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Die
Erfindung betrifft einen Verbundanker, insbesondere für
eine Verankerung in der durch Lastspannungen im Beton erzeugten
Druck- bzw. Zugzone, bestehend aus einer Ankerstange und einer durch
die Ankerstange zerstörbaren Glaspatrone, die mit einem
aushärtbaren Harz und Quarzkörnern gefüllt
ist.
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Für
Schwerlastbefestigungen in Beton ist ein solches Verbundankersystem
aus der
EP 0 867 624
B1 bekannt, wobei ein Verbundanker bestehend aus einer
Ankerstange, die mehrere sich gegen Ende der Ankerstange erweiternde
Konusabschnitte besitzt und mittels einer Mörtelmasse in
einem Bohrloch eines Befestigungsuntergrundes verankerbar ist. Die
konusförmigen Erweiterungen der Ankerstangen bieten eine
gute Vermischung der Mörtelmasse und eine gleichbleibende
Belastbarkeit des Verbundankers, auch bei Rissbildung im Beton.
Aus der
EP 0 967 402
B1 ist ein weiterer solcher Verbundanker bekannt, wobei
eine Ankerstange für eine mit Mörtelmas se gefüllte
Aufnahmebohrung einen Schaft, der einen Anschlussbereich und einen
Verankerungsbereich mit mehreren axial hintereinander angeordneten,
konusartigen Erweiterungen und Verengungen aufweist.
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Die
mehrkomponentige Mörtelmasse wird in das Bohrloch mittels
einer speziellen Glaspatrone eingebracht. Die Komponenten für
die Mörtelmasse sind in der Glaspatrone in der Weise untergebracht,
dass eine Kammer eine Harzkomponente mit Füllstoffen, z.
B. Quarzsand, und eine zweite Kammer eine Härterkomponente,
zumeist in Pulver- oder Flüssigform, enthält.
Die Glaspatrone wird im Bohrloch mittels Drehen und Einschlagen
einer Ankerstange zerstört. Durch Drehen der Ankerstange
werden die Komponenten Harz, Glassplitter, Härter und weitere
Füllstoffe vermischt, so dass eine hieraus entstehende
Verbundmasse gleichmäßig zwischen Wandung des
Bohrlochs und Ankerstange verteilt wird.
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Dort
wo die durch Bauteilform und -größe bedingten
Lastspannungen im Beton wirken, entstehen sogenannte Druck- bzw.
Zugzonen, je nachdem ob in dem betreffenden Bauteil eine Druck-
oder Zugbelastung auftritt. Speziell in der Zugzone können
sich durch Rissbildung im Beton Bohrlöcher aufweiten, wobei
im Verbund mit dem Beton sich die Mörtelmasse ebenfalls
weitet. Hier kann durch eine axiale Verschiebung dieser Art von
Ankerstangen in der ausgehärteten Verbundmasse ein Nachspreizen
erfolgen, wobei die Konusabschnitte in den engeren Bereich der Mörtelschale
nachrutschen, so dass die Ankerstange wiederum einen formschlüssigen
Verbund mit der Verbundmasse eingeht und die Belastung der Ankerstange
gewahrt bleibt. Für ein Nachspreizen ist es erforderlich,
dass sich die Konusfläche der Ankerstange vollständig
von der Verbundmasse ablöst, dabei aber keine Ablösung
entlang der Verbundfläche, d. h. der Fläche zwischen
Verbundmasse und Beton, auftritt.
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Ein
die Ablösung sicherstellendes Verhältnis der Verbundfläche
zur Konusfläche ist in der
EP 0 867 624 B1 beschrieben. Diese Ankerstange
weist ein typisches Verhältnis von Verbundfläche
zur Konusfläche zwischen 3 und 4,5 auf. Die Konusabschnitte
weisen einen Konuswinkel zwischen 10° und 20° auf.
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Ein
wichtiges Verhältnis im Bezug auf die Belastbarkeit der
Ankerstange ist der Wert des Verhältnisses der Bohrloch-Ringspaltfläche,
die sich aus dem radialen Abstand des Bohrlochs zur Ankerstange,
dem Ringspalt, ergibt, zum Bolzenquerschnitt der Ankerstange. Ein
Wert des Verhältnisses von Bohrloch-Ringspaltfläche zum
Bolzenquerschnitt zwischen 0,3 und 0,5 ist aus der
EP 0 867 624 B1 bekannt.
