[0001] Die Erfindung betrifft ein Setzverfahren unter Verwendung eines selbstbohrenden,
chemisch verankerbaren Befestigungselementes, insbesondere für den Berg- und Tunnelbau,
wobei das Befestigungselement einen Schaft mit einem Aufnahmeraum für eine im Befestigungselement
vorgesehene aushärtbare Masse, mit einem Bohrkopf an einem ersten Ende des Schafts
und mit einer zumindest bereichsweise vorgesehenen gewindeähnlichen Aussenprofilierung
an einem zweiten Ende des Schafts aufweist, sowie unter Verwendung eines an dem zweiten
Ende des Schafts anordnenbaren Adapterelementes, das ein aussenseitig angeordnetes
Angriffsmittel für eine Dreh-Werkzeugaufnahme eines zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes
sowie eine komplementär zu der gewindeähnlichen Aussenprofilierung am Schaft ausgebildete
gewindeähnliche Innenprofilierung aufweist. Weiter betrifft die Erfindung eine Weiterentwicklung
des Befestigungselements für das erfindungsgemässe Setzverfahren sowie ein Verfahren
zur Herstellung des Befestigungselements.
[0002] Derartige selbstbohrende Befestigungselemente werden auch als chemische Verbundanker
oder Gebirgsanker bezeichnet. Derartige Befestigungselemente und die zum Setzen derselben
geeigneten Bohrgeräte mit Dreh-Werkzeugaufnahmen sowie deren Verwendung im Berg- und
Tunnelbau sind dem Fachmann seit langem bekannt. Die Befestigungselemente dienen in
erster Linie zur Stabilisierung von Wandungen in Hohlräumen, wie Tunneln, Stollen
oder dergleichen. Bei der Erstellung von Hohlräumen werden die mechanischen Eigenschaften
und insbesondere die Tragfähigkeit der Gebirgsschichten vermindert. Diese Gebirgsschichten
werden mittels der Befestigungselemente an weiter entfernte, unbeschädigte Gebirgsschichten
verankert und so an diesen gesichert.
[0003] Aus der
DE 103 36 040 A1 ist ein selbstbohrendes, chemisch verankerbares Befestigungselement für den Berg-
und Tunnelbau bekannt, das einen hohlzylindrischen Schaft aufweist. Der hohlzylindrische
Schaft dient einerseits als Bohrgestänge und bildet andererseits einen Aufnahmeraum
für eine im Befestigungselement vorgesehene aushärtbare Masse aus. An einem ersten
Ende des Schafts ist ein Bohrkopf vorgesehen. Der Schaft ist über dessen gesamte Längserstreckung
mit einem Trapezgewinde als gewindeähnliche Aussenprofilierung versehen, so dass sich
diese vom ersten Ende bis zum zweiten, dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende des
Schafts erstreckt. Weiter ist ein Adapterelement an dem zweiten Ende des Schafts vorgesehen,
das ein aussenseitig angeordnetes Angriffsmittel für eine Dreh-Werkzeugaufnahme eines
zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes sowie eine komplementär zu dem Trapezgewinde
am Schaft ausgebildete gewindeähnliche Innenprofilierung aufweist. In einer Ausführungsform
ist das Adapterelement mit einer Sollbruchstelle versehen und weist einen Anschlag
auf, der während dem Bohrvorgang ein Versetzen zumindest eines Abschnitts des Adapterelements
in Richtung des ersten Endes des Schafts verhindert.
