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Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau oder zur Stabilisierung von Hängen und Böschungen, der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Befestigungselementes, der im Patentanspruch 7 genannten Art.
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Im Berg- und im Tunnelbau werden Decken und Seitenwände mittels chemisch oder mechanisch verankerten Befestigungselementen gesichert. Derartige Befestigungselemente werden auch als Gebirgsanker oder Felsanker bezeichnet. Diese Befestigungselemente sind auch zur Stabilisierung von Hängen und Böschungen geeignet, um z. B. ein Abrutschen von Material zu verhindern. Derartige Befestigungselemente werden beispielsweise als Bodennägel bezeichnet.
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Aus der
US 2,725,843 ist ein gattungsgemässes Befestigungselement bekannt, das an einem, im gesetzten Zustand des Befestigungselementes freien Ende des länglichen Grundkörpers ein direkt an dem Grundkörper ausgebildetes Aussengewinde als Anschlussabschnitt für ein Vorspannelement, wie eine Gewindemutter, aufweist. Mittels des Vorspannelementes wird das im Untergrund verankerte Befestigungselement vorgespannt. Das Vorspannelement kann auch nur zum Halten eines zusätzlichen Sicherungsmittels, wie z. B. einem Sicherungsnetz zur Sicherung vor herabfallenden Materialstücken oder zur Bewehrung z. B. von nachträglich aufgebrachtem Spritzbeton, dienen. In dieser Anwendung des Befestigungselementes wird auf das Befestigungselement keine Vorspannung aufgebracht.
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Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass je nach Art, Form oder Material des Grundkörpers eine Ausbildung des Anschlussabschnitts für ein Vorspannelement direkt am Grundkörper nicht oder nur mit einem grossen Aufwand möglich ist.
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Aus der
EP 0 188 174 A1 ist ein gattungsgemässes Befestigungselement bekannt, bei dem eine Anschlusshülse mit einem Anschlussabschnitt für das Vorspannelement auf das freie Ende des länglichen Grundkörpers aufgeklebt ist.
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Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass über eine Klebeverbindung nur bedingt die z. B. im Untertagebau zur Sicherung erforderlichen Lasten übertragbar sind. Zudem ist die Qualität der Klebeverbindung von einer Vielzahl von Bedingungen abhängig, welche nicht immer im gewünschten Mass steuerbar sind, so dass bei der Verwendung des Befestigungselementes ein grosser Sicherheitsfaktor zu berücksichtigen ist. Als Folge davon sind diese Befestigungselemente zumeist überdimensioniert. Weiter sind zum Erreichen einer ausreichenden Sicherung im Vergleich zu herkömmlichen Befestigungselementen, wie sie beispielsweise aus der
US 2,725,843 bekannt sind, eine grössere Anzahl von Befestigungselementen erforderlich, was die Kosten für die Sicherung wesentlich erhöht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Befestigungselement insbesondere für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau oder zur Stabilisierung von Hängen und Böschungen zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere einfach herstellbar ist sowie eine hohe Sicherheit der Verbindung zwischen der Anschlusshülse und dem länglichen Grundkörper aufweist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Befestigungselementes zu schaffen.
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Die Aufgaben sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Gemäss der Erfindung ist die Anschlusshülse walztechnisch an dem Grundkörper festgelegt.
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Beim Walzen wird die Anschlusshülse in einfacher Art und Weise zumindest kraftschlüssig an dem Grundkörper festgelegt. Die Anschlusshülse ist somit unabhängig von der Ausgestaltung der Aussenwandung des Grundkörpers sicher an dem Grundkörper festlegbar. Die Länge der verformten Anschlusshülse definiert die übertragbare Last.
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Die Anschlusshülse kann den Anschlussabschnitt für das Vorspannelement bereits vor dem Walzvorgang zur Festlegung der Anschlusshülse am Grundkörper aufweisen. Alternativ werden das Anschlussmittel und/oder der Anschlussabschnitt für das Vorspannelement beim Walzvorgang zur Festlegung der Anschlusshülse am Grundkörper ausgebildet.
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Der längliche Grundkörper bildet das Tragglied des Befestigungselementes und kann aus einem, z. B. stabförmigen Element oder aus mehreren, vorteilhaft miteinander verbundenen Elementen, wie z. B. aus einzelnen Stäben oder Litzen gebildet sein. Der Grundkörper kann neben einem kreisrunden Querschnitt auch einen davon abweichenden Querschnitt aufweisen.
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Das Befestigungselement wird beispielsweise chemisch mittels einer aushärtbaren Masse im Untergrund verankert und kann an dem, dem Ende mit der Anschlusshülse gegenüberliegenden Ende eine dafür vorteilhafte Ausgestaltung der Aussenwandung aufweisen. Alternativ dazu oder in Kombination mit einer chemischen Verankerung ist beispielsweise an dem, dem Ende mit der Anschlusshülse gegenüberliegenden Ende ein mechanischer Verankerungsmechanismus, z. B. ein Spreiz- oder Klemmmechanismus, zur mechanischen Verankerung des Befestigungselementes im Untergrund vorgesehen.