Eine hohe Belastbarkeit wird durch einen geringen Ringspalt erreicht.
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Die
Basiskomponente geeigneter Mörtelmassen besteht aus einem
fest aushärtenden Harz, zumeist ein Epoxidharz oder ein
Acrylharz. Um eine erhöhte Festigkeit zu erreichen, werden
die Harzkomponenten mit inerten Füllstoffen versetzt, z.
B. Quarzsand, Silicaten oder Stahlkugeln geeigneter Größe.
Die Verwendung von Quarzsand als Füllstoff ermöglicht
eine ausgehärtete Verbundmasse mit einer großen
Festigkeit, die mit einem reinen Zweikomponentenmörtel
ohne Füllstoffe nicht erreichbar ist. Ebenso verhindert
Quarzsand als Füllstoff den typischen Schrumpf beim Aushärten
des Harzes, welcher bei Rissbildung im Beton zu einer verminderten
Spreizfähigkeit des gesamten Verbundankers und damit einer
geringeren Traglast der Ankerstange im Beton führt. Entscheidend
ist daher bei der Aushärtung der Verbundmasse, wie viel
Füll stoff in der Glaspatrone vorliegt. Ein geringer Anteil
ermöglicht eine viskosere Verbundmasse, kann aber nicht
im gleichen Maße die Festigkeit des umgebenden Betons erreichen.
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Eine
Mörtelmasse, die per Hand in ein Bohrloch einpreßbar
ist, ist aus
DE 3 226
602 A1 bekannt. Die Mörtelmasse weist Quarz als
bevorzugten Füllstoff mit einer Körnergröße
von ca. 0,1–0,6 mm bzw. 0,1–0,25 mm bei einer
Füllung von 50–80% in der Zweikomponentenmasse
auf. Es wird ein Siebvorgang mit der entsprechenden Siebgröße
durchgeführt und der ausgesiebte Quarzsand mit einer statistischen
Verteilung von verschiedenen Körnergrößen
der Mörtelmasse beigegeben. Für Bohrlochgrößen
von M6 bis M16 haben sich Quarzkörner im unteren Füllbereich
für Ankerstange mit einem maximalen Ringspalt von 1 mm
bewährt. Für Bohrlöcher größer
als M16, insbesondere mit Ringspalten von ca. 1–2 mm, haben
sich Quarzkörner im oberen Kornbereich bewährt.
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Eine
Zweikomponentenmasse zum Fixieren von Ankerstangen mit Quarzsand
als Füllstoff beschreibt die
US 6 583 259 B1 , wobei die Quarzkörner
eine mittlere Größe von 1,2–1,8 mm aufweisen.
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Die
DE 36 38 750 A1 beschreibt
einen Reaktionssatz mit einer Mehrkammerpatrone für Klebeverankerung
von Befestigungselementen mit einem Füllstoffanteil in
der Harzkomponente von 40–45%, wobei Beispiele einen Prozentsatz
an Korngrößen in den Größenordnungen
von 0,5–1,8 mm oder 1,2– 1,8 mm, je nach Gesamtzusammensetzung,
angeben.
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Die
DE 4 315 788 A1 beschreibt
ein weitere Zusammensetzung mit einem Teil Bindemittel und 1–6 Teilen
Füllstoff, wo bei für eine Glaspatronengröße
kleiner als M16 Quarzkorngrößen von 0,8–2
mm und für Glaspatronen größer M16 Quarzkörner
mit einer Größe von 2–6 mm verwendet
werden.
