DE19634912A1 - Ankerstange für Verbundanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ankerstange für Verbundanker, die mittels einer aushärtbaren anorganischen und/oder organischen Mörtelmasse in einer Aufnahmebohrung befestigt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für die Erstellung von weitgehend spreizdruckfreien Befestigungen haben sich zwei Verankerungsmethoden bewährt. Die eine besteht darin, einen Anker mit ausstellbaren Segmenten in einer Hinterschneidung am Grund der Aufnahmebohrung zu befestigen. Die Segmente werden in den Bereich der Hinterschneidung ausgeklappt und halten den Anker axial durch Formschluß mit der Hinterschneidung. Diese Befestigungsmethode ist relativ aufwendig. Zuerst muß eine Aufnahmebohrung erstellt werden und danach mittels eines speziellen Werkzeugs in einer vorbestimmten Tiefe der Aufnahmebohrung ein Hinterschnitt erzeugt werden. Erst dann kann der Anker in die Aufnahmebohrung eingesetzt werden. Das Ausklappen der Haltesegmente erfolgt beispielsweise durch das axiale Einziehen oder Ausdrücken eines Konus. Die Befestigung ist je nach Winkel der Bohrlochwandung im Übergang zur Hinterschneidung weitgehend spreizdruckfrei.

Eine einfachere Methode zur Erstellung spreizdruckfreier Verankerungen besteht darin, eine Ankerstange mit Hilfe einer aushärtbaren organischen und/oder anorganischen Mörtelmasse in der Aufnahmebohrung zu befestigen. Zu diesem Zweck wird nach der Erstellung der Aufnahmebohrung die Mörtelmasse in die Aufnahmebohrung eingefüllt. In der Regel handelt es sich bei den verwendeten Mörtelmassen um mehrkomponentige Systeme mit Reaktivkomponenten und Zuschlagstoffen, die getrennt voneinander aufbewahrt werden müssen. Die Härtungsreaktion wird erst bei Kontakt und Vermischung der Komponenten miteinander innerhalb der Aufnahmebohrung ausgelöst. Die miteinander reagierenden Komponenten der Mörtelmasse liegen beispielsweise in Glasampullen oder in Beuteln getrennt voneinander vor und werden in die Aufnahmebohrung eingeschoben. Durch das anschließende Einbringen der Ankerstange werden die Glasampullen bzw. die Beutel aufgebrochen, und die Komponenten kommen miteinander in Kontakt. Für die Festigkeit des Verbundmörtels und für die Erzielung möglichst hoher Auszugswerte ist es wichtig, daß die Komponenten der Mörtelmasse innig miteinander vermischt werden. Deshalb wird die Ankerstange beim Einbringen in die Aufnahmebohrung üblicherweise um ihre Längsachse rotiert. Gewindeartige Profilierungen im Verankerungsbereich der Ankerstange sollen die Durchmischung der Komponenten verbessern.

Während mit den bekannten Ankerstangengeometrien in der Regel eine ausreichende Durchmischung der Komponenten erzielt werden kann, besteht doch der Wunsch, die Durchmischung noch weiter zu verbessern. Die Komponenten der Mörtelmasse sollen sich nicht weitgehend unvermischt am Grund der Aufnahmebohrung absetzen. Zugleich soll die Mörtelmasse während des Mischvorgangs am Austreten aus der Aufnahmebohrung gehindert werden. Die Komponenten der Mörtelmasse sollen im Verankerungsbereich der Ankerstange konzentriert sein und dort bestens durchmischt werden. Der rückwärtige Abschnitt der Ankerstange, der mit Mitteln für den Lastangriff, beispielsweise einem Außengewinde, versehen ist, soll frei von der Mörtelmasse bleiben. Ein weiterer, ganz wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Ankerstange für einen Verbundanker zu schaffen, der in einer sich öffnenden Aufnahmebohrung ein gutes Nachspreizverhalten aufweist. Die Ankerstange soll eine Geometrie und Beschaffenheit aufweisen, welche die Rißtauglichkeit des Verbundankers gewährleistet. Dabei soll die Ankerstange in einem Schritt befestigbar sein und abgesehen von einem Dreh-Schlag-Bohrgerät keinen Einsatz von zusätzlichen Hilfsmitteln erfordern.

