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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Gebrauchsmuster
DE 89 08 858 U1 ist eine gattungsgemäße Befestigungsanordnung mit einem Spreizanker und einer Fassadenplatte aus Faserzement bekannt. In die Rückseite der Fassadenplatte ist ein als Hinterschnittbohrung ausgeführtes Sackloch eingebracht, mit einem zylindrischen Abschnitt, an den sich zum Grund des Sacklochs hin ein hinterschnittener, konischer Abschnitt anschließt. Im hinterschnittenen Abschnitt ist der Durchmesser des Bohrlochs gegenüber dem zylindrischen Abschnitt erweitert, wobei sich der Durchmesser in Einbringrichtung des Spreizankers zunächst vergrößert, dann konstant bleibt und dann wieder verringert, bis er am Bohrlochgrund wieder auf den Durchmesser des zylindrischen Abschnitts reduziert ist. Bei dem Spreizanker handelt es sich um eine geschlitzte Hülse mit zwei Spreizfüßen, die an ihren in Einbringrichtung vorderen Enden radiale Verdickungen aufweisen. Die Verdickungen sind derart gestaltet, dass die Mantelfläche des aufgespreizten Spreizankers mit der Geometrie des Sacklochs korrespondiert. Der aufgespreizte Spreizanker greift formschlüssig in den hinterschnittenen Abschnitt des Sacklochs ein, wodurch auf die Platte wirkende Kräfte vom Spreizanker aufgenommen und über den Spreizanker in eine Unterkonstruktion abgetragen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Befestigungsanordnung vorzuschlagen, die hinsichtlich der Kraftübertragung von der Platte auf den Spreizanker verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung umfasst einen Spreizanker und eine Platte mit einem hinterschnittenen Sackloch. Bei der Platte handelt es sich insbesondere um eine dünnwandige Fassadenplatte aus einem nicht spröden, sondern elastisch-plastisch verformbaren Werkstoff, beispielsweise einem Laminat, insbesondere einem Hochdrucklaminat (HPL), oder Faserzement. Mit „dünnwandig“ sind hier Plattendicken von maximal 15 mm gemeint, wie sie für Fassadenplatten aus HPL oder Faserzement typisch sind. In die Rückseite der Platte ist ein Sackloch als Hinterschnittbohrung eingebracht, das öffnungsseitig, also in einem dem Bohrlochmund zugewandten Bereich, einen zylindrischen Abschnitt aufweist, an den sich zum Bohrlochgrund hin ein konischer Abschnitt anschließt. Der konische Abschnitt erweitert sich zum Grund des Sacklochs hin im Durchmesser, insbesondere erweitert er sich stetig. Der konische Abschnitt bildet den hinterschnittenen Teil des Sacklochs.
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Der zur Befestigungsanordnung zugehörige Spreizanker weist einen Spreizbereich auf, der zur Verankerung im konischen Abschnitt des Sacklochs in radialer Richtung aufspreizbar ist. Der Spreizanker wird in das Sackloch eingebracht und aufgespreizt, wobei sich der Spreizbereich zumindest teilweise im hinterschnittenen Teil befindet, derart, dass der Spreizanker formschlüssig in der Hinterschnittbohrung hält.
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Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist, dass sich der konische Abschnitt des Sacklochs im Wesentlichen bis zum Grund des Sacklochs erweitert. „Im Wesentlichen“ bedeutet hier, dass sich der konische Abschnitt über mindestens 80 % seiner Höhe, insbesondere über mindestens 85 % seiner Höhe in Richtung des Bohrlochgrunds im Durchmesser erweitert. Der konische Abschnitt weist insbesondere die Form eines Kegelstumpfs auf, wobei dessen Grundfläche insbesondere mit dem Bohrlochgrund zusammenfällt. Im Bereich des Bohrlochgrundes kann als Übergang von Mantelfläche zu Grundfläche des konischen Abschnitts eine Fase als Übergang ausgebildet sein, wobei der Übergang weniger als 20 %, insbesondere weniger als 15 % der Höhe des konischen Abschnitts einnimmt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des hinterschnittenen Sacklochs kann der in das Sackloch eingebrachte und aufgespreizte Spreizanker nahe am Grund des Bohrlochs am konischen Abschnitt anliegen, so dass die vom Bohrlochmund aus gemessene wirksame Verankerungstiefe, in der der Spreizanker im konischen Abschnitt mit der Bohrlochwand zur Kraftübertragung in Kontakt ist, gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungsanordnung vergrößert ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Befestigungsanordnung entspricht die wirksame Verankerungstiefe nahezu der Bohrlochtiefe. Durch die Vergrößerung der wirksamen Verankerungstiefe wird erreicht, dass größere Kräfte zwischen dem Spreizanker und der Platte übertragen werden können. Insbesondere bei dünnwandigen Platten bewirkt schon eine geringfügige Vergrößerung der Verankerungstiefe eine starke Vergrößerung der vom Spreizanker aufnehmbaren Kräfte.