DE102020134856A1

DE102020134856A1 - Hohlstabverbundanker mit verbesserter Setzfähigkeit

Info

Publication number: DE102020134856A1
Application number: DE102020134856.8A
Authority: DE
Inventors: Archibald Richter; Friederich Jaeger
Original assignee: Jmbg Co Kg GmbH; Jmbg GmbH and Co KG
Current assignee: Jmbg Co Kg GmbH; Jmbg GmbH and Co KG
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2022136245A1; EP4217589B1; EP4217589A1; EP4217589C0; US20230383652A1; AU2021404998A1; US12378886B2; AU2021404998A9; AU2021404998B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hohlstabverbundanker zur Stabilisierung von Gesteinsschichten im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau, mindestens aufweisend einen Ankerfuß mit einen oder mehreren Austrittskanälen, einen hinter dem Ankerfuß angeordneten Hohlstab beinhaltend eine statische Mischeinrichtung und eine Klebepatrone mit einen Auspresskolben, wobei die Klebepatrone über eine zylindrische Dichtvorrichtung mit mindestens einer Berstfläche an der statischen Mischeinrichtung angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser der Dichtvorrichtung im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs entspricht und die Berstfläche größer oder gleich 15% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts der Dichtvorrichtung beträgt, wobei das Verhältnis aus Berstfläche zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 25 beträgt. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Setzen von Hohlstabverbundankern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlstabverbundanker zur Stabilisierung von Gesteinsschichten im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau, mindestens aufweisend einen Ankerfuß mit einen oder mehreren Austrittskanälen, einen hinter dem Ankerfuß angeordneten Hohlstab beinhaltend eine statische Mischeinrichtung und eine Klebepatrone mit einen Auspresskolben, wobei die Klebepatrone über eine zylindrische Dichtvorrichtung mit mindestens einer Berstfläche an der statischen Mischeinrichtung angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser der Dichtvorrichtung im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs entspricht und die Berstfläche größer oder gleich 15% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts der Dichtvorrichtung beträgt, wobei das Verhältnis aus Berstfläche zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 25 beträgt. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Setzen von Hohlstabverbundankern.
Die reproduzierbare und dauerhafte Sicherung instabiler Gesteinsschichten ist aus technischer und ökonomischer Perspektive heutzutage immer noch eine herausfordernde Angelegenheit. Aufgrund der erhöhten Sicherungsanforderungen, beispielsweise im Berg- und Tunnelbau, wurden bisher als Goldstandard „verlässliche“ Ansätze verfolgt, welche, unabhängig von der konkret vorliegenden Gesteinssituation, auf deutlich überdimensionierten aber immer ausreichenden „one-fits-all“ Lösungen basieren. Im Bereich der Stabilisierung äußerer Gesteinsschichten durch mechanische Anker bedeutet dies konkret, dass Anker zum Einsatz kommen, welche die für die Stabilisierung nötigen Haltekräfte üblicherweise um ein Vielfaches übertreffen. Die Überdimensionierung betrifft dabei im Wesentlichen die Auslegung der Ankerdimensionen und führt zwangsläufig dazu, dass Anker-Setzprozesse in Bezug auf die Leistung der eingesetzten Maschinen, der dazu nötigen Zeit und den beim Setzprozess auftretenden Kräften „überdimensioniert“ sein müssen. Letzteres ist nicht nur kostspielig, sondern birgt auch ein nicht zu vernachlässigendes Arbeitssicherheitsrisiko, da die auftretenden hohen Kräfte zur Befestigung der Anker im Gestein die Gefahr von Ankerfehlfunktionen und/oder unkontrollierbaren Verhalten des umgebenden Gesteins erhöhen.
Auch in der Patentliteratur finden sich die unterschiedlichsten Ansätze für den Einsatz und die Ausgestaltung von Verbundankern.
So offenbart beispielsweise die DE 1020 060 467 62 A1 einen als Kartuschenanker ausgebildeter Hohlstabverbundanker, einsetzbar als Zweischrittanker für den Einsatz im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau, mit einem zumindest partiell in einer Hohlstabbohrung eines Hohlstabes eingelagerten Klebers, insbesondere einem vorkonfektionierten Druckkleber, mindestens einem ankerfußseitig vorgesehenen Berstventil sowie mindestens einem ankerfußseitig positionierten Kolben, wobei die Außenfläche des Hohlstabverbundankers mit einem Klebstoff, bedarfsweise mit beigemengtem Füllstoff, beschichtet ist.
Als weitere technische Möglichkeit offenbart die DE 1020 090 560 89 A1 einen drehschlagfest ausgeführter Einphasen-Selbstbohr- und ein Zweiphasen Patronen-Spiralmischanker, als Hohlstabanker mit/ohne Bohrkrone, Spankammer, Stufenmahlwerk und Drehschieber, jedoch mit einer äußerlich aufgebrachten oder aufgewalzten Mischerspirale, als aktiver Bewegungsmischer zur Dünnbettmischung mit/ohne einem festgelegten Patronenrohr mit den Kühlkanälen und Kleberippen zur Kühlung der Bohrkrone und zur Einlagerung der Kleberpatrone mit Verspannungskleber, sind für die Mischung der ausgepressten Kleberpatrone im Ankerringraum und zur Aushärtung mit einer chemisch gesteuerten Volumenzunahme, zur zusätzlichen Ankerverspannung für den Einsatz im Berg- und Tunnel- Tief- und Felsbau, so ausgebildet, dass mit der äußerlich aufgebrachten Mischerspirale, als aktiver Bewegungsmischer eine Dünnbettmischung in der ges. Ankerlänge vorgenommen wird.
