DE102010002214A1

DE102010002214A1 - Bewehrungs- und/oder Ankerschraube

Info

Publication number: DE102010002214A1
Application number: DE102010002214A
Authority: DE
Inventors: Thomas 86853 Ayrle; Frank 81735 Schmidt
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-08-25
Also published as: WO2011103937A3; WO2011103937A2; US20110206468A1

Abstract

Bei einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) zur Anwendung im Berg- und/oder Tunnelbau und zum Einschrauben in ein anstehendes Gestein (7), umfassend einen Schraubenkopf (2), ein Schraubenende (3), einen Schraubenschaft (4) und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft (4) ausgebildetes Gewinde (5), soll die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) mit einem geringen technischen Aufwand, preiswert und zuverlässig im anstehenden Gestein (7) befestigt werden können. Diese Aufgabe wir dadurch gelöst, dass das Verhältnis zwischen der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) und dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) größer als 20, 30, 50 oder 70 ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Bewehrung- und/oder Verankerung von anstehendem Gestein im Berg- und/oder Tunnelbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und eine Verwendung einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube im Berg- und/oder Tunnelbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Im Berg- und Tunnelbau werden Ankersysteme eingesetzt, um Gebirgsbewegungen des anstehenden Gesteines zu unterbinden oder zu verlangsamen oder um größere Abplatzungen von anstehendem Gestein zu sichern und damit einen gefahrlosen Betrieb zu ermöglichen. Dabei sind zwei Funktionsprinzipien bekannt, die teilweise auch kombiniert werden. Bei mechanischen Systemen erfolgt eine Verankerung des Ankers mittels Reibschluss, wobei mechanische Felsanker im Allgemeinen auch eine Spreizhülse aufweisen. Bei chemischen Systemen sind Bewehrungsstäbe mit einem aushärtenden Mörtel über Adhäsion mit dem Untergrund bzw. dem anstehenden Gestein verbunden. Die Anker sind dabei mit oder ohne Vorspannung im anstehenden Gestein installiert. Die Nachteile dieser beiden verschiedenen Ankersysteme sind, dass chemische Ankersysteme teuer sind und bei sogenannten Spreizankern beweglich eine punktuelle Lasteinleitung in das anstehende Gestein erfolgt. Weiterhin ist bei chemischen Ankersystemen die Aushärtung temperaturabhängig, so dass bei niedrigen Temperaturen mit einer langen Aushärtzeit zu rechnen ist. Die Anker sind ferner nicht demontierbar, was insbesondere bei einer Verwendung im Kohlebergbau nachteilig ist.
Aus der EP 0 623 759 B1 ist eine Gewinde formende Schraube zum unmittelbaren Einschrauben in Betonmauerwerk oder dergleichen mit einem Schraubenkopf, einem Schraubenschaft und einem Gewinde bekannt.
Die US 5 114 278 zeigt einen Bergwerksanker mit einem Gewinde und einer konischen Spitze.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube, ein Verfahren zur Bewehrung- und/oder Verankerung von anstehendem Gestein im Berg- und/oder Tunnelbau und eine Verwendung einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube im Berg- und/oder Tunnelbau zur Verfügung zu stellen, bei denen die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube mit einem geringen technischen Aufwand preiswert und zuverlässig im anstehenden Gestein befestigt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zur Anwendung im Berg- und/oder Tunnelbau und zum Einschrauben in ein anstehendes Gestein, umfassend einen Schraubenkopf, ein Schraubenende, einen Schraubenschaft und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft ausgebildetes Gewinde, wobei das Verhältnis zwischen der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube größer als 20, 30, 50 oder 70 ist.
Insbesondere liegt das Verhältnis zwischen der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zwischen 20 und 150, vorzugsweise zwischen 30 und 120, insbesondere zwischen 40 und 100.
