Die Erfindung betrifft einen Zweischritt-Hohlstabverbundanker, für Ein- oder Zweikomponenten Kleberpatronen oder Klebergranulat für Hohlstabvoll- oder Teilverbundanker, zum kostengünstigen und sichereren Ausbau von Hohlräumen im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau.

Kleber, Mörtel oder Granulatgemisch wird in der Ankerhohlstabbohrung, ohne Zwischenmittel wie ein Innenrohr als Klebermagazin das von einem Spülkanal umgeben ist, vorkonfektioniert eingelagert und direkt aus der Hohlstabbohrung mit einem Kolben ausgepresst.

Da die Herstellung der Bohrungen in den gezogenen oder gepressten Ankerrohren gewissen Toleranzen unterliegen und die Oberfläche der Bohrung mit Zunder und ähnlichen Ablagerungen aus der Fertigung behaftet sind, wird für den Auspressvorgang eine Oberflächenverbesserung mit Gleitmitteln vorgesehen, die mit Inlinerfolien, eingeschobenen Gleitschläuchen, einem Dünnbettrohr, mit aufgebrachten Gleitmitteln in der Bohrung durch Tauchen oder Spritzen, erfolgen kann.

In einer Ausführung wird zwischen einem Auspresskolben im Ankerfuß, mit Dicht- und Schublamellen und zwischen einer Mischer-Dichtpatrone im Ankerkopf, die in der Hohlstabbohrung vorkonfektioniert eingebrachte Kleberpatrone vor Masseverlust durch Diffundierung geschützt.

Mit dem Auspressvorgang wird durch die intensive Vermischung die chemische Aushärtung in dem Ringraum zwischen Ankerrohr und Gebirge, nach Einsatz des Hohlstabankers für eine Teil-, oder Vollverklebung in der Ankerbohrung, ausgelöst.

In der weiteren Ausführung kommt es bei Aufbringen eines definierten Wasserhochdruckes, auf einem im Hohlstab befindlichen Auspresskolben mit Dichtfunktion, zum Ansprechen eines Berstventils.

Der in der Hohlstabbohrung befindliche Kleber/Mörtel, als Druck-Granulatklebermischung oder als Kleberpaste ohne Kunststoffschläuche eingefüllt, verflüssigt sich vor dem Berstventil und vermischt sich mit dem im Granulat- oder in der Kleberpaste eingelagerten Härter, tritt über den Ankerkopf aus und füllt den Ringraum zur chemisch angestoßenen Aushärtung zwischen Ankerschaft und Bohrlochwand, z. B. bei Vollverbundankern über die gesamte Bohrlochlänge bis zum Ankerfuß.

Mit der Anordnung der Verlagerung der Klebermassen zwischen dem Auspresskolben mit den Dicht- und Schublamellen und dem Berstventil, wird der Masseverlust des Klebers durch Diffundierung bei langen Lagerzeiten verhindert.

Nach dem Aushärtevorgang im Ringraum, bei einer Teil- oder Vollverklebung des Hohlstabverbundankers, wird mit dem Ankeradapter auf die, mit einer Brechsicherung versehenen vormontierten Ankermutter, ein maximales Drehmoment aufgegeben, mit dem diese Muttersicherung abschert und damit anzeigt, dass die erforderliche Sicherung des Gebirges mit dem gewählten Anpressdruck zwischen Ankerplatte und Gebirge, erreicht ist.

Der Ankerkopf besitzt in einer Ausführung die zur Diffundierungsverhinderung, vor der Auspressvorrichtung eingebaute und mit einer Folie gekapselte Mischer-Dichtpatrone, die nach dem Aufreißen als statische Mischeinrichtung beim Einsatz von Kleberpatronen in Folienschläuchen mit integriertem Härterspiralschlauch wirkt. Bei längeren Lagerzeiten wird die Kleberpatrone von der Ankerkopf- und Fußseite, gegen Masseverlust durch Diffundierung der Klebersäule geschützt.

In einer weiteren Ausführung wird der vorkonfektionierte Kleber als Granulatgemisch direkt in der Hohlstabbohrung, als Klebermagazin ohne Zusatzrohr, Spülkanäle, Folienschlauch eingebracht und nach der Erreichung eines definierten Druckes mit einem Auspresskolben über ein Berstventil, zur chemischen Aushärtung in den Ringraum verpresst.

Der Ankerfuß wird bei beiden Ausführungen mit dem Ankersetzadapter, der den Anker, ohne Spülung mit einem Ausräummeißel für restliches Bohrklein drehend in das Bohrloch schiebt und in sich einen hydraulisch verschiebbaren Dispenserzylinder trägt, mit dem die Aufgabe des Druckwassers bzw. auch die Dichtfunktion am Ankerfuß erfolgt, der Auspressvorgang des vorkonfektionierten Klebers, mit einer vordimensionierten Menge Druckwasser eingeleitet.

