DE29810379U1

DE29810379U1 - Gebirgsankersystem

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Publication number: DE29810379U1
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Original assignee: SCHRAN BERGBAU BAUMASCHINEN BO
Current assignee: SCHRAN BERGBAU BAUMASCHINEN BO
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2008-06-11
Also published as: DE19835814A1

Description

4320/2 Schran Bergbau-Baumagshinen-ßahrtectoik ·· _#··_&phgr; 8. Juni 1998

BESCHREIBUNG

Gebirgsankersystem

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gebirgsankersystem entsprechend dem Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Gebirgsanker dienen unter anderem in Berg-, Tunnel- und Tiefbau der Stabilisierung von Hohlräumen indem mehrere, senkrecht zur Wandung des Hohlraumes aufeinanderfolgende Gebirgsschichten unterschiedlichen Kohäsionszuzustands miteinander verbunden werden. Schichten von geringerer Tragfähigkeit werden somit an stabilen, tragfähigen Schichten verankert. Ein solches Gebirgsankersystem ist beispielsweise aus der AU 406956 bekannt. Wesensmerkmal dieses Ankersystems ist ein rohrartiges, gleichzeitig als Bohrstange nutzbares Zugglied, an dessen einem Ende sich ein mit wenigstens einer Spülbohrung ausgerüsteter Bohrkopf befindet. Zum Setzen eines Ankers wird das Zugglied unter Verwendung eines Spülmeduims und eines Bohrantriebs in die zu stabilisierenden Schichten eingetrieben, wobei anschließend, nachdem die erforderliche Eindringtiefe erreicht ist, ein aushärtbares Medium über das Zugglied in die auf diese Weise erstellte Bohrung eingebracht wird. Das Zugglied kann im Bedarfsfall unter Verwendung von Kupplungsmuffen auf die benötigte Länge verlängert werden. Während des Einführens des genannten Mediums, z. B. einer Mörtelsuspension kann das Zugglied axial bewegt werden, um die örtliche Durchdringung des umliegenden Gebirges mit dem Medium und damit die Stabilisierungswirkung zu verbessern. Das Medium tritt aufgrund der auf den Bereich des Bohrkopfes beschränkten Spülbohrungen gleichermaßen wie das Spülmedium nur bohrlochsohlenseitig aus dem Zugglied aus und soll von hieraus beginnend einen aus einem Gemenge aus Mörtelsuspension und Gebirgspartikeln bestehenden Verankerungskörper bilden, der sich nach Maßgabe des örtlichen Kohäsionszustands der Bohrlochwandungen insbesondere räumlich unterschiedlich ausbilden kann. Derartige, auch als selbstbohrende Anker bekannte Gebirgsankersysteme haben sich arbeitsökonomisch als besonders vorteilhaft erwiesen.

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Regelmäßig wird bei derartigen Ankersystemen während der Bohrphase ein Bohrantrieb mit dem luftseitigen Ende des Zuggliedes gekuppelt, der am Ende der Bohrphase wieder gelöst wird. Zum Einführen des aushärtbaren Mediums wird nunmehr ein Injektionskopf mit dem genannten Ende des Zuggliedes verbunden, wobei vorab der geringe Zwischenraum zwischen der Bohrlochwandung einerseits und der Außenseite des Zuggliedes andererseits abgedichtet wird, woraufhin das Einführen des aushärtbaren Mediums, auch Verpressmedium genannt beginnt. Dieses wird unter Druck in das Bohrloch eingeführt und soll insbesondere in Spalte, Risse und dergleichen des umliegenden Gebirges eindringen und nach Aushärtung einen räumlich ausgedehnten, zuverlässigen Verankerungskörper bilden, auf dessen Eigenschaften in Verbindung mit der Beschaffenheit des umliegenden Gebirges die Zugkraftaufnahmefähigkeit des Ankersystems letztendlich beruht.

