DE102009006207A1

DE102009006207A1 - Befestigungsanordnung und Befestigungselement

Info

Publication number: DE102009006207A1
Application number: DE102009006207A
Authority: DE
Inventors: Philipp BÖHMEL; Martin Linka
Original assignee: Fischerwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Fischerwerke GmbH and Co KG
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung (1) mit einem Befestigungselement (2), das einen Anker (3) und eine Querkrafthülse (7) umfasst, sowie mit einem Verankerungsgrund (9) und einem am Verankerungsgrund (9) mit dem Befestigungselement (2) befestigten Anbauteil (13). Der Verankerungsgrund (9) weist ein Bohrloch (8) auf, in das der Anker (3) eingebracht ist. Um die Querkrafttragfähigkeit des Befestigungselements (2) zu erhöhen, schlägt die Erfindung vor, dass der Außendurchmesser (D) der Querkrafthülse (7) größer als der gebohrte Durchmesser (D) des Bohrlochs (8) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Zur Befestigung eines Anbauteils an einem Verankerungsgrund sind Anker bekannt, die einen meist zylindrischen Grundkörper aufweisen, der in ein Bohrloch im Verankerungsgrund eingebracht wird. Derartige Anker sind beispielsweise Bolzenanker, Hülsenanker oder Hinterschnittanker, aber auch chemische Ankersysteme, bei denen der Grundkörper in den Verankerungsgrund mittels einer Klebemasse eingeklebt wird. Typischerweise weisen diese Anker am Grundkörper einen Verankerungsbereich zur Verankerung im Bohrloch und einen Schaftabschnitt mit einem Lastangriffsmittel auf, wobei sich im Regelfall der Schaftabschnitt an dem in Einbringrichtung hinteren Ende des Verankerungsbereichs anschließt. Obwohl das Bohrloch im Regelfall als zylindrisches Bohrloch hergestellt wird, weicht seine Geometrie in der Praxis von der zylindrischen Form ab. Es ist nicht unbedingt kreisförmig und zudem konisch geweitet. Der tatsächlich gebohrte Durchmesser ist im Bereich des Bohrlochmundes größer als am Bohrlochgrund. Das Bohrloch weist keine zylindrische Form, sondern die eines Kegelstumpfes auf. Bei Bohrlöchern, die am Bohrlochgrund hinterschnitten sind, gilt dies für den sich an den Hinterschnitt anschließenden zylindrischen Teil des Bohrlochs.
Ein Anker mit einem zylindrischen Grundkörper, der in ein derartiges Bohrloch eingebracht wird, kann mit seinem Schaftabschnitt nicht vollflächig, also mit seiner gesamten Umfangsfläche, am Verankerungsgrund anliegen. Zwischen dem Schaftabschnitt und dem Verankerungsgrund entsteht ein Hohlraum, der, bei mittiger Lage des Ankers im Bohrloch, einen kreisringförmigen Ringspalt bildet. Wirken auf den Anker nur zentrische Zugkräfte, also Kräfte bei denen die Wirkrichtung des Kraftvektors mit der Längsachse des Ankers zusammenfällt, so wirkt sich der Ringspalt im Regelfall nicht negativ auf die aufnehmbaren Zugkraft des Ankers aus. Anders ist dies, wenn auf den Anker Querkräfte wirken, also Kräfte, deren Wirkrichtung orthogonal zur Achse des Ankers verläuft, was in der Baupraxis der Regelfall ist. Durch den Ringspalt verringert sich die aufnehmbare Querkraft des Ankers. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich um dynamische, zyklische Querbelastungen handelt, da der Anker auf Grund des Ringspalts im Bohrloch bewegbar ist.
Zur Lösung dieses Problems ist aus der Druckschrift EP 0 953 777 A2 ein Befestigungselement bekannt, das aus einem Anker besteht, an dem zur Vergrößerung der durch den Anker aufnehmbaren Querkraft eine Querkrafthülse angeordnet ist. Bei dem Befestigungselement, einem Hülsenanker, ist die Querkrafthülse ein fester Bestandteil der Ankerhülse und somit des Ankers. Der Anker weist einen an der Ankerhülse angeordneten Verankerungsbereich zur Verankerung in einem Bohrloch auf, an den sich ein Schaftabschnitt mit einem Lastangriffsmittel in Form eines Gewindes anschließt. Der Durchmesser des Verankerungsbereichs ist im Wesentlichen kleiner oder gleich dem Nenndurchmesser des Ankers, wobei der Außendurchmesser des Schaftabschnitts mit der Querkrafthülse größer als der Nenndurchmesser des Ankers ist. Der Nenndurchmesser des Ankers ist im Allgemeinen auf den Nenndurchmesser des Bohrlochs am Bohrlochgrund abgestimmt. Bei dem dargestellten Befestigungselement nimmt der Durchmesser der Querkrafthülse über den gesamten Bereich des Schaftabschnitts zu, mit Ausnahme eines Bereichs, der verjüngt ausgebildet ist. Hierdurch soll erreicht werden, dass die Querkrafthülse beziehungsweise der Schaftabschnitt, in einem montierten Zustand, insbesondere im Bereich des Bohrlochmundes vollflächig am Verankerungsgrund anliegt. Die Geometrie der Querkrafthülse beziehungsweise des Schaftabschnitts ist auf die kegelstumpfförmige Ausbildung des Bohrlochs abgestimmt, was das Tragverhalten des Befestigungselements unter Querbelastung verbessert.