Eine weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Befestigung eines Felsankers in einem Loch im Felsen offenbart die DE 69 317 784 T2 , wobei die Vorrichtung ein Befestigungselement, insbesondere einem Spreizdübel, der auf einem Gewindeteil am inneren Ende eines Felsankers vorgesehen ist aufweist, wobei das äußere Ende des Felsankers mit einem unterlegscheibenartigen Andruckelement versehen ist, das dazu ausgebildet ist, gegen den Felsen anzudrücken, mit einer Mutter auf einem Gewindeteil am äußeren Ende des Felsankers, zum Andrücken gegen ein Stützelement mit einer Öffnung zur Zufuhr von Vergussmörtel zum Füllen des Hohlraums zwischen dem Felsanker und dem Felsen, zur Verbesserung der Verankerung und zur Bildung eines Korrosionsschutzes, wobei der Felsanker mit einem Rohr versehen ist, das sich zumindest über den größeren Teil der freien Länge des Felsankers erstreckt und dazu vorgesehen ist, Vergussmörtel zum inneren Ende des Felsloches zuzuführen, wobei das Stützelement die Form einer wenigstens teilweise sphärischen Schale hat, mit einem Innenraum zur Zufuhr von Vergussmörtel durch ein Loch, das in der Seitenwand dieses Stützelements ausgebildet ist.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich einer auf die vorliegende Gesteinssituation adaptierten Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei insbesondere Auspressduck und -zeit erniedrigt sowie die Einfachheit und Sicherheit des Setzprozesses erhöht wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Verbundanker und ein verbessertes Verfahren zum Setzen eines Verbundankers in eine Gesteinsschicht bereitzustellen, wobei insbesondere der Setzprozess reproduzierbarer, schneller und sicherer ausgestaltet wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche, gerichtet auf den erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker sowie das erfindungsgemäße Verfahren. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren angegeben, wobei weitere in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, solange sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Hohlstabverbundanker zur Stabilisierung von Gesteinsschichten im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau, mindestens aufweisend einen Ankerfuß mit einen oder mehreren Austrittskanälen, einen hinter dem Ankerfuß angeordneten Hohlstab beinhaltend eine statische Mischeinrichtung und eine Klebepatrone mit einen Auspresskolben, wobei die Klebepatrone über eine zylindrische Dichtvorrichtung mit mindestens einer Berstfläche an der statischen Mischeinrichtung angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser der Dichtvorrichtung im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs entspricht und die Berstfläche größer oder gleich 15% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts der Dichtvorrichtung beträgt, wobei das Verhältnis aus Berstfläche zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 25 beträgt.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass mittels des erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker-Aufbaus sich Gesteinsschichten schnell und reproduzierbar sichern lassen, wobei insbesondere die zum Setzen des Ankers erforderlichen Kräfte, im Vergleich mit den Lösungen des Standes der Technik, anpassbarer und deutlich niedriger gewählt werden können. Durch die geringeren Kräfte kann der Setzprozess beschleunigt und in Bezug auf die Arbeitssicherheit deutlich verbessert werden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau kann der genutzte Kleber sehr gleichmäßig über den Ankerfuß in die Gesteinsschichten austreten und den Anker sehr schnell mit hohen Haltekräften im Gestein fixieren. Die Gefahr eines mechanischen Versagens des Ankers beim Setzen ist deutlich reduziert und insbesondere dieser Aufbau ist für Anker mit einem großen Aspektverhältnis geeignet, da diese ein hohes Maß an Klebervolumen erfordern. Insofern lassen sich auch sehr tiefe Bohrlöcher mit dem erfindungsgemäßen Aufbau reproduzierbar und sicher füllen. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile durch die Adaption der erfindungsgemäß nutzbaren Dichtvorrichtung mit Berstscheibe zum Gesamtvolumen und der Dicke der Hohlstabwand. In den Fällen, in denen die Dichtvorrichtung eine zu kleine Berstfläche aufweist, kann es aufgrund des Fließwiderstand des Klebers zu einem erhöhten Druckanstieg und zu einem mechanischen Versagen des Hohlstabes kommen. In diesen Fällen müssen auch deutlich höhere Kräfte zum Auspressen des Klebemittels aufgewandt werden. Letzteres kann insbesondere die Anforderungen an die zur Auspressung des Klebers verwendeten Maschinen erhöhen. Höhere Verhältnisse von Berst- zu Wandfläche des Hohlstabquerschnitts können insbesondere dazu beitragen, dass die mechanische Festigkeit des Verbundes deutlich oberhalb der erforderlichen Kräfte liegt, welches mit erhöhten Materialkosten einhergeht. Des Weiteren wird in höheren Verhältnissen das nutzbare Klebervolumen unnötig eingeschränkt, welches aufgrund der dann fehlenden Klebermasse zu einer nur ungenügenden Verankerung des Ankers im Gestein führen kann. Im bevorzugten Bereich des Verhältnisses wird eine entsprechend angepasste Klebermenge bei ausreichender Festigkeit des Hohlstabverbundankers bereitgestellt, wobei insbesondere der Setzprozess beschleunigt und dieser insgesamt auch bei tieferen Drücken ablaufen kann. Dies kann die mechanische Belastung des Maschinenparks verringern und zudem die Arbeitssicherheit erhöhen. Durch die erfindungsgemäße zu nutzende Dichtvorrichtung kann zudem die Lagerfähigkeit des Hohlstabverbundankers verbessert werden, da durch die Dichtvorrichtung ein ungewolltes Austreten des Klebermaterials, beispielsweise durch mechanische Belastung während der Lagerung oder des Transports, effizient vermieden werden kann.
Der erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker eignet sich zur Stabilisierung von Gesteinsschichten im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau. Gesteinsschichten können oberflächlich durch das Einbringen von Ankern verfestigt werden, um ein ungewolltes Abgehen von Gesteinsbrocken oder -platten zu verhindert. Die Verbundanker werden dabei in Ankerbohrungen eingeführt, welche je nach Gesteinshärte mittels Nass- oder Trockenbohrverfahren hergestellt werden. Der Verbundanker weist mehrere Baugruppen auf, wobei neben dem Ankerfuß die weiteren Teile üblicherweise innerhalb eines zylindrischen Hohlstabes angeordnet sind. Der Hohlstab kann aus Metall, beispielsweise aus Stahl, bestehen. Der Hohlstabverbundanker wird ankerfußseitig zuerst in das Bohrloch eingebracht und mittels des an diesem angebrachten Hohlstabes ganz in das Bohrloch geschoben. Es ist dabei möglich, dass der Hohlstabverbundanker aus nur einem einzigen Hohlstab mit Ankerfuß oder aus mehreren Hohlstäben und einem Ankerfuß gebildet wird. Die weiteren Hohlstäbe können dabei über eine mechanische Anbindungsmöglichkeit als Verlängerung des ersten Hohlstabverbundankers dienen.
Der Hohlstabverbundanker weist mindestens einen Ankerfuß mit einen oder mehreren Austrittskanälen auf. Der Ankerfuß befindet sich nach Einbringen des Hohlstabverbundankers am Bohrlochtiefsten und aus dem Ankerfuß können über die Austrittskanäle Befestigungsmittel aus dem Anker heraus in das umgebende Gestein geleitet werden. Durch die austretenden Befestigungsmittel wird der ganze oder zumindest ein Großteil des Ankers auf der Außenseite mit Kleber beaufschlagt, sodass sich nach dem Abbinden eine feste Verbindung zwischen Hohlstabverbundanker und umliegender Gesteinsschicht ergibt. Die Austrittskanäle können symmetrisch oder asymmetrisch am oder im Ankerfuß angeordnet sein und bevorzugt kann der Ankerfuß mehr als 2, des Weiteren bevorzugt mehr als 3 und weiterhin bevorzugt mehr als 4 Austrittskanäle aufweisen.
Hinter dem Ankerfuß ist ein Hohlstab angeordnet. Der Hohlstab mit den weiteren Aufbaukomponenten des Hohlstabverbundankers kann entweder fix mit dem Ankerfuß verbunden oder aber mit diesen verbindbar ausgestaltet sein. So kann der Hohlstab beispielsweise über eine Schraub-, Klemm-, Schweiß- oder Klebeverbindung mit dem Ankerfuß verbunden sein oder aber kurz vor dem Einbringen mit dem Ankerfuß verbunden werden. Derart können variable Ankerfüße je nach Gesteinssituation oder aber unterschiedliche Hohlstäbe, beispielsweise variierend im Hohlstabvolumen, zur Befestigung verwendet werden. Das Material des Hohlstabes kann bevorzugt aus Metall, des Weiteren bevorzugt aus Stahl gefertigt sein. Mögliche Dimensionen des Hohlstabes liegen in einem Bereich von ca. 50 cm bis 3 m in der Länge und 2,5 cm bis zu 50 cm im Durchmesser.
Der Hohlstab weist eine statische Mischeinrichtung auf. Ausgehend vom Bohrlochtiefsten erstreckt sich zuerst der Ankerfuß und an diesem anbringbar der Hohlstab, wobei im Inneren des Hohlstabes angrenzend zum Ankerfuß sich die statische Mischeinrichtung befindet. Eine statische Mischeinrichtung weist keine mechanisch angetriebenen Mischelemente auf. Die Mischwirkung des statischen Mischers basiert im Wesentlichen auf der Zwangsführung der zu mischenden Komponenten durch die Leiteinrichtungen des statischen Mischers. Die zu mischenden Komponenten werden also erst durch den statischen Mischer geleitet, in diesem vermischt und verlassen die Mischeinrichtung in Richtung Ankerfuß. Der gemischte Kleber wird durch die Auslasskanäle des Ankerfußes in den Spalt zwischen Hohlstabverbundanker und Gestein geleitet, wo dieser dann vollständig aushärtet. Die Mischvorrichtung kann dabei bevorzugt eine Ausdehnung in der Längsrichtung des Hohlstabverbundankers von größer oder gleich 5 cm und kleiner oder gleich 50 cm einnehmen. Bevorzugt kann das Verhältnis von Mischer- zu Hohlstabverbundanker-Gesamtlänge, ausgedrückt als Länge der statischen Mischereinheit dividiert durch die Länge des Hohlstabverbundankers, größer oder gleich 0,01 und kleiner oder gleich 0,5 betragen. Innerhalb dieses Bereiches lassen sich gute Mischergebnisse bei immer noch ausreichenden Klebervolumina erhalten.
