Im Untertagebau, zum Beispiel im Tunnelbau oder im Bergbau, werden vielfach Anker zur Sicherung von Wänden, der Firste oder der Tunnelbrust verwendet. Ueblicherweise werden dazu mittels einer Schlag- oder Drehbohrmaschine mit einem Bohrgestänge zunächst Löcher gebohrt und anschliessend die Anker gesetzt, welche zum Beispiel als Klebeanker ausgebildet sein können.
Schwierigkeiten bereitet dieses Vorgehen, wenn in weichem Gestein gebohrt wird, das leicht einbricht. Beim Herausziehen des Bohrgestänges kann die Bohrlozhwand einbrechen, sodass der Anker anschliessend nicht mehr gesetzt werden kann. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, sind Bohr-Injektionsanker vorgeschlagen worden (z.B. EP-B-355 379). Sie bestehen aus einem Stahlrohr, das vorn eine Bohrkrone trägt und hinten mit der Bohrmaschine verbunden werden kann. Nach dem Bohren wird die Bohrmaschine abgekuppelt und durch das Rohr Injektionsmaterial eingepresst. Anschliessend wird auf das vorstehende Rohrende eine Spannmutter aufgeschraubt, welche eine Druckplatte gegen die Tunnelwand presst. Ein Nachteil dieser Bohr-Injektionsanker ist ihre Korrosionsanfälligkeit, und falls die Hohlraumsicherung nur temporär wirken soll, z.B. an einer Tunnelbrust oder im Kohlebergbau, die gesicherte Wand also später abzubauen ist, bereiten die massiven Stahlrohre dieser Injektionsanker beim späteren Abbau Schwierigkeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile zu beheben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst.
Ankerstäbe aus faserverstärktem Kunststoff sind an sich bekannt (z.B. US-A-4 664 573 und EP-A-94 908). Diese bekannten Ankerstäbe haben unidirektional in Längsrichtung orientierte Fasern und weisen deshalb nur eine geringe Torsionsfestigkeit auf. Als Bohr-Injektionsanker sind sie daher nicht geeignet.
Weil bei der erfindungsgemässen Ausbildung das Rohr nebst längsgerichteten auch wendelförmig gewickelte Fasern hat, ist die Torsionsfestigkeit des Rohres gegenüber bekannten Kunststoff-Ankerstäben wesentlich grösser. Deshalb können die zum Bohren erforderlichen Drehmomente über den Ankerstab übertragen werden. Ueberraschenderweise hat sich gezeigt, dass der faserarmierte Kunststoffstab auch die Schläge der Schlag-Bohrmaschine nur mit geringen Verlusten auf die Bohrkrone überträgt. Dies wurde bisher nicht für möglich gehalten, weil die Fachwelt davon ausging, der Kunststoff dämpfe die Schläge zu stark ab.
Der erfindungsgemässe Ankerstab ist korrosionsfest und zerspanbar, sodass er als Bohr-Injektionsanker zur permanenten und temporären Befestigung problemlos eingesetzt werden kann. Beim späteren Abbau einer befestigten Wand wird er problemlos zerspant. Der erfindungsgemässe Ankerstab ist bei gleicher Zugfestigkeit ausserdem bedeutend leichter als die bekannten Stahl-Injektionsanker. Dadurch wird die Handhabung, die Lagerung und der Transport erleichtert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
In Figur 1 ist ein Ende eines Ankerrohres 1 bestehend aus einem Rohrkörper 2 und einem darin eingeformten Aussen-Rundgewinde 3 mit im Axialschnitt rundem Gewindegrund 4 und Gewindekamm 5 dargestellt. Der Rohrkörper 2 besteht aus einem faserarmierten Duroplast. Er hat sowohl längsgerichtete Fasern 6 als auch wendelförmig gewickelte Fasern 7, deren Steigungssinn entgegengesetzt ist zum Steigungssinn des Gewindes 3. Dadurch wird der Rohrkörper 2 durch die Fasern 7 beim Uebertragen eines im anziehenden Sinne des Gewindes 3 wirkenden Drehmomentes radial komprimiert. Dies erhöht zusätzlich die Festigkeit des Stabes auf Torsion und Druck. Die Fasern 7 sind vorzugsweise überwiegend im äusseren Bereich des Rohres 1 angeordnet. Das Gewinde 3 ist bei der Ausführungsform nach Figur 