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Die
DE 10 2004 035 567
A1 offenbart eine weitere Zweikomponenten-Mörtelmasse
mit einem radikalisch polymerisierbaren Harz, Füllstoffen,
weiteren üblichen Mörtelbestandteilen und einer
getrennt angeordneten Härterkomponente. Die Harzkomponente
enthält eine Mischung aus Hydroxyalkyl(meth)acrylat und
einem Acetacetoxyalkyl(meth)acrylat. Die Füllstoffe bestehen
zu einem kleinen Teil aus pyrogener Kieselsäure und als
Hauptbestandteil aus Quarzsand in einem bestimmten Prozentsatz in
einer mittleren Korngröße von 400 μm
oder kleiner als 50 μm. Für erstere sind 20 bzw.
23%, für letztere einzelne Werte als 26, 29, 37 und 50%
bezogen auf die Gesamtmasse angegeben.
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Weiterhin
beschreibt die
DE 4131457
A1 eine Patrone für die chemische Befestigungstechnik,
die Quarzsande mit Korngrößen von 0,5 bis 3 mm
offenbart, wobei hierfür Patronengrößen
kleiner als M16 gewählt werden. Für Patronen größer
als M20 werden Korngrößen mit 3 bis 6 mm angegeben.
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Nachteilig
ist die Sortierung der Körnergrößen in
nur einer einzigen Fraktion. Damit ist nur bedingt möglich
eine konkrete Zusammensetzung der Größen der Quarzkörner
anzugeben und die Gewichtsanteile der Füllstoffe in der
Verbundmasse konstant zu halten. Im Stand der Technik wird ebenso
keine exakte Verteilung der verwendeten Quarzkörnerkörner
bezogen auf bestimmte Korngrößen für
bestimmte Bohrlochgrößen vorgegeben. Mit einem
jeweils veränderlichen Anteil von Quarzkörnern
nicht exakt bekannter Größe, auch durch verschiedene
Aussieb-Ergebnisse und der einfachen Angabe einer mitt leren Korngröße,
wird ein gleichbleibendes Füllgewicht in der Verbundmasse
und somit eine gleichbleibende Festigkeit jeder Mörtelmischung nicht
gewährleistet. Diese abweichende Festigkeit kann verminderte
Traglasten für gesetzte Ankerstangen mit geringeren Ringspalten
speziell in den Belastungszonen des Betons, wie der Zug- bzw. Druckzone,
zur Folge haben. Die im Stand der Technik verwendeten Harzkomponenten
zeigen zwar eine hohe Festigkeit im ausgehärteten Zustand,
härten aber aufgrund von schwankenden Temperatur- und Feuchtigkeitswerten
sehr langsam aus. Insbesondere Methyl(meth)acrylate als Harzkomponente
haben den Nachteil, dass sie bei direktem Hautkontakt stark reizend
wirken und weiterhin nicht direkt an Luft, unter Einfluss von Sauerstoff
aushärten. Durch das Eindrehen der Ankerstange in das Bohrloch
quillt überschüssige Verbundmasse aus dem Ringspalt und
bildet einen Tropfen, den sogenannten „overflow”,
welcher nicht aushärtet und damit dem Monteur keine Möglichkeit
gibt die Aushärtung der Verbundmasse zu kontrollieren.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Verbundanker bestehend
aus einer Ankerstange mit einer Glaspatrone zu schaffen, deren schnell
aushärtende Verbundmasse eine kontrollierte Massenverteilung
von Quarz als Füllstoff auch für geringe Ringspalten
sehr hohe Traglasten sowohl in der Druck- als auch in der Zugzone
des Betons gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird
die genannte Aufgabe bei einem Verbundanker der Eingangs genannten
Art gelöst durch einen Verbundanker mit einer Ankerstange
und einer durch die Ankerstange zerstörbaren Glaspatrone,
die mit einem aushärtbaren Harz und Quarzkörnern
als Füllstoff gefüllt ist, wo bei die in der Glaspatrone
befindlichen Quarzkörner in einer kontrollierten Massenverteilung
der Quarzkörner im aushärtbaren Harz vorliegen,
wobei die Quarzkörner in zwei Fraktionen in grobe Quarzkörner
grobe Quarzkörner mit 1200– 1800 μm Größe
mit 75–50 Massen-% der Gesamtmasse der Quarzkörner,
feine Quarzkörner mit 125–250 μm Größe mit
25–50 Massen-% der Gesamtmasse der Quarzkörner,
unterteilt sind. Eine bevorzugte prozentuale Verteilung der Quarzkörnergrößen
ist hierbei unabhängig vom Durchmesser der Glaspatrone
und für alle Patronengrößen identisch.