Nachteilig an dem bekannten Befestigungselement ist, dass seine Geometrie wieder nur auf eine bestimmte Bohrlochgeometrie abgestimmt ist. Weist die Bohrung am Bohrlochmund einen größeren gebohrten Durchmesser auf als der, für den das Befestigungselement optimiert ist, so liegt die Querkrafthülse des Befestigungselements wiederum nicht vollflächig am Verankerungsgrund an, wodurch eine Erhöhung der durch den Anker aufnehmbaren Querkraft nicht gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Befestigungselement zu schaffen, das einfach herstell- und montierbar ist und unabhängig von der tatsächlich vorhandenen Geometrie des Bohrlochs eine verbesserte Querkrafttragfähigkeit des Befestigungselements gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung weist ein Befestigungselement mit einem Anker und einer Querkrafthülse auf, das in ein Bohrloch in einem Verankerungsgrund eingebracht ist. Mit dem Befestigungselement ist ein Anbauteil am Verankerungsgrund befestigt. Der Anker, mit einem Verankerungsbereich zur Verankerung im Bohrloch und mit einem Schaftabschnitt mit einem Lastangriffsmittel, weist einen Außendurchmesser auf, der im Wesentlichen kleiner oder gleich dem gebohrten Durchmesser des Bohrlochs ist. Dabei ist mit dem „gebohrten Durchmesser” des Bohrlochs der tatsächlich vorhandene Durchmesser unmittelbar nach der Herstellung des Bohrlochs gemeint, der zumindest lokal und insbesondere im Bereich des Bohrlochmundes vom Nenndurchmesser des Bohrlochs abweichen kann, wobei unsymmetrische und großflächige Abplatzungen an der Oberfläche des Verankerungsgrundes nicht dem Bohrlochmund zugeordnet werden. Bei einem nicht-kreisrunden Querschnitt ist mit „Durchmesser” der Durchmesser eines den Querschnitt umschreibenden Kreises gemeint. Bei dem Anker handelt es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Bolzenanker mit zylindrischem Grundkörper. Die Querkrafthülse ist derart gestaltet, dass sie einen Teil des Schaftabschnitts des Ankers zumindest teilweise umschließt. Sie ist in einem montierten Zustand, wenn die Befestigungsanordnung im Bohrloch im Verankerungsgrund verankert ist, derart angeordnet, dass sie sich teilweise in einem Ringspalt zwischen dem Anker und dem Verankerungsgrund im Bereich des Bohrlochmundes befindet. Der Ringspalt muss nicht zwingend eine kreisringförmige Geometrie aufweisen. Viel mehr ist unter „Ringspalt” eine beliebige Geometrie zu verstehen, wobei der Ringspalt den Anker auch nicht vollständig umschließen muss. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist, dass der Außendurchmesser der Querkrafthülse größer als der gebohrte Durchmesser des Bohrlochs ist. Insbesondere bedeutet dies, dass der Durchmesser eines Abschnitts der nicht montierten Querkrafthülse größer ist, als der gebohrte Durchmesser des korrespondierenden Abschnitts des Bohrlochs, an dem der Abschnitt der Querkrafthülse im montierten Zustand anliegt. Somit ist gewährleistet, dass im Bereich des Bohrlochmundes genügend Material der Querkrafthülse zur Verfügung steht, derart in den Ringspalt zwischen dem Anker in dem Verankerungsgrund einzudringen, dass die Querkrafthülse flächig am Verankerungsgrund im Bohrloch anliegt. Die Befestigungsanordnung ist somit unabhängig von einer bestimmten Geometrie des Bohrlochs beziehungsweise des Bohrlochmundes. Im montierten Zustand muss die Querkrafthülse nicht notwendigerweise mit dem Anker in Kontakt sein. Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist einfach herstell- und montierbar, und sie gewährleistet unabhängig von der tatsächlich vorhandenen Geometrie des Bohrlochs eine gegenüber den bekannten Lösungen verbesserte Querkrafttragfähigkeit.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung liegt die Querkrafthülse im montierten Zustand zumindest teilweise am Anbauteil an. Ein Teil der Querkrafthülse befindet sich im Bohrloch im Bereich des Bohrlochmundes, während ein anderer Teil der Querkrafthülse über das Bohrloch hinaus steht und an dem am Verankerungsgrund befestigten Anbauteil anliegt. Querkräfte, die von dem Anbauteil in die Querkrafthülse eingetragen werden, werden somit direkt über die Querkrafthülse, und gegebenenfalls den Anker, in den Verankerungsgrund im Bereich des Bohrlochmundes eingeleitet, was den Anker entlastet, den hinsichtlich der Querkraftabtragung wirkenden Querschnitt des Befestigungselements vergrößert und somit die durch die Befestigungsanordnung aufnehmbare Querkraft wesentlich erhöht.