In einer weiteren Ausgestaltung entspricht die Steigung des Gewindes dem Produkt aus dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und einem Faktor zwischen 0,2 und 1,2, insbesondere zwischen 0,4 und 0,9.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Gewinde an dem Schraubenschaft zwischen dem Schraubenkopf und dem Schraubenende nur im Bereich des Schraubenendes an dem Schraubenschaft ausgebildet, insbesondere ist das Gewinde an dem Schraubenende nur in einem Abstand von weniger als 80%, 70% oder 50% der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube von dem Schraubenende ausgebildet und vorzugsweise ist der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes ohne Gewinde im Bereich des Schraubenkopfes kleiner, vorzugsweise um weniger als 15%, 10%, 5% oder 2% kleiner, als der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes mit dem Gewinde im Bereich des Schraubenendes.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem Kerndurchmesser zwischen 0,8 und 1,6, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,4, insbesondere zwischen 1,1 und 1,2 und/oder das Verhältnis des Außendurchmessers zur Steigung des Gewindes liegt zwischen 1,0 und 3,0, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5, insbesondere zwischen 1,7 und 2,2 und/oder der Flankenwinkel im Bereich zwischen 50° und 90° liegt. Die oben beschriebene geometrische Ausbildung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube ermöglicht eine zuverlässige formschlüssige Verbindung zwischen der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem anstehenden Gestein, insbesondere dem Gewinde der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem anstehenden Gestein. Damit kann die Bewehrungs- und oder Ankerschraube einfach mittels Einschrauben in eine Bohrung in dem anstehenden Gestein formschlüssig mit dem anstehenden Gestein zuverlässig verbunden werden. Damit sind in vorteilhafter Weise keine chemischen Systeme, beispielsweise aushärtender Mörtel, zur Befestigung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in dem anstehenden Gestein erforderlich und ferner ist im Wesentlichen auch kein Reibschluss zwischen der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem anstehenden Gestein erforderlich, weil die Befestigung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in dem anstehenden Gestein im Wesentlichen mittels Formschluss erfolgt.
In einer Variante ist das Schraubenende als eine konische Spitze ausgebildet. Die konische Spitze kann dabei teilweise oder vollständig an dem Schraubenende der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube ausgebildet sein.
Zweckmäßig besteht das Schraubenende, insbesondere die konische Spitze, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem anderen Material, z. B. Metall, insbesondere gehärteter Stahl, beispielsweise auch als Beschichtung, z. B. aus Quarzsand oder Korund oder einer keramischen Beschichtung, als der übrige Teil der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube außerhalb des Schraubenendes.
Im Kohlebergbau (Untertagebergbau) werden zunehmend sogenannte Strebbauverfahren eingesetzt. Dabei wird das Kohleflötz zwischen Abbaustrecken mit einem großen Fräskopf oder Hobel auf der gesamten Länge abgebaut. Dabei sind die abzubauenden Strecken vor dem Abbau mit der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zu sichern, so dass sich die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube im abzubauenden Kohleflötz befindet. Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube wird zusammen mit der Kohle vom Fräskopf herausgerissen. Beim Abtransport und bei der Aufbereitung der Kohle können Bewehrungs- und/oder Ankerschrauben aus Stahl Probleme verursachen. Aus diesem Grund wird die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube bei einer Verwendung im Kohlebergbau, vorzugsweise wenigstens teilweise, aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff hergestellt, damit die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube vom Fräskopf verkleinert und die Transportbänder nicht beschädigen kann. Damit die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube jedoch trotzdem in das anstehende Gestein eingeschraubt werden kann, ist das Schraubende, insbesondere in einer Ausbildung als konischer Spitze, aus einem anderen Material hergestellt als der übrige Teil der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube, nämlich Kunststoff. Damit wird das Schraubende, insbesondere die konische Spitze, aus Metall oder mittels einer Beschichtung auf dem Kunststoff hergestellt. Darüber hinaus kann auch das Gewinde als Schneidprofil aus einer harten verschleißfesten Schicht, beispielsweise der Beschichtung wie an dem Schraubenende, hergestellt werden.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der luftseitige Schraubenkopf z. B. formschlüssig mit dem übrigen Schraubenschaft verbunden und besteht aus einem anderen Material als der übrige Schraubenschaft. Beispielsweise bestehen der Schraubenkopf aus Metall, insbesondere Stahl, und der übrige Schraubenschaft aus Kunststoff. Dabei weist der luftseitige Schraubenkopf vorzugsweise eine spezielle Geometrie, z. B. ein Sechskant, auf, damit das zum Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube erforderliche Drehmoment auf den Schraubenkopf aufbringbar ist.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Durchmesser des Schraubenkopfes im Wesentlichen gleich groß wie der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes oder größer, z. B. um 10%, 20% oder 50% größer als der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes.
