DE3831683A1 - Spreizanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spreizanker mit einer Spreizhülse und einer dieser gegenüber verschieblichen metallischen Ankerstange, die über einen Schaftab­ schnitt sowie einen Spreizabschnitt verfügt, der mehrere in axialer Richtung hintereinander gereihte Spreizkonen aufweist, denen zum Angriff auf der Innen­ seite der Spreizhülse konische Auflaufflächen zugeord­ net sind.

Ein derartiger Spreizdübel mit Spreizhülse und ge­ genüber dieser als Spreizteil dienenden Ankerstange ist aus der DE-OS 32 10 463 bekannt, um in brüchigen Auf­ nahmewerkstoffen hohe Verankerungswerte zu erzielen. Die Anordnung der kegeligen Außenkontur der Spreizkonen sowie der Auflaufflächen ist so ausgebildet, daß beim Zurückziehen der Ankerstange zuerst der im Bohrloch­ tiefsten liegende Spreizkonus an der diesem zugeord­ neten Auflauffläche der Spreizhülse angreift und erst in der Folge nacheinander die weiteren Spreizkonen auf die jeweils zugeordneten Auflaufflächen einwirken. Auf diese Weise ergibt sich eine ungleichmäßige Spreiz­ druckverteilung, die bei einer Schwerlastbefestigung wegen der damit verbundenen örtlichen Überbeanspruchung des Aufnahmewerkstoffes und der Gefahr von Ausbruch­ zonen unerwünscht ist.

Spreizanker für Schwerlastbefestigungen bestehen im allgemeinen aus Metall und weisen im Einsatz ein Nach­ spreizverhalten auf, d.h. die Spreizung nimmt bei einer Belastung des Spreizankers zu. Damit eine Nachspreizung erfolgen kann, muß sich die Spreizhülse gegenüber dem Spreizkörper in axialer Richtung relativ verschieben können. Infolge hoher Flächenpressungen kann es jedoch zwischen der Spreizhülse und dem Konus zu einer Kaltverschweißung kommen, wenn extrem hohe Flä­ chenpressungen aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung des Spreizdruckes auftreten.

Ein anderes bei Spreizdübeln auftretendes Problem besteht darin, daß die Reibung zwischen der Spreizhülse und der Wandung des Bohrloches größer sein muß als die Reibung an den Auflaufflächen. Zu hohe Reibungen an den Auflaufflächen führen dazu, daß die Spreizhülse sowohl während des Spreizvorganges beim Setzen als auch bei einer anschließenden Zugbelastung der Ankerstange im Bohrloch verschoben werden kann. Wenn man zur Reduzierung der Reibung Auflaufflächen mit einem flachen Neigungswinkel vorsieht, ergibt sich der Nach­ teil eines großen Schlupfes. Schmiermittel zum Redu­ zieren der Reibung an den Auflaufflächen führen zu keiner zuverlässigen und langandauernden Reduzierung der Reibkräfte, die außerdem den Nachteil haben, daß die eingeleiteten Axialkräfte nur vermindert für die Spreizung zur Verfügung stehen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, einen Spreizanker der eingangs genannten Art zu schaffen, der zugzonentaug­ lich ist und einen Formschluß über eine große Länge der Bohrlochwandung mit geringen Spreizdrucken und einem optimalen Nachspreizeffekt gewährleistet, wobei zum Spreizen verhältnismäßig kleine Kräfte und ein ver­ hältnismäßig geringer Schlupf erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spreizhülse aus Polymerbeton besteht.

Polymerbeton ist die Bezeichnung für einen Werkstoff, der aus einer Mischung von Füllstoffen und Bindemitteln besteht. Als Füllstoffe werden hauptsächlich Quarzkies, Quarzsand und Quarzmehl wegen der guten mechanischen Eigenschaften des Quarzes, aber auch Kreide, Kaolin, Kalkstein usw. verwendet. Als Bindemittel werden Reaktionsharze, wie zum Beispiel Polyester, Epoxide und Methacrylate verwendet, die mit den entsprechenden chemischen Aktivatoren bereits bei Raumtemperatur aushärten. Polymerbeton zeichnet sich durch eine außerordentlich hohe Festigkeit, geringe Wasserauf­ nahme, geringen Schwund, hohe Chemikalienbeständigkeit und kurze Aushärtezeiten aus.