Weiterhin weist der Hohlstabverbundankers eine Klebepatrone mit einen Auspresskolben auf. Der statische Mischer wird über eine Kartusche mit Befestigungsmitteln gefüllt, wobei es sich bei den Befestigungsmittel bevorzugt um einen Ein- oder Zweikomponentenklebstoff handeln kann. Im Falle eines Zweikomponenten-Klebers können die beiden Bestandteile als Härter und Binder bezeichnet werden. Der oder die in der Kartusche befindlichen Kleberbestandteile werden über eine Druckbeaufschlagung auf den Auspresskolben zum Teil verflüssigt und in Richtung Mischer getrieben. Dort werden die Bestandteile innig vermischt und reagieren an oder treten als solche aus. Der gemischte Kleber verlässt durch die Austrittskanäle den Ankerfuß und härtet zwischen Ankeräußeren und Bohrlochwand, partiell oder ganz über die Bohrlochlänge bis zum Ankerfuß, aus.
Die Klebepatrone ist über eine zylindrische Dichtvorrichtung mit mindestens einer Berstfläche an der statischen Mischeinrichtung angeordnet. Die zylindrische Dichtvorrichtung kann entweder direkt vor oder von der statischen Mischeinrichtung beabstandet angeordnet sein. Zwischen der zylindrischen Dichtvorrichtung und der statischen Mischeinrichtung liegen aber bevorzugt keine weiteren funktionalen Vorrichtungen des Hohlstabverbundankers. In dem Fall, in denen die zylindrische Dichtvorrichtung von der statischen Mischeinrichtung beabstandet angeordnet ist, kann der Abstand beispielsweise durch Abstandshalter, welche beispielsweise ringförmig sind, zwischen beiden Vorrichtungen definiert hergestellt werden. Die zylindrische Dichtvorrichtung weist im Wesentlichen eine zylindrische Geometrie auf, wobei die äußere Abgrenzung zum Hohlstab beispielsweise kreisförmig ausgestaltet sein kann. Der Zylinder kann beispielsweise einen Durchmesser von 10-40 mm aufweisen, wobei die Ausdehnung entlang der Hohlstabachse beispielsweise von 5-15 mm betragen kann. Die Dichtvorrichtung weist dabei mindestens eine Fläche auf, welche dazu eingerichtet ist, sich unter Druckbeaufschlagung zu öffnen und somit den Fluss des Klebemittels in den statischen Mischer zu ermöglichen. Die zum Öffnen der Berstfläche nötige Kraft kann beispielsweise größer als 2 bar, des Weiteren bevorzugt größer als 5 bar und noch weiter bevorzugt größer als 7,5 bar betragen. Innerhalb dieser Kraftbereiche kann die Dichtvorrichtung den Hohlstabverbundanker auch während des Transports und der Lagerung vor einem ungewollten Austritt des Klebermaterials schützen und unter Anwendungssituation sicher öffnen.
Der Außendurchmesser der Dichtvorrichtung entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs. Die zylindrisch ausgestaltete Dichtvorrichtung kann einen Außendurchmesser aufweisen, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs entspricht. Bevorzugt kann die Dichtvorrichtung mittels eines leichten mechanischen Drucks in den Hohlstab einführbar sein. In diesen Fällen entspricht der Außendurchmesser der Dichtvorrichtung im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs. Kleinere Durchmesser, beispielsweise Außendurchmesser der Dichtvorrichtung, welche mehr als 3 mm, des Weiteren bevorzugt mehr als 2 mm vom Innendurchmesser des Hohlstabs abweichen, sind nicht bevorzugt, da diese einem reproduzierbaren Einbringen der Dichtvorrichtung in den Hohlstab entgegenstehen. Die Berstfläche kann prinzipiell unterschiedlich ausgestaltet sein und unterschiedliche Ventilarten aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Berstfläche in Form einer Siegelfläche ausgestaltet ist, welche sich partiell von der Dichtvorrichtung unter Druckbeaufschlagung löst. Es ist aber auch möglich, dass die Berstfläche durch mehrere überlappende Segelflächen gebildet wird, welche sich als Funktion des Druckers voneinander lösen und ein Fluss des Klebemittels durch die Dichtvorrichtung ermöglichen.
Die Berstfläche beträgt größer oder gleich 15% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts der Dichtvorrichtung. Die Dichtvorrichtung kann aus einem oder mehreren Halteelementen aufgebaut sein, an denen die eigentliche Berstfläche der Dichtvorrichtung befestigt ist. Aufgrund der Tatsache, dass der Außendurchmesser der zylindrischen Dichtvorrichtung im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabes entspricht, kann die Gesamtfläche der Dichtvorrichtung basierend auf der Kreisfläche der Dichtvorrichtung mit dem halben Außendurchmesser als Radius berechnet werden. Die Berstfläche innerhalb der Dichtvorrichtung ist dabei diejenige Fläche, welche bei Druckbeanspruchung ein Durchtreten von Klebemittel erlaubt. Die Berstfläche liegt im Verhältnis zur Gesamtfläche der Dichtvorrichtung im oben angegebenen Bereich. Kleinere Verhältnisse sind nicht bevorzugt, da diese zu einem erhöhten Strömungswiderstand des Klebemittels während des Auspressprozesses beitragen können. Höhere Verhältnisse sind des Weiteren nicht bevorzugt, da diese die mechanische Stabilität der Dichtvorrichtung beeinträchtigen können.