In einer weiteren Variante ist am Schraubenkopf ein Gewinde vorhanden und auf dieses Gewinde am Schraubenkopf ist eine Mutter, insbesondere als Ankermutter, aufgeschraubt, so dass diese Mutter sowohl das Eindrehen als auch das Anspannen der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zulässt und die Ankerkopfkraft auf eine Kopfplatte bzw. eine Ankerkopfkonstruktion übertragen kann.
Zweckmäßig besteht die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube, insbesondere außerhalb des Schraubenendes, wenigstens teilweise aus Metall, z. B. Stahl, oder, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, z. B. GFK. Insbesondere bei einem Einsatz der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube im Kohlebergbau ist diese wenigstens teilweise aus Kunststoff hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Schraubenschaft ein Voll- oder ein Hohlquerschnitt. Insbesondere im anstehenden Gestein mit einer geringen Druckfestigkeit kann der Schraubenschaft aus einem Hohlquerschnitt hergestellt sein.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bewehrung- und/oder Verankerung von anstehendem Gestein im Berg- und/oder Tunnelbau, indem in das anstehende Gestein eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube, insbesondere eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Bewehrungs- und/oder Ankerschraube, eingebracht wird, wobei in das anstehende Gestein eine Bohrung eingearbeitet wird und anschließend in die Bohrung die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube eingeschraubt wird, so dass vorzugsweise das anstehende Gestein bewehrt wird und/oder vorzugsweise an dem anstehenden Gestein eine Verankerung angebracht wird.
In einer ergänzenden Variante schneidet sich beim Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube das Gewinde der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in das anstehende Gestein ein und/oder eine formschlüssige Verbindung wird zwischen dem Gewinde und dem anstehenden Gestein hergestellt und/oder eine Bohrung wird eingearbeitet, dessen Durchmesser, insbesondere um wenigstens 10%, 20% oder 30%, kleiner ist als der Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und/oder eine Bohrung mit einem Durchmesser eingearbeitet wird und/oder eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zur Verfügung gestellt wird, so dass die Steigung des Gewindes der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zwischen 0,3 und 1,5, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1,2, insbesondere zwischen 0,5 und 0,8, des Durchmessers der Bohrung beträgt und/oder eine Bohrung wird eingearbeitet und/oder eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zur Verfügung gestellt, so dass der Kerndurchmesser am Gewinde kleiner, insbesondere um weniger als 15%, 12% oder 8% kleiner, ist als der Durchmesser der Bohrung und/oder eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube wird zur Verfügung gestellt, so dass der Flankenwinkel der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube bei einer Druckfestigkeit des anstehenden Gesteins zwischen 10 und 100 MPa sich nach der Formel ((Druckfestigkeit des Gesteins – 145)/–1,5) ± 10° berechnet und bei einer Druckfestigkeit des anstehenden Gesteins über 100 MPa der Flankenwinkel 30° ± 10° beträgt.
In einer ergänzenden Ausgestaltung wird eine formschlüssige Verbindung, insbesondere mittels des Gewindes, zwischen der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem anstehenden Gestein hergestellt und vorzugsweise beträgt der Anteil der formschlüssigen Verbindung zur Verbindung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube mit dem anstehenden Gestein wenigstens 50%, 70%, 80% oder 90%. Damit werden die von der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube aufzunehmenden Kräfte im Wesentlichen formschlüssig und nicht mittels Adhäsion bzw. Stoffschluss oder Kraftschluss in das anstehende Gestein eingebracht.
Insbesondere wird die Bohrung mit einem unterschiedlichen Durchmesser eingearbeitet, so dass die Bohrung an einem inneren Bohrungsabschnitt einen kleineren, vorzugsweise um weniger als 2%, 5%, 10% oder 20% kleineren, Durchmesser aufweist als an einem äußeren Bohrungsabschnitt.
In einer weiteren Ausgestaltung befindet sich die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube im Wesentlichen nach dem vollständigen Einschrauben in die Bohrung mit dem Schraubenschaft, der mit dem Gewinde versehen ist, in dem inneren Bohrungsabschnitt und befindet sich vorzugsweise mit dem Schraubenschaft ohne Gewinde in dem äußeren Bohrungsabschnitt.