Ist die Injektionsphase abgeschlossen, wird der Injektionskopf von dem luftseitigen Ende des Zuggliedes gelöst, so daß vorübergehend nach Maßgabe des Innendruckes Verpressmedium luftseitig aus dem Zugglied austritt und sich je nach den Umgebungsverhältnissen mehr oder weniger unkontrollierbar ausbreitet. Hiermit kann nach Maßgabe der Zahl der gesetzten Anker eine nicht unbeträchtliche Verschmutzung der Baustelle einhergehen.

Das Verpressmedium hat innerhalb des Bohrloches während der Injektionsphase, solange der Injektionskopf angeschlossen war, unter Druck gestanden. Die, durch diesen Druck des Verpressmediums auf die Bohrlochwandungen ausgeübte stabilisierende Wirkung entfällt nach Demontage des Injektionskopfes schlagartig, so daß wiederum nach Maßgabe des Kohäsionszustands der Bohrlochwandungen zumindest örtlich die Gefahr von Veränderungen, insbesondere eines teilweisen Zusammenfallen des Bohrlochs besteht. Dies wiederum kann in Einzelfällen bedeuten, daß eine lückenlose Mörtelüberdeckung des im Regelfall stählenden Zuggliedes nicht sichergestellt ist, so daß sich in Verbindung mit eventuell saurem Grundwasser beträchtliche Korrosionsprobleme einstellen können.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gebirgsankersystem der eingangs bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, daß ein unkontrolliertes Austreten von Verpressmedium am Ende der Injektionsphase unterdrückt wird und gleichermaßen eine verbesserte Mörtelüberdeckung des Zuggliedes erreicht wird. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Gebirgsankersystem durch die Merkmale des Kennzeichnungsteits des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach die Verwendung einer besonderen, auf das luftseitige Ende des Zuggliedes lösbar aufsetzbaren Sperreinrichtung, welche nach Art eines Rückschlagventils zwar das Einführen eines fließfähigen Mediums in das Zugglied ermöglicht, einen Austritt dieses Mediums aus dem Zugglied heraus hingegen unterbindet. Dies bedeutet, daß ein Austreten des unter Druck stehenden Verpressmediums am Ende der Injektionsphase aus dem Zugglied verhindert wird, und zwar unabhängig davon, ob das Verpressmedium zumindest bereits teilweise ausgehärtet ist. Ohne übermäßige Verschmutzungen infolge unkontrolliert aus dem Zugglied austretendem Verpressmedium befürchten zu müssen, kann der Injektionskopf demontiert werden und bei einem weiteren Anker erneut eingesetzt werden. Die Verwendung einer solchen Sperreinrichtung bedeutet auch, daß während der Injektionsphase der durch das Verpressmedium innerhalb des Bohrlochs entwickelte Druck infolge einer Demontage des Injektionskopfes keine Unterbrechung erfährt, so daß die von dem Verpressmedium auf die Bohrlochwandung ausgeübte stabilisierende Wirkung kontinuierlich aufrecht erhalten bleibt. Auf diese Weise ist ein bedeutender Beitrag zur Sicherung einer gleichmäßigen Mörtelüberdeckung und zur Vermeidung von Körrosionsproblemen in saurer Umgebung geleistet.

Die Spanneinrichtung steht entsprechenden den Merkmalen des Anspruchs 2 lösbar mit dem Zugglied in Verbindung. Sie kann auf dem luftseitigem Ende des Zuggliedes verbleiben, bis eine Aushärtung soweit eingetreten ist, daß ein Austreten an Verpressmedium nicht mehr zu befürchten ist. Sie kann anschließend erneut bestimmungsgemäß bei weiteren Ankersystemen Verwendung finden.

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Die Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 sind auf die weitere Ausgestaltung der Sperreinrichtung gerichtet. Diese ist ein Bauteil, welches einerseits zur Anbindung an das luftsettige Ende des Zuggliedes und andererseits zum Ankuppeln an einen Bohr- bzw. Injektionskopf eingerichtet ist. Sie beinhaltet darüber hinaus einen federbelasteten Sperrkörper, auf welchem in Verbindung mit einer Durchgangsbohrung die Rückschlagventilfunktion der Sperreinrichtung letztendlich beruht.