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Bevorzugter
Weise ist dabei vorgesehen, dass die Fraktion der feinen Quarzkörner
wiederum ihrerseits in zwei Fraktionen in Quarzkörner kleinerer
Größe mit 125–180 μm Größe
mit 12,5–25 Massen-% der Gesamtmasse der Quarzkörner,
und Quarzkörner mittlerer Größe mit 180–250 μm
Größe mit 12,5–25 Massen-% der Gesamtmasse
der Quarzkörner unterteilt sind.
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Hierdurch
können – gegen dem Stand der Technik – wesentlich
geringere Ringspalten bis zu 1 mm für Druckzonen-Patronen
und sogar bis zu 0,5 mm für Zugzonen-Patronen gewählt
werden. Dies bedingt wiederum eine bessere Verteilung und Zusammensetzung
der Verbundmasse und der Bestandteile, letzteres vor dem Aushärten,
so dass dieses verbessert, vergleichmäßigt und
beschleunigt wird. Weiterhin ist aufgrund der geringen Masse der
Verbundmasse in Spalten der Schrumpf geringer, wodurch sich eine
höhere Verbundkraft ergibt.
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Die
gegenüber dem Stand der Technik kleineren Quarzkörner
als Füllstoffe der feineren Körnerfraktion ergibt
eine verbesserte Festigkeit der ausgehärteten Mörtelmasse.
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Hierzu
trägt weiter bei, dass gerade die gröbere Körnerfraktion
bei Eindrehen der Ankerstange an der Bohrlochwandung reiben, die
diese dabei reinigen und so den Verbund zu dieser erhöhen
sowie sich ebenfalls hierbei verkleinern, was wiederum zur Verbesserung
der Verbundkraft der Masse beiträgt.
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Bevorzugterweise
wird Quarz in der hier offenbarten Zusammensetzung lediglich in
der Außenpatrone eingesetzt, während die Innenpatrone
quarzfrei bleibt. In bevorzugter Ausführung wird ein Vinylesterharz
als Harzkomponente in der Glaspatrone verwendet. Äußerst
bevorzugt handelt es sich um ein Vinylester basierend auf Bisphenol
A/Epoxid. Als Verdünner dient vorzugsweise Styrene, so
dass der Vinylester in Styrene gelöst ist. Dieses Harz
bietet gegenüber anderen Harzen den großen Vorteil
einer äußerst geringen Schrumpfung, was bei gattungsgemäßen
Verbundankern äußerst wichtig ist. In Kombination
mit den beanspruchten Quarzfraktionen ergibt sich insgesamt ein
hoch zuverlässiger Verbundanker.
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Diese
zeigt mittels eines Härters in Pulver- oder Flüssigform
im ausgehärteten Zustand Eigenschaften eines duroplastischen
Kunststoffs mit hoher Festigkeit und chemischer Beständigkeit.
Durch die erfindungsgemäße kontrollierte Massenverteilung
der Quarzkörner insbesondere in Vinylester wird zusätzlich
eine Verbundfestigkeit ähnlich der von Epoxidharzen erreicht,
jedoch mit weiteren Vorteilen in der Anwendung. Vinylester zeigt
mit einer Aushärtezeit von 20 bis 60 min eine deutlich
kürzere Aushärtezeit als vergleichbare Epoxidharze,
welche bis zu 24 h aushärten müssen. Ebenfalls
ist eine Anwendung in feuchten Bohrlöchern und bei Außentemperaturen
von unter 0°C möglich, wobei das Vinylester im
Gegensatz zu Epoxidharz druck- und zugfest aushärtet. Im
Vergleich zu Methylacrylatharzen härten Vinylesterharze
unabhängig von der Atmosphäre gleichmäßig
aus, womit der Aushärteprozess auch von außen
kontrolliert werden kann, was bei Methylacrylat nicht möglich
ist, da dieses an der Oberfläche als ”Overflow” aufgrund
des Sauerstoffbestandes flüssig bleibt, so dass keine Aussage über
die Aushärtung in der Tiefe gemacht werden kann. Zwar enthalten
Vinylesterharze gesundheitsschädliches Styrol, jedoch liegen
die Emissionswerte für Vinylesterharze bei der Montage
von Glaspatronen weit unter den Zulassungswerten. Demgegenüber
sind Methylacrylate bei Hautkontakt schädlich.