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Vorzugsweise ist die Anschlusshülse nur partiell an dem Grundkörper festgelegt, womit auch eine Anschlusshülse mit einer speziellen Ausgestaltung, z. B. mit unterschiedlich ausgestalteten und/oder vorgefertigten Abschnitten, einfach an dem Grundkörper festlegbar ist. Die Anschlusshülse weist beispielsweise zumindest einen durch Walzen oder Rollen verformbaren Abschnitt und daran anschliessend zumindest einen weiteren Abschnitt auf, der beispielsweise mit einer besonderen Ausgestaltung, z. B. in Bezug auf seine Aussenkontur oder seiner Materialdicke, versehen ist. Die Länge des einen oder der mehreren verformten Abschnitte wird entsprechend der über die gewalzte Verbindung zu übertragenden Lasten gewählt. Je grösser die Gesamtlänge der verformten Abschnitte der am Grundkörper festgelegten Anschlusshülse ist, desto mehr Kontaktfläche ist zwischen der Anschlusshülse und dem Grundkörper vorhanden, über welche Kräfte übertragbar sind. Die verformte Gesamtlänge definiert somit die maximal zulässige Belastbarkeit des Befestigungselementes und wird dementsprechend gewählt.
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Bevorzugt weist der Anschlussabschnitt der Anschlusshülse ein Aussengewinde, besonders vorteilhaft ein metrisches beziehungsweise ein zölliges Aussengewinde, für den Anschluss einer Gewindemutter als Vorspannelement mit einem entsprechend der Ausgestaltung des Aussengewindes ausgestalteten Innengewindes auf. Alternativ ist das Anschlussmittel als ein Bajonettanschluss oder ein Schnappanschluss ausgebildet, an welchem ein entsprechend ausgebildetes Vorspannelement anordnenbar ist.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Aussenprofilierung auf, womit neben einem Kraftschluss auch ein Formschluss zwischen dem Grundkörper und der Aussenhülse beim walztechnischen Festlegen der Anschlusshülse am Grundkörper geschaffen wird. Über die formschlüssige Verbindung lassen sich höhere Kräfte als über eine nur kraftschlüssige Verbindung übertragen.
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Bevorzugt ist der Grundkörper rohrförmig ausgebildet, durch dessen Innenraum z. B. eine aushärtbare Masse in das Bohrloch injiziert werden kann. In diesem Hohlraum kann auch eine vorkonfektionierte Masse vorgesehen werden, welche mittels einer geeigneten Auspresseinrichtung aus dem Grundkörper ausgebracht werden kann. Bei einem selbstbohrenden Befestigungselement, das beispielsweise einen Bohrkopf an dem, dem Ende mit der Anschlusshülse gegenüberliegenden Ende aufweist, kann während dem Bohrvorgang durch den rohrförmigen Grundkörper Spülwasser dem Bohrkopf zugeführt oder beim Bohren anfallendes Bohrklein und Bohrmehl durch den rohrförmigen Grundkörper abgeführt werden.
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Vorzugsweise ist der Grundkörper aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) gefertigt, womit das Befestigungselement im Vergleich zu einem Grundkörper aus Stahl ein geringes Gewicht aufweist und vielseitig anwendbar ist. Durch die aufgewalzte Anschlusshülse werden an die Ausgestaltung der Aussenwandung des Grundkörpers aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Verbindbarkeit des Grundkörpers mit der Anschlusshülse gestellt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Befestigungselementes mit einem länglichen Grundkörper und einer Anschlusshülse umfasst die folgenden Schritte:
Aufschieben eines Hülsenkörpers über ein Ende des Grundkörpers des Befestigungselementes und Verformen des Hülsenkörpers mittels Rollen einer Rollmaschine zum reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Festlegen des Hülsenkörpers und zum Ausbilden der Anschlusshülse am Grundkörper.
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Der Hülsenkörper wird zumindest über einen Bereich seiner Länge verformt. Vorteilhaft wird der Hülsenkörper über seine gesamte Länge verformt, so dass die grösstmögliche Kontaktfläche zwischen dem Hülsenkörper bzw. der Anschlusshülse und dem Grundkörper zur Übertragung von Lasten zur Verfügung steht.
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Dieses Verfahren ist einfach und unabhängig z. B. von der Ausgestaltung der Aussenwandung und/oder des Materials des Grundkörpers durchführbar. Eine Berücksichtigung bestimmter Materialien oder Materialkombinationen, wie sie beispielsweise bei einem schweisstechnisch an dem Grundkörper festgelegten Hülsenkörper zu berücksichtigen sind, erübrigt sich. In Abhängigkeit der Verformbarkeit des Materials des Hülsenkörpers wird das geeignete Walzverfahren ausgewählt und die entsprechenden Rollen beziehungsweise Walzen verwendet.