Vorzugsweise ist die Querkrafthülse derart gestaltet, dass das Bohrloch im Bereich des Bohrlochmundes nach der Montage durch die Querkrafthülse aufgeweitet ist. „Aufgeweitet” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Bohrloch im Bereich des Bohrlochmundes durch die Montage der Querkrafthülse in seinem Durchmesser gegenüber dem gebohrten Durchmesser planmäßig vergrößert und/oder das Material des Verankerungsgrunds im Bereich des Bohrlochmundes planmäßig abgetragen wird. Durch die Aufweitung kann die Querkrafthülse ausreichend weit in das Bohrloch eingeführt werden, so dass die montierte Querkrafthülse am Verankerungsgrund anliegt. Die Aufweitung kann beispielsweise schlagend, drehend, fräsend, bohrend, durch Ultraschallschwingung und dergleichen erfolgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung ist die Querkrafthülse derart gestaltet, dass der Ringspalt zwischen dem Anker und dem Verankerungsgrund im Bereich des Bohrlochmundes nach der Montage der Querkrafthülse durch Verformung der Querkrafthülse zumindest teilweise ausgefüllt ist. Dies bedeutet, dass die Querkrafthülse derart montiert wird, dass sie sich verformt und insbesondere durch Pressung in den Ringspalt einpasst und diesen zumindest lokal ausfüllt. Die Verformung kann elastisch oder plastisch sein. Vorteilhaft ist, wenn der Ringspalt durch die verformte Querkrafthülse im Wesentlichen vollständig ausgefüllt ist. Zum Beispiel kann die Querkrafthülse beim Montagevorgang in den Ringspalt gepresst oder eingeschlagen werden. So lässt sich die erfindungsgemäße Querkrafthülse beispielsweise nach Montage des Ankers auf den Schaftabschnitt aufschieben und durch Einschlagen derart in den Ringspalt einpressen, dass sie sich verformt, Unebenheiten der Bohrlochwand ausgleicht, Hohlräume ausfüllt, und schlussendlich vollflächig am Verankerungsgrund und gegebenenfalls am Anker anliegt. Zur Verbesserung des Verformungsverhaltens der Querkrafthülse kann diese geschlitzt sein.
Eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung sieht vor, dass zwischen dem Anker und dem Anbauteil eine elastische Zwischenlage angeordnet ist. Insbesondere besteht die elastische Zwischenlage aus einem Elastomer. Die elastische Zwischenlage kann die Querkrafthülse bilden, an der Querkrafthülse angeordnet sein oder nach Montage der Querkrafthülse an den Anker montiert werden. Sie dient zum Dämpfen von Schwingungen, wie sie zum Beispiel bei dynamischen Belastungen oder bei schockartigen Stößen auftreten.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung kann grundsätzlich, in Abhängigkeit von dem verwendeten Anker, in jedem praxisrelevanten Verankerungsgrund verwendet werden, wobei die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung vorzugsweise in einem Verankerungsgrund aus einem massiven Vollbaustoff, insbesondere aus einem Beton, verwendbar ist, da in einem derartigen Baustoff die erfindungsgemäßen Vorteile besonders zum Tragen kommen.
Zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung schlägt die Erfindung ein Befestigungselement zum Verankern in einem Bohrloch in einem Verankerungsgrund vor, mit einem Anker und einer Querkrafthülse, wobei der Anker einen Verankerungsbereich zur Verankerung in dem Bohrloch und einen sich daran anschließenden Schaftabschnitt mit einem Lastangriffsmittel umfasst. Der Durchmesser des Verankerungsbereichs und des Schaftabschnitts ist im Wesentlichen kleiner oder gleich dem Nenndurchmesser des Ankers, wobei lokale Elemente, wie beispielsweise Reibungselemente, an einer Spreizhülse im Verankerungsbereich über den Nenndurchmesser des Ankers überstehen können. Bei dem Anker handelt es sich insbesondere um einen handelsüblichen Bolzenanker mit zylindrischem Grundkörper. Am Anker ist die Querkrafthülse beispielsweise als separates Bauteil angeordnet, wobei der Außendurchmesser der Querkrafthülse größer als der Nenndurchmesser des Ankers ist. Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Befestigungselement ist, dass der Durchmesser des Schaftabschnitts des Ankers im Wesentlichen kleiner oder gleich dem Nenndurchmesser des Ankers ist und dass die Länge der Querkrafthülse wesentlich kürzer als die Länge des Schaftabschnitts des Ankers ist. Erst hierdurch ist es möglich, die Querkrafthülse im Ringspalt im Bereich des Bohrlochmundes zwischen Anker und Verankerungsgrund anzuordnen, ohne dass die Hülse zu weit über den Bohrlochmund übersteht. Insbesondere dann, wenn bei der Montage der Querkrafthülse das Bohrloch im Bereich des Bohrlochmundes aufgeweitet und die Querkrafthülse derart in den Ringspalt gepresst werden soll, dass sie flächig am Verankerungsgrund anliegt oder den Ringspalt im Wesentlichen ausfüllt, ist eine relativ kurze Querkrafthülse von Vorteil, da nur sie sich erfindungsgemäß montieren lässt. Bei einer langen Hülse besteht das Problem, dass sie tief in das Bohrloch eingepresst werden müsste, da sonst der überstehende Teil die Montage des Anbauteils bzw. einer Unterlegscheibe, einer Mutter oder einer Schraube am Lastangriffsmittel erschweren würde. Allerdings ist der Ringspalt in einiger Entfernung vom Bohrlochmund so klein, dass die Hülse praktisch nicht mehr einführbar ist.