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Die
entstehende Verbundmasse weist einen Gehalt von inerten Füllstoffen
von 70–85 Massen-% auf und erreicht durch die definierte
Verteilung der Quarzkörner in grobe, feine und sehr feine
Korngrößen, sowohl in der Zugzone als auch in
der Druckzone des Betons sehr hohe Traglasten. Dieser im Vergleich
zum Stand der Technik höhere Gehalt an inerten Füllstoffen
gewährleistet, dass eine Verbundmasse mit der Druckfestigkeit
von hochfestem Beton entsteht.
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Um
ein Nachspreizen bei Ankerstangen in der Zugzone zu erlauben, ist
die Ankerstange in einer bevorzugten Ausführungsform mit
mehreren mit PTFE oder Nickel beschichteten Konusabschnitten versehen, deren
Konuswinkel 8°–10° oder 22°–25° betragen.
Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, dass
die Ankerstange im verankerten Zustand ein Verhältnis von
Verbundfläche zur Konusfläche zwischen 2,5 und
2,9 aufweist. Die bevorzugte Ausführungsform ermöglicht
auch geringere Ringspalten, wobei ein bevorzugter Wert des Verhältnisses
von Bohrloch-Ringspaltfläche zum Bolzenquerschnitt zwischen
0,12 und 0,25 liegt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass Verbundanker nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerstange an einem zur Befestigung
eines Gegenstandes bestimmten Ende ein Innengewinde zur Aufnahme
einer Schraube aufweist. Hiermit kann eine besonders stabile Befestigung
insbesondere für die Zugzone gewährleistet werden,
wobei Schrauben herkömmlicher Größenordnung
zwischen M10 und M20 verwendbar sind. Auch sind Schrauben variabler
Länge nutzbar, je nach Anforderungen und Geometrie der
zu befestigenden Bauteile.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen
erläutert ist. Dabei zeigt:
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1 eine
erste Darstellung einer erfindungsgemäßen Ankerstange;
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2 eine
zweite Darstellung einer Ankerstange;
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3 eine
dritte Darstellung einer erfindungsgemäßen Ankerstange
nach der
EP 0 697 530
B1 ;
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4 eine
vierte Darstellung einer Ankerstange mit einem Innengewinde;
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5 ein
Vergleich der entstehenden Ringspaltflächen;
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6 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Glaspatrone im Längsschnitt;
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7 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Glaspatrone im Querschnitt.
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Die 1–3 zeigen
drei bevorzugte Ausführungsformen einer zu einem Verbundanker
gehörenden Ankerstange 1. Bei der Ankerstange 1 in 1 handelt
es sich um eine Gewindestange aus geeignetem Stahl, wobei die Ankerstange 1 durch
Ablängen einer Endlosgewindestange senkrecht zu ihrer Achse
in der gewünschten Länge erzeugt ist und aus dessen
Ende eine Spitze mit einem Winkel von 90° gefertigt wird.
Der Befestigungsuntergrund 2 Beton ist schematisch gezeichnet
und deutet das Bohrloch für den Verbundanker an. Die Ankerstange 1 weist
im oberen Drittel eine markierende Einkerbung 3 auf, bis
zu welcher die Ankerstange 1 in das Bohrloch geschoben
wird, wobei der Teil der Gewindestange oberhalb der Markierung,
ein Außengewinde 4, zur Befestigung eines Gegenstandes
dient.
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Die
Ankerstange 1 der 2 besitzt
ein Außengewinde 4 zur Befestigung eines Gegenstandes
am oberen Ende, wobei sich an das Außengewinde 4 ein
glatter zylindrischer Abschnitt 5 anschließt,
dessen Länge eine Anpassung der Tiefe gestattet, in der
die auf die Ankerstange 1 einwirkenden Kräfte
in den Befestigungsgrund eingeleitet werden. Ein konisch zulaufender
Schaft 6 führt zu drei Konusabschnitten 7.