[0004] Zum Setzen des Befestigungselements gemäss der
DE 103 36 040 A1 wird das Adapterelement auf das zweite Ende des Schafts aufgeschraubt und anschliessend
das zur Anwendung kommende Bohrgerät über seine Werkzeugaufnahme mit dem Adapterelement
gekoppelt. Dann wird das selbstbohrende Befestigungselement mit einem geringen Drehmoment
und hoher Drehzahl über das Adapterelement in Rotation versetzt und ein Bohrloch in
den Untergrund erstellt. Nach dem Erreichen der gewünschten Bohrlochtiefe wird die
sich in dem Aufnahmeraum befindliche aushärtbare Masse mittels einer Auspresseinrichtung
aus dem Befestigungselement ausgebracht, wobei die Masse durch Öffnungen im Bereich
des ersten Endes des Schafts und/oder des Bohrkopfs in den Zwischenraum zwischen der
Schaftaussenseite und der Bohrlochwandung austritt. Nach dem die ausgebrachte aushärtbare
Masse zumindest teilweise ausgehärtet ist, wird mittels des Bohrgerätes nochmals ein
hohes Drehmoment mit geringer Drehzahl des Bohrgerätes auf das Adapterelement aufgebracht,
bis dieses an der Sollbruchstelle bricht. Zum Vorspannen des Befestigungselements
wird der nun frei drehbare Abschnitt des Adapterelements in Richtung des ersten Endes
des Schafts bewegt.
[0005] Ein derartiges Befestigungselement sowie das zugehörige Setzverfahren zeichnen sich
durch die einfache Handbarkeit aus, weshalb sich das Befestigungselement gemäss der
DE 103 36 040 A1 in der Praxis bewährt hat.
[0006] In einzelnen Fällen, z. B. je nach Art des Untergrundes, kann das Adapterelement
bereits während dem Bohrvorgang brechen. Tritt dieser seltene Fall auf, muss das Bohrgerät
abgekoppelt, ein neues Adapterelement am freien Ende des Schafts angeordnet und das
Bohrgerät erneut wieder mit dem Adapterelement gekoppelt werden, damit der Bohrvorgang
beendigt werden kann.
[0007] Kann mit dem zur Anwendung kommenden Bohrgerät nicht ein für das Brechen der Sollbruchstelle
ausreichendes Drehmoment auf das Adapterelement aufgebracht werden, ist das gesetzte
und bereits im Untergrund chemisch verankerte Befestigungselement nicht mehr direkt
vorspannbar. Des Weiteren wird für das Setzen des Befestigungselements ein Bohrgerät
benötigt, dessen Motorsteuerung zumindest zwei Geschwindigkeiten des Motors ermöglicht.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Setzverfahren unter Verwendung eines zuvor
dargelegten Befestigungselements zu schaffen, bei dem das Handling sowie die Zuverlässigkeit
noch besser sind. Weiter ist die Aufgabe der Erfindung das bekannte Befestigungselement
derart zu verbessern, dass dieses noch vorteilhafter mit dem erfindungsgemässen Setzverfahren
setzbar ist.
[0009] Die Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
[0010] Gemäss der Erfindung umfasst das Setzverfahren die Schritte:
- Anordnen des Adapterelements am zweiten Ende des Schafts des Befestigungselements;
- Kuppeln des Bohrgerätes mit dem Adapterelement;
- Bohren eines Bohrlochs in den Untergrund mittels des selbstbohrenden Befestigungselements
unter Rotation des Befestigungselements in eine erste Rotationsrichtung;
- Ausbringen der sich in dem Aufnahmeraum befindlichen aushärtbaren Masse aus dem Befestigungselement
mittels einer Auspresseinrichtung; und
- Vorspannen des Befestigungselements nach dem zumindest teilweisen Aushärten der ausgebrachten
aushärtbaren Masse durch Rotation des Adapterelements in eine zweite, der ersten Rotationsrichtung
entgegengesetzten Rotationsrichtung, wobei zumindest ein Abschnitt des Adapterelements
in Richtung des ersten Endes des Schafts bewegt wird.
[0011] Da für das Vorspannen des Befestigungselements ein Brechen des Adapterelements unter
einer bestimmten Last nicht mehr erforderlich ist, kann dieses nicht vor der Beendigung
des
[0012] Bohrvorgangs unbrauchbar werden und des Weiteren können keine bei einem Materialbruch
anfallende lose Teile des Adapterelements in den Spalt zwischen dem Schaft und der
Bohrlochwandung oder gar in das Befestigungselement selbst eindringen, welche gegebenenfalls
die Verankerung nachteilig beeinflussen könnten.