Infolge der großen Duktilität der aus Polymerbeton hergestellten Spreizhülse paßt sich diese an die Form und die Rauhigkeit der Bohrlochwandung an und gestattet dadurch eine formflüssige Verbindung. Die gleichmäßige Verteilung des Spreizdruckes und der erreichte Form­ schluß über die nahezu gesamte Bohrlochwandung sichern einen optimalen Nachspreizeffekt. Die chemischen Eigenschaften des Polymerbetons führen weiterhin zu einer korrosionsbeständigen Befestigung. Außerdem gewährleistet die Spreizhülse aus Polymerbeton gute Reibungsverhältnisse zwischen den Konen der Ankerstange aus Stahl oder aus Edelstahl und der Spreizhülse, wodurch sich ein optimaler Nachspreizeffekt ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Spreizanker gemäß der Erfindung in einem zylindrischen Bohrloch eines Aufnahme­ werkstoffes in einer Ansicht und in einem Halbschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Spreizanker gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3a einen Querschnitt entlang der Linie III-III durch einen Spreizanker gemäß Fig. 1,

Fig. 3b einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Spreizankers entlang der Linie III-III,

Fig. 4 den Spreizanker gemäß Fig. 1 in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung mit einem radial erweiterten Bohrloch zur Bildung eines Ringspaltes für einen Klebemörtel oder eine Verbundmasse,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Spreizhülse in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 6 den oberen Teil der in Fig. 5 dargestellten Spreizhülse in einer vergrößerten Darstellung in einer Seitenansicht und im Halbschnitt,

Fig. 7 die Verformung der in Fig. 6 unverformten Rippen in einer Seitenansicht und

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Spreizanker, der ein Vorspreizen an seinem vorderen oder hinteren Ende sowie ein ver­ zögertes Aufspreizen im übrigen Bereich gestattet.

In Fig. 1 erkennt man einen Aufnahmewerkstoff 1, der Beton oder ein brüchiges Material sein kann, und der mit einer zylindrischen Bohrung 2 zur Aufnahme eines Spreizankers 3 versehen ist. Der Spreizanker 3 verfügt über eine Ankerstange 4, die einen Schaftabschnitt 5 und einen Spreizabschnitt 6 mit mehreren Spreizkonen 7 aufweist. Die Spreizkonen 7 sind ausgehend vom vorderen Ende 8 am einsteckseitigen Ende der Ankerstange 4 angeordnet. Der Schaftabschnitt 5 verfügt über einen mittleren Abschnitt 9, der einen glatten Mantel auf­ weist, und über einen hinteren Schaftabschnitt 10 mit einem Außengewinde 11. Die Ankerstange 4 besteht aus Stahl oder Edelstahl. Die Spreizkonen 7 verjüngen sich in Richtung vom vorderen Ende 8 der Ankerstange 4 zum hinteren Ende 12 der Ankerstange 4, das in der Gestalt eines Außensechskants ausgebildet sein kann.

Die Spreizkonen 7 verfügen jeweils über eine kurze Überzugzone 13 und einen steilkonischen Abschnitt 14. Außerdem ist den Spreizkonen 7 jeweils ein kurzer zylindrischer Hals 15 zugeordnet. Die Ankerstange 4 verfügt weiterhin über eine Markierung 16.