Nach der Aushärtezeit des Klebergemisches, wird mit einem definierten Drehmoment das Anziehen der Ankermutter über eine Brechbolzensicherung als Spannelement, zur weiteren Sicherung und Verbindung der Gebirgsschichten mit der Ankerplatte, vorgenommen.

Selbstbohrende Verbundanker mit chemischen Klebern sind, als Injektionsanker mit/ohne einem zusätzlichen Klebermagazin zur Stabilisierung von Räumen im Berg- und Tunnelbau, im Tief- und Tagebau von Fels- und Stützwänden bekannt und in den Schriften DE 103 36 043 A1, DE 103 36 040 A1, DE 103 21 175 B3, DE 103 01 968 A1, DE 100 17 763 A1, DE 100 17 751 A1, 100 17 750 A1, DE 299 00 432 U1, US 4,055,051, DE 31 00 730, A1 10 2006 002 215.7 und 10 2005 004 364.2 eingehend beschrieben.

Mit diesen Verbundankern wird die Ankerbohrung je nach Gesteinshärte mit Nass- oder Trockenbohrverfahren hergestellt. Ein zusätzlicher Spül- oder Absaugkanal zur Abförderung von Bohrklein aus der Bohrung, ist dabei mit den vorgenannten Ankersystemen erforderlich. Dabei wird nach der Herstellung der Ankerbohrung aus einem zusätzlichen Innenrohr, das als Klebermagazin dient, der Kleber und Härter über Trenneinrichtungen zu der Spül- oder Absaugleitung, im Ringraum zwischen Anker und Gebirge verpresst.

Diese bisher bekannten Verbundanker können nur mit drehenden Bohrverfahren für die Herstellung der Ankerbohrung eingesetzt werden und haben eine im Bohrloch verbleibende und damit verlorene Bohrkrone. Die Unterscheidungsmerkmale der verschiedenen Verfahren werden mit den betriebswirtschaftlichen Eignungen nachfolgend dargestellt:

Bei diesem Verfahren wird ein an der Außenseite gerippter Vollstab in ein vorher erstelltes und mit Schlauch-in-Schlauch-Klebepatronen gefülltes Bohrloch mit geringer Vorschubgeschwindigkeit und hoher Drehzahl eingedreht.

Der Ankerkopf zerstört die Kleberpatronen und mischt Kleber und Härter. Das Klebergemisch wird durch die Ankerstange verdrängt und füllt den Ringraum zwischen Ankerstab und Bohrlochwand bis zum Ankerfuß.

Das Einbringen des Ankers mit Bohren, Einbringen der Klebesäule, Einbringen des Ankers, ist arbeitsintensiv und stellt hohe Qualitätsansprüche, sowohl an die eingesetzte Maschinentechnik, als auch an die Ausbildung und Disziplin des Personals mit der Einhaltung der vorgeschriebenen Drehzahlen und der Vorschubgeschwindigkeit.

Dadurch bedingt ist die Einbauqualität des Ankers fehleranfällig, was im Extremfall zur Gefährdung der Standsicherheit der Grubenbaue führen kann, da die verwendeten Kleberpatronen bei zu langen Lagerzeiten durch das diffundieren der Chemie, an Masse verlieren und dadurch beim Einbau abknicken, im Bohrloch aufreißen und der Aushärteprozess dadurch zu früh einsetzt.

Eine Mechanisierung/Automatisierung der Arbeitsvorgänge zum Einbringen solcher Anker ist bis jetzt, insbesondere für Einsatzfälle im geschichteten Gestein, nicht gelungen. Dies führt dazu, dass derartige Vortriebe wenig leistungsfähig sind, da die Zeit für das Einbringen eines derartigen Ankers bei ca. 5 Minuten liegt.

Zusätzlich sind die Arbeitsvorgänge mit ständigem händischem Werkzeugwechsel, wie Verbindung Bohrhammer/Bohrstange lösen, Einstecken des Ankersetzschlüssels, Einstecken des Ankers usw. mit Risiken für das eingesetzte Personal verbunden, da das Verfahren einen dauernden Aufenthalt von Personen im nicht gesicherten Gefahrenbereich des Vortriebs erfordert. Eine Risikominderung ist beim derzeitigen Stand der Technik nur bedingt möglich.