[0013] Bei dem erfindungsgemässen Setzverfahren kann während dem Bohren des Bohrlochs ein
maximales Drehmoment auf das Befestigungselement aufgebracht werden, was insbesondere
bei harten Untergründen für den Bohrfortschritt vorteilhaft ist. Zudem lassen sich
alle herkömmlichen, insbesondere im Untertagebau zur Anwendung kommenden Bohrgeräte
mit dem erfindungsgemässen Setzverfahren verwenden.
[0014] Die aushärtbare Masse wird beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch
aus dem Befestigungselement ausgebracht. Vorteilhaft ist die Auspresseinrichtung direkt
im Bohrgerät integriert.
[0015] Der Grad der Vorspannung ist einfach durch Einstellungen am Bohrgerät anpassbar.
Es besteht somit kein Erfordernis mehr, zu diesem Zweck unterschiedliche Arten von
Adapterelementen mit verschieden ausgebildeten Sollbruchstellen dem Anwender zur Verfügung
zu stellen.
[0016] Vorzugsweise wird ein Anschlag für das Adapterelement am zweiten Ende des Schafts
vorgesehen, welcher beim Bohrvorgang ein unerwünschtes Abschrauben des Adapterelementes
vom zweiten Ende des Schafts verhindert. Der Anschlag ist beispielsweise durch ein
separates Element gebildet, welches nach der Anordnung des Adapterelementes am zweiten
Ende des Schafts an diesem angeordnet wird. Vorteilhaft wird dieser Anschlag von einem
Befestigungsmittel, wie beispielsweise von einem radial durch das Adapterelement in
den Schaft eindringenden Stift gebildet, der bei Aufbringen eines bestimmten Drehmomentes
bricht. Alternativ wird zumindest ein Klebepunkt oder ein Lötpunkt vorgesehen, der
das Adapterelement temporär an dem Schaft des Befestigungselements fixiert.
[0017] Bevorzugt wird zum Bohren und zum Vorspannen ein Bohrgerät mit einem Konstantmotor
verwendet, da beim erfindungsgemässen Setzverfahren kein Erfordernis für ein Bohrgerät
mit einem Verstellmotor mehr gegeben ist. Trotzdem kann das erfindungsgemässe Setzverfahren
auch weiterhin mit einem derartigen Bohrgerät ausgeführt werden. Bei dem erfindungsgemässen
Setzverfahren lassen sich durch entsprechende Einstellungen des Motors die Bohrleistung
und die erzeugte Vorspannung einfach optimieren.
[0018] Unter einem Konstantmotor wird ein Motor verstanden, der im Wesentlichen nur eine
Drehgeschwindigkeit zur Verfügung stellt. Bei einem Hydromotor weist dieser ein konstantes
Verdrängungsvolumen auf. Bei einem Verstellmotor sind beliebige Drehgeschwindigkeiten
einstellbar, da dieser ein veränderbares Verdrängungsvolumen aufweist.
[0019] Vorzugsweise wird die gewindeähnliche Aussenprofilierung an dem zweiten Ende des
Schafts mit einer Verlaufsrichtung versehen, die der zweiten Rotationsrichtung entspricht.
Während dem Bohrvorgang wird ein unabsichtliches Abschrauben des Adapterelementes
verhindert. Wird das Befestigungselement anstelle in die vorgesehene Rotationsrichtung
zum Bohren des Bohrlochs in die entgegengesetzte Richtung rotiert, schraubt sich das
Adapterelement in Richtung des zweiten Endes des Schafts.
[0020] Das erfindungsgemässe Befestigungselement weist ausgehend vom ersten Ende des Schafts
eine weitere gewindeähnliche Aussenprofilierung, die in Richtung der ersten Rotationsrichtung
und gegenüber der ausgehend vom zweiten Ende des Schafts gewindeähnlichen Aussenprofilierung
entgegengesetzt verläuft. Damit wird ein einfaches Setzen des Befestigungselements
gewährleistet.
