CH664803A5

CH664803A5 - Anordnung zur uebertragung einer kraft und verfahren zur herstellung eines ankerstabes.

Info

Publication number: CH664803A5
Application number: CH3023/82A
Authority: CH
Inventors: Erwin Isler
Original assignee: Weidmann H Ag
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1982-05-14
Publication date: 1988-03-31
Also published as: ZA833469B; JPS58203206A; JPH0341691B2; DE3317242C2; DE3317242A1; US4538940A; JPS5931335A; JPH029204B2

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung der an einem ersten Element angreifenden Längskraft auf ein zweites Element gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, und ein Verfahren zur Herstellung eines Ankerstabes gemäss dem unabhängigen Patentanspruch 8.

Zur Befestigung von Ausbruchsflächen in Hohlraumbauten und von freigelegten Böschungen ist es bekannt, Zuganker in Bohrlöchern zu verankern. Solche Zuganker bestehen meistens aus einzelnen Ankerstäben, die am Ende des Bohrlochs fixiert und auf einer Ankerplatte an der Aus-senseite des Bohrlochs mit einer Schraubenmutter gezogen werden. Man spricht von einem Schlaffanker, wenn keine oder nur eine geringe Spannung im Anker erzeugt ist, und von einem vorgespannten Anker, wenn der Ankerstab mit einer erheblichen Zugkraft vorgespannt ist.

Für einen Schlaffanker ist es aus der CH-A 620 496 bekannt, als Ankerstab ein Rohr zu verwenden und sowohl den Zwischenraum zwischen Bohrloch und Rohr sowie das Rohrinnere auf der gesamten Länge des Bohrlochs bzw. des Rohres mit einem Zweikomponentenklebstoff zu füllen.

Zur Befestigung des Ankers wird das Ende des Rohres mit einem Gewinde versehen und der Ankerstab mittels einer Mutter gegen die Ankerplatte festgezogen. Ein solches Gewinde reisst schon bei relativ kleinen Belastungen aus. Mit einem Ankerstab der beschriebenen Art könnten jedoch Zugkräfte bis zu 370 kN aufgenommen werden.

Für Zuganker wurde in neuester Zeit versucht, die Stahlstäbe durch Kunststoffstäbe oder Rohre aus vergossenen par-allelisierten Glasfasern o. dgl. zu verwenden, weil diese ebenso wie die oben beschriebenen Schlaffanker keiner Korrosionsgefahr ausgesetzt sind. Der Anwendungsbereich wurde jedoch auf Schlaffanker begrenzt, weil das Gewinde, das überdies keine grossen Kräfte zu übertragen vermochte, den Ankerstab schwächte. Es wurden deshalb Versuche unternommen, das Gewinde in einer für die verlangten Kräfte von bis 150 kN Zugkraft geeigneten Form auf eine den Ankerstab umfassende Hülse anzubringen. Es ergaben sich jedoch Schwierigkeiten, um die Kräfte vom Ankerstab auf die Hülse zu übertragen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, das Problem der Kraftübertragung von einem ersten Element auf ein zweites Element zu lösen, wenn die beiden Elemente mit einer Fläche aufeinanderliegen und durch eine Normalkraft, die senkrecht auf diesen Flächen steht, zusammengepresst werden.

Erfindunsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. Ein Verfahren zur Herstellung eines Ankerstabes ist im Patentanspruch 8 definiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, in der auch ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der beiden Elemente zur Erläuterung des Prinzips,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Zugankers mit Gewindehülse unter Verwendung der Verzahnung gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine Ausschnittvergrösserung der Stelle III in Fig. 2, Fig. 4 eine Ausschnittvergrösserung der Stelle IV in Fig. 2, Fig. 5 eine Schnittansicht einer Mutter zur Verwendung mit dem Zuganker nach Fig. 2,

Fig. 6 eine Stirnansicht der Mutter gemäss Fig. 5, und Fig. 7 eine Schnittansicht durch einen eingebauten Zuganker mit Ankerplatte zur Darstellung der Kraftlinien im Ankerstab und in der Mutter.

In Fig. 1 sind die beiden Elemente 1 und 2 mit ihren im Schnitt ersichtlichen Flächen 3 und 4 aufeinandergelegt und sie werden gemäss den Pfeilen P senkrecht zu diesen Flächen 3,4 zusammengepresst. Wenn auf das erste Element 1 eine Zugkraft Kl nach rechts in der Zeichnung und/oder auf das zweite Element 2 eine Zugkraft K2 nach links in der Zeichnung einwirken, gibt dies eine gleiche Anordnung wie bei der

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Übergangsstelle von einem Zuganker auf die Hülse, gemäss dem genannten Problem.