Das Verhältnis aus Berstfläche zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts, ausgedrückt als Berstfläche dividiert durch Wandfläche des Hohlstabquerschnitts, ist größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 25. Die Fläche des Hohlstabwandquerschnitts ergibt sich als Fläche eines Kreisringes, welcher den Außen- und Innendurchmesser des Hohlstabes aufweist. Höhere Außen- und kleinere Innendurchmesser führen zu einer hohen Fläche des Hohlstabwandquerschnitts, wobei größere Innen- und kleinere Außendurchmesser zu einer Verringerung der Kreisringfläche beitragen. Durch oben angegebenes Verhältnis aus Berstfläche zu Fläche des Hohlstabquerschnitts wird eine bevorzugte Relation zwischen nötigen Auspressdruck und mechanischer Festigkeit des Hohlstabs hergestellt, welche dazu führt, dass eine Überdimensionierung des Hohlstabverbundankers vermieden und ein verbesserter Auspressvorgang erreicht wird. Aufgrund der Relation können die mechanischen Kräfte während des Auspressvorgangs vom Hohlstabverbundanker definiert aufgenommen werden und es ergibt sich ein sehr schneller und reproduzierbarer Auspressvorgang. Durch die adaptierte Berstfläche kann zudem die Auspressung im Vergleich zum Stand der Technik sehr schnell und mittels sehr geringer Drücke erfolgen. Insbesondere lassen sich durch diese Relation auch sehr schwierige Verankerungssituationen meistern, welche beispielsweise für besonders lange Anker auftreten oder einen hohen Bedarf an Klebermaterial erfordern. Kleinere Verhältnisse können nachteilig sein, da durch diese Verhältnisse der mögliche Einsatz von Klebemittelvolumen reduziert wird. Größere Verhältnisse können nachteilig sein, da in diesem Fall die mechanische Festigkeit des Hohlstabes zu gering sein kann. Des Weiteren kann oberes Verhältnis bevorzugt größer oder gleich 0,25 und kleiner oder gleich 9, des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 8 betragen. Diese Verhältnisse können insbesondere ab Ankerlängen von größer oder gleich 2 m, des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 3 m, des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 4 m zu einem verbesserten Setzprozess beitragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Hohlstabverbundanker kann die zylindrische Dichtvorrichtung zwei voneinander getrennte Berstflächen aufweisen. Im Prinzip kann die zylindrische Dichtvorrichtung eine oder mehrere Berstflächen aufweisen. Zur Vergleichmäßigung des Strömungsprofils hat es sich aber als besonders geeignet herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Dichtvorrichtung zwei voneinander entkoppelte Berstflächen aufweist. Die Berstflächen sind in den Fällen voneinander entkoppelt, in denen die Berstflächen nicht einen gemeinsamen Durchtritt des Klebers durch die Berstflächen gestattet, sondern der Kleber auf zwei unterschiedliche Wege von der Klebepatrone in den statischen Mischer eintreten kann. Die beiden Berstflächen können beispielsweise dadurch aufgebaut sein, dass die Dichtvorrichtung einen Steg aufweist, welcher sich quer über die Dichtvorrichtung erstreckt. In dieser Ausgestaltung werden durch die Separierung durch den Steg zwei voneinander getrennte Berstflächen gebildet, welche sich von dem Steg zu jeweils gegenüberliegenden Seiten der Dichtvorrichtung erstrecken. Diese Ausgestaltung kann insbesondere dann vorteilhaft genutzt werden, wenn die Klebepatrone zwei unterschiedliche Klebemittel, beispielsweise in Form eines 2K-Verbundklebers, aufweist.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Hohlstabverbundankers kann die zylindrische Dichtvorrichtung symmetrisch aufgebaut und die beiden Berstflächen über einen entlang des Durchmessers der zylindrischen Dichtvorrichtung verlaufenden Steg voneinander getrennt an der Dichtvorrichtung angeordnet sein. Zur Vergleichmäßigung des Strömungsprofils und zur Ausbildung einer homogenen mechanischen Belastung des Hohlstabverbundankers hat es sich als besonders günstig herausgestellt, dass die Dichtvorrichtung zwei annähernd gleich große Berstflächen aufweist, welche über einen Steg voneinander getrennt sind. So kann sich der Steg beispielsweise in der Mitte der zylindrischen Dichtvorrichtung befinden und sich über den gesamten Durchmesser bis zu den Rändern der zylindrischen Dichtvorrichtung erstrecken. In diesem Fall werden zwei gleich große Berstflächen ausgebildet, welche sich vom Steg bis zum Innendurchmesser der zylindrischen Dichtvorrichtung erstrecken. Im Fall eines weiteren Einbaus in der Dichtvorrichtung, beispielsweise durch die Trennung mittels eines Steges, wird diese Stegfläche natürlich nicht zur Berstfläche hinzugerechnet. Bevorzugt können die Berstflächen gleich groß. So kann beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlicher Volumina eines 2-Komponentenklebers auch eine unsymmetrische Ausgestaltung der Dichtvorrichtung in Bezug auf die Flächen der beiden Berstflächen sinnvoll sein.
In einem weiter bevorzugten Aspekt des Hohlstabverbundankers können die Berstflächen als Berstsegel ausgestaltet und das Verhältnis der Haltekraft der Berstsegel an dem Steg zu der Haltekraft der Berstsegel an dem Außenumfang der Dichtvorrichtung, ausgedrückt als Haltekraft am Steg dividiert durch Haltekraft am Außenumfang, größer oder gleich 1,5 und kleiner oder gleich 5 betragen. Für eine hinreichende Lagerungssicherung des Hohlstabverbundankers und ein reproduzierbares und gleichmäßiges Öffnen der Berstflächen, hat sich als besonders geeignet herausgestellt, dass die mechanische Haltekraft der Berstflächen an der Dichtvorrichtung unsymmetrisch ausgestaltet wird. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass die mechanischen Kräfte zum Öffnen der Berstflächen von der Dichtvorrichtung ungleichmäßig sind. So ist die Haltekraft der Berstflächen am Steg deutlich größer als die Haltekraft des Berstflächen am Außenumfanges der Dichtvorrichtung. Dies führt bei ausreichend mechanischer Belastung dazu, dass die Berstflächen zuerst vom Außenumfang der Dichtvorrichtung gelöst werden, wobei die mechanische Verbindung zum Steg auch unter Druckbelastung weiter bestehen bleibt. Im Falle zweier Berstflächen würde eine Öffnung der Berstflächen vom Außenumfang der Dichtvorrichtung hin zum Steg erfolgen. In dieser Ausführungsform kann ein gleichmäßiges und gesteuertes öffnen der Berstflächen erfolgen. Die unterschiedlichen Haltekräfte der Berstflächen, einmal am Steg und an dem Außenumfang der Dichtvorrichtung, können beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlicher Kleber mit unterschiedlichen Klebekräften oder aber durch eine unterschiedliche mechanische Anordnung der Berstflächen an den unterschiedlichsten Stellen der Dichtvorrichtung erfolgen. Das Verhältnis kann beispielsweise über einen mechanischen Druckversuch gemessen werden, wobei an unterschiedlichen Stellen der Berstfläche die Kraft bestimmt wird, welche zu einem punktuellen Versagen der Haltekraft führen. Dabei kann beispielsweise eine Messung direkt am Außenumfang der Dichtvorrichtung im Bereich der Berstflächen und die andere Messung am den Berstflächen direkt am Steg erfolgen. Aufgrund der relativen Angabe der Kräfte sind weitere Angaben zur Durchführung der Kräftemessung unnötig, da sich die konkreten Messbedingungen aufgrund der Vergleichsmessung herausmitteln.
Innerhalb einer weiter bevorzugten Charakteristik des Hohlstabverbundankers können die Berstflächen im Bereich des Außenumfang der Dichtvorrichtung über Haltpunkte mit der Dichtvorrichtung verbunden sein. Für einen sicheren Schutz des Hohlstabverbundankers während der Lagerung und für einen möglichst gleichmäßigen Öffnungsprozess bei entsprechender Druckbeaufschlagung durch den Kleber, hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass die unterschiedlichen Haltekräfte der Berstflächen über eine unterschiedlich große Befestigungsfläche der Berstfläche ermöglicht wird. Hierzu kann beispielsweise die Berstfläche im Bereich des Steges vollständig mit dem Steg verbunden sein. Im Bereich des Außenumfang kann die Berstfläche an nur einigen wenigen Punkten mit dem Außenumfang der Dichtvorrichtung verbunden sein, so dass die mechanischen Haltekräfte am Außenumfang geringer sind als die Haltekräfte im Bereich des Steges. Durch eine Druckbeaufschlagung wird die Berstfläche im Bereich des Außenumfang der Dichtvorrichtung infolge der geringeren Haltekräfte eher bersten und die Berstfläche wird nur noch im Bereich des Steges gehalten. Dadurch kann die Berstfläche zum statischen Mischer klappen und dem wenig für den Kleber freigeben. Bevorzugt kann die Berstfläche im Bereich des Außenumfang der Dichtvorrichtung durch Haltepunkte erfolgen, deren Dichte bevorzugt um mindestens 50 %, des Weiteren bevorzugt um mindestens 60 % kleiner ist als die Dichte im Bereich des Steges.
Innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform des Hohlstabverbundankers kann die gesamte Berstfläche der Dichtvorrichtung größer oder gleich 50% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts betragen. Für die Durchführung eines möglichst angepassten Auspressvorgangs hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass die gesamte Berstfläche im Verhältnis zur Fläche der Dichtvorrichtung, also im Verhältnis des Zylinderquerschnitts oder wiederum anders ausgedrückt im Verhältnis zum Innendurchmesser des Hohlstabverbundankers, im oben angegebenen Bereich liegt. Durch dieses Verhältnis kann ein besonders schneller Auspressvorgang erfolgen und es ist sichergestellt, dass die zum Auspressen der Klebepatrone nötigen Drücke im unteren Bereich liegen. Der Auspressvorgang kann mit geringen Anforderungen an die Vorrichtungen zur Druckbeaufschlagung erfolgen und insgesamt kann die Arbeitssicherheit beim Auspressvorgang durch das Anlegen möglichst geringer mechanischer Kräfte erhöht werden. Oben angegebenes Verhältnis kann des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 55 % und kleiner oder gleich 75 %, des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 60 % und kleiner oder gleich 70 % betragen.