Eine bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements weist eine Querkrafthülse auf, deren Länge dem 1- bis 3-fachen, insbesondere dem 1,5- bis 2,0-fachen, des Durchmessers des Schaftabschnitts des Ankers entspricht. Mit „Durchmesser des Schaftabschnitts” ist der Durchmesser des Schaftabschnitts gemeint, an dem die Querkrafthülse in einem montierten Zustand angeordnet ist. Falls der Querschnitt des Schaftabschnitts von einem kreisförmigen Querschnitt abweicht, so ist unter „Durchmesser” der Durchmesser eines den Querschnitt umschreibenden Kreises zu verstehen. Für gewöhnlich ist der Durchmesser des Schaftabschnitts, an dem die Querkrafthülse angeordnet ist, gleich dem Nenndurchmesser des Ankers. Diese Ausgestaltungsform der Querkrafthülse des erfindungsgemäßen Befestigungselements hat sich als besonders geeignet zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung erwiesen.
Vorzugsweise ist die Querkrafthülse durch den Schaftabschnitt des Ankers axial geführt. Das heißt, der Innendurchmesser der Querkrafthülse ist im Wesentlichen größer oder gleich dem Außendurchmesser des Ankers. Besteht bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem nicht montierten Zustand zwischen der Innenwand der Querkrafthülse und dem Schaftabschnitt des Ankers planmäßig ein Spiel, so ist die Querkrafthülse, bezogen auf die Achse des Ankers, radial beweglich, wodurch die Querkrafthülse auch dann montierbar ist, wenn der Anker nicht konzentrisch, also mittig, im Bohrloch montiert sein sollte. Dies gewährleistet eine vollflächige Anlage der montierten Querkrafthülse am Verankerungsgrund im Bereich des Bohrlochmundes und gegebenenfalls am Anker.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements weist eine Querkrafthülse auf, mit einem Außendurchmesser, der kleiner als der größte Außendurchmesser der Querkrafthülse ist. Insbesondere erweitert sich der Außendurchmesser der Querkrafthülse entgegen der Einbringrichtung, so dass sie beispielsweise an ihrem in Einbringrichtung vorderen Ende einen kleineren Außendurchmesser aufweist als an ihrem hinteren Ende. Vorzugsweise ist das vordere Ende der Querkrafthülse als Schneide ausgebildet. Bevorzugt ist eine Querkrafthülse, die einen konischen Abschnitt umfasst. Diese Ausgestaltungsformen der Querkrafthülse lassen sich leicht zwischen den Anker und den Verankerungsgrund in den Ringspalt einführen und montieren, auch wenn der Ringspalt relativ eng ist. Der konische Abschnitt eignet sich zudem insbesondere zum Aufweiten des Bohrlochs im Bereich des Bohrlochmundes bei der Montage der Querkrafthülse. Zudem ist die Querkrafthülse an ihrem vorderen Ende, aufgrund der durch den kleineren Außendurchmesser geringeren Materialdicke, relativ leicht verformbar, was eine plastische Verformung der Querkrafthülse bei ihrer Montage in den Hohlraum des Ringspalts vereinfacht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements weist eine Querkrafthülse auf, bei der der halbe Konuswinkel im Bereich zwischen 10° und 25°, insbesondere im Bereich zwischen 15° und 20° liegt. Vorzugsweise entspricht die Länge des konischen Abschnitts der Querkrafthülse 30% bis 70%, insbesondere 40% bis 60%, der Länge der Querkrafthülse. Diese Ausgestaltungsformen zeigen ein sehr gutes Setz- und Tragverhalten.
Bevorzugt ist ein Befestigungselement, das einen elastisch wirkenden Bereich, insbesondere aus einem Elastomer, umfasst. Beispielsweise kann die Querkrafthülse ganz oder teilweise aus einem elastischen Material bestehen, das insbesondere dämpfende Eigenschaften aufweist. Der elastisch wirkende Bereich ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt.