Auf Vollstabanker in Verbindung mit dem Füllmörtelverfahren bei dem der Mörtel in das Bohrloch gepumpt wird, wird in der hier aufgeführten Beschreibung nicht gesondert eingegangen, da diese als Ausbauanker im Streckenvortrieb bis jetzt nicht eingesetzt werden.

Selbstbohrende Verbundanker mit integriertem Klebermagazin sind bekannt und werden als Ausbauanker alternativ zum Vollstabverbundanker eingesetzt, da diese Ausführung Bohrstange und Anker in einem sind. Der Anker ist mit einer verlorenen Bohrkrone ausgestattet, die äußere Form des Ankerrohres als Bohrstange, gewährleistet die Abführung von Bohrklein während des Bohrvorganges.

Der Hohlstab beinhaltet ein zusätzliches Innenrohr, das den vorkonfektionierten Kleber und Härter enthält. Zwischen Innenrohr und Innendurchmesser des Hohlstabs befindet sich der Spülkanal der zur Spülung mit Luft, Wasser oder Luftwassergemisch während des Bohrvorgangs genutzt wird.

Nach der Herstellung der Bohrung wird aus dem zusätzlichen Innenrohr der Kleber und Härter, durch Beaufschlagung mit Wasserdruck, ausgepresst. Das Klebergemisch tritt über Bohrungen am Ankerkopf aus und füllt den Ringraum zwischen Anker und Bohrlochwand.

Diese selbstbohrenden Verbundanker mit integriertem Innenrohr als Klebermagazin, eignen sich aufgrund ihrer Konstruktion nur für drehende Bohrverfahren. Drehendes Bohren lässt sich jedoch nur im begrenzten Umfang, in Abhängigkeit von den Gesteinseigenschaften, zu maximal 30% aller Einsatzfälle im Streckenvortrieb einsetzen und sind daher nicht geeignet, die unter 1. beschriebenen, mit dem Patronenverfahren eingebrachten Vollstabverbundanker, zu ersetzen.

Ein Einsatz des aufwendigen und damit kostenintensiven Ankers bei Gesteinseigenschaften, die drehendes Bohren nicht zulassen und bei denen der Selbstbohranker, nachträglich in ein schlagend – bzw. drehschlagend hergestelltes Bohrloch eingebracht wird, ist betriebswirtschaftlich nicht zu rechtfertigen.

Hohlstabinjektionsanker sind als Selbstbohranker, oder als nachträglich in vorher hergestellte Bohrlöcher einzubringende Anker bekannt. Durch den Hohlstab wird ein außerhalb des Bohrlochs hergestelltes Klebergemisch, in den Ringraum zwischen Außenwand des Hohlstabs und Bohrlochwand, als Verfüllverfahren mit und ohne Druck, geleitet. Das Verfüllverfahren ist verfahrenstechnisch mengenaufwendig, kosten- und zeitintensiv. Diese Nachteile werden durch die sehr gute Einbauqualität des Ankers in der Praxis nicht ausgeglichen.

Da keines der beschriebenen Verfahren, den heutigen betriebswirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Anforderungen in vollem Umfang gerecht wird und andere Ankerarten wie z.B. Spreizhülsenanker und Reibrohranker vor allem für Anwendungen im Steinkohlenbergbau nur bedingt in Frage kommen, ergibt sich die Notwendigkeit zur Entwicklung eines alternativer Ankersystems:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Hohlstabverbundanker zu schaffen, mit dem die bisher zeit- und kostenintensive, sowie mit Qualitäts- und Sicherheitsproblemen behafteten Verbundankersysteme abgelöst werden können. Das System muss eine Minimierung der Einbauzeit, Leistungssteigerung mit guter Einbauqualität als Hohlstabvollverbundanker, die Senkung des Personalaufwandes und eine Verringerung der Unfallgefahr durch eine Bedienung aus dem abgesicherten Bereich des Streckenvortriebes gewährleisten.

Das ist mit dem erfindungsgemäßen Zweischritt-Hohlstabvoll- oder Teilverbundanker möglich, dessen Einbau in zwei Schritten erfolgt:

1. Schritt: Herstellen einer Ankerbohrung mit definiertem Durchmesser mittels eines leistungsfähigen Bohrverfahrens in Abhängigkeit von den Gesteinseigenschaften, drehend, schlagend oder drehschlagend.

2. Schritt: Einbringen des vorkonfektionierten Hohlstabvollverbundankers mittels Ankeradapter und Auspressen der vorkonfektionierten Klebersäule mit Wasserhochdruck mittels einer Dispensertülle und nach dem Aushärten das abgesicherte Anziehen der Ankermutter mit einem maximalen Drehmoment.