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung durchdringt der Spreizbereich des in das Sackloch eingeführten Spreizankers im aufgespreizten Zustand die Mantelfläche des konischen Abschnitts des Sacklochs. Das bedeutet, dass der aufgespreizte Spreizanker in das Plattenmaterial eindringt und sich im Plattenmaterial festsetzt. Wird nun am Spreizanker gezogen, so rutscht der Spreizanker nicht in axialer Richtung im Bohrloch, sondern ist ortsfest gehalten, wodurch die wirksame Verankerungstiefe unverändert bleibt. Zudem ist der Spreizanker durch das Eindringen in das Plattenmaterial gegen Verdrehen gesichert. Durch das Eindringen des Spreizankers in das Material der Platte wird ein wesentlicher Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungsanordnung behoben: Bei der bekannten Befestigungsanordnung ist der Spreizanker und der hinterschnittene Teil des Sacklochs so aufeinander abgestimmt, dass der Spreizanker auch in einem engen, im unteren Toleranzbereich gebohrten Sackloch nicht in das Plattenmaterial eindringt, da lokale Spannungen im Plattenmaterial, die durch das Eindringen des Spreizankers entstehen, vermieden werden sollen. Diese Anforderung kommt daher, dass die bekannten Spreizanker auch in sprödem Material, wie beispielsweise Naturwerkstein, eingesetzt werden. Lokale Spannungen führen insbesondere in spröden Werkstoffen zu einem Versagen der Platte. Daher ist die Geometrie des aufgespreizten Spreizankers auf die Geometrie des im unteren Toleranzbereich gebohrten Sacklochs abgestimmt. Wird der Spreizanker aber in ein relativ weites, im oberen Toleranzbereich gebohrtes Sackloch eingesetzt, so füllt der aufgespreizte Spreizanker den hinterschnittenen Teil nicht vollständig aus. Der Spreizanker ist im Sackloch beweglich, wodurch der Spreizanker sich unter einer Zuglast zunächst axial bewegt, bevor er an der Bohrlochwand anliegt. Durch die axiale Bewegung ist aber die wirksame Verankerungstiefe und somit auch die vom Spreizanker aufnehmbare Kraft verringert. Es hat sich nun gezeigt, dass elastisch-plastisch verformbare Plattenmaterialien, insbesondere HPL und Faserzement, auf lokale, durch den Spreizbereich induzierte Spannungen unempfindlich sind, so dass das Eindringen des Spreizbereichs in das Plattenmaterial vorteilhaft genutzt werden kann.
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Vorzugsweise weist der Spreizanker im Spreizbereich Zähne auf, die insbesondere radial orientiert sind, und im aufgespreizten Zustand in das Material der Platte eindringen. Die Zähne oder Vorsprünge sind insbesondere in Einbringrichtung vorne im Spreizbereich angeordnet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung umfasst der Spreizanker ein Spreizelement und einen Schaft. Das Spreizelement ist beispielsweise eine in Einbringrichtung vorne geschlitzte Spreizhülse oder ein Ringelement, an dem Spreizlappen angeordnet sind. Am Schaft ist in Einführrichtung vorn ein konisches Aufweitelement angeordnet, mit einem Konuswinkel, der größer als der Konuswinkel des konischen Abschnitts des Sacklochs ist. Zwischen dem Aufweitelement und der Bohrlochwand besteht ein Ringspalt, in den beim Aufspreizen das Spreizelement eingeschoben wird. Der Ringspalt wird aufgrund der unterschiedlichen Konuswinkel zum Bohrlochgrund hin kleiner. Wird nun das Spreizelement auf das Aufweitelement aufgeschoben, wird es radial gespreizt und dringt dabei in den Ringspalt ein. Da sich die Weite des Ringspalts in Richtung des Bohrlochgrunds verringert, füllt das Spreizelement im Bereich des Bohrlochgrunds den Ringspalt spielfrei aus und/oder es dringt in das Plattenmaterial ein. Insbesondere ist die lichte Weite des Ringspalts im bohrlochgrundfernen Teil des konischen Abschnitts größer als die korrespondierende Dicke des aufspreizbaren Teils des Spreizelements, während sie in der Nähe des Bohrlochgrunds kleiner ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist gewährleistet, dass das Spreizelement zunächst relativ einfach, ohne zusätzliche Reibung zwischen Bohrlochwand und Spreizelement im hinteren, bohrlochgrundfernen Bereich des konischen Abschnitts, aufgespreizt werden kann und trotzdem im Bereich des Bohrlochgrundes fest an der Bohrlochwand anliegt und/oder in das Plattenmaterial eindringt.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass der Spreizanker ein Abstützelement aufweist, mit dem sich der in das Sackloch eingeführte und aufgespreizte Spreizanker auf der Platte abstützt. Das Abstützelement liegt, wenn der Spreizanker im Sackloch ordnungsgemäß aufgespreizt wurde, auf der Platte im Bereich des Bohrlochmundes auf und verhindert, dass das vordere Ende des Spreizankers am Bohrlochgrund aufliegt und/oder gegen den Bohrlochgrund bewegt werden kann, was zu einem Durchstanzen der dünnen Restwand zwischen Bohrlochgrund und der angrenzenden Außenfläche der Platte führen würde. Somit kann das Sackloch mit einer sehr dünnen Restwand ausgeführt und die wirksame Verankerungstiefe maximiert werden.