Die Querkrafthülse kann aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt sein, wobei vorzugsweise ein nicht gehärteter Stahl verwendet wird. Grundsätzlich kann jedes Material verwendet werden, das zum einen derart in den Ringspalt gepresst werden kann, dass diese sich aufweitet, und zum anderen gewährleistet, dass die Querkrafthülse den Ringspalt unter plastischer Verformung zumindest teilweise ausfüllt und Querkräfte von dem Anbauteil auf den Verankerungsgrund überträgt.
Zur Montage der Querkrafthülse kann insbesondere ein Setzgerät verwendet werden, mit dem die notwendige Setzenergie auf die Querkrafthülse übertragbar und die Lage der Querkrafthülse kontrollierbar ist. Beispielsweise ist das Setzgerät ein Einschlaggerät zum Einschlagen der Querkrafthülse. Das Setzgerät kann eine Setzkontrolleinrichtung aufweisen, mit der kontrollierbar ist, ob die Querkrafthülse ordnungsgemäß gesetzt ist und sich in der gewünschten Position im Bohrloch befindet. Beispielsweise ist die Setzkontrolleinrichtung als Anschlag ausgeführt der, sobald die Querkrafthülse die gewünschte Position im Bohrloch erreicht hat, am Verankerungsgrund oder am Anbauteil ansteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste erfindungsgemäße Befestigungsanordnung mit einem ersten erfindungsgemäßen Befestigungselement in einem Zustand vor der Montage der Querkrafthülse in einer Schnittdarstellung;
2 die erste erfindungsgemäße Befestigungsanordnung in einem montierten Zustand in einer Schnittdarstellung;
3 eine zweite erfindungsgemäße Befestigungsanordnung mit einem zweiten erfindungsgemäßen Befestigungselement in einem montierten Zustand in einer Schnittdarstellung; und
4 die zweite erfindungsgemäße Befestigungsanordnung während der Montage der Querkrafthülse in einer Schnittdarstellung.
In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Befestigungsanordnung 1 mit einem ersten erfindungsgemäßen Befestigungselement 2 dargestellt. Das Befestigungselement 2 umfasst einen stabförmigen Anker 3 mit einem Verankerungsbereich 4 und einen Schaftabschnitt 5 mit einem als Außengewinde ausgeführten Lastangriffsmittel 6, sowie eine Querkrafthülse 7. Der Anker 3, ein handelsüblicher Bolzenanker, ist in ein Bohrloch 8 in einem Verankerungsgrund 9 aus Beton eingebracht und mit Hilfe einer Spreizhülse 10 im Bohrloch 8 verankert, wobei die Spreizhülse 10 durch einen Spreizkonus 11 am einbringseitigen Ende des Ankers 3 gespreizt und im Bereich des Bohrlochgrunds 12 gegen die Wand des Bohrlochs 8 gedrückt wird. Mit dem Befestigungselement 2 wird ein Anbauteil 13, hier in der Form einer Kopfplatte aus Stahl, an dem Verankerungsgrund 9 befestigt, in dem eine Unterlegscheibe 14 mit einer Mutter 15 auf das Gewinde des Lastangriffsmittels 6 aufgeschraubt und gegen das Anbauteil 10 verspannt wird, wie dies in 2 dargestellt ist.
Der Anker 3 weist einen Außendurchmesser D_A auf, der im Verankerungsbereich 4 gleich und im Bereich des Schaftabschnitts 5 kleiner als der gebohrte Durchmesser D_B des Bohrlochs 8 ist. Der Außendurchmesser D_A des Ankers 3 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser D_V des Verankerungsbereichs 4 und dem Außendurchmesser D_S des Schaftabschnitts 5. Der Schaftabschnitt 5 und der Verankerungsbereich 4 bilden einen zylindrischen Grundkörper, wobei der Außendurchmesser D_A des Ankers 3 im Wesentlichen dem Nenndurchmesser des Ankers 3 entspricht. Das Bohrloch 8 ist im Bereich des Bohrlochmundes 16 geweitet, der gebohrte Durchmesser D_B ist größer als der Nenndurchmesser des Bohrlochs 8, der im Wesentlichen dem Durchmesser D_G des Bohrlochs 8 im Bereich des Bohrlochgrundes 12 entspricht. Das Bohrloch 8 weist eine konische, kegelstumpfförmige Geometrie auf, wodurch zwischen dem Anker 3 und dem Verankerungsgrund 9 ein Ringspalt 17 besteht. Der Verankerungsgrund 9 weist an seiner Oberfläche im Bereich des Bohrlochmundes 16 Abplatzungen 18 auf, die allerdings nicht zum Bohrlochmund 16 gehören und daher die Größe des gebohrten Durchmessers D_B nicht mitbestimmen.