[0021] Vorzugsweise ist die Steigung der ausgehend vom zweiten Ende des Schafts verlaufenden
gewindeähnlichen Aussenprofilierung flacher als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen
Aussenprofilierung, was mit mehreren Umdrehungen z. B. eines Adapterelementes oder
eines Mutterelementes das Aufbringen einer hohen Vorspannkraft ermöglicht.
[0022] Ist die Grösse der Vorspannkraft sekundär und wird ein besonders schneller Setzvorgang
angestrebt, wird in einer alternativen Ausführung des Befestigungselementes die Steigung
der ausgehend vom zweiten Ende des Schafts verlaufenden gewindeähnlichen Aussenprofilierung
steiler als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen Aussenprofilierung ausgebildet.
Mit wenigen Umdrehungen z. B. eines Adapterelementes oder eines Mutterelementes ist
dieses bis zur Anlage am Untergrund aufschraubbar beziehungsweise ist mit wenigen
Umdrehungen desselben eine Vorspannkraft aufbringbar.
[0023] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- Das Befestigungselement beim Bohrvorgang im Längsschnitt;
- Fig. 2
- das Befestigungselement beim Auspressvorgang im Längsschnitt;
- Fig. 3
- das Befestigungselement beim Vorspannvorgang im Längsschnitt; und
- Fig. 4
- ein erfindungsgemässes Befestigungselement in Seitenansicht.
[0024] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
[0025] In den Figuren 1 bis 3 ist das erfindungsgemässe Setzverfahren in drei Einzelschritten
dargestellt.
[0026] Für das Setzverfahren wird ein selbstbohrendes, chemisch verankerbares Befestigungselement
11 verwendet, das einen hohlzylindrischen Schaft 12 mit einem Innenrohr 13, das einen
Aufnahmeraum 14 für eine im Befestigungselement 11 vorgesehene aushärtbare Masse 15
aufweist, einen Bohrkopf 16 an einem ersten Ende 17 des Schafts 12 und ein bereichsweise
vorgesehenes Aussengewinde als gewindeähnliche Aussenprofilierung 19 an einem zweiten
Ende 18 des Schafts 12 aufweist. Die gewindeähnliche Aussenprofilierung 19 am zweiten
Ende 18 des Schafts 12 weist eine Verlaufsrichtung auf, die der zweiten Rotationsrichtung
entspricht.
[0027] Für eine vorteilhafte Lagerhaltung des Befestigungselements 11 ist die aushärtbare
Masse 15 in einem Folienbeutel verpackt in dem Innenrohr 13 vorgesehen. Des Weiteren
ist zwischen dem vorderen Ende des Folienbeutels und dem ersten Ende 17 des Schafts
12 eine Mischeinrichtung 21 vorgesehen. Zwischen dem hinteren Ende des Folienbeutels
und dem zweiten Ende 18 des Schafts 12 ist ein Auspresskolben 22 im Innenrohr 13 angeordnet.
[0028] Weiter wird bei dem Setzverfahren ein an dem zweiten Ende 18 des Schafts 12 Adapterelement
31 verwendet, das eine aussenseitig angeordnete Mehrkantausbildung als Angriffsmittel
32 für eine Dreh-Werkzeugaufnahme 42 eines zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes 41
sowie eine komplementär zu der gewindeähnlichen Aussenprofilierung 19 am Schaft 12
ausgebildetes Innengewinde als gewindeähnliche Innenprofilierung 33 aufweist.
[0029] Nach der Anordnung des Adapterelements 31 am zweiten Ende 18 des Schafts 12 wird
ein Anschlag 36, hier ein separates Element, für das Adapterelement 31 vorgesehen.
[0030] Das Bohrgerät 41 weist einen Konstantmotor 43 auf. Mit dem Bohrgerät 41 lässt sich
das Befestigungselement 11 in den Untergrund 6 bohren und anschliessend das Befestigungselement
11 vorspannen. Weiter weist das Bohrgerät 41 eine Auspresseinrichtung zum Ausbringen
der im Befestigungselement 11 befindlichen Masse 15 auf. Die Auspresseinrichtung wird
in diesem Ausführungsbeispiel mit Wasser unter Hochdruck betätigt und weist eine Zuführnase
46 auf, welche im angekuppelten Zustand des Befestigungselements am Bohrgerät 41 in
dessen Innenrohr 13 dichtend eindringt.