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Vorzugsweise besteht die Platte aus Faserzement oder HPL und weist eine Dicke von weniger als 12 mm, vorzugsweise von 8 mm auf. Versuche haben gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung in einer derartig dünnen Platte aus Faserzement eine relativ große Steigerung der vom Spreizanker aufnehmbaren Kräfte erreicht werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung in einer teilweise geschnittenen Ansicht, mit einem in ein Sackloch eingebrachten Spreizanker vor dem Aufspreizen des Spreizankers; und
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2 die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung in einer teilweise geschnittenen Ansicht nach dem Aufspreizen des Spreizankers.
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Die in den 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Befestigungsanordnung umfasst eine Platte 1 und einen Spreizanker 2.
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Die Platte 1 ist eine Fassadenplatte aus Faserzement, mit einer Dicke d von 8 mm. In die Platte 1 ist rückseitig ein Sackloch 3 eingebracht, das öffnungsseitig einen zylindrischen Abschnitt 4 aufweist, an den sich ein konischer Abschnitt 5 anschließt. Der konische Abschnitt 5 weist die Form eines Kegelstumpfs auf, dessen Grundfläche mit dem Grund 6 des Sacklochs 3 zusammenfällt. Der konische Abschnitt 5 erweitert sich stetig im Wesentlichen bis zum Grund 6 des Sacklochs 3. Die Bohrlochtiefe b beträgt 6 mm, die Höhe k des konischen Abschnitts 5 circa 4 mm. Der Konuswinkel α1 des konischen Abschnitts 5 des Sacklochs 3 beträgt 56°, wobei der Übergang 7 von der Mantelfläche 8 des konischen Abschnitts 5 zum Grund des Sacklochs 3 abgerundet ist. Die Höhe h1 des Übergangs 7 beträgt 0,6 mm, was 15 % der Höhe k des konischen Abschnitts 5 entspricht. Zwischen dem Grund 6 des Sacklochs 3 und der Außenfläche 9 der Platte 2 liegt eine dünnwandige Restwand 10 mit einer Dicke von 2 mm.
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Der Spreizanker 2 umfasst einen Schaft 16, mit einem konischen Aufweitelement 17 und einem Gewinde 21 und ein Spreizelement 12, das als ringförmige Hülse mit Spreizlappen 13 ausgeführt ist. Jeder Spreizlappen 13 weist mittig ein Loch 14 sowie am vorderen Ende einen radial über den Spreizlappen 13 überstehenden Zahn 15 auf. Der Spreizanker 2 umfasst zudem ein Abstützelement 18, das den Spreizanker 2 im eingeführten Zustand, also nach dem Einführen und Aufspreizen des Spreizankers 2 in dem Sackloch 3, auf der Rückseite 19 der Platte 1 abstützt, sowie eine Mutter 20. Das Spreizelement 12 und das konische Aufweitelement 17 bilden zusammen einen Spreizbereich 11 an dem in Einbringrichtung E vorderen Ende des Spreizankers 2, der zur Verankerung im konischen Abschnitt 5 des Sacklochs 3 in radialer Richtung aufspreizbar ist. Das konische Aufweitelement 17 ist wie der konische Abschnitt 5 des Sacklochs 3 als Kegelstumpf ausgeführt, allerdings mit einem gegenüber dem Konuswinkel α1 vergrößerten Konuswinkel α2 von 60°.