Im Rahmen eines bevorzugten Aspektes des Hohlstabverbundankers kann das Verhältnis aus Berstfläche zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts größer oder gleich 0,4 und kleiner oder gleich 3 betragen. Für die Bereitstellung eines möglichst schnellen Auspressvorgangs hat sich dieser Bereich an Flächenverhältnissen als besonders geeignet herausgestellt. Die mechanische Sicherheit des gesamten Hohlstabs ist innerhalb dieses Bereiches gewährleistet und zudem kann das Auspressen des Klebers in einem sehr kurzen Zeitintervall über das Anlegen nur geringer Drücke gewährleistet werden. In Summe wird eine mechanisch stabile und sichere Verankerungslösung bereitgestellt, welche zudem kostengünstig ist und die Arbeitssicherheit der Anwender erhöht.
Innerhalb einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Hohlstabes kann das Material des Hohlstabs eine Bruchlast im Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1B:2009-12 von größer oder gleich 80 kN und kleiner oder gleich 800 kN aufweisen. Des Weiteren kann das Material ein Elastizitätsmodul gemessen nach ISO 10406-1:2008 im Zugversuch von größer oder gleich 30 kN/mm² und kleiner oder gleich 300 kN/mm² aufweisen. Diese mechanischen Kennwerte des Holhlstabmaterials können sowohl die nötige Flexibilität wie auch die nötige Festigkeit bereitstellen, um unter hohen Auspressgeschwindigkeiten die Kräfte auch für große Berstflächendurchmesser sicher handhaben zu können. Werte unterhalb des oben angegebenen Bereiches der Bruchlast können nachteilig sein, da es bei kleinen Berstflächendurchmessein zu hohen mechanischen Belastungen im Bereich der Dichtvorrichtung kommen kann, welches die Gefahr eines mechanischen Versagens des Ankers erhöht. Im gleichen Sinne ergibt es sich mit dem Elastizitätsmodul, welches innerhalb des angegebenen Bereiches ebenso zu einem sicheren Setzen des Ankers auch unter ungünstigen Berstflächenverhältnissen beitragen kann. Insbesondere können sich Materialien eignen, welche in Summe ein Elastizitätsmodul und eine Bruchlast innerhalb der angegebenen Bereiche aufweisen. Geeignete Materialien bilden beispielsweise spezielle faserverstärkte Verbundwerkstoffe, beispielsweise aus glasfaserverstärkten Polyesterharz, oder besonders vergütete Stähle. Bevorzugt können diese Materialien eine Dehnung bei maximaler Kraft von größer oder gleich 0% und kleiner oder gleich 25%, des Weiteren bevorzugt von größer oder gleich 1% und kleiner oder gleich 15% und weiterhin bevorzugt von größer oder gleich 1,5% und kleiner oder gleich 10% aufweisen. Diese Dehnbereiche können insbesondere in Kombination mit den E-Modulbereich und der angegebenen Bruchlast zu besonders mechanisch geeigneten Ankern beitragen. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Hohlstabverbundankers kann der Hohlstab beispielsweise aus E355 Stahl bestehen. Zur Bereitstellung eines möglichst flexiblen Hohlstabverbundankersystems hat sich die Verwendung von E355 Stahl (1.0580) als besonders geeignet herausgestellt. Die Zusammensetzung der Zusatzkomponenten dieser Stahlsorte kann beispielsweise C ≤ 0,22, Si ≤ 0,55, Mn ≤ 1,60, P ≤ 0,03 und S < 0,035 % betragen. Insbesondere dieser Stahl kann das Verhältnis aus Berstfläche zu Fläche der Hohlstabverbundanker-Außenwand besonders günstig beeinflussen und zu Anwendungen beitragen, in denen der Hohlstabverbundanker mit einem besonders niedrigen Auspressdruck betrieben werden kann. Durch die Verwendung dieses Materials können zudem auch sehr lange Verbundanker mit hohem Aspektverhältnis bereitgestellt werden, welche eine besonders tiefe Verankerung des Ankers im Gestein ermöglichen. So kann durch den erfindungsgemäßen Aufbau insbesondere auch große Kleber-Materialmengen bereitgestellt werden, welche Ankerlänge von größer oder gleich 3 m, des Weiteren von größer oder gleich 4 m und weiterhin bevorzugt von größer oder gleich 6 m ermöglichen. Auch diese großen Ankerlängen können mit geringen Auspressdrücken sehr homogen in Gesteinsschichten verankert werden. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ergibt sich Letzteres insbesondere auch dadurch, dass eine große Klebermenge bereitgestellt werden kann, welche schnell und in niedrigen Druckbereichen appliziert werden kann. Es ergeben sich in dieser Ausgestaltung auch Kleberreserven, so dass Fehlstellen im Gestein vorteilhafterweise ebenfalls ausgeglichen, d.h. durch Kleber aufgefüllt, werden können.
Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Hohlstabverbundankers kann die Breite des Steges größer oder gleich 1% und kleiner oder gleich 15% bezogen auf den Durchmesser der zylindrischen Dichtvorrichtung betragen. Insbesondere eine zweiteilige Aufteilung der zylindrischen Dichtvorrichtung mit zwei Berstflächen über einen Mittelsteg hat sich als besonders geeignet herausgestellt. Zur mechanischen Applikation des Klebers hat es sich als besonders günstig herausgestellt, dass der Steg oben angegebenes Verhältnis aufweist. In der Längsrichtung weist der Steg im Wesentlichen eine Länge im Bereich des Innendurchmessers des Hohlstabverbundankers auf. Die Stegbreite stellt in diesem Bereich sicher, dass der Steg eine hinreichende mechanische Festigkeit und einen geeigneten Strömungswiderstand bereitstellt. Größere Breiten können nachteilig sein, da in diesem Fall der Auspressdruck zum Ausgeben des Klebers durch den Ankerfuß unnötig vergrößert wird. Kleinere Breiten können hingegen nachteilig sein, da in diesen Fällen die mechanischen Festigkeiten des Steges nur unzureichend sind und der Steg beim Auspressen des Klebers brechen kann. Innerhalb einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die Breite des Steges größer oder gleich 5% und kleiner oder gleich 10% bezogen auf den Durchmesser der zylindrischen Dichtvorrichtung betragen.
Innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform des Hohlstabverbundankers kann die statische Mischeinrichtung größer oder gleich 20% und kleiner oder gleich 70% bezogen auf den Durchmesser der zylindrischen Dichtvorrichtung von der zylindrischen Dichtvorrichtung beabstandet angeordnet sein. Für eine möglichst gleichmäßiges und ungehindertes Öffnen der Berstflächen hat sich eine Beabstandung der Dichtvorrichtung von der statischen Mischeinrichtung als besonders geeignet herausgestellt. Die Berstflächen können sich ungehindert öffnen und einen ungehinderten Durchtritt des Klebers gewährleisten. Durch die Beabstandung verringert sich zudem die Gefahr, dass die Berstflächen den oder die Eingänge der statischen Mischeinrichtung verschließen. Es kann ein möglichst gleichmäßiger Auspressvorgang gewährleistet werden und die zum Auspressen benötigten Drücke können ebenfalls verringert werden. Ein größerer Abstand kann nachteilig sein, da in diesem Fall das Totvolumen des Hohlstabverbundankers vergrößert wird. Der Abstand kann beispielsweise über Distanzstäbe oder Distanzringe gewährleistet werden, welche an der statischen Mischeinheit angeordnet sind. Weiterhin bevorzugt kann das Verhältnis auch größer oder gleich 40% und kleiner oder gleich 55% bezogen auf den Durchmesser betragen.