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Vorzugsweise wird beim Verformen des Hülsenkörpers gleichzeitig der Anschlussabschnitt der Anschlusshülse an der Aussenseite des Hülsenkörpers aufgebracht, womit das Festlegen des Hülsenkörpers und das Ausformen des Anschlussabschnitts in einer Walzstufe erfolgen können. Alternativ wird zuerst der Hülsenkörper am Grundkörper festgelegt und anschliessend in einer weiteren Walzstufe der Anschlussabschnitt der Anschlusshülse an der Aussenseite des Hülsenkörpers ausgebildet. Vorteilhaft wird ein Aussengewinde an der Aussenseite des Hülsenkörpers aufgebracht, welches den Anschlussabschnitt der Anschlusshülse ausbildet. Die mit dem Hülsenkörper in Kontakt kommende Oberfläche beziehungsweise der Umformbereich der Rollen beziehungsweise der Walzen wird entsprechend dem zu erstellenden Anschlussmittel, z. B. einem metrischen oder zölligen Aussengewinde, ausgebildet.
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Bevorzugt wird ein Hülsenkörper verwendet, dessen Innendurchmesser zumindest dem maximalen Aussendurchmesser des Grundkörpers entspricht, womit dieser einfach auf den Grundkörper aufschiebbar ist. Vorteilhaft wird ein Hülsenkörper verwendet, dessen Innendurchmesser geringfügig grösser als der maximale Aussendurchmesser des Grundkörpers ist. Der Innendurchmesser des Hülsenkörpers entspricht hierbei vorteilhaft dem 1.05-fachen bis 1.2-fachen des maximalen Aussendurchmessers des Grundkörpers.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Ein Befestigungselement in Seitenansicht;
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2 einen Schnitt durch das Befestigungselement entlang Linie II-II in 1; und
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Befestigungselement in Seitenansicht; und
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4A/B ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselementes in zwei Teilschritten jeweils in einer Seitenansicht.
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Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in den 1 und 2 dargestellte Befestigungselement 11 weist einen länglichen Grundkörper 12 und eine Anschlusshülse 22 an einem Ende 13 des Grundkörpers 12 auf, die einen Anschlussabschnitt 23 für ein Vorspannelement aufweist. Der Anschlussabschnitt 23 der Anschlusshülse 22 weist ein Aussengewinde auf.
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Die Anschlusshülse 22 ist walztechnisch an dem Grundkörper 12 festgelegt, der eine Aussenprofilierung 14 aufweist. Der Grundkörper 12 ist in diesem Beispiel aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen des Befestigungselementes 11 dargelegt (4A und 4B).
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Zuerst wird ein die Anschlusshülse 22 ausbildender Hülsenkörper 24 aus einem verformbaren Material über das Ende 13 des Grundkörpers 12 aufgeschoben. Der Hülsenkörper 24 ist beispielsweise aus Stahl gefertigt und weist eine Wandstärke W von 1 mm bis 4 mm, vorteilhaft von 1.5 mm bis 2.5 mm auf. Weiter weist der Hülsenkörper 24 einen Innendurchmesser D auf, der zumindest gleich gross wie der maximale Aussendurchmesser A des Grundkörpers 12 ist. Für ein einfaches Aufschieben des Hülsenkörpers 24 auf den Grundkörper 12 entspricht der Innendurchmesser D des Hülsenkörpers 24 in diesem Ausführungsbeispiel dem 1.1-fachen des maximalen Aussendurchmessers A des Grundkörpers 12, womit dieser Innendurchmesser D des Hülsenkörpers 24 geringfügig grösser als der maximale Aussendurchmesser A des Grundkörpers 12 ist.
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Anschliessend wird mittels z. B. einander gegenüberliegenden Rollen 6 einer hier nicht näher dargestellten Rollmaschine der Hülsenkörper 24 zum reibschlüssigem und/oder formschlüssigen Festlegen des Hülsenkörpers 24 am Grundkörper 12 verformt. Beim Verformen des Hülsenkörpers 24 wird gleichzeitig ein Aussengewinde an der Aussenseite des Hülsenkörpers 24 aufgebracht, das den Anschlussabschnitt 23 der Anschlusshülse 22 bildet.
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Als Ergebnis des Verfahrens erhält man ein Befestigungselement 11 mit einer walztechnisch am Grundkörper 12 festgelegten Anschlusshülse 22, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist.
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Das in der 3 dargestellte Befestigungselement 31 unterscheidet sich von dem zuvor dargelegten Befestigungselement 11 durch die Ausgestaltung des Grundkörpers 32 und der Anschlusshülse 42.
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Der Grundkörper 32 ist rohrförmig und weist gegenüber dem Grundkörper 12 des Befestigungselementes 11 eine andere Art von Aussenprofilierung 34 auf. Weiter ist dieser Grundkörper 12 in diesem Ausführungsbeispiel aus Stahl gefertigt.
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Die Anschlusshülse 42 ist hier nur partiell, an zwei zueinander beabstandeten Festlegeabschnitten 44 walztechnisch an dem Grundkörper 32 festgelegt. Zwischen den beiden Festlegeabschnitten 44 ist der ein Aussengewinde aufweisende Anschlussabschnitt 43 der Anschlusshülse 42 vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2725843 [0003, 0006]
- EP 0188174 A1 [0005]