Die Konusabschnitte 7 verjüngen sich in Richtung
zum unteren Ende der Ankerstange zum Schaft 6 hin und gehen
jeweils durch einen steilkonischen Abschnitt in den jeweils benachbarten
Konusabschnitt 7 über. Die Konusabschnitte 7 sind
durch einen Konuswinkel 8 geprägt, der in der
bevorzugten Ausführungsform in 2 22° beträgt.
Die Ankerstange 1 zeigt drei gleichförmige Konusabschnitte
mit Ausnahme des untersten Konusabschnittes 7, welcher
anstatt seines steilkonischen Abschnitts eine Spitze aufweist. Die
in Reihe hintereinander angeordneten Konusabschnitte 7 sind
auf ihren Konusflächen 9 so behandelt, dass nach
dem Einsetzen der Ankerstange 1 in eine Verbundmasse ein
niedrigerer Reibungsbeiwert gegeben ist. Aus diesem Grunde sind die
Konusabschnitte 3 auf ihren Konusflächen 4 jeweils
mit einer Beschichtung versehen, die in der bevorzugten Ausführungsform
aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Nickel besteht.
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In
einem weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
kann eine Ankerstange 1, wie sie in 2 zu sehen
ist, auch vier Konusabschnitte 7 aufweisen, wobei hier
der Konuswinkel 8 ebenfalls 22° beträgt.
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3 zeigt
eine weitere Darstellung einer Ankerstange
1, wobei diese
Art der Ankerstange
1 an sich bereits aus der
EP 0 697 530 B1 bekannt
ist. Die Ankerstange
1 besitzt wiederum im oberen Viertel
ein Außengewinde
4 zur Befestigung eines Gegenstandes.
Es folgt ein zylindrischer Schaft
10, der im unteren Drittel der
Ankerstange
1 in ein äußeres Schraubgewinde
11 mündet,
welches innerhalb einer speziellen Endmutter
12 eingeschraubt
ist. Diese Endmutter
12 kennzeichnet einen von ihrem rückwärtigen
Ende zu ihrem freien Ende sich konisch erweiternden Bereich und
eine auf ihre Außenseite angebrachte Profilierung
13.
Diese Profilierung
13 ist als V-förmige Nut realisiert,
die schraubenförmig um die Endmutter
12 herum
läuft. Die Verbundmasse dringt bei diesem Beispiel in die
Nuten der Endmutter
12 ein, und hintergreift weiterhin
den konischen Bereich der Endmutter. Weiterhin weist die Ankerstange
1 einen
Konus winkel 8 von 10° auf. Die Ankerstange
1 in
3 weist
im Vergleich zur Ankerstange
1 in
2 ebenfalls
eine spezielle Beschichtung auf, welche aus Nickel oder PTFE besteht.
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In 4 ist
eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Ankerstange 1 dargestellt, wobei die Ankerstange 1 nahezu
die gleichen Merkmale wie die in 2 beschriebenen
Ankerstange 1 aufweist. An einem zur Befestigung eines
Gegenstandes bestimmten Endes ist an Stelle eines Außengewindes 4 ein
Innengewinde 4a (gestrichelt dargestellt) zur Verwendung
mit einer Schraube ausgebildet. Das Innengewinde 4a ist im
Inneren der Ankerstange durchgängig bis zum Ende des zylindrischen
Abschnitts 5 ausgebildet, um die Länge einer Schraube
soweit aufzunehmen, dass die gewünschte Befestigung gewährleistet
ist. Der Durchmesser des Innengewindes 4a ist an den Durchmesser
der umgebenden Ankerstange 1 angepasst, wobei vorzugsweise
Innengewinde 4a der Größe M10 bis M20
vorgesehen sind. Grundsätzlich können ebenfalls
die Ausgestaltungen einer Ankerstange 1 gemäß der 1 und 3 solche
Innengewinde 4a aufweisen.