In einer ergänzenden Variante liegt nach dem vollständigen Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in die Bohrung das Verhältnis zwischen der Verankerungstiefe der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube und dem Durchmesser der Bohrung zwischen 20 und 150, vorzugsweise zwischen 30 und 120, insbesondere zwischen 40 und 100.
Erfindungsgemäße Verwendung einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube im Berg- und/oder Tunnelbau zur Bewehrung von anstehendem Gestein und/oder zur Verankerung, wobei eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Bewehrungs- und/oder Ankerschraube verwendet wird.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube mit einem Teillängsschnitt einer Bohrung in einem anstehenden Gestein,
2 einen Längsschnitt der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in der Bohrung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 einen Längsschnitt der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in der Bohrung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 einen Längsschnitt der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube in der Bohrung in einem dritten Ausführungsbeispiel und
5 eine perspektivische Ansicht eines Bohrgestänges.
In 1 ist eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 zum Einsatz im Berg- und/oder Tunnelbau dargestellt. Die Bewehrungsschraube 1 dient im Wesentlichen zur Bewehrung bzw. zur Stabilisierung eines anstehenden Gesteines 7 und damit weniger zur Aufnahme von an der Bewehrungsschraube 1 am luftseitigen Schraubenkopf 2 angreifenden Kräfte, die insbesondere in Richtung einer nicht dargestellten Längsachse der Bewehrungsschraube 1 ausgerichtet sind. Die Ankerschraube 1 dient weniger zur Bewehrung bzw. Stabilisierung des anstehenden Gesteines 7 und im Wesentlichen zur Aufnahme von Kräften am luftseitigen Schraubenkopf 2 der Ankerschraube 1. Die in 1 dargestellte Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 kann sowohl als Bewehrungsschraube 1 als auch als Ankerschraube 1 im Berg- oder Tunnelbau eingesetzt werden.
Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 (1 bis 4) weist den luftseitigen Schraubenkopf 2, ein Schraubenende 3, welches in einer Bohrung 6 angeordnet ist (2 bis 4) und ein Gewinde 5 an einem Schraubenschaft 4 auf. Dabei weist der Schraubenschaft 4 einen Abschnitt auf, der ohne Gewinde 5 ausgebildet ist im Bereich des Schraubenkopfs 2 als Schraubenschaft 18 ohne Gewinde 5 und einen Abschnitt an dem Schraubenende 3 als Schraubenschaft 19 mit Gewinde 5. Das Schraubenende 3 ist dabei teilweise als konische Spitze 9 (1) ausgebildet. Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 weist einen Kerndurchmesser D_i des Schraubenschaftes 4 sowohl am Schraubenschaft 18 ohne Gewinde 5 als auch am Schraubenschaft 19 mit Gewinde 5, einen Außendurchmesser D_a am Gewinde 5 und eine Länge A auf. Das Gewinde 5 weist ferner eine Steigung P auf, welche dem Abstand zwischen zwei Windungen des Gewindes 5 entspricht. Das Gewinde 5 weist ferner einen Flankenwinkel α auf. In 1 ist ferner die Bohrung 6 in dem anstehenden Gestein 7 dargestellt. Dabei weist die Bohrung 6 einen Durchmesser D_b auf.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in einer in dem anstehenden Gestein 7 eingebrachten Bohrung 6 dargestellt. Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 ist dabei im Bereich des Schraubenkopfes 2 an dem Schraubenschaft 18 dahingehend ausgebildet, dass dieser kein Gewinde 5 aufweist und in einem weiteren Abschnitt des Schraubenschaftes 4 an dem Schraubenende 3 weist der Schraubenschaft 19 ein Gewinde 5 auf bzw. an dem Schraubenschaft 19 ist das Gewinde 5 ausgebildet. Dabei ist der Außendurchmesser D_a der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 um 20% bis 30% größer als der Durchmesser D_b der Bohrung 6. Nach der Herstellung der Bohrung 6 beispielsweise mit einem Bohrgestänge 12, wobei die Bohrung 6 einen konstanten Durchmesser D_b aufweist, wird die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in die Bohrung 6 eingeschraubt, indem auf den Schraubenkopf 2 ein Drehmoment aufgebracht wird. Aufgrund des größeren Außendurchmessers D_a der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 bezüglich des Durchmessers D_b der Bohrung 6 schneidet sich das Gewinde 5 in das anstehende Gestein 7 ein und es entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gewinde 5 und dem anstehenden Gestein 7. In 2 ist die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 vollständig in die Bohrung 6 eingeschraubt und kann dabei mit oder ohne Vorspannung auf einer Kopfplatte 8 aufliegen. Von dem Schraubenkopf 2 wird dabei vorzugsweise mit einer Vorspannung auf die Kopfplatte 8 eine Kraft aufgebracht. In 2 sind ferner eine Verankerungstiefe L der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 und die Länge B der Bohrung 6 dargestellt. Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in 2 weist dabei eine vollständig als konische Spitze 9 ausgebildetes Schraubenende 3 auf. Das Schraubenende 3 bzw. die konische Spitze 9 kann dabei auch lösbar mit dem übrigen Schraubenschaft 4, beispielsweise mittels eines Schraub- oder Bajonettverschlusses, verbunden sein. Mittels einer Verwendung unterschiedlicher Schraubenenden 3 kann die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 an verschiedene anstehende Gesteine 7 angepasst werden. Ferner ist der Kerndurchmesser D_i des Schraubenschaftes 4 um ungefähr 8% kleiner als der Durchmesser D_b der Bohrung 6. Dadurch tritt in vorteilhafter Weise beim Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in die Bohrung 6 im Wesentlichen keine Reibung zwischen dem Schraubenschaft 4 und dem anstehenden Gestein 7 auf, so dass dadurch das zum Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 notwendige Drehmoment, welches an dem Schraubenkopf 2 aufzubringen ist, verringert werden kann.
Bei einem Einsatz der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in einem anstehenden Gestein 7 mit einer hohen Druckfestigkeit, z. B. Fels, wird im Allgemeinen der Schraubenschaft 4 als Vollprofil ausgeführt und bei einem Einsatz der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in einem anstehenden Gestein 7 mit einer geringen Druckfestigkeit, beispielsweise Kies, wird im Allgemeinen ein Schraubenschaft 4 als Hohlprofil eingesetzt. Bei einer Verwendung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 bei einem anstehenden Gestein bzw. Untergrund mit einer geringen Druckfestigkeit genügt bereits ein Hohlprofil, um die auf den Schraubenschaft 4 wirkenden radialen Kräfte aufzunehmen. Damit kann Material zur Herstellung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 eingespart werden. Das Gewinde 5 für die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 kann, insbesondere bei einer Ausführung des Schraubenschaftes 4 als Hohlprofil, beispielsweise dadurch aufgebracht werden, dass ein Profildraht auf den Schraubenschaft 4 aufgewickelt und einlaminiert wird.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraubel in dem anstehenden Gestein 7 abgebildet. Die in das anstehende Gestein 7 eingearbeitete Bohrung 6 weist dabei an einem äußeren Bohrungsabschnitt 11 einen größeren Durchmesser auf als an einem inneren Bohrungsabschnitt 10. Der Schraubenschaft 19 mit Gewinde 5 ist dabei im Wesentlichen, z. B. mit einer Abweichung von weniger als 40%, 30%, 20%, 10% oder 5%, an dem inneren Bohrungsabschnitt 10 angeordnet. Dabei ist der Durchmesser D_b der Bohrung 6 an dem inneren Bohrungsabschnitt 10 um ungefähr 4% bis 8% kleiner als der Außendurchmesser D_a der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube, so dass dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gewinde 5 und dem anstehenden Gestein 7 an dem inneren Bohrungsabschnitt 10 entsteht. Der Durchmesser D_b am äußeren Bohrungsabschnitt 11 ist dabei größer als der Außendurchmesser D_a der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube. Dadurch kann die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zunächst mit einer geringen Kraft in den Verankerungsbereich, nämlich den inneren Bohrungsabschnitt 10, eingeschoben werden. Ferner ist dadurch ein reduziertes und konstanteres Einschraubdrehmoment auf den Schraubenkopf 2 aufzubringen und ein besseres und konstantes Tragverhalten aufgrund des kleineren Durchmessers D_b an dem inneren Bohrungsabschnitt 10 möglich. Ansonsten entspricht das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Anordnung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in der in dem anstehenden Gestein 7 eingearbeiteten Bohrung 6 abgebildet. Die Bohrung 6 weist wie im ersten Ausführungsbeispiel einen konstanten Durchmesser D_b auf. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist der Kerndurchmesser D_i der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 an dem Schraubenschaft 18 ohne Gewinde 5 kleiner, beispielsweise um 2% bis 8% kleiner, als der Kerndurchmesser D_i an dem Schraubenschaft 19 mit Gewinde 5. Der Außendurchmesser D_a der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 am Gewinde 5 ist dabei ungefähr 20% bis 30% größer als der Durchmesser D_b der Bohrung 6, so dass auch in dem dritten Ausführungsbeispiel das Gewinde 5 beim Einschrauben in die Bohrung 6 in das anstehende Gestein 7 einschneidet und ferner dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gewinde 5 und dem anstehenden Gestein 7 hergestellt werden kann. Aufgrund des kleineren Kerndurchmessers D_i der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 am Schraubenschaft 18 ohne Gewinde 5 als am Schraubenschaft 19 mit Gewinde 5, kann das erforderliche Einschraubdrehmoment am Schraubenkopf 2 reduziert werden aufgrund einer geringeren Reibung zwischen dem Schraubenschaft 4 und dem anstehenden Gestein 7.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Bohrgestänges 12 zur Herstellung einer Bohrung 6 mit unterschiedlichem Durchmesser D_b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in 3. Das Bohrgestänge 12 weist dabei eine Bohrkrone 13, einen Stabilisator 14, eine erste Bohrstange 15 mit einem kleinen Durchmesser, ein Aufbohrwerkzeug 16 und eine zweite Bohrstange 17 mit einem großen Durchmesser auf. Dabei weisen beispielsweise die Bohrkrone 13, der Stabilisator 14 und die erste Bohrstange 15 einen Durchmesser von 15 mm, das Aufbohrwerkzeug 16 einen Durchmesser von 32 mm und die zweite Bohrstange 17 einen Durchmesser von 18 mm auf. Der Durchmesser des Aufbohrwerkzeuges 16 ist damit größer als der Durchmesser der zweiten Bohrstange 17 und der Durchmesser der zweiten Bohrstange 17 ist größer als der Durchmesser der ersten Bohrstange 15.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die von der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 in das anstehende Gestein 7 einzubringende Kraft wird im Wesentlichen formschlüssig mittels des Gewindes 5 in das anstehende Gestein 7 eingeleitet. Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraubel ist damit im Wesentlichen formschlüssig an dem Schraubenschaft 19 mit Gewinde 5 mit dem anstehenden Gestein 7 verbunden bzw. verankert. Damit kann auf eine aufwendige und nachteilige Verankerung der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube mittels Adhäsion oder Kraftschluss (Spreizung) verzichtet werden. Die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube 1 kann damit mit einem geringen technischen Aufwand in das anstehende Gestein 7 eingebracht werden, indem zunächst eine Bohrung 6 eingearbeitet wird und anschließend die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube mit dem Gewinde 5 in die Bohrung 6 eingeschraubt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0623759 B1 [0003]
US 5114278 [0004]

Claims

Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) zur Anwendung im Berg- und/oder Tunnelbau und zum Einschrauben in ein anstehendes Gestein (7), umfassend einen Schraubenkopf (2), ein Schraubenende (3), einen Schraubenschaft (4) und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft (4) ausgebildetes Gewinde (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) und dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) größer als 20, 30, 50 oder 70 ist.
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) und dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) zwischen 20 und 150, vorzugsweise zwischen 30 und 120, insbesondere zwischen 40 und 100, liegt.
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des Gewindes (2) dem Produkt aus dem Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) und einem Faktor zwischen 0,2 und 1,2, insbesondere zwischen 0,4 und 0,9, entspricht.
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (5) an dem Schraubenschaft (4) zwischen dem Schraubenkopf (2) und dem Schraubenende (3) nur im Bereich des Schraubenendes (3) an dem Schraubenschaft (4) ausgebildet ist, insbesondere das Gewinde (5) an dem Schraubenende (3) nur in einem Abstand von weniger als 80%, 70% oder 50% der Länge der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) von dem Schraubenende (3) ausgebildet ist und vorzugsweise der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes (4, 18) ohne Gewinde (5) im Bereich des Schraubenkopfes (2) kleiner, vorzugsweise um weniger als 15%, 10%, 5% oder 2% kleiner, ist als der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes (4, 19) mit dem Gewinde (5) im Bereich des Schraubenendes (3).