Innerhalb eines weiter bevorzugten Aspektes des Hohlstabverbundankers kann die Auflagefläche der Klebepatrone auf die zylindrische Dichtvorrichtung größer oder gleich 20% und kleiner oder gleich 55% der Querschnittsfläche der zylindrische Dichtvorrichtung betragen. Zur Sicherung eines homogenen Austrageprozesses des Klebers kann die Klebepatrone während des Austrageprozesses direkt an der zylindrischen Dichtvorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann die Klebepatrone dazu ebenfalls zylindrisch ausgestaltet sein, wobei im Falle eines Zweikomponenten-Klebers der Zylinder in zwei unterschiedliche Kompartimente aufgeteilt sein kann. Die zylindrische Ausgestaltung kann beispielsweise in Form eines zylindrischen Rohres erfolgen, dessen Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des Hohlstabverbundankers entspricht. Dieser Zylinder kann beispielsweise in Form eines Plastikrohres ausgestaltet sein, wobei die Stirnfläche des Rohres an der zylindrischen Dichtvorrichtung anliegt. Die Auflagefläche ist also als die Fläche definiert, an der die Klebepatrone im direkten mechanischen Kontakt zur zylindrischen Dichtvorrichtung steht. In dieser Ausgestaltung kontaktiert also die Klebepatrone die zylindrische Dichtvorrichtung nicht über die gesamte Querschnittsfläche der Dichtvorrichtung. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, indem die Dichtvorrichtung oder die Klebepatrone nicht eben, sondern mit Vertiefungen ausgestattet ist. In den Vertiefungen kontaktieren sich Dichtvorrichtung und Kleberpatrone mit oder ohne Lastaufgabe nicht. Geringere Anteile an Auflagefläche können nachteilig sein, da in diesen Fällen eine ausreichende mechanische Fixierung der Dichtvorrichtung während des Auspressvorgangs nicht immer gewährleistet werden kann. Höhere Verhältnisse können ebenfalls nachteilig sein, da in diesen Fällen stärkere Erschütterungen während der Lagerung dazu führen können, dass Teile der Dichtvorrichtung ungewollt vorzeitig nachgeben.
Nach einer weiter bevorzugten Charakteristik des Hohlstabverbundankers kann die Klebepatrone durch eine Trennwand in zwei Kompartimente aufgeteilt und der Auspresskolben entsprechend der Kompartimentaufteilung zweiteilig ausgestaltet sein, wobei zwischen den beiden Teilen des Auspresskolbens eine Schneidvorrichtung angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat sich insbesondere in den Fällen bewährt, in denen die Fixierung des Ankers im Gestein mittels eines Zweikomponenten-Klebers erfolgt. Die beiden Kleberbestandteile können dabei bevorzugt in den unterschiedlichen Kompartimenten der Kartusche eingefüllt und über die Trennwand voneinander getrennt voneinander vorliegen. Die beiden Kompartimente der Kartusche können dabei gleiche oder unterschiedliche Volumina umfassen. Die Aufteilung in zwei Komponente mit Schneidvorrichtung kann insbesondere dazu führen, dass der Auspressvorgang auch bei komplizierteren Klebesituationen mit geringen Auspresskräften durchgeführt werden kann. Durch die Schneidvorrichtung kann während des Auspressens des Klebers der Mittelsteg zerstört und ein leichtes Auspressen über nur geringe mechanische Kräfte gewährleistet werden.
Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Setzen eines Hohlstabverbundankers in eine Gesteinsschicht, wobei dass das Verfahren mindestens die Schritte:

a) Bohren eines Loches in eine zu stabilisierende Gesteinsschicht;
b) Setzen eines erfindungsgemäßen Holstabverbundankers; und
c) Auspressen der chemischen Befestigungsmittel aus den zwei Kompartimenten durch den statischen Mischer und den Ankerfuß mittels Druckbeaufschlagung;

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, sehr reproduzierbar schwierig zu stabilisierende Gesteinsschichten gesichert werden können. Die Arbeitssicherheit wird erhöht und durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker kann auf die vorliegenden Gesteinsbedingungen anpassbar reagiert werden. Im Gegensatz zu den Stand-der-Technik-Ankern kann der Setzvorgang zudem sehr schnell erfolgen. Beispielsweise kann der Auspressvorgang innerhalb von 15 Sekunden, bevorzugt innerhalb von 10 Sekunden und des Weiteren unterhalb von 5 Sekunden erfolgen. Innerhalb dieser Auspresszeiten lassen sich sehr gleichmäßige Stabilisierungen des Ankers im Gestein erreichen, welches die Kosten für den Setzprozess reduzieren hilft. Weiterhin vorteilhaft kann das Ausdrücken mittels Druckluft oder Wasser erfolgen, wobei insbesondere mit sehr geringen Druckbereichen gearbeitet werden kann. Es werden also vorteilhafterweise keine speziellen Gerätschaften zum Setzten benötigt. Für die weiteren Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird explizit auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Hohlstabverbundankers verwiesen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann im Verfahrensschritt c) die Druckbelastung über die Zeit je Auspressvorgang erfasst und digital abgelegt werden. Zur Qualitätskontrolle des Setzprozesses und zur Detektion nicht vorhersehbarer Gesteinsanomalien hat sich die Aufnahme und Ablage der zeitabhängigen Druckprofile des Auspressvorgangs als besonders sicher herausgestellt. Unerwartete positive oder negative Änderungen des angelegten Auspressdruckes können auf Abweichungen in den angenommenen Eigenschaften der vorliegenden Gesteinsformation schließen lassen, welche deutlichen Einfluss auf den gewünschten Erfolg der Stabilisierungsmaßnahmen ausüben können. Diese können über das Druckprofil erkannt und zu weiteren vorbeugenden Maßnahmen Anlass geben.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann das Flächenverhältnis von Durchmesser des im Verfahrensschritt a) gebohrten Loches zu Hohlstabverbundanker-Innendurchmesser, berechnet als Lochdurchmesser dividiert durch Innendurchmesser Hohlstabverbundanker, größer oder gleich 1,8 und kleiner oder gleich 2,5 betragen. Über die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hohlstabverbundankers kann sichergestellt werden, dass für die benötigte Verankerungssituationen immer ausreichend Klebermaterial bereitgestellt werden kann. Aufgrund der optimierten Größenverhältnisse des Ankers hat sich als besonders günstig herausgestellt, dass oben genannte Relation zwischen Umfang des Hohlstabverbundankers und Bohrloch eingehalten werden. Im Rahmen dieses Bereiches lassen sich sehr schnelle Auspressvorgänge realisieren, welche zudem bei besonders niedrigen Druckbereichen sehr reproduzierbar ausgeführt werden können. Dies kann in Summe die Qualität der Verankerung und insbesondere auch die Arbeitssicherheit beim Setzprozess verbessern.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Die Figuren zeigen:

1 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Hohlstabverbundankers;
2 schematisch den Aufbau eines im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbaren Ankerfußes mit einen oder mehreren Austrittskanälen,
3 schematisch eine im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbare statische Mischvorrichtung aus mehreren, hintereinanderliegenden Mischelementen in einer dreier Mischreihen-Kombination;
4 schematisch eine im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbare statische Mischvorrichtung aus mehreren, hintereinanderliegenden Mischelementen in einer zweier-Mischreihen-Kombination;
5 eine Möglichkeit zur Ausgestaltung der im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbaren Mischvorrichtung;
6 schematisch den Aufbau eines im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbaren Auspressstempels;
7 schematisch den Aufbau einer im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbaren zylindrischen Dichtvorrichtung in der Schrägansicht von unten;
8 schematisch den Aufbau einer im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbaren zylindrischen Dichtvorrichtung in der Schrägansicht von oben;
9 schematisch den Aufbau einer im erfindungsgemäßen Hohlstabverbundanker verwendbaren zylindrischen Dichtvorrichtung in der Aufsicht.