Die Querkrafthülse 7 umschließt den Schaftabschnitt 5 des Ankers 3 und ist durch den Schaftabschnitt 5 axial und im Wesentlichen spielfrei geführt. Der Außendurchmesser D_Q der Querkrafthülse 7 ist größer als der gebohrte Durchmesser D_B des Bohrlochs 8, was insbesondere für den Bereich des Bohrlochmundes 16 gilt. Dabei ist der Durchmesser D_Q der Querkrafthülse 7 an ihrem vorderen Ende 19 im Vergleich zu ihrem hinteren Ende 20 reduziert, wodurch an ihrem vorderen Ende 19 eine Schneide 21 gebildet wird, die das Einführen der Querkrafthülse 7 in den Ringspalt 17 erleichtert. Die Reduktion des Durchmessers D_Q der Querkrafthülse 7 erfolgt nicht sprunghaft, sondern über einen konischen Abschnitt 22, dessen Länge L_K ungefähr 30% der Länge L_Q der Querkrafthülse 7 entspricht. Die Länge L_Q der Querkrafthülse 7 entspricht wiederum ungefähr dem 2,3-fachen des Durchmessers D_S des Schaftabschnitts 5 des Ankers 3 und ist somit wesentlich kürzer als die Länge L_S des Schaftabschnitts 5. Die Größe des halben Konuswinkels α/2 des konischen Abschnitts 22 liegt bei 17°.
Die Querkrafthülse 7 kann durch Einschlagen montiert werden oder aber, in dem sie durch das Aufdrehen der Mutter 15 auf das Gewinde des Lastangriffsmittels 6 in den Ringspalt 17 zwischen Anker 3 und Verankerungsgrund 9 gepresst wird.
In 2 ist zu erkennen, dass die Querkrafthülse 7 im montierten Zustand den Ringspalt 17 zwischen dem Anker 3 und dem Verankerungsgrund 9 im Bereich des Bohrlochmundes 16 teilweise ausfüllt. Bei der Montage der Querkrafthülse 7 wurde das Bohrloch 8 im Bereich des Bohrlochmundes 16 aufgeweitet, so dass die Querkrafthülse 7 trotz ihres im Vergleich zu dem gebohrten Durchmesser D_B größeren Außendurchmesser D_Q in das Bohrloch 8 eingeführt werden konnte. Zudem wurde die aus nicht gehärtetem Stahl bestehende Querkrafthülse 7 bei der Montage plastisch verformt, wodurch Unebenheiten der Wand des Bohrlochs 8 im Bereich des Bohrlochmundes 16 ausgeglichen und Hohlräume ausgefüllt wurden, so dass die Querkrafthülse 7 den Ringspalt 17 im Bereich des Bohrlochmundes 16 im Wesentlichen ausfüllt und flächig am Verankerungsgrund 9 und am Anker 3 anliegt. Eine auf das Anbauteil 13 wirkende Querkraft Q führt dazu, dass das Anbauteil 13 an der Querkrafthülse 7 anliegt, obwohl der Außendurchmesser D_Q der Querkrafthülse 7 kleiner ist als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 23 im Anbauteil 13. Die Querkraft Q wird von der Querkrafthülse 7 aufgenommen und über ihren konischen Abschnitt 22 in den Verankerungsgrund 9 übertragen. Durch die Querkrafthülse 7 ist der Querschnitt des Befestigungselements 2, der zur Abtragung der Querkraft Q wirksam ist, deutlich vergrößert, wodurch die Spannungen im Anker 3 reduziert werden, und das Befestigungselement 2 eine im Vergleich zum Anker 3 vergrößerte Querkrafttragfähigkeit aufweist.
3 zeigt eine alternative Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung 1'. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird in Folgenden nur auf die wesentlichen Unterschiede zu der in den 1 und 2 dargestellten Befestigungsanordnung 1 eingegangen. Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die in 3 dargestellte Befestigungsanordnung 1' weist eine Querkrafthülse 7' auf, deren Außendurchmesser D_Q' dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 23 des Anbauteils 13 entspricht. Dagegen ist der Innendurchmesser der Querkrafthülse 7' größer als der Durchmesser D_S des zylindrischen Schaftabschnitts 5 des Ankers 3, wodurch zwischen der Querkrafthülse 7' und dem Anker 3 ein Spiel besteht, mit dem Lagetoleranzen zwischen Anker 3 und Anbauteil 13 ausgeglichen werden können. Die Querkrafthülse 7' weist eine Länge L_Q' auf, die im nicht montierten Zustand dem 1,5-fachen des Durchmessers D_S des Schaftabschnitts 5 des Ankers 3 entspricht, was wesentlich kürzer ist, als die Länge L_S des Schaftabschnitts 5. Die Querkrafthülse 7' weist ebenfalls einen konischen Abschnitt 22' mit einer Schneide 21' auf, wobei der halbe Konuswinkel α'/2 des konischen Abschnitts 22' ebenfalls 17° beträgt. Die Länge L_Q' des konischen Abschnitts 22' beträgt ungefähr 70% der Länge L_Q' der Querkrafthülse 7' im nicht montierten Zustand.
