm² ausgelegt. Entsprechend bestehen der Ventil­körper 2 und das Gewinderohr 4 aus hochfestem Werkstoff, wie Stahl. Andererseits können diese, als auch andere hochbeanspruchte Teile aus einem geeigneten, jedoch durch die Schrämmaschinen zerspanbaren Werkstoff, wie faserverstärktem Kunststoff, bestehen. Damit wird ein vorzeitiger Verschleiß der Schrämköpfe vermieden.

[0026] Anstelle der Gewindeverbindung von Ventilkörper 2 und Gewinderohr 4, die bei dem maximalen Flüssigkeitsdruck besonders beansprucht wird, ist es auch möglich, die genannten Teile einstückig aus einem geeigneten Werkstoff, wie Stahl oder Kunststoff, herzustellen. Damit entfällt eine Gewindeverbindung. Maßgebend für die Standfestigkeit des aus einem Stück bestehenden, den Stopfen 1 durchsetzenden Teiles sind neben den Werkstoffeigenschaften die jeweils einzuhaltenden Querschnitte.

Ansprüche

1. Stopfen für die Gebirgsverfestigung, wie für Tränkarbeiten oder für die Ankerung im untertägigen Berg- und Tunnelbau hergestellter Bohr­löcher mit einem elastisch aufweitbaren, zwischen Druckplatten liegenden Rohrkörperabschnitt, einem Gewinderohr,
eingangsseitig einem Bohrlochanker, einem Ventilkörper mit Rückschlagventil, einer Gewindemuffe für ein Beschickungsrohr und
ausgangsseitig einer Gewindespannvorrichtung zum Anpressen des Rohrkörper­abschnittes an die Bohrlochwand mittels einer im Rohrkörper nur axial verschiebbaren Hülse, die formschlüssig eine mit dem Gewinderohr ver­schraubte Mutter umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bohrlochanker als sternförmige Spreizfeder (8) mit einer Boden­platte (14) und mit elastischen Armen (15) ausgebildet ist, die ent­gegen der Einschieberichtung (Pfeil 20) des Stopfens (1) in das Bohr­loch aufgespreizt sind, wobei die Bodenplatte (14) mit dem Rohrkörper (12) fest verbunden ist.

2. Stopfen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge (40) der Arme (15) und der Durchmesser (41) der Arme (15) an ihrem freien Ende etwa gleich groß ist und ca. 10 bis 40% größer ist als der Durchmesser (42) des Stopfens (1).

3. Stopfen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodenplatte (14) mit dem Rohrkörper (12) verklebt oder mit ihm form­schlüssig verbunden ist.

4. Stopfen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodenplatte (14) mit einer als Napf (9) ausgebildeten Druckplatte durch Schweißen (21) oder durch Formschluß (Zapfen 17) fest verbunden ist.

5. Stopfen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Rohrkörper (12) und dem Gewinderohr (4) - und zwar im Bereich der Gewindespannvorrichtung (7) - eine Rückdreh­sperre (6) für das Gewinderohr (4) vorgesehen ist.

6. Stopfen nach Ansprüchen 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gewinderohr (4) eine Längsnut (28) aufweist und in der Hülse (5) ein radial verschiebbarer Sperrkörper (26) in einer fensterförmigen Ausnehmung (27) gelagert ist, der in Spanndreh­richtung (19) mit einer Gleitfläche (30) und entgegengesetzt dazu mit einem Anschlag (29) zusammenwirkt.

7. Stopfen nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt der Längsnut (28) durch eine etwa radiale Anschlagfläche (29) und eine etwa tangentiale Gleitfläche (30) sägezahnförmig ausgebildet ist.

8. Stopfen nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sperrkörper (26) scheibenförmig ausgebildet ist.

9. Stopfen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrkörper (12) eine einvulkanisierte Druckplatte (10) aufweist, an der die axial verschiebbare Hülse (5) liegt.

10. Stopfen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Enden des Rohrkörpers (12) mit jeweils einem Napf (9 und 11) versehen sind, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser (42) des Rohrkörpers (12).

Zeichnung