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem Kerndurchmesser zwischen 0,8 und 1,6, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,4, insbesondere zwischen 1,1 und 1,2 liegt und/oder das Verhältnis des Außendurchmessers zur Steigung des Gewindes (5) zwischen 1,0 und 3,0, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5, insbesondere zwischen 1,7 und 2,2 liegt und/oder der Flankenwinkel im Bereich zwischen 50° und 90° liegt.
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubenende (3) als eine konische Spitze (9) ausgebildet ist.
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubenende (3), insbesondere die konische Spitze (9), wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem anderen Material, z. B. Metall, insbesondere gehärteter Stahl, besteht, beispielsweise auch als Beschichtung, z. B. aus Quarzsand oder Korund oder einer keramischen Beschichtung, als der übrige Teil der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) außerhalb des Schraubenendes (3).
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) wenigstens teilweise aus Metall, z. B. Stahl, oder, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, z. B. GFK, besteht
Bewehrungs- und/oder Ankerschraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (4) ein Voll- oder ein Hohlquerschnitt ist.
Verfahren zur Bewehrung- und/oder Verankerung von anstehendem Gestein (7) im Berg- und/oder Tunnelbau, indem in das anstehende Gestein (7) eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1), insbesondere eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in das anstehende Gestein (7) eine Bohrung (6) eingearbeitet wird und anschließend in die Bohrung (6) die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) eingeschraubt wird, so dass vorzugsweise das anstehende Gestein (7) bewehrt wird und/oder vorzugsweise an dem anstehenden Gestein (7) eine Verankerung angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) sich das Gewinde (5) der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) in das anstehende Gestein (7) einschneidet und/oder eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gewinde (5) und dem anstehenden Gestein (7) hergestellt wird und/oder eine Bohrung (6) eingearbeitet wird, dessen Durchmesser kleiner, insbesondere um wenigstens 10%, 20% oder 30% kleiner, ist als der Außendurchmesser der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) und/oder eine Bohrung (1) mit einem Durchmesser eingearbeitet wird und/oder eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) zur Verfügung gestellt wird, so dass die Steigung des Gewindes (5) zwischen 0,3 und 1,5, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1,2, insbesondere zwischen 0,5 und 0,8, des Durchmessers der Bohrung (6) beträgt. und/oder eine Bohrung (6) eingearbeitet wird und/oder eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube zur Verfügung gestellt wird, so dass der Kerndurchmesser am Gewinde (5) kleiner, insbesondere um weniger als 15%, 12% oder 8% kleiner, ist als der Durchmesser der Bohrung (5) und/oder eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) zur Verfügung gestellt wird, so dass der Flankenwinkel bei einer Druckfestigkeit des anstehenden Gesteins (7) zwischen 10 und 100 MPa sich nach der Formel ((Druckfestigkeit des Gesteins – 145)/–1,5) ± 10° berechnet und bei einer Druckfestigkeit des anstehenden Gesteins (7) über 100 MPa der Flankenwinkel 30° ± 10° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5) mit einem unterschiedlichen Durchmesser eingearbeitet wird, so dass die Bohrung (5) an einem inneren Bohrungsabschnitt (10) einen kleineren, vorzugsweise um weniger als 2%, 5%, 10% oder 20% kleineren, Durchmesser aufweist als an einem äußeren Bohrungsabschnitt (11).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) im Wesentlichen nach dem vollständigen Einschrauben in die Bohrung (6) sich mit dem Schraubenschaft (4), der mit dem Gewinde (5) versehen ist, in dem inneren Bohrungsabschnitt (10) befindet und sich vorzugsweise mit dem Schraubenschaft (4, 18) ohne Gewinde (5) in dem äußeren Bohrungsabschnitt (11) befindet.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem vollständigen Einschrauben der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) in die Bohrung (6) das Verhältnis zwischen der Verankerungstiefe der Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) und dem Durchmesser der Bohrung (6) zwischen 20 und 150, vorzugsweise zwischen 30 und 120, insbesondere zwischen 40 und 100, liegt.
Verwendung einer Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) im Berg- und/oder Tunnelbau zur Bewehrung von anstehendem Gestein (7) und/oder zur Verankerung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewehrungs- und/oder Ankerschraube (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.