Die 1 zeigt eine mögliche erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Hohlstabverbundankers 1. Ausgehend vom Bohrlochtiefsten weist der Hohlstabverbundanker 1 einen Ankerfuß 3 auf, welcher über ein oder mehrere Austrittskanäle (nicht dargestellt) für den Austritt eines Befestigungsmittels aus dem Hohlstabverbundanker 1 verfügt. Über die Austrittskanäle des Ankerfußes 3 wird Befestigungsmittel zwischen Hohlstabverbundanker 2 und Bohrloch gepresst und der Hohlstabverbundanker 1 so im Bohrloch verankert. Am Ankerfuß 3 ist der Hohlstab 2 angeordnet, welcher sich über die weiteren, im inneren liegenden, funktionalen Teile (4, 5, 6, 17) des Hohlstabverbundankers 1 erstreckt. Im Inneren des Hohlstabes 2 liegt angrenzend zum Ankerfuß 3 die statische Mischvorrichtung 4, in welcher das Befestigungsmittel, beispielsweise ein 2-Komponenten-Kleber, vor dem Austritt durch den Ankerfuß 3 gemischt wird. Der Kleber befindet sich in einer durch eine Trennwand in zwei Kompartimente unterteilten Kartusche 5, welche durch einen Auspresstempel 6 über Druckbeaufschlagung ausgepresst wird. Zwischen Kartusche 5 und statischem Mischer 4 ist die zylindrische Dichtvorrichtung 17 angeordnet, welche den Zufluss des Befestigungsmittels zum statischen Mischer 4 steuert. So kann durch diese Dichtvorrichtung beispielsweise ein unbeabsichtigtes Einfließen von Befestigungsmittel in die statische Mischvorrichtung im Zuge des Transportes verhindert werden. In der Anwendung wird der Hohlstabverbundanker 1 in das Bohrloch eingeführt und der Auspressstempel 6 wird, beispielsweise über Wasserdruck, im Hohlstab 2 vom Bohrlochfemsten 7 durch die Kartusche 5 nach vorne in Richtern Ankerfuß 3 bewegt. Durch die wirkenden Kräfte wird der Kleber aus der Kartusche 5 durch die Dichtvorrichtung 17 unter Öffnen der Berstflächen hindurch in die statische Mischvorrichtung 4 gepresst. In der Mischvorrichtung 4 wird der Kleber innig vermischt und tritt über den oder die Austrittskanäle des Ankerfußes 3 in das Bohrloch und verankert den Hohlstabverbundanker 1 über die äußeren Ankerwandungen im Bohrloch.
Die 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Ankerfußes 3. Der Ankerfuß 3 kann eine Ankerspitze aufweisen, in welcher ein oder mehrere Austrittskanäle 8 für das Befestigungsmittel angeordnet sind.
Die 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung hintereinanderliegender Mischelemente 16 der statischen Mischvorrichtung 4 in der Seitenansicht. In dieser Ausgestaltung sind die einzelnen Mischelemente 16 zu drei Mischelementereihen 9 kombiniert, wobei die Reihenmittelpunkte relativ zur Richtung des Kraftflusses ein Dreieck ausbilden. Dies bedeutet, dass die Mischelementereihen 9 mit den jeweils hintereinandergeschalteten Mischelementen 16 versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die in dieser Darstellung zwei unterschiedliche Geometrien für die einzelnen Mischelemente 16 dargestellt sind. Der Fluss des Befestigungsmittels um die Mischelemente 16 und -reihen 9 führt dazu, dass die Flussrichtung des Befestigungsmittels zwischen Ein- und Austritt aus dem statischen Mischer (4) zweimal um ca. 180° umgelenkt wird. Die einzelnen Mischelementereihen 9 und damit auch die Mischelemente 16 können aus Sicht der Kraftwirkung gegeneinander versetzt angeordnet sein, sodass sich in Richtung der Krafteinwirkung unterschiedliche Startpunkte der Mischelementereihen 9 ergeben.
Die 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung hintereinanderliegender Mischelemente 16 der statischen Mischvorrichtung 4 in der Seitenansicht. In dieser Ausgestaltung sind die einzelnen Mischelemente 16 zu zwei Mischelementereihen 9 kombiniert und die hintere Mischelementereihe der 3 wurde der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Die einzelnen Mischelementereihen 9 sind aus jeweils zwei unterschiedlichen Mischelementen 10, 11 aufgebaut. Diese beiden Ausgestaltungen 9, 10 der Mischelemente 16 können ohne große Erhöhung des Flusswiderstandes zu einem optimierten Mischergebnis beitragen. Es können auch relativ große Mengen hochviskoser Befestigungsmittel unter guter Mischleistung und einem nicht zu hohem Auspressdruck verarbeitet werden.
Die 5 zeigt eine mögliche Einhausung der statischen Mischvorrichtung 4 innerhalb des Hohlstabes (nicht dargestellt). Die eventuell zu Mischreihen angeordneten Mischelemente können durch diese Einhausung einfach und sicher in den Hohlstab 2 eingebracht und in diesem verankert werden. Die Öffnung 12 der Mischvorrichtung zeigt in Richtung Ankerfuß 3 und die Rückseite 13 der Mischvorrichtung 4 zeigt in Richtung der in zwei Kompartimente unterteilte Kartusche 5 (nicht dargestellt).
Die 6 zeigt eine mögliche, erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Hälfte eines erfindungsgemäßen zweiteiligen Auspressstempels 6. Die nicht dargestellte zweite Hälfte ist spiegelsymmetrisch zur ersten Hälfte 6 und wird über eine Schneidvorrichtung, welche zwischen beiden Hälften 6 angeordnet ist, an der ersten Hälfte 6 fixiert. In dieser Figur sind die oberen und unteren Führungs- 15 und die mittigen Dichtlippen 14 des zweiteiligen Auspressstempels 6 dargestellt. Mittels dieser Ausgestaltung lassen sich auch hochviskose Befestigungsmittel sicher durch die statische Mischvorrichtung 4 auspressen. Insbesondere wird die Gefahr vermindert, dass Befestigungsmittel sich an dem Auspresstempel 6 in Richtung Bohrlochmund vorbeidrückt und so nicht mehr zur Fixierung des Ankers im Bohrloch beitragen kann. Insbesondere können die Führungslippen 15 zu einem gleichmäßigeren Lauf des Auspresstempels 6 beitragen, wobei ein verkanten auch bei hohen Auspressdrücken oder bei schnellen Setzprozessen verhindert wird.
Die 7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer zylindrischen Dichtvorrichtung 17 von der Unterseite. Der Begriff „Unterseite“ sagt in diesem Fall aus, dass die zylindrische Dichtvorrichtung 17 mit dieser Seite in Richtung statischer Mischeinrichtung 4 zeigt. Es ist die insgesamt zylindrische Ausgestaltung der Dichtvorrichtung 17 mit einem im Wesentlichen runden Umfang zu erkennen. Die Figur zeigt die zylindrische Ausgestaltung der Dichtvorrichtung 17 mit einem runden Umfang, welcher im Wesentlichen an der Innenwandung des Hohlstabes 2 anliegt. Die Dichtvorrichtung weist einen Mittelsteg 18 und zwei durch diesen getrennte Berstflächen 19 auf. Nur durch die Berstflächen 19 kann das Befestigungsmittel aus der Kartusche 5 in Richtung statischer Mischvorrichtung 4 gelangen. Der Mittelsteg 18 erstreckt sich entlang des Durchmessers der zylindrischen Dichtvorrichtung 17 und sorgt dafür, dass die zylindrische Dichtvorrichtung 17 voneinander separierte Berstflächen 19 aufweist.