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Zum Befestigen des Spreizankers 2 in der Platte 1 wird zunächst der Spreizanker 2 mit dem Spreizbereich 11 voran in Einbringrichtung E in das Sackloch 3 eingeführt, bis der Spreizanker 2 am Grund 6 des Sacklochs 3 aufsteht. Dann wird die Mutter 20 durch Drehen auf dem Gewinde 21 in Richtung des Aufweitelements 17 bewegt und damit das Spreizelement 12 auf das konische Aufweitelement 17 geschoben. Da der Konuswinkel α2 des Aufweitelements 17 größer als der Konuswinkel α1 des konischen Abschnitts 5 des Sacklochs 3 ist, ist der Ringspalt 22 zwischen dem Aufweitelement 17 und dem konischen Abschnitt 5 im in Einbringrichtung E hinteren Teil des konischen Abschnitts 5 größer als im vorderen Teil. Im hinteren Teil füllen die Spreizlappen 13 des aufgespreizten Spreizelements 12 den Ringspalt 22 im Wesentlichen aus, während im vorderen Teil des konischen Bereichs 5 die Spreizlappen 13 die Mantelfläche 8 des konischen Abschnitts 5 des Sacklochs 3 durchdringen, also in das Material der Platte 1 eindringen und dieses verdrängen. Insbesondere die Zähne 15 durchdringen dabei als Teil des Spreizbereichs 11 die Mantelfläche 8 und dringen in das Material der Platte 1 ein. Durch das Eindringen des Spreizbereichs 11 in das Plattenmaterial ist das Spreizelement 12 ortsfest, d.h. dreh- und axialfest im Sackloch 3 gehalten. Eine axiale Bewegung des Spreizankers 2 im Sackloch 3 unter einer auf den Spreizanker 2 wirkenden Zugkraft Z ist nicht möglich (vgl. 2). Die Zugkraft Z wird zwischen dem Spreizanker 2 und der Platte 1 im Wesentlichen im Bereich des in das Material der Platte 1 eingedrungenen Spreizbereichs 11 übertragen, so dass der eingedrungene Teil des Spreizbereichs 11 die wirksame Verankerungstiefe hv definiert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Befestigungsanordnung entspricht die wirksame Verankerungstiefe hv nahezu der Bohrlochtiefe b.
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Ist das Spreizelement 12 des Spreizbereichs 11 vollständig aufgespreizt, so liegt das Abstützelement 18 flächig auf der Rückseite 19 der Platte 1 auf. Da der Schaft 16 des Spreizankers 2 über die Mutter 20 axial gehalten ist und sich die Mutter 20 auf dem Abstützelement 18 abstützt, kann der Schaft 16 nicht weiter in das Sackloch 3 hinein bewegt werden. Entgegen der Zugkraft Z gerichtete Druckkräfte auf den Spreizanker 2 werden daher nicht durch Druck vom Schaft 16 auf die Restwand 10 übertragen, sondern mittels der Mutter 20 und dem Abstützelement 18 auf die Rückseite 19 der Platte 1. Damit kann die Restwanddicke d1 der Restwand 10 minimiert und die Bohrlochtiefe b maximiert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Schaft 13 die Restwand 10 durchstößt.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Befestigungsanordnung 1 können relativ große Kräfte von der Platte 1 auf den Spreizanker 2 übertragen werden, ohne dass die Platte 1 beschädigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Platte
- 2
- Spreizanker
- 3
- Sackloch
- 4
- zylindrischer Abschnitt des Sacklochs 3
- 5
- konischer Abschnitt des Sacklochs 3
- 6
- Grund des Sacklochs 3
- 7
- Übergang
- 8
- Mantelfläche des konischen Abschnitts 5
- 9
- Außenfläche
- 10
- Restwand
- 11
- Spreizbereich
- 12
- Spreizelement
- 13
- Spreizlappen
- 14
- Loch
- 15
- Zahn
- 16
- Schaft
- 17
- Aufweitelement
- 18
- Abstützelement
- 19
- Rückseite der Platte 1
- 20
- Mutter
- 21
- Gewinde
- 22
- Ringspalt
- b
- Bohrlochtiefe
- d
- Dicke der Platte 1
- d1
- Restwanddicke
- E
- Einbringrichtung
- hv
- Verankerungstiefe
- h1
- Höhe des Übergangs 7
- k
- Höhe des konischen Abschnitts 5
- Z
- Zugkraft
- α1
- Konuswinkel des konischen Abschnitts 5
- α2
- Konuswinkel des Aufweitelements 17
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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