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5 zeigt
eine Übersicht über mögliche Ringspalte 14 zwischen
dem Verbundanker und einem Befestigungsgrund, z. B. Beton. In Beispiel
a) in 5 ist ein Ringspalt 14 dargestellt, wie
er z. B. durch die Ankerstange 1 aus 1 gebildet
würde, und zeigt eine Ringspaltbreite von 1 mm. Beispiel
b) in 5 zeigt einen Ringspalt 14 mit einer
kleineren Abmessung, im Beispiel der Ankerstangen 1 aus 2 oder 3 sind auch
Ringspaltbreiten zwischen 0,5 bis 1 mm möglich. Ein Ringspalt
für eine Montage in der Druckzone beträgt für
entsprechende Ankerstangengrößen von M8–M36
ca. 1 mm. In der Zugzone des Betons wird ein Ringspalt für Größen
von M10–M16 von 0,5 mm und für Größen
von M20–M24 von 1 mm erreicht. Die durch den Ringspalt
entstehende Ringspaltfläche ist maßgeblich für
einen wichtigen Wert, welcher aussagt, wie die Ringspaltfläche
zum Querschnitt der Ankerstange 1, dem Bolzenquerschnitt steht und
damit Aussagen über die Festigkeit der Ankerstange in dem
Bohrloch ermöglicht. Das Verhältnis der Bohrloch-Ringspaltfläche
zum Bolzenquerschnitt kann hier Werte zwischen 0,12 und 0,25 annehmen.
Bei kleinen Werten dieses Verhältnisses muss die umschließende
Verbundmasse eine erhöhte Festigkeit aufweisen. Ein verringerter
Ringspalt hat einen kleineren Schrumpf der Verbundmasse im Bohrloch
und dadurch eine stärkere Verbundkraft zwischen Bohrlochwandung
und Ankerstange zur Folge.
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6 zeigt
eine Glaspatrone 15 für eine aushärtende
Mehrkomponentenmasse auf Basis eines radikalisch aushärtenden
Harzes 16, in diesem konkreten Beispiel ein Vinylesterharz.
Die Glaspatrone 15 besteht aus einer äußeren
Patrone 17 und einer in der äußeren Patrone 17 liegenden
inneren Patrone 18. In der inneren Patrone 18 befindet
sich ein Härter in Pulver- bzw. Flüssigform. In
der äußeren Patrone 17 ist das Harz 16 Vinylester
mit Füllstoffen eingefüllt, wobei in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel die Füllstoffe durch Quarzkörner
in einer spezifischen Massenverteilung repräsentiert werden
(siehe hierzu 7).
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Die
Glaspatrone 15 wird in ein Bohrloch eingesetzt, durch Einschlagen
einer der in 1 bis 3 beschriebenen
Ankerstangen 1 zerstört und die in der Glaspatrone 15 enthaltenen
Komponenten somit aktiviert. Durch Drehen der Ankerstange 1 während
des Einschlagens wird eine gute Durchmischung der Komponenten (Harz 16,
Quarzkörner, Härter und Glassplitter) gewährleistet,
was wiederum eine bessere Festigkeit der ausgehärteten
Masse begünstigt. Durch die Mischung der Komponenten Glas-Harz-Quarzkörner
und dem Härterpulver entsteht eine Verbundmasse mit einem
hohen Gehalt von inerten Füllstoffen von ca. 70 bis 85 Massen-%,
welcher durch eine kontrollierte Massenverteilung der Quarzkörner
erreicht wird. Die daraus entstehende Verbundmasse erreicht die
Druckfestigkeit von hochfestem Beton 2.
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7 zeigt
die Glaspatrone 15 im Querschnitt der Achse A-A (siehe
auch 5). Die kontrollierte Massenverteilung der Quarzkörner
ist hierbei schematisch dargestellt und verdeutlicht, dass die Verteilung
der Quarzkörner in drei Fraktionen in grobe Quarzkörner 19a,
feine Quarzkörner 19b und sehr feine Quarzkörner 19c.