Die Idee, die den unterschiedlich langen Flanken 6 bei konstanter Grathöhe 5 zugrunde liegt, ist die, die Kraftübertragung pro Zahnlängeneinheit konstant zu halten. Aus diesem Grunde wurde die Dehnung des Materials bei zunehmender Kraft von links nach rechts eingeführt und die Längen der Flanken 6 im Vergleich zur angenommenen ursprünglichen und unbelasteten Länge eines Vergleichsstabes V entsprechend der Zugkraft von einer Krafteinheit, z.B. 1T ganz links stufenweise bis zu zehn Krafteinheiten, z.B. 10 T ganz rechts, gedehnt. Infolge der konstanten Flächenpressung auf den Flanken 6 nimmt die Kraft Kl mit jeder Stufe gleichmässig ab und das zweite Element 2, auf das rechts in der Zeichnung keine Kraft einwirkt, zieht am Ende links in der Zeichnung mit der gesamten Kraft Kl an einer fiktiven Befestigung, so dass umgekehrt die Kraft K2 an dieser fiktiven Befestigung effektiv die Kraft Kl ist. Mit punktierten Linien ist der Kraftverlauf im ersten Element 1 dargestellt.

Gemäss dem im einzelnen dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 2-7 ist diese Erkenntnis auf einen Zugankerstab 10 übertragen. An seinem Ende ist dieser Zugankerstab 10, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff, mit einer Zahnung wie das erste Element 1 in Fig. 1 versehen. Die langen Flanken 6 und die kurzen Flanken 7 sind umlaufende Flächen. Der derart vorbereitete Zugankerstab 10 wird in einer Spritzgussform mit einer Gewindehülse 20 versehen. Diese Gewindehülse nimmt selbstverständlich im gezahnten Bereich des Zugankerstabes 10 eine dazu komplementäre Form an und zeigt eine Schnittansicht gemäss dem zweiten Element 2 in Fig. 1. Auf dem Aussenumfang wurde der Gewindehülse 20 ein Gewinde 21 angeformt.

Die gezahnte Partie ist in Fig. 3 in einer Ausschnittsver-grösserung des Ausschnitts III deutlich dargestellt. Der Neigungswinkel a der längeren Flanke 11 (entsprechend Flanke 6 in Fig. 1) ist eine Funktion des Abstandes X zwischen dem Stabende 22 und der jeweils betrachteten Stelle, also:

a = f (X) und ergibt bei 26 Zähnen:

/ 525-X\

a = e \ 148 j •

Aus diesem Winkel a ergibt sich die axiale Länge t einer Flanke 11 zwischen zwei benachbarten steilen Flanken 12 zu

—0,4 +

tga ^ tg ^ 90-aJ

Die Form des Aussengewindes 21, das ein Sägengewinde ist, ist in der Ausschnittsvergrösserung Fig. 4 des Ausschnitts IV in Fig. 2 dargestellt. Der Neigungswinkel der steilen Zahnflanke 23 gegenüber der Vertikalen beträgt ß = 5° und der s flachen Zahnflanke 24 y = 40° bei einem Abstand zwischen den steilen Zahnflanken 23 von 3,5 mm und einer Zahnhöhe von 1,84 mm. Durch die dargestellte Kombination der Zahnung zwischen Zugankerstab 10 und Gewindehülse 20 einerseits und einem Sägengewinde, das bekanntlich für grosse io Kräfte aus gleicher Richtung ausgelegt ist, anderseits, wird die Zugkraft aus dem Zugstab 10 abschnittweise auf eine Mutter auf der Gewindehülse 20 übertragen, wodurch die Mutter auf ihrer gesamten Länge beansprucht wird.

Eine Zugmutter für Verwendung bei einem Zuganker der 15 vorbeschriebenen Art ist in Fig. 5 und 6 beschrieben. Die Mutter 30 ist als Hülse 31 mit Innengewinde 32 ausgebildet. Auf dem Umfang der Hülse 31 sind mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Rippen 33 vorhanden. Am kopfseitigen Ende ist die Hülse 31 mit einem umschlagar-20 tigen Flansch 34 versehen, der eine kugelzonenartige Abschlussfläche 35 aufweist. Auch der Flansch 34 ist auf der Aussenseite mit Rippen 36 verstärkt. Die Rippen 33 entlang der Hülse 31 haben beispielsweise eine Teilung von 20°, so dass 18 Rippen vorhanden sind und die Rippen 36 am 25 Flansch 34 haben eine solche von 30° und dementsprechend sind 12 Rippen vorhanden.