Wie man in Fig. 1 erkennt, ist der glatte mittlere Abschnitt 9 sowie der Spreizabschnitt 6 von einer Spreizhülse 17 umgeben, die eine im wesentlichen zylin­ drische äußere Form hat und deren Innenwand der Kontur der Ankerstange 4 folgt, so daß auf diese Weise koni­ sche Auflaufflächen 18 gebildet werden, an denen die Spreizhülse 17 aufgeweitet wird, wenn die Ankerstange 4 sich gegenüber der Spreizhülse 17 in Richtung auf ihr hinteres Ende 12 bewegt. Dies geschieht beispielsweise dann, wenn nach dem Setzen des Spreizankers 3 auf die Ankerstange 4 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Mutter aufgeschraubt wird und gegen den in der Zeich­ nung ebenfalls nicht dargestellten Gegenstand angezogen wird.

Die Spreizhülse 17 besteht aus einem Reaktionsharzbeton oder einem Polymerbeton. Der Polymerbeton enthält als Bindemittel einen Reaktionsharz, beispielsweise Polyester, Epoxid oder Methacrylat. Als Füllstoff wird Quarzkies, Quarzsand, Quarzmehl, Quarz, Kreide, Kaolin, Kalkstein usw. verwendet.

Der Fig. 1 kann man weiterhin entnehmen, daß die Spreizhülse 17 mehrere Schlitze 19 aufweist. Diese Schlitze erstrecken sich über den Spreizabschnitt 6 und sind in dem in Fig. 3a dargestellten Querschnitt durch den Spreizanker 3 gut zu erkennen. Im Bereich des mittleren Abschnitts 9 des Schaftabschnittes 5 ist die Spreizhülse 17 mit einem geschlossenen Mantel versehen, der eine umlaufende Nut 20 aufweist, in die ein Federring 21 eingesetzt ist. Der Federring 21, der in Fig. 2 im Querschnitt zu sehen ist, verfügt über mehrere Sicken 22, die zusammen mit dem Federring 21 ein Gleiten an der Bohrlochwand verhindern. Wenn die Schlitze 19 sich über die gesamte Länge der Spreizhülse 17 erstrecken, dient der Federring 21 außerdem dazu, die durch die Schlitze 19 gebildeten Spreizschalen elastisch zusammenzuhalten. Entsprechendes gilt für einen in der Nähe des vorderen Endes 8 angeordneten Federring 23, der in einer Nut 24 axial unverschiebbar gehalten ist, und wie der Federring 21 über Sicken 22 verfügt.

Wenn die Spreizhülse 17 mit durchgehenden Schlitzen 19 versehen ist, beispielsweise vier Schlitzen 19, so werden die vier lösbaren Spreizschalen durch die Federringe 21, 23 elastisch zusammengehalten.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind in der Spreizhülse 17 statt langer durchgehender Schlitze 19 sich über einen Teil der Spreizhülse 17 erstreckende Sollbruchlängsnuten 25 vorgesehen, die in Fig. 3b dargestellt sind, die einen Schnitt durch ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel zeigt.

Der Setzvorgang des Spreizankers 3 erfolgt in der Weise, daß der Spreizanker 3 mit der vorgefertigten Spreizhülse 17 aus Polymerbeton in der zylindrischen Bohrung 2 des Aufnahmewerkstoffes 1 eingeführt wird. Beim Aufbringen der äußeren Kraft verhindern die Federringe 21 und 23 das Gleiten der Spreizhülse 17 bzw. bei durchgehenden Schlitzen der Spreizschalen an den Bohrlochmund. Dabei erfolgt ein Spreizen der Spreizhülse 17 im Spreizabschnitt 6 mit den Spreizkonen 7. Durch die Vielzahl der Spreizkonen 7 und die scha­ lenförmige Ausbildung der Speizhülse 17 aus Polymer­ beton wird ein relativ gleichmäßiger Spreizdruck auf den Aufnahmewerkstoff 1 ausgeübt, wobei Spannungs­ spitzen vermieden werden. Dadurch ist es möglich, den Spreizanker 3 in Bauteilen mit geringen Abmessungen (Bauteildicke, Bauteilbreite, Bauteilecken, Bauteil­ rand) anzuwenden.