Die groben Quarzkörner 19a mit einer Größe
von 1200 μm–1800 μm liegen in einer bevorzugten
Ausführungsform in anteiligen Massenprozent je nach Patronendurchmesser
von 75%–50% vor, die restlichen Massenprozent von 12,5%–25%
sind feine Quarzkörner 19b mit 180 μm–250 μm
Größe und sehr feine Quarzkörner 19c mit
125 μm–180 μm Größe.
Die Massen-% nehmen hierbei Bezug auf die physikalische Gesamtmasse der
Quarzkörner.
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Hierbei
liegen die feinen Quarzkörner
19b und sehr feinen
Quarzkörner
19c in gleichen Teilen vor. Es gilt
in einer beispielhaften Ausführung für die spezifische
Quarzverteilung für eine beliebige Glaspatrone
15:
| Korngröße
[μm] | Anteilige
Massen-% |
| grob
fein
sehr
fein | 1200–1800
180–250
125–180 | 75–50
12,5–25
12,5–25 |
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Diese
Korngrößen für die groben Quarzkörner 19a,
feinen Quarzkörner 19b und sehr feinen Quarzkörner 19c gelten
für Glaspatronen 15 mit der Abmessung M8–M30
und liegen in identischer Verteilung in der Glaspatrone 15 vor.
Die groben Quarzkörner 19a sorgen bei der Vermischung
der Verbundmasse durch Drehen der Ankerstange 1 im Bohrloch
für einen weiteren Abschliff der Bohrlochwandung. Ihre
ursprüngliche Größe verringert sich hierdurch
beim Eindrehen der Ankerstange. Die feinen Quarzkörner 19b dienen,
ebenso wie die sehr feinen Quarzkörner 19c, als
Füllstoff zwischen den groben Quarzkörnern 19a,
wodurch sich die Verbundmasse stark verfestigt.
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Durch
diese kontrollierte Massenverteilung der Einteilung der Quarzkörner
in drei Fraktionen mit groben 19a, feinen 19b und
sehr feinen Quarzkörnern 19c zu unterteilen, ermöglicht
dies die erfindungsgemäßen Ankerstangen 1 mit
verhältnismäßig geringen Ringspalten 14 effizient
mit einer hohen Festigkeit der ausgehärteten Verbundmasse
zu setzen. Ebenso verhindert dies den typischen Schrumpf beim Aushärten
des Harzes, welcher bei Rissbildung im Beton 2 zu einer
verminderten Spreizfähigkeit des gesamten Verbundankers und
damit einer geringeren Traglast der Ankerstange 1 im Beton 2 führt.
Durch die Quarzkörnerverteilung mit unterschiedlichen Körnergrößen
und dem dadurch verbundenen geringen Abstand der Quarzkörner,
ist eine durch die Vermischung mit der Harzkomponente entstehende
Harzschichtdicke zwischen den Quarzkörnern ebenfalls gering,
wodurch eine wesentlich stärkere Verbundschicht entsteht.
Durch die erfindungsgemäße kontrollierte Massenverteilung
werden auch bei geringen Ringspalten 14 (siehe auch 2)
sehr hohe Traglasten sowohl in der Druck- als auch in der Zugzone
des Betons 2 erreicht.
-
- 1
- Ankerstange
- 2
- Befestigungsuntergrund
Beton
- 3
- Einkerbung
- 4
- Außengewinde
- 4a
- Innengewinde
- 5
- zylindrischer
Abschnitt
- 6
- Schaft
- 7
- Konusabschnitt
- 8
- Konuswinkel
- 9
- Konusfläche
- 10
- zylindrischer
Schaft
- 12
- Endmutter
- 13
- Profilierung
- 14
- Ringspalt
- 15
- Glaspatrone
- 16
- Harz
- 17
- äußere
Patrone
- 18
- innere
Patrone
- 19a
- grobe
Quarzkörner
- 19b
- feine
Quarzkörner
- 19c
- sehr
feine Quarzkörner
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0867624
B1 [0002, 0005, 0006]
- - EP 0967402 B1 [0002]
- - DE 3226602 A1 [0008]
- - US 6583259 B1 [0009]
- - DE 3638750 A1 [0010]
- - DE 4315788 A1 [0011]
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- - DE 4131457 A1 [0013]
- - EP 0697530 B1 [0029, 0037]