[0031] Das erfindungsgemässe Setzverfahren umfasst die folgenden Schritte:
Zuerst wird das Adapterelement 31 am zweiten Ende 18 des Schafts 12 des Befestigungselements
11 durch Aufschrauben an diesem angeordnet.
[0032] Dann wird das Bohrgerät 41 mit dem Adapterelement 31 gekuppelt, wobei dieses in der
Werkzeugaufnahme 42 des Bohrgerätes 41 zur Übertragung einer vom Motor 43 des Bohrgerätes
41 erzeugten Drehmomentes aufgenommen wird.
[0033] Anschliessend wird das Befestigungselement 11 über das Adapterelement 31 von dem
Bohrgerät 41 in eine erste Rotationsrichtung R1 versetzt, wobei ein Bohrloch 7 in
den Untergrund 6 gebohrt wird (siehe Fig. 1).
[0034] Nach Erreichen der gewünschten Bohrtiefe T wird die Übertragung des Drehmomentes
vom Bohrgerät 41 auf das Befestigungselement 11 unterbrochen. Durch die Zuführnase
46 der Auspresseineinrichtung hindurch wird Wasser unter Hochdruck auf den Auspresskolben
22 gelenkt, welcher sich in Richtung des ersten Endes 17 des Schafts 12 verschiebt
und dabei die sich im Aufnahmeraum 14 befindlichen aushärtbaren Masse 15 aus dem Befestigungselement
11 ausbringt (siehe Fig. 2). Dabei tritt die Masse 15 durch Öffnungen im Bereich des
ersten Endes 17 des Schafts 12 und/oder des Bohrkopfs 16 in den Zwischenraum 8 zwischen
der Aussenseite des Schafts 12 und der Wandung des Bohrlochs 7 aus.
[0035] Nachdem die ausgebrachte aushärtbare Masse 15 zumindest teilweise ausgehärtet ist,
wird zum Vorspannen des Befestigungselements 11 das Adapterelement 31 nochmals mittels
des Bohrgerätes 41 in Rotation versetzt, wobei mittels Drehumkehr des Motors 43 dieses
in eine zweite Rotationsrichtung R2 bewegt wird, die entgegengesetzt zu der ersten
Rotationsrichtung R1 ist. Dabei wird das Adapterelement 31 in Richtung des ersten
Endes 17 des Schafts 12 bewegt. Sobald das Adapterelement 31 an der Oberfläche 9 des
Untergrundes 6 anliegt, wird bei weiterer Drehung des Adapterelements 31 in der zweiten
Rotationsrichtung R2 das Befestigungselement 11 auf das gewünschte Mass vorgespannt
(siehe Fig. 3).
[0036] Das in Figur 4 dargestellte selbstbohrende, chemisch verankerbare Befestigungselement
51 weist einen Schaft 52 mit einem Aufnahmeraum 54 für eine im Befestigungselement
51 vorgesehene aushärtbare Masse 55, mit einem Bohrkopf 56 an einem ersten Ende 57
des Schafts 52 auf. Ausgehend vom zweiten Ende 58 des Schafts 52 ist bereichsweise
ein erstes Aussengewinde als gewindeähnliche Aussenprofilierung 59 vorgesehen. Ausgehend
vom ersten Ende 57 des Schafts 52 ist bis zum ersten Aussengewinde ein zweites Aussengwinde
als weitere gewindeähnliche Aussenprofilierung 60 vorgesehen, welche entgegengesetzt
zu der ersten gewindeähnlichen Aussenprofilierung 59 verläuft. Die Steigung der ausgehend
vom zweiten Ende 58 des Schafts 52 verlaufenden gewindeähnlichen Aussenprofilierung
59 ist flacher als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen Aussenprofilierung 60.