Wenn der Spreizanker 3 in einen brüchigen Aufnahme­ werkstoff 1 eingesetzt werden soll, wird das zylin­ drische Bohrloch 2 größer gebohrt und es werden vor­ zugsweise Federringe 21, 23 verwendet, deren Sicken 22 radial weiter abstehen. In Fig. 4 erkennt man, wie der zwischen dem Spreizanker 3 und der Innenwand der zylindrischen Bohrung 2 gebildete Ringspalt mit einer Verbundmasse oder einem Klebemörtel 26 ausgefüllt ist.

Eine zusätzliche Sicherung gegen Herausgleiten der Spreizhülse 17 aus der Bohrung 2 beim Aufbringen einer Zuglast ist in den Fig. 5 bis 7 zu erkennen. In Fig. 5 erkennt man in perspektivischer Darstellung eine Spreizhülse 27 mit sich über einen Teil der Spreizhülse 17 erstreckenden Schlitzen 19 und einem Rippenbereich 28, der sich über wenigstens ein Drittel der gesamten Länge der Spreizhülse 27 vom hinteren Ende der Spreiz­ hülse 27 ausgehend erstreckt. Wie man den Fig. 5 und 6 entnehmen kann, verfügt die Spreizhülse 27 im Rippen­ bereich 28 über eine Vielzahl von Rippen 29, die in radialer Richtung über den Außendurchmesser der Spreiz­ hülse 27 hinausragen und durch in Umfangsrichtung umlaufende nutenförmige Ausnehmungen 30 in axialer Richtung voneinander getrennt sind.

Fig. 7 zeigt, wie die Rippen 29 sich beim Einsetzen des Spreizankers 3 in eine zylindrische Bohrung 2 haken­ förmig verformen und dadurch eine zusätzliche Sicherung gegen Herausgleiten der Spreizhülse 27 bilden.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Spreizankers 33 mit einer Spreizhülse 37 sind Spreizkonen 47, 48 und 49 unterschiedlicher Gestalt vorgesehen. Die Fig. 8 zeigt in ihrer linken Hälfte einen Spreizanker 33 mit drei identischen Spreizkonen 47 und einem dem glatten Schaftabschnitt 50 benach­ barten verlängerten Spreizkonus 48. Der Spreizkonus 48 hat einen Konuswinkel a, der 6 bis 9° beträgt. Der Konuswinkel b der Spreizkonen 47 beträgt hingegen 14 bis 18°. Die sich daraus ergebende kürzere Konuslänge wird durch einen zylindrischen Hals 51 ausgeglichen, dessen Länge die freie Weglänge bestimmt, um die ein Verschieben der Spreizkonen 57 möglich ist, ohne die zugeordneten Auflaufflächen 58 zu berühren.

Wie man in der linken Hälfte der Fig. 8 erkennt, ist dem verlängerten Spreizkonus 48 eine Auflauffläche 59 zugeordnet, die im Ausgangszustand gegen den Konus­ mantel anliegt.

Die den Spreizkonen 47 zugeordneten Auflaufflächen 58 sind in axialer Richtung gegenüber den Konusmänteln der Spreizkonen 47 verschoben, so daß bei einer Bewegung der Ankerstange 34 in Fig. 8 nach oben zunächst eine Spreizung im Bereich des verlängerten Spreizkonus 48 erfolgt, wobei erst nach Durchlaufen der freien Weg­ länge c verzögert ein Aufspreizen im Bereich der üb­ rigen Spreizkonen 47 erfolgt. Der Spreizkonus 48 ver­ spannt zu Beginn des Spreizvorgangs die Spreizhülse 37 mit einer definierten Kraft im Aufnahmewerkstoff 1. Dadurch kann die Spreizhülse 37 bei der Spreizung im Bereich der anderen Spreizkonen 47 nicht aus der zylindrischen Bohrung 2 gleiten. Die Spreizkraft des Spreizkonus 48 wird durch die Auswahl der Konusneigung gesteuert. Das verzögerte Aufspreizen der Spreizkonen 47 ist abhängig vom Abstand der Auflaufflächen 58 der Spreizhülse 37 und der Konusflächen der Spreizkonen 47.