Die Sperreinrichtung, insbesondere das erfindungsgemäße Gebirgsankersystem kann bei unterschiedlichen Arten von Gebirgsankern eingesetzt werden, wo immer es um das Problem geht, ein luftseitiges Austreten eines in dem Zugglied unter Druck stehenden fließfähigen Mediums zu unterbinden, wobei es sich um ein Verpressmedium, jedoch gleichermaßen auch um ein Spülmedium handeln kann und wobei es ferner darauf ankommt, den Druck des fließfähigen Mediums zur Stabilisierung kohäsionsarmer Bohrlochwandungen ausnutzen zu können. Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen somit einerseits in arbeitstechnischen bzw handhabungsmäßigen Verbesserungen, da die Verschmutzung der Baustelle vermindert wird. Sie bestehen ferner in einer Verbesserung des Arbeitsergebnisses, da die Einbindung des Zuggliedes in das aushärtbare Medium vergleichmäßigt wird.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen wiedergegebene Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Ankersystems während der Erstellung eines

Bohrlochs, somit während der Spülphase;
Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt eines bei dem Ankersystem gem. Fig. 1 eingesetzten Bohrkopfes;

Fig 3 einen vergrößerten Axialschnitt des luftseitigen Endabschnitts des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ankersystems.

Es wird im Folgenden zunächst auf die zeichnerischen Darstellungen der Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Im einzelnen ist mit 1 das rohrartige Zugglied eines

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Gebirgsankers bezeichnet, welches während des Erstellens eines Bohrlochs zunächst nach Art einer Bohrstange benutzt wird und demzufolge an seinem einen Ende mit einem Bohrkopf 3 versehen ist. Das Zugglied 1 steht an seinem, dem Bohrkopf 3 abgekehrten Ende, somit luftseitig mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Spül- bzw. Injektionskopf sowie einem Bohrantrieb in Verbindung. Hierauf wird im Folgenden noch näher eingegangen werden.

Das Zugglied 1 ist zumindest an seinem, dem Bohrkopf zugekehrten Ende mit einem Gewindeabschnitt versehen, der zur Verschraubung mit einem Innengewindeabschnitt 4 des Bohrkopfes 3 bestimmt ist. Grundsätzlich kann der Bohrkopf 3 mit den Zugglied 1 auch verschweißt sein.

Der Bohrkopf 3 ist durch einen zentralen Hohlraum 5 gekennzeichnet, dessen Länge im wesentlichen derjenigen des Innengewindeabschnitts 4 entspricht und der somit zur Aufnahme des Zuggliedes 1 bestimmt ist. Koaxial zu diesem Hohlraum 5, somit in Richtung der Achse 6 des Bohrkopfes 3 verläuft unter Zwischenanordnung einer ringartigen, sich senkrecht zu der Achse 6 erstreckenden Anlagefläche 7 eine Spülbohrung 8, deren Durchmesser geringer als derjenige des Hohlraumes 5 bemessen ist. Von der genannten Spülbohrung sind weitere Spülbohrungen 9, 10 abgezweigt, deren Achsen sich unter stumpfen Winkeln zu der Achse 6 erstrecken und deren Austrittsöffnungen sich somit seitlich befinden.

Mit 11 ist ein aus einem beispielsweise elastomeren Werkstoff bestehender Dichtring bezeichnet, der auf der Anlagefläche 7 gehalten ist und dessen Funktion im Folgenden noch erläutert werden wird.