1 in den Rohrkörper durch Pressen mittels eines Formkörpers vor dem fertigen Aushärten des Duroplasten des Rohrkörpers 2 eingeformt, wobei das aus dem Gewindegrund 4 verdrängte Material den Formhohlraum für den Gewindekamm füllt. Dadurch wird eine optimale Festigkeit des Gewindes erzielt. Der Formkörper ist eine in Umfangsrichtung mehrteilige Hülse mit Zentriermitteln und kann z.B. aus einem Thermoplasten bestehen. Alternativ kann das Gewinde 3 jedoch auch in den Rohrkörper 2 geschnitten sein. Das andere Ende des Ankerrohres 1 ist identisch ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine Variante, bei der das Gewinde 3 an einer auf den Rohrkörper 2 aufgegossenen oder aufgeklebten Hülse 8 geformt ist. Die Hülse 8 kann aus einem faserarmierten Duroplast oder aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
Figur 3 zeigt den Aufbau eines Injektions-Bohrankers. Auf das eine Gewinde 3 des Rohres 1 wird eine Bohrkrone 12 mit einem Innengewinde 13 aufgeschraubt. Die Krone 12 liegt mit einer Schulter 14 an der Stirnfläche 9 des Rohres 1 an und hat Spül- und Injektionskanäle 15, die mit der axialen Bohrung 10 des Rohres 1 kommunizieren. An der Stirnfläche hat die Krone 12 z.B. meisselartige Schneiden 16. Je nach dem zu bohrenden Gestein kann die Krone 12 jedoch auch anders ausgebildet sein. Auf das andere Gewinde 3 ist eine Hülse 17 mit einem entsprechenden Innengewinde 18 zur Hälfte aufgeschraubt. In das vorstehende Ende der Hülse 13 wird ein Gewindezapfen einer Bohrmaschine eingeschraubt. Hierauf kann der Bohrvorgang begonnen werden, wobei durch die Bohrung 10 und die Kanäle 15 ein Spülmittel, z.B. Luft oder Wasser, gepresst wird. Wenn der Anker länger sein soll als ein Ankerrohr 1, so wird bei Erreichen einer vorgegebenen Bohrtiefe der Gewindezapfen der Bohrmaschine aus der Hülse 17 ausgeschraubt, die Bohrmaschine zurückgefahren und ein zweites Rohr in die Hülse 17 eingeschraubt. Auf deren anderes Ende wird eine weitere Hülse 17 aufgeschraubt und der Bohrvorgang fortgesetzt.
Wenn die erforderliche Bohrtiefe erreicht ist, wird die Bohrmaschine und die äusserste Hülse 17 entfernt. Ueber die Bohrung 10 wird Injektionsmaterial ins Bohrloch eingepresst. Schliesslich wird über das vorstehende Ende des Ankerrohres 1 eine Ankerplatte geschoben und eine Mutter auf das Gewinde 3 aufgeschraubt und gegen die Ankerplatte festgezogen.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des Gewindes 3 dargestellt. Bei noch nicht fertig ausgehärtetem Rohrkörper 2 wird auf dessen Ende ein Faserband mit der Steigung des Gewindes 3 so aufgewickelt, dass der Gewindegrund etwas eingeschnürt wird. Auf dieses vorgeformte Gewinde werden zwei Halbschalen 20 einer dünnwandigen Hülse 21 aus Stahl radial aufgepresst. Das Gewinde 3 ist in den Halbschalen 20 eingepresst. Die beiden Halbschalen 20 stossen in einer gemeinsamen Axialebene zusammen und greifen mit mehreren Vorsprüngen 22 und passenden Einschnitten 23 längs der Trennlinie ineinander. Die beiden Halbschalen 20 sind längs der Trennlinie an mehreren Punkten verschweisst, z.B. nach dem Wolfram Inertgas Verfahren. In das Ende der Bohrung 10 ist eine Hülse 24 aus Stahl mit einem an der Stirnfläche 9 anliegenden Flansch 25 eingesetzt.
Diese Ausführungsform hat vor allem die Vorteile, dass die Stahlhülse 21 in Achsrichtung formschlüssig mit dem Rohrkörper 2 verbunden ist und das Gewinde 3 erheblich weniger zum Anfressen neigt als ein in Kunststoff ausgebildetes Gewinde. Demselben Zweck dient der Flansch 25. Die Hülse 24 stützt den Rohrkörper 3 gegen radiale Kompression ab. Mit der Ausbildung nach Figur 4 ist es daher leichter, das Rohr zur Verlängerung des Ankerrohres 1 vom Gewindezapfen der Bohrmaschine zu lösen.