Das hier beschriebene Ankersystem ist ideal für eine künftige Vollmechanisierung/Automatisierung des Einbringvorgangs, mit Bohrlafetten aus dem abgesicherten Vortriebsraum geeignet, so dass Gefahren für das Personal, sowohl beim Handling, als auch durch nachbrechendes Gestein vermieden werden. Der chemische Aushärtevorgang wird mit Kleberpatronen, mit Druckkleber- oder Granulatgemisch durch einen aufgebrachten Druck, im Ringraum ausgelöst und mit der Diffusionssperre gegen Masseverlust, wird eine überlange Lagerzeit der vorkonfektionierten Ankerelemente erreicht.

Eine Vorkonfektionierung der Klebersäule im Hohlstab ist in der Schrift mit dem Az. 10 2006 002 215.7 eingehend beschrieben und trägt zur Wirtschaftlichkeit und zur Erhöhung der Sicherheit mit dem aufgezeigten Verfahren bei.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Oberbegriffes im Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und Darstellung in den folgenden Zeichnungen.

1 zeigt den Schnitt durch den Kopf eines Hohlstabverbundankers mit einer Kleberpatrone, der Mischer-Dichtpatrone und den gesicherten Ausräummeißel mit den Auspresskanälen.

2 zeigt den linken halbseitigen Schnitt durch einen Ankerkopf eines in einer Ankerbohrung verpressten Hohlstabverbundankers mit dem Auspresskolben in der Endstellung und die ausgehärtete Klebermischung in der Ankerbohrung.

Die rechte Hälfte zeigt das Außengewinde des Ankerrohres in der Ankerbohrung mit der ausgehärteten Klebermischung.

3 zeigt den Längsschnitt durch den Kopf eines Hohlstabverbundankers mit einem Klebergranulat, einem Berstventil als Dichtpatrone und den Ausräummeißel mit Venturikanälen.

4 zeigt den Längsschnitt durch einen Hohlstabverbundanker mit der Dispensertülle, den Auspresskolben als Dichtelement, ein Klebergemisch ohne Folienschlauch mit Härterspirale, die Mischer-Dichtpatrone in einer Folie und den Ausräummeißel, als abgeschrägten Ankerkopf mit Sicherungsplatte, Ringspalt und den selbsttätig verspannten Federtopf in einer Ankerbohrung.

1 zeigt den Ankerkopf 1 eines Hohlstabverbundankers 2 im Längsschnitt mit einer Kleberpatrone 3 in einem Folienschlauch 4 mit der Härterspirale 5, mit der Mischer-Dichtpatrone 6 in der Dichtfolie 35, mit einer Anlagefläche 7 für die Kleberpatrone 3, die Hohlstabbohrung 8 mit der Gleitbahn 9 und den Ausräummeißel 10 mit den Auspresskanälen 11. Der Ausräummeißel 10 wird mit einem Kleber 12 oder einer mechanischen Verbindung 13 mit dem Hohlstabverbundanker 1 für die Räumarbeit von Bohrklein aus der Ankerbohrung 14 verbunden.

Der Folienschlauch 4 der Kleberpatrone 3 stützt sich mit dem Patronenverschluss 15 auf die Anlagefläche 7 ab, damit keine frühzeitige oder ungewollte Zerstörung des Folienschlauches 4 erfolgen kann.

Beim Auspressvorgang mit dem Auspresskolben 16, mit den Dicht- 17 und Schublamellen 18 wird der Folienschlauch 4 auf dem, auf der Mischer-Dichtpatrone 6 angeordneten Auflagerring 19 mit der ausgepressten Härterspirale 5 aufgestaut, ohne die Mischer-Dichtpatrone 6 verstopfen zu können.

2 zeigt einen vollverklebten Ankerkopf 1 eines Hohlstabverbundankers 2 im linken hälftigen Längsschnitt, den Auspresskolben 16 mit den Dicht- 17 und Schublamellen 18 in der Endlage 20 mit der Gleitbahn 9.

Der Auspresskolben 16 wird mit einer definierten Wasserhochdruckmenge 21 für den Auspressvorgang beaufschlagt.

Der Folienschlauch 4 mit der Härterspirale 5, wird vom Auspresskolben 16 in der Endlage 20 auf dem Auflagerring 19 der Mischer-Dichtpatrone 6 gestaut und ausgepresst. Die rechte hälftige Ansicht zeigt das Außengewinde 22 des Hohlstabvollverbundankers 2 mit dem Ausräummeißel 10 in der Seitenansicht 23.