Zum Erstellen eines Bohrlochs 2 zwecks Setzens eines Gebirgsankers wird zunächst in das mit einem Bohrkopf 3 bestückte Zugglied 1 ein Spülrohr 12 eingeführt, dessen bohrkopfseitige Stirnseite auf dem Dichtring 11 dichtend anliegt. Das vorzugsweise metallische Spülrohr 12 wird in dieser Anlage unter Mitwirkung des zeichnerisch nicht dargestellten Spülkopfes bzw. des Bohrantriebes gehalten. Während der sich anschließenden Bohrphase strömt ein

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Spülmittel, &zgr;. B. Wasser oder auch Luft in Richtung der Pfeile 13 durch das Spülrohr 12 und verläßt dieses bohrlochsohlenseitig über die Spülbohrungen 8 bis 10 des Bohrkopfes 3 um die infolge des Bohrvorgangs gelösten Gebirgspartikel aufzunehmen und diese anschließend über den Ringraum zwischen der Innenseite 14 des Bohrlochs 3 und der Außenseite 15 des Zuggliedes 1 in Richtung der Pfeile 16 auszuspülen. Sowohl das Spülrohr 12 als auch das Zugglied 1 können nach Maßgabe der absoluten Länge des Bohrlochs 2 unter Zwischenanordnung geeigneter Kupplungsmuffen in einer an sich bekannten Weise verlängert werden. Ist auf diese Weise die endgültige Tiefe des Bohrlochs 2 erreicht, dessen Wandungen in Abhängigkeit vom Kohäsionszustand der entlang der Achse 6 aufeinanderfolgenden Gebirgsformationen eine unterschiedliche Stabilität haben können, werden sowohl der Bohrantrieb als auch der Spülkopf von dem Zugglied gelöst und anschließend das Spülrohr 12 entfernt. Es schließt sich nunmehr die Injektionsphase an.

Das Zugglied 1 ist entlang seiner Achse 6 mit einer Reihe von Bohrungen 17 versehen, die während der Spülphase aufgrund der dichtenden Anlage des Spülrohres 12 an dem Dichtring 11 funktionslos sind. Die Bohrungen 17 können entlang des gesamten Zuggliedes 1 vorgesehen sein - sie können gleichermaßen auch auf wählbare Längenabschnitte bzw. auf einen, entlang des Zuggliedes jeweils nach Maßgabe der vorgefundenen Gebirgsverhältnisse plazierten Längenabschnitt beschränkt sein.

Zur Einleitung der Injektionsphase wird nunmehr zunächst eine Sperreinrichtung 18 auf das luftseitige Ende 19 des Zuggliedes 1 aufgeschraubt. Das Zugglied 1 ist zu diesem Zweck zumindest endseitig mit einem Außengewinde 20 versehen.

Die in Fig 3 gezeigte Sperreinrichtung 18 besteht aus einem global zylindrischen Hohlkörper, dessen eines, dem Zugglied 1 zugekehrtes Ende mit einem Innengewinde 21 versehen ist, welches zum Aufschrauben auf das Außengewinde 20 des Zuggliedes 1 bestimmt und ausgestaltet ist. Zeichnerisch nicht dargestellt sind übliche Hilfsmittel, welche der Begrenzung der Einschraublänge dienen, mit denen in einfacher Weise reproduzierbare Einschraublängen herstellbar sind.

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Das Innengewinde 21 erstreckt sich etwa über die Hälfte der gesamten Länge der Sperreinrichtung 18.

An dem, dem Innengewinde 21 abgekehrten Ende der Sperreinrichtung 18 befindet sich eine, mit einer zentralen Durchgangsöffnung 22 versehende Abschlußplatte 23, die mit dem genannten zylindrischen Hohlkörper in lösbarer Verbindung steht. Die Wandungen der Öffnung 22 weisen einen in Richtung auf das Innengewinde 21 hin sich konisch erweiternden Querschnitt auf und bilden Anlageflächen 22' für einen kugelförmigen Sperrkörper 24, der mittels einer sich in Längsrichtung der Sperreinrichtung 18 erstreckenden Druckfeder 25 unter elastischer Vorspannung an diesen Anlageflächen 22' gehalten ist.

Das, dem Sperrkörper 24 abgekehrte Ende der Druckfeder 25 ist in der zentralen Ausnehmung 26 einer Stützplatte 27 aufgenommen, die ihrerseits an einer, auf der Innenseite des Hohlkörpers der Sperreinrichtung 18 angeordneten Ringschulter 28 aufgelagert ist. Die Stützplatte 27 ist mit einer Reihe von Durchgangsöffnungen 29 versehen.