Wie aus 3 ersichtlich, wurde das vordere Ende 19' der Querkrafthülse 7' mit der Schneide 21' beider Montage der Querkrafthülse 7' derart plastisch verformt, dass sie nun den Ringspalt 17 zumindest teilweise ausfüllt und am Schaftabschnitt 5 des Ankers 3 anliegt. Das Bohrloch 8 wurde bei der Montage der Querkrafthülse 7' im Bereich des Bohrlochmundes 16 ebenfalls geweitet, so dass die Querkrafthülse 7' trotz ihres, gegenüber dem gebohrten Durchmesser D_B im Bereich des Bohrlochmundes 16 des Bohrlochs 8 größeren Durchmessers D_Q', in den Ringspalt 17 eingepresst werden konnte. Bei dieser Anordnung wird eine Querkraft Q' direkt über die Querkrafthülse 7' in den Verankerungsgrund 9 eingetragen, ohne dass eine Verschiebung des Anbauteils 13 erfolgt.
Das Befestigungselement 2' in 3 weist eine sich an die Querkrafthülse 7' anschließende elastische Zwischenlage 24 auf, die zwischen dem Anker 3 und dem Anbauteil 13 beziehungsweise der Unterlegscheibe 14 angeordnet ist. Die elastische Zwischenlage 24 ist aus einem elastischen Kunststoff, beispielsweise einem Elastomer, hergestellt und dämpft Schwingungen und Stöße, die axial und quer zur Achsrichtung des Ankers 3 wirken.
In 4 ist die Montage der Querkrafthülse 7' dargestellt. Die Querkrafthülse 7' wird mit Hilfe eines Einschlaggerätes 25 montiert. Die Querkrafthülse 7' wird auf den Schaftabschnitt 5 des Ankers 3 aufgesetzt, der die Querkrafthülse 7' axial führt. Das Einschlaggerät 25 ist über eine Kontaktfläche 26 mit dem hinteren Ende 20' der Querkrafthülse 7' derart in Kontakt, dass eine auf die Schlagfläche 27 des Einschlaggeräts 25 aufgebrachte Kraft F auf die Querkrafthülse 7' übertragen wird, so dass die Querkrafthülse 7' in den Ringspalt 17 eingepresst wird. Das Einschlaggerät 25 weist einen Haltebereich 28 auf, mit einem gegenüber der Kontaktfläche 26 vergrößerten Durchmesser, wodurch am vorderen Ende 29 des Haltebereichs 28 ein Anschlag 30 ausgebildet ist, der als Setzkontrolleeinrichtung 31 wirkt. Sitzt der Anschlag 30 auf der Oberfläche des Anbauteils 13 auf, so ist der Setzvorgang beendet, und der Monteur weiß, dass die Querkrafthülse 7' ordnungsgemäß gesetzt ist und sich in der gewünschten Position im Ringspalt 17 im Bereich des Bohrlochmundes 16 befindet. Nun kann die elastische Zwischenlage 24, die Unterlegscheibe 14 und die Mutter 15 montiert werden.
Die in den 1–4 dargestellten Befestigungsanordnungen 1, 1' sind einfach herstellbar, unabhängig von der tatsächlich vorhandenen Geometrie des Bohrlochs 8 montierbar, und sie gewährleisten eine verbesserte Querkrafttragfähigkeit der Befestigungsanordnung 1, 1'.