In der rechten Hälfte der Fig. 8 ist eine Ausführung der Ankerstange 34 dargestellt, bei der der verlängerte Spreizkonus 49 sich am vorderen Einsteckende befindet, so daß bei Verspannen der Ankerstange 34 zunächst der Spreizkonus 49 am vorderen Endbereich wirksam wird und ein Vorspreizen und Verklemmen der Spreizhülse 37 am vorderen Einsteckende vornimmt.

Claims (12)

1. Spreizanker mit einer Spreizhülse und einer dieser gegenüber verschieblichen metallischen Anker­ stange, die über einen Schaftabschnitt sowie einen Spreizabschnitt verfügt, der mehrere in axialer Richtung hintereinander gereihte Spreizkonen aufweist, denen zum Angriff auf der Innenseite der Spreizhülse konische Auflaufflächen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizhülse (17, 27, 37) aus Polymerbeton besteht.

2. Spreizanker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spreizhülse (17, 27, 37) mehrere diese in Spreizschalen aufteilende Längsschlitze (19) aufweist.

3. Spreizanker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spreizhülsen (17, 37) wenigstens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut aufweisen, in die ein radial vorstehender Feder­ ring (21, 23) eingesetzt ist.

4. Spreizanker nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Federring (21, 23) mehrere radial vorstehende Sicken (22) aufweist.

5. Spreizanker nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federringe (21, 23) im axialen Abstand voneinander vorgesehen sind, wobei einer von ihnen außerhalb des Spreizabschnittes (6) liegt.

6. Spreizanker nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizhülse (17, 27, 37) auf ihrer Außenseite mehrere in radialer Richtung verlaufende Sollbruchlängsnuten (25) aufweist.

7. Spreizanker nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sollbruchlängsnuten (25) sich vom vorderen Einsteckende (8) der Spreizhülse (17, 27, 37) aus über den gesamten Spreizabschnitt (6) erstrecken.

8. Spreizanker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am hin­ teren Ende der Spreizhülse (27) radial über den Spreizhülsendurchmesser hervorstehende in Um­ fangsrichtung umlaufende Rippen (29) vorgesehen sind, die in axialer Richtung verformbar sind.

9. Spreizanker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ laufflächen (18, 59) der Spreizhülse (17, 27, 37) vor Beginn des Aufspreizens mit der Konusfläche der Spreizkonen (7, 48, 49) in Berührung stehen.

10. Spreizanker nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Einsteckrichtung der erste oder der letzte Spreizkonus (48, 49) vor dem Spreizvorgang als Vorspreizkonus mit der Auflauffläche (59) an der Innenseite der Spreizhülse (37) in Berührung steht, während die übrigen Auflaufflächen (58) in axialer Richtung gegenüber den Konusflächen der übrigen Spreizkonen (47) um eine freie Weglänge zurückversetzt sind.

11. Spreizanker nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der mit der Auflauffläche (59) in Berührung stehende Vorspreizkonus (48, 49) einen Spreizwinkel von 6 bis 9° aufweist, während die übrigen Konen (47) einen Konuswinkel von 14 bis 18° haben und durch zylindrische Hälse (51) auf die Länge des Vorspreizkonus (48, 49) ver­ längert sind.

12. Verfahren zum Setzen eines Spreizankers nach einem der vorstehenden Ansprüche in einen brüchigen Aufnahmewerkstoff, dadurch gekennzeich­ net, daß die zylindrische Bohrung (2) um einen Ringspalt gegenüber der nicht gespreizten Spreiz­ hülse (17, 27, 37) vergrößert gebohrt wird und der Ringspalt zwischen dem Mantel der Spreizhülse (17, 27, 37) und der Bohrlochinnenwandung mit einer Verbundmasse (26) ausgefüllt wird.