Zeichnereisch nicht dargestellt sind Kupplungseinrichtungen oder dergleichen, über welche ein Injektionskopf derart mit der Abschlußplatte 23 verbindbar ist, daß nach Maßgabe des Druckes eines Injektions- oder Verpressmediums dieses in Richtung des Pfeiles 30, somit unter gleichzeitiger Verdrängung des Sperrkörpers 24 entgegen der Rückstellkraft der Druckfeder 25 strömt und über die Durchgangsöffnungen 29 schließlich in den Innenraum 30 des Zuggliedes 1 gelangt. ,

Man erkennt, daß im Fall einer Druckentlastung über den Injektionskopf der Verdrängungskörper 24 unter der Wirkung der Druckfeder 25 selbsttätig in seine, in Fig. 3 gezeigte Schließstellung gelangt.

Zur Einleitung der Injektionsphase wird nunmehr der Injektionskopf mit dem zugekehrten Ende 31 der Sperrvorrichtung 18 verbunden, wobei ein aushärtbares Medium, z. B. eine Mörtelsuspension oder ein Kunstharz unter

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Druck in das Zugglied 1 eingebracht wird. Diese aushärtbare Medium durchläuft die Sperreinrichtung 18 und tritt über die Bohrungen 17 und - zu einem geringeren Teil - auch über die Spülbohrungen 8 bis 10 des Bohrkopfes 3 aus, um in der Folge das Bohrloch 2, insbesondere den bereits genannten Ringraum vollständig auszufüllen. Die Injektionsphase ist abgeschlossen, sobald dieser Ringraum in dem gewünschten Ausmaß verfüllt ist.

Nach Aushärtung des genannten Mediums ergibt sich ein Verbund zwischen den Innenseiten 14 des Bohrlochs 2 einerseits und den zugekehrten Außenseiten 15 des Zuggliedes 1 andererseits, welch letztere zur Verbesserung eines Formschlusses im Oberflächenbereich profiliert sein können.

Die Sperreinrichtung 18 ermöglicht unmittelbar nach Verfüllung des genannten Ringraumes die Demontage des Injektionskopfes, ohne daß die Gefahr besteht, daß das unter Druck stehende aushärtbare, noch fließfähige Medium luftseitig aus dem Zugglied 1 austreten kann. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die durch das unter Druck stehende Medium im Bohrloch entwickelte Stabilisierungswirkung trotz Demontage des Injektionskopfes kontinuierlich aufrechterhalten wird und daß sich insbesondere infolge eines ansonsten gegebenen Druckabfalles keine Veränderungen an den Bohrlochwandungen ergeben.

Die luftseitige Verspannung des Zuggliedes erfolgt wiederum in einer an sich bekannten Weise, worauf im folgenden jedoch nicht näher eingegangen werden wird. Sowohl das Zugglied 1 als auch der Bohrkopf 3 werden bei dem erfindungsgemäßen Ankersystem als verlorenes Werkzeug betrachtet, welches in der Bohrung verbleibt, wohingegen das Spülrohr 12 für eine Verwendung beim Setzen eines weiteren Gebirgsanker zur Verfugung steht. Das Zugglied 1 steht während des Injizierens still und es findet das Eindringen des aushärtbaren Mediums im Regelfall erst nach erfolgtem Entfernen des Spülrohrs 12 statt. Es ist jedoch auch möglich, diesen Vorgang zeitgleich mit dem Zurückziehen des Spülrohres 12 ablaufen zu lassen.

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Ebenfalls für eine weitere Verwendung zur Verfugung steht die erfindungsgemäße Sperreinrichtung 18.