1, 1': Befestigungsanordnung
2, 2': Befestigungselement
3: Anker
4: Verankerungsbereich
5: Schaftabschnitt
6: Lastangriffsmittel
7, 7': Querkrafthülse
8: Bohrloch
9: Verankerungsgrund
10: Spreizhülse
11: Spreizkonus
12: Bohrlochgrund
13: Anbauteil
14: Unterlegscheibe
15: Mutter
16: Bohrlochmund
17: Ringspalt
18: Abplatzung
19, 19': vorderes Ende der Querkrafthülse 7, 7'
20, 20': hinteres Ende der Querkrafthülse 7, 7'
21, 21': Schneide
22, 22': konischer Abschnitt der Querkrafthülse 7, 7'
23: Durchgangsbohrung
24: elastische Zwischenlage
25: Einschlaggerät
26: Kontaktfläche
27: Schlagfläche
28: Haltebereich
29: vorderes Ende des Haltebereichs 28
30: Anschlag
31: Setzkontrolleeinrichtung
D_A: Außendurchmesser des Ankers 3
D_B: gebohrter Durchmesser des Bohrlochs 8
D_Q, D_Q: Außendurchmesser der Querkrafthülse 7, 7'
D_V: Durchmesser des Verankerungsbereichs 4
D_S: Durchmesser des Schaftabschnitts 5
D_G: Durchmesser der Bohrung 8 am Bohrlochgrund 12
L_Q, L_Q': Länge der Querkrafthülse 7, 7'
L_S: Länge des Schaftabschnitts 5
L_K: Länge des konischen Abschnitts 22, 22'
α/2, α'/2: halber Konuswinkel des konischen Abschnitts 22, 22'
Q, Q': Querkraft
F: auf die Schlagfläche 27 aufgebrachte Kraft zum Einschlagen der Querkrafthülse 7'

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0953777 A2 [0004]

Claims

Befestigungsanordnung (1, 1') mit einem Befestigungselement (2, 2'), das einen Anker (3) und eine Querkrafthülse (7, 7') umfasst, sowie mit einem Verankerungsgrund (9) und einem am Verankerungsgrund (9) mit dem Befestigungselement (2, 2') befestigten Anbauteil (13), – wobei der Verankerungsgrund (9) ein Bohrloch (8) aufweist, in das der Anker (3) eingebracht ist, – wobei der Anker (3) einen Verankerungsbereich (4) zur Verankerung im Bohrloch (8) und einen Schaftabschnitt (5) mit einem Lastangriffsmittel (6) aufweist, – wobei der Anker (3) einen Außendurchmesser (D_A) aufweist, der im Wesentlichen kleiner oder gleich dem gebohrten Durchmesser (D_B) des Bohrlochs (8) ist, – wobei die Querkrafthülse (7, 7') einen Teil des Schaftabschnitts (5) des Ankers (3) zumindest teilweise umschließt, und – wobei die Querkrafthülse (7, 7') im montierten Zustand teilweise in einem Ringspalt (17) zwischen dem Anker (3) und dem Verankerungsgrund (9) im Bereich des Bohrlochmundes (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D_Q) der Querkrafthülse (7, 7') größer als der gebohrte Durchmesser (D_B) des Bohrlochs (8) ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') im montierten Zustand zumindest teilweise am Anbauteil (13) anliegt.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') derart gestaltet ist, dass das Bohrloch (8) im Bereich des Bohrlochmundes (16) bei der Montage durch die Querkrafthülse (7, 7') aufgeweitet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') derart gestaltet ist, dass der Ringspalt (17) zwischen Anker (3) und Verankerungsgrund (9) im Bereich des Bohrlochmundes (16) bei der Montage der Querkrafthülse (7, 7') durch Verformung der Querkrafthülse (7, 7') zumindest teilweise ausgefüllt ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (3) und dem Anbauteil (13) eine elastische Zwischenlage (24), insbesondere aus einem Elastomer, angeordnet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsgrund (9) ein massiver Vollbaustoff, insbesondere ein Beton ist.
Befestigungselement (2, 2') zur Verwendung in einer Befestigungsanordnung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Anker (3) und einer Querkrafthülse (7, 7') zum Verankern in einem Bohrloch (8) in einem Verankerungsgrund (9), – wobei der Anker (3) einen Verankerungsbereich (4) zur Verankerung in dem Bohrloch (8) und einen sich daran anschließenden Schaftabschnitt (5) mit einem Lastangriffsmittel (6) umfasst, – wobei der Durchmesser (D_V) des Verankerungsbereichs (4) im Wesentlichen kleiner oder gleich dem Nenndurchmesser des Ankers (3) ist, und – wobei der Außendurchmesser (D_Q) der Querkrafthülse (7, 7') größer als der Nenndurchmesser des Ankers (3) ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Durchmesser (D_S) des Schaftabschnitts (5) im Wesentlichen kleiner oder gleich dem Nenndurchmesser des Ankers (3) ist, und – dass die Länge (L_Q, L_Q') der Querkrafthülse (7, 7') wesentlich kürzer als die Länge (L_S) des Schaftabschnitts (5) des Ankers (3) ist.
Befestigungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_Q) der Querkrafthülse (7, 7') dem 1- bis 3-fachen, insbesondere dem 1,5 bis 2,0-fachen, des Durchmessers (D_S) des Schaftabschnitts (5) des Ankers (3) entspricht.
Befestigungselement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') durch den Schaftabschnitt (5) axial geführt ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') an ihrem in Einbringrichtung vorderen Ende (19, 19') einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als ihr größter Außendurchmesser (D_Q, D_Q') ist.
Befestigungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') an ihrem vorderen Ende (19, 19') eine Schneide (21, 21') aufweist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkrafthülse (7, 7') einen konischen Abschnitt (22, 22') aufweist.
Befestigungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Konuswinkel (α/2, α'/2) des konischen Abschnitts (22, 22') im Bereich zwischen 10° und 25°, insbesondere im Bereich zwischen 15° und 20° liegt.
Befestigungselement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_K) des konischen Abschnitts (22, 22') 30% bis 70%, insbesondere 40% bis 60%, der Länge (L_Q) der Querkrafthülse (7, 7') entspricht.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2') einen elastisch wirkenden Bereich (24), insbesondere aus einem Elastomer, umfasst.