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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.
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Aus
der
DE 33 42 746 A1 ist
ebenfalls ein Gleitanker mit allen Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs
1 bekannt. Der in der
DE
33 42 746 A1 offenbarte Gleitanker hat gemäß einem
Ausführungsbeispiel
eine einzige, den Ankerstab konzentrisch umgebende Aufnahmeöffnung für eine Mehrzahl
kugelförmiger
Gleitkörper.
Die Mittellängsachse
dieser Aufnahmeöffnung
fällt mit
der Mittellängsachse
des Ankerstabes zusammen, der das Gleitsteuerelement axial durchsetzt.
Die Innenfläche
der Aufnahmeöffnung
ist radial von der Mantelfläche
des Ankerstabes beabstandet und verläuft parallel zur Oberfläche des Ankerstabes.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Gleitankers
wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitankers,
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2 eine
erste Ausführungsform
eines Gleitkörperkäfigs, wie
er bei einem Gleitsteuerelement eines erfindungsgemäßen Gleitankers
Verwendung findet,
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3 den
Schnitt III-III aus 2,
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Gleitkörperkäfigs, wie
er in dem Gleitsteuerelement des in 1 gezeigten
Gleitankers Verwendung findet,
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5 den
Schnitt V-V aus 4,
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6 den
Schnitt VI-VI aus 4,
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7 eine
der 5 entsprechende Ansicht, jedoch mit in den Gleitkörperkäfig eingesetzten Gleitkörpern, und
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8 eine
der 6 entsprechende Ansicht, ebenfalls mit in den
Gleitkörperkäfig eingesetzten
Gleitkörpern.
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In 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.
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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 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.
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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.
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Wie
aus dem in 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.
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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 M0 beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel
30°.
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In
den 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 Ausneh mungen 20 zusammen
gleichmäßig um den
Umfang des Gleitkörperkäfigs 16' verteilt sind.
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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 7 und 8 zeigen
den 5 und 6 entsprechende Ansichten, in
denen in jeder Ausnehmung 20 ein wie zuvor beschrieben
ausgebildeter Gleitkörper 22 angeordnet
ist. Wie insbesondere aus 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.
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Zurückkommend
auf 1 wird nun der weitere Aufbau des Gleitankers 10 erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
Relativverschiebung 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.