Das erfindungsgemäße Ankersystem ermöglicht nach erfolgtem primärem Injezieren auch ein Nachverpressen. Dies wird ebenfalls durch die Sperreinrichtung 18 ermöglicht, welche während des primären Injezierens ein Rückströmen des aushärtbaren Mediums in das Zugglied 1 verhindert, so daß anschließend, d. h. vor einem beginnenden Härten ein Nachverpressen möglich ist, indem dieses Medium nunmehr unter erhöhtem Druck in das Zugglied 1 eingeführt wird, hierbei eine Verdrängungswirkung auf die sich noch innerhalb des Zuggliedes 1 befindlichen Anteile aus aushärtbaren Medium ausübt, wobei der, das Zugglied innerhalb des Bohrlochs 2 umgebene primäre Verankerungskörper hydraulisch aufgesprengt wird, so daß das genannte Medium weiter in das umliegende Gebirge eindringen kann und sich demzufolge eine verbesserte Verankerungswirkung ergibt.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung 18 wurde vorstehend in Verbindung mit einem solchen Ankersystem beschrieben, bei welchem das Zugglied im wesentlichen über seine gesamte Länge mit Bohrungen 17 versehen ist, über welche ein aushärtbares Medium in ein Bohrloch eingeführt wird und wobei während der Bohrphase ein Spülrohr verwendet wird, welches ein Austreten des Spülmediums lediglich bohrlochsohlenseitig sicherstellt, so daß eine Spülwirkung im Bereich der Bohrlochsohle beginnt und ein Ausschwemmen von gelösten Gebirgspartikeln über den Ringraum zwischen der Außenseite des Zuggliedes und der Innenseite des Bohrlochs sicherstellt.

Eine Verwendung der Sperreinrichtung 18 ist jedoch auch bei solchen, an sich bekannten Ankersystemen möglich, deren Zugglied lediglich bohrlochsohlenseitig mit Austrittsöffnungen versehen ist, bei denen kein Spülrohr verwendet wird, bei denen jedoch gleichermaßen die Ankerstange nach Maßgabe eines verlorenen Werkzeugs benutzt wird. Darüber hinaus kann das Ankersystem auch dann verwendet werden, wenn anstelle eines klassischen Spülmediums z. B. Wasser oder Luft eine bindemittelhaltige Suspension verwendet wird.

Claims

4320/2 Schran Bergbau-gaurrapchinertaBohrteehnik ··..**. 8.Juni1998 Schran Bergbau-gaurqapchinerfeBohrteehnik · · , . · * ANSPRÜCHE

1. Gebirgsankersystem, bestehend aus einem, an einem Ende mit einem Bohrkopf (3) versehenen rohrartigen, zur Verwendung als Bohrstange und/oder als Zugglied (1) eines Gebirgsankers bestimmten Grundkörper, wobei der Bohrkopf (3) mit wenigstens einer Spülbohrung (8,9,10) versehen ist,

gekennzeichnet durch

- eine mit dem luftseitigen Ende des Zuggliedes (1) verbindbare Sperreinrichtung (18), welche das Verbindungsglied zu einem Injektions- oder Bohrkopf bildet und welche dazu bestimmt und eingerichtet isst, einen Medienfluß in das Zugglied (1) hinein zu ermöglichen, einen Medienaustritt aus dem Zugglied (1) hingegen zu unterbinden.

2. Gebirgsankersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Sperreinrichtung (18) lösbar mit dem Zugglied (1) in Verbindung steht.

3. Gebirgsankersystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Sperreinrichtung (18) aus einem zylindrischen, an ihrem einen Ende mit dem Grundkörper verbindbaren Hohlkörper besteht und

- daß innerhalb des Hohlkörpers ein den Durchfluß eines fließfähigen Mediums beeinflußender, mit einer Öffnung (22) zusammenwirkender Sperrkörper (24) vorgesehen ist.

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SchranBergbau-^autr^chinen^Sohiteehnik ·· ··.

4. Gebirgsankersystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der Sperrkörper (24) unter Mitwirkung einer Druckfeder (25) in seiner Schließstellung gehalten ist.

5. Gebirgsankersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß das dem Zugglied (1) abgekehrte Ende der Sperreinrichtung (18) mit einer Kupplungseinrichtung zur Anbindung an einen Bohr- bzw Injektionskopf ausgerüstet ist.