3 zeigt den Ankerkopf 24 eines Hohlstabverbundankers 2 im Längsschnitt, mit dem Granulat-Druckklebergemisch 25, dem Berstventil 26 und den mechanischen Mitteln 13 befestigten Ausräummeißel 27 mit einer Gleitbahn 9.

Bei Aufgabe einer definierten Wasserhochdruckmenge 21 über den Auspresskolben 16 auf das Granulat-Druckklebergemisch 25, wird dieses verflüssigt und bei ansteigendem Druck das Berstventil 26 geöffnet.

Der verflüssigte Granulat-Druckkleber 25 dringt über die Ausströmkanäle 28, mit dem Venturieffekt 29 in der Meißelspitze 30, zur Aushärtung und Verklebung des Hohlstabverbundankers 2, in den Ringraum 31 der Ankerbohrung 14.

4 zeigt den Längsschnitt durch einen Hohlstabverbundanker 32 mit der Dispensertülle 33, den Auspresskolben 16 mit den Dicht- 17 und Schublamellen 18. Ein Klebergemisch 34 ohne Folienschlauch 4 mit der Härterspirale 5, der Mischer-Dichtpatrone 6 in einer Folie 35 und den, als Ausräummeißel 36 abgeschrägten Ankerkopf 37 in einer Ankerbohrung 14. Der Ausräummeißel 36, wird mit einer Sicherungsplatte 38 versehen, die mit einem Ringspalt 39 den selbstsichernden, mit Schlitzen 43 elastisch ausgebildeten Federtopf 40, mit den Auspressöffnungen 41 aufnimmt. Auf der Innenseite 51 des Federtopfes 40 stützt sich beim Auspressvorgang die Mischer – Dichtpatrone 6 in der Dichtfolie 35, mit den Verteilerrippen 44 auf der Innenseite 51 des Federtopfes 40 ab.

Die Montage aller Einbauteile 3, 6, 9, 19, 25, 26, und 40 können in die Hohlstabbohrung 8 des Hohlstabverbundankers 32 von der Ankerkopfseite 37, als auch von der Ankerfußseite 53 ausgeführt werden.

Zwischen der Mischer-Dichtpatrone 6 mit der Dichtfolie 35 und dem Auspresskolben 16 mit den Dicht- 17 und Schublamellen 18 wird der Masseverlust des Klebergemisches 34, ohne Folienschlauch 4 mit der Härterspirale 5, durch Diffundierung verhindert.

1

Ankerkopf, zu 2

2

Hohlstabverbundanker

3

Kleberpatrone, zu 2

4

Folienschlauch, zu 3

5

Härterspirale, zu 3

6

Mischer-Dichtpatrone, zu 2

7

Anlagefläche, zu 6

8

Hohlstabbohrung, zu 2

9

Gleitbahn, zu 2 und 8

10

Ausräummeißel, zu 2 und 23

11

Auspresskanäle, zu 10

12

Kleber, zu 10

13

Verbindungsmechanik, zu 2 und 10

14

Ankerbohrung, zu 2 und 32

15

Patronenverschluss, zu 3

16

Auspresskolben, zu 1, 8 und 24

17

Dichtlamellen, zu 16

18

Schublamellen, zu 16

19

Auflagerring, zu 6

20

Endlage, Auspresskolben, zu 16

21

Wasserhochdruck, definierte Menge, zu 8

22

Außengewinde, zu 2 und 32

23

Ausräummeißel, Seitenansicht, zu 10

24

Ankerkopf, zu 2

25

Granulat-Druckklebergemisch mit Härter, zu 24

26

Berstventil, zu 24

27

Ausräummeißel, zu 24

28

Ausströmkanäle, zu 27

29

Venturieffekt, zu 28

30

Meißelspitze, zu 27

31

Ringraum, zu 14

32

Hohlstabverbundanker

33

Dispensertülle, zu 2 und 32

34

Klebergemisch, ohne Folienschlauch, zu 32

35

Dichtfolie, zu 6

36

Ausräummeißel, zu 32

37

Ankerkopf, zu 32

38

Sicherungsplatte, zu 32

39

Ringspalt, zu 38

40

Federtopf, selbstsichernd, zu 37

41

Auspressöffnungen, zu 40

42

Kragenrand, zu 40

43

Innenseite, Federtopf, zu 40

44

Verteilerrippen, zu 6

45

Gebirge

46

Kleberpaste, zu 2 und 32

47

Härter, chemisch eingelagert, zu 46

48

Schrägschnitt, zu 37

49

Bohrung, zu 38

50

Widerlager, zu 6

51

Dehnschlitze, zu 40

52

Dichtebene, zu 6

53

Ankerfuß, zu 32

54

Inlinerfolie, zu 8

55

Dünnbettrohr, zu 8