Der Einbau eines Zugankers 10 der beschriebenen Art in ein Bohrloch 40 in Fels 41 ist in Fig. 7 dargestellt. Auf den Fels 41 ist die Ankerplatte 42 mit ihrem zentralen Loch 43 30 für den Zuganker 10 aufgesetzt. Eine Hülse 44 mit einer Tragschulter 45 für ein Übergangselement 46 ist aussen auf die Ankerplatte 42 aufgesetzt. Dieses Übergangselement 46 weist eine zur Abschlussfläche 35 komplementäre Auflagefläche 47 auf.

35 Mit der vorgeschlagenen Anordnung werden dementsprechend die Kraftlinien in diskreten Bündeln über die langen Flanken 11 der Zahnung auf die Gewindehülse 20 geführt und praktisch gleichmässig über das Sägengewinde 21 auf die Zugmutter 30 übertragen, wo sie auf die Abschlussfläche 35 40 konzentriert und weiter auf die Ankerelemente 42,44,46 übertragen werden.

Als einziges Anwendungsbeispiel für die Zahnung zwischen den zwei Elementen 1,2 wurde hier die Verbindung 45 eines Zugankerstabes und einer Gewindehülse beschrieben. Selbstverständlich sind andere Verwendungen denkbar, wie beispielsweise bei einer Schnellkupplung, wobei eine konische Hülse mit innen angeordneten Zähnen in einen Konus eingeschoben wird, um auf einen formschlüssig in die Zähne eingreifenden Stab Zugkräfte auszuüben.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Anordnung zur Übertragung einer an einem ersten Element ( 1 ) an seiner ersten Seite angreifenden und parallel zu einer Fläche (3) desselben wirkenden Längskraft (Kl) auf ein mit einer Fläche (4) formschlüssig auf dem genannten ersten Element(l) aufliegendes zweites Element (2), das mit einer wenigstens angenähert senkrecht auf die Flächen (3,4) gerichteten Normalkraft (P) gegen das erste Element (1) gepresst ist, gekennzeichnet, durch eine Anzahl parallele, sägezahnförmige und formschlüssig ineinandergreifende Erhebungen (5,6,7) auf beiden Flächen (3,4), wobei die Flanken (6) mit dem kleineren Neigungswinkel der ersten Seite zugewandt sind und die Erhebungen (5,6,7) eine gleichbleibende Höhe haben.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Flanken (6) mit dem kleineren Neigungswinkel in Richtung zur ersten Seite zunehmend breiter ausgebildet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 zur Übertragung der Zugkraft von einem vorgespannten Ankerstab (10) als erstem Element auf eine diesen umfassende Gewindehülse (20) als zweitem Element, auf welche Gewindehülse (20) eine sich auf eine Ankerplatte (42) abstützende Zugmutter (30) aufgeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grate (5) der Erhebungen auf parallelen, senkrecht auf der Stabachse stehenden Ebenen angeordnet sind.

4. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Flanken (7) der gezahnten Gebiete auf senkrecht zur Achse des Zugstabes stehenden Ebenen liegen.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (a) der langen Flanken (6) vom Ende des Zugstabes (10) ausgehend zunehmend spitzer wird.

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmutter (30) als zylindrische Hülse (31) ausgebildet ist und durch keilförmige Rippen (33) verstärkt ist, dass die zylindrische Hülse (31) am Kopfende mit einem Flansch (34) versehen ist, der eine kugelzonenartige Abschlussfläche (35) aufweist.

7. Anordnung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde der Zugmutter (30) und das entsprechende Gewinde (21) der Gewindehülse (20) Sägengewinde sind.

8. Verfahren zur Herstellung des Zugankerstabes der Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein faserverstärkter Kunststoffstab an seinem Ende mit einer Anzahl paralleler, den Umfang umfassender Einkerbungen versehen wird, deren Abstände mit zunehmendem Abstand (X) vom Ende grösser werden und die flacheren Flanken (6) jeweils den endseitigen Grat (5) mit dem Fusspunkt der nachfolgenden steilen Flanke (7) verbinden, dass darauf das vorbereitete Ende in eine Spritzgiessform zur Bildung der Gewindehülse (20) mit dem Sägengewinde (21) eingebracht und dass die Gewindehülse (20) durch Einspritzen eines Kunststoffes in die Form gebildet wird.