Die 8 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtvorrichtung 17 in einer Ansicht von „oben“. Der Begriff „oben“ sagt in diesem Fall aus, dass die zylindrische Dichtvorrichtung 17 mit dieser Seite in Richtung Klebekartusche 5 zeigt. In dieser Ansicht ist ebenfalls der Mittelsteg 18 und die beiden durch diesen voneinander separierten Berstflächen 19 gezeigt. Zusätzlich ist in dieser Ansicht die Auflagefläche 20 der Klebepatrone zu erkennen, welche durch zwei ringförmige Führungen 21, 22 gehalten und geführt wird. Durch Druckbeaufschlagung im Rahmen des Anker-Setzprozesses wird die Klebepatrone 5 in die Auflagefläche 20 der Klebepatrone gepresst und durch die ringförmigen Führungen 21, 22 in dieser Position gehalten. Durch Auspressen der Klebepatrone 5 durch den Stempel 6 wird Kleber aus der Klebepatrone 5 durch die beiden Berstflächen 19 in Richtung statische Mischvorrichtung 4 gedrückt. Der gemischte Kleber verlässt die statische Mischvorrichtung 4 durch die Austrittskanäle 8 des Ankerfußes 3. Der Kleber wird in Richtung Bohrlochmund gepresst und verklebt die Außenseiten des Hohlstabverbundankers 1 mit dem umgebenden Gestein.
Die 9 zeigt die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen zylindrischen Dichtvorrichtung 17 in der Aufsicht. Es sind die beiden Berstflächen 19 zu erkennen, welche symmetrisch ausgestaltet und durch einen Mittelsteg 18 voneinander getrennt sind. Die Dichtvorrichtung 17 weist einen Außendurchmesser 24 auf, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabes 2 entspricht. In dieser Ausgestaltung weist die Dichtvorrichtung eine äußere Erhebung mit einem Innendurchmesser 25 auf, welche die Dichtvorrichtung gegen den Hohlstab 2 stabilisiert. Die zur Verfügung stehende Berstfläche lässt sich anhand des Kreisdurchmessers 23 bestimmen, wobei von dieser Kreisfläche noch die Fläche des Mittelsteges 18 abzuziehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Hohlstabverbundanker
2: Hohlstab
3: Ankerfuß
4: statische Mischvorrichtung
5: Kartusche
6: Auspressstempel
7: Bohrlochfernstes
8: Austrittkanal
9: Mischelementereihe
10: Mischelement A
11: Mischelement B
12: statische Mischeinrichtung Öffnung vorne
13: statische Mischeinrichtung hinten
14: Auspressstempel, mittlere Dichtlippen
15: Auspressstempel, äußere Führungslippen
16: Mischelement
17: zylindrische Dichtvorrichtung
18: Dichtvorrichtung - Mittelsteg
19: Dichtvorrichtung - Berstfläche
20: Dichtvorrichtung - Auflagefläche
21: Dichtvorrichtung - innerer Ring
22: Dichtvorrichtung - äußerer Ring
23: Dichtvorrichtung - Durchmesser Berstfläche
24: Dichtvorrichtung - Außendurchmesser
25: Dichtvorrichtung - Innendurchmesser Erhebung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006046762 A1 [0004]
DE 102009056089 A1 [0005]
DE 69317784 T2 [0006]

Claims

Hohlstabverbundanker (1) zur Stabilisierung von Gesteinsschichten im Berg-, Tunnel-, Tief- und Felsbau, mindestens aufweisend einen Ankerfuß (3) mit einen oder mehreren Austrittskanälen (8), einen hinter dem Ankerfuß (3) angeordneten Hohlstab (2) beinhaltend eine statische Mischeinrichtung (4) und eine Klebepatrone (5) mit einen Auspresskolben (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Klebepatrone (5) über eine zylindrische Dichtvorrichtung (17) mit mindestens einer Berstfläche (19) an der statischen Mischeinrichtung (4) angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser (24) der Dichtvorrichtung (17) im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlstabs (2) entspricht und die Berstfläche (19) größer oder gleich 15% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts der Dichtvorrichtung (17) beträgt, wobei das Verhältnis aus Berstfläche (19) zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts, ausgedrückt als Berstfläche (19) dividiert durch Wandfläche des Hohlstabquerschnitts, größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 25 beträgt.
Hohlstabverbundanker nach Anspruch 1, wobei die zylindrische Dichtvorrichtung (17) zwei voneinander getrennte Berstflächen (19) aufweist.
Hohlstabverbundanker nach Anspruch 2, wobei die zylindrische Dichtvorrichtung (17) symmetrisch aufgebaut ist und die beiden Berstflächen (19) über einen entlang des Durchmessers der zylindrischen Dichtvorrichtung (17) verlaufenden Steg (18) voneinander getrennt an der Dichtvorrichtung (17) angeordnet sind.
Hohlstabverbundanker nach Anspruch 3, wobei die Berstflächen (19) als Berstsegel (19) ausgestaltet sind und das Verhältnis der Haltekraft der Berstsegel (19) an dem Steg (18) zu der Haltekraft der Berstsegel (19) an dem Außenumfang (23, 25) der Dichtvorrichtung (17), ausgedrückt als Haltekraft am Steg (18) dividiert durch Haltekraft am Außenumfang (23, 25), größer oder gleich 1,5 und kleiner oder gleich 5 beträgt.
Hohlstabverbundanker nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Berstflächen (19) im Bereich des Außenumfang (23, 25) der Dichtvorrichtung über Haltpunkte mit der Dichtvorrichtung (17) verbunden sind.
Hohlstabverbundanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gesamte Berstfläche (19) der Dichtvorrichtung (17) größer oder gleich 50% und kleiner oder gleich 90% des Zylinderquerschnitts beträgt.
Hohlstabverbundanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verhältnis aus Berstfläche (19) zur Fläche des Hohlstabwandquerschnitts größer oder gleich 0,4 und kleiner oder gleich 3 beträgt.
Hohlstabverbundanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material des Hohlstabs (2) eine Bruchlast (Zug) nach DIN EN ISO 6892-1B:2009-12 von 80 kN und kleiner oder gleich 800 kN aufweist.
Hohlstabverbundanker nach einem der Ansprüche 3-8, wobei die Breite des Steges (18) größer oder gleich 1% und kleiner oder gleich 15% bezogen auf den Durchmesser (24) der zylindrischen Dichtvorrichtung (17) beträgt.
Hohlstabverbundanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die statische Mischeinrichtung (4) größer oder gleich 20% und kleiner oder gleich 70% bezogen auf den Durchmesser (24) der zylindrischen Dichtvorrichtung (17) von der zylindrischen Dichtvorrichtung (17) beabstandet angeordnet ist.
Hohlstabverbundanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auflagefläche (20) der Klebepatrone (5) auf die zylindrische Dichtvorrichtung (17) größer oder gleich 20% und kleiner oder gleich 55% der Querschnittsfläche der zylindrische Dichtvorrichtung (17) beträgt.
Hohlstabverbundanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klebepatrone (5) durch eine Trennwand in zwei Kompartimente aufgeteilt und der Auspresskolben (6) entsprechend der Kompartimentaufteilung zweiteilig ausgestaltet ist, wobei zwischen den beiden Teilen des Auspresskolbens (6) eine Schneidvorrichtung angeordnet ist.
Verfahren zum Setzen eines Hohlstabverbundankers in eine Gesteinsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens die Schritte: a) Bohren eines Loches in eine zu stabilisierende Gesteinsschicht, b) Setzen eines Holstabverbundankers (1) nach einem der Ansprüche 1-10; und c) Auspressen der chemischen Befestigungsmittel aus den zwei Kompartimenten durch den statischen Mischer und den Ankerfuß mittels Druckbeaufschlagung; umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei im Verfahrensschritt c) die Druckbelastung über die Zeit je Auspressvorgang erfasst und digital abgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Flächenverhältnis von Durchmesser des im Verfahrensschritt a) gebohrten Loches zu Hohlstabverbundanker-Innendurchmesser, berechnet als Lochdurchmesser dividiert durch Innendurchmesser Hohlstabverbundanker, größer oder gleich 1,8 und kleiner oder gleich 2,5 beträgt.