1. Setzverfahren unter Verwendung eines selbstbohrenden, chemisch verankerbaren Befestigungselementes
(11; 51), das einen Schaft (12; 52) mit einem Aufnahmeraum (14; 54) für eine im Befestigungselement
(11; 51) vorgesehene aushärtbare Masse (15; 55), mit einem Bohrkopf (16; 56) an einem
ersten Ende (17; 57) des Schafts (12; 52) und mit einer zumindest bereichsweise vorgesehenen
gewindeähnlichen Aussenprofilierung (19; 59) an einem zweiten Ende (18; 58) des Schafts
(12; 52) aufweist, sowie
unter Verwendung eines an dem zweiten Ende (18; 58) des Schafts (12; 52) anordnenbaren
Adapterelements (31), das ein aussenseitig angeordnetes Angriffsmittel (32) für eine
Dreh-Werkzeugaufnahme (42) eines zur Anwendung gelangenden Bohrgerätes (41) sowie
eine komplementär zu der gewindeähnlichen Aussenprofilierung (19; 59) am Schaft (12;
52) ausgebildete gewindeähnliche Innenprofilierung (33) aufweist,
gekennzeichnet durch die Schritte:
- Anordnen des Adapterelements (31) am zweiten Ende (18; 58) des Schafts (12; 52)
des Befestigungselements (11; 51);
- Kuppeln des Bohrgerätes (41) mit dem Adapterelement (31);
- Bohren eines Bohrlochs (7) in den Untergrund (6) mittels des selbstbohrenden Befestigungselements
(11; 51) unter Rotation des Befestigungselements (11; 51) in eine erste Rotationsrichtung
(R1);
- Ausbringen der sich in dem Aufnahmeraum (14; 54) befindlichen aushärtbaren Masse
(15; 55) aus dem Befestigungselement (11; 51) mittels einer Auspresseinrichtung; und
- Vorspannen des Befestigungselements (11; 51) nach dem zumindest teilweisen Aushärten
der ausgebrachten aushärtbaren Masse (15; 55) durch Rotation des Adapterelements (31) in eine zweite, der ersten Rotationsrichtung (R1)
entgegengesetzten Rotationsrichtung (R2), wobei zumindest ein Abschnitt des Adapterelements
(31) in Richtung des ersten Endes (17; 57) des Schafts (12; 52) bewegt wird.
2. Setzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag (36) für das Adapterelement (31) am zweiten Ende (18) des Schafts (12)
vorgesehen wird.
3. Setzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bohren und zum Vorspannen ein Bohrgerät (41) mit einem Konstantmotor (43) verwendet
wird.
4. Setzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gewindeähnliche Aussenprofilierung (19; 59) an dem zweiten Ende (18; 58) des
Schafts (12; 52) mit einer Verlaufsrichtung versehen wird, die der zweiten Rotationsrichtung
(R2) entspricht.
5. Befestigungselement zur Durchführung des Setzverfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 4, das einen Schaft (52) mit einem Aufnahmeraum (54) für eine im Befestigungselement
(51) vorgesehene aushärtbare Masse (55), mit einem Bohrkopf (56) an einem ersten Ende
(57) des Schafts (52) und mit einer zumindest bereichsweise vorgesehenen gewindeähnlichen
Aussenprofilierung (59) an einem zweiten Ende (58) des Schafts (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom ersten Ende (57) des Schafts (12) eine weitere gewindeähnliche Aussenprofilierung
(60) vorgesehen ist, die in Richtung der ersten Rotationsrichtung (R1) verläuft, und
die ausgehend vom zweiten Ende (58) des Schafts (52) gewindeähnliche Aussenprofilierung
(59) entgegengesetzt der weiteren gewindeähnlichen Aussenprofilierung (60) verläuft.
6. Befestigungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der vom zweiten Ende (58) des Schafts (52) ausgehenden gewindeähnlichen
Aussenprofilierung (59) flacher als die Steigung der weiteren gewindeähnlichen Aussenprofilierung
(60) ist.