Die Lösung dieser teils widersprüchlichen Aufgaben besteht in einer Ankerstange, welche die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist. Die erfindungsgemäße Ankerstange für Verbundanker weist einen Verankerungsbereich auf, der in eine aushärtbare anorganische und/oder organische Mörtelmasse einsetzbar ist. In dem daran anschließenden, rückwärtigen Bereich der Ankerstange sind Mittel für den Lastangriff vorgesehen. Der Verankerungsbereich ist dreigeteilt und umfaßt einen vorderen Mischabschnitt, der von einem Kopfteil gebildet ist, das sich zu seinem freien Ende hin konusförmig erweitert und dort eine im wesentlichen senkrecht zur Achse der Ankerstange verlaufende Schneide aufweist. Die Außenfläche des Kopfteils ist gewindeartig profiliert. An den Mischabschnitt schließt ein Förderabschnitt an, der seinerseits an einen rückwärtigen Verdichtungsabschnitt angrenzt. Der Förderabschnitt ist nach Art eines Grobgewindes profiliert, wobei die durch das Grobgewinde gebildeten konusartigen Abschnitte in Richtung des freien Vorderendes erweitert ausgebildet sind. Die gewindeartige Profilierung des Kopfteils und das Grobgewinde des Förderabschnitts weisen den gleichen Drehsinn auf.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination wird die in die Aufnahmebohrung eingebrachte organische und/oder anorganische Mörtelmasse innig gemischt und über den gesamten Verankerungsbereich verteilt. Die am freien Vorderende der Ankerstange vorgesehene Schneide dient dem Aufbrechen und dem Zerkleinern des Gebindes in dem der Mörtel angeordnet ist. Dabei kann der Mörtel in Glasampullen oder in Folienbeuteln vorgelegt werden. Die aus dem Gebinde freigesetzte Mörtelmasse wird während der Rotation der Ankerstange durch die gewindeartige Profilierung der Außenseite des Kopfteils innig mit den Bestandteilen des Gebindes und etwaigen Zuschlagsstoffen gemischt. Besonders bei zwei- oder mehrkomponentigen Mörtelsystemen, beispielsweise einer Harzkomponente und einer Härterkomponente, ist eine besonders gute Durchmischung erwünscht. Der an den Mischabschnitt anschließende Förderabschnitt sorgt dafür, daß die gemischte Mörtelmasse rasch aus dem vordersten Verankerungsbereich abtransportiert wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß der bereits gut durchmischte Mörtelanteil im Mischabschnitt verbleibt und bei der weiteren Rotation der Ankerstange überhitzt wird. Indem der gemischte Mörtelanteil rasch abtransportiert wird, können die noch ungemischten Bestandteile der Mörtelmasse in den Mischabschnitt gelangen, um dort innig miteinander vermischt zu werden. Die grobgewindeartige Profilierung erlaubt den raschen Abtransport einer größeren Mörtelmengen, die auf diese Weise über den gesamten Verankerungsbereich verteilt wird. Die gewindeartige Profilierung des Kopfteils und das Grobgewindes im Förderabschnitt weisen den gleichen Drehsinn auf, damit die Massenförderung vom freien Vorderende der Ankerstange über den gesamten Verankerungsbereich nicht behindert wird. In dem an den Förderabschnitt anschließenden Verdichtungsabschnitt des Verankerungsbereiches wird der Fördervorgang der Mörtelmasse verlangsamt und schließlich unterbrochen. Damit ist sichergestellt, daß die gut durchmischte Mörtelmasse nicht aus der Aufnahmebohrung austreten kann und im Verankerungsbereich der Ankerstange verbleibt.

Das Kopfteil erweitert sich konisch in Richtung des freien Vorderendes. Durch die grobgewindeartige Profilierung des Förderabschnitts werden konusartige Abschnitte gebildet, die sich in Richtung des freien Vorderendes der Ankerstange erweitern. Durch diese spezielle Gestalt des Kopfteils und des Förderabschnitts wird die Rißtauglichkeit der Ankerstange gewährleistet. In einem sich öffnenden Riß in der Aufnahmebohrung rutscht die Ankerstange bei Belastung eine kleine Wegstrecke in Richtung der Bohrlochmündung. Dabei verschieben sich die konusartigen Abschnitte des Förderabschnitts und des Kopfteils. Dadurch kommt es zu einem Nachspreizen in der Mörtelmasse, und die Haltekraft des Verbundankers bleibt erhalten.

Die erfindungsgemäße Ankerstange ist sehr einfach und ohne zusätzliche Hilfsmittel in einer vorbereiteten Aufnahmebohrung zu befestigen. Es wird lediglich ein Dreh-Schlag-Bohrgerät benötigt, das ohnehin von der Erstellung der Aufnahmebohrung zur Verfügung steht. Die Ankerstange wird mit ihrem rückwärtigen Ende in die Werkzeugaufnahme des Dreh-Schlag Bohrgerätes eingesteckt. Das Setzen der Ankerstange in die mit einem Mörtelgebinde bestückte Aufnahmebohrung erfolgt in der gewohnten Art, indem die Ankerstange drehend-schlagend in die Aufnahmebohrung eingeführt wird.

Indem die grobgewindeartige Profilierung des Förderabschnitts eine größere Gewindesteigung und Gewindetiefe aufweist als die gewindeartige Profilierung des Kopfteils sind der Mischabschnitt und der Förderabschnitt klar getrennt. Die Bestandteile der Mörtelmasse werden durch den feineren Gewindebereich am Kopfteil gut durchmischt. Im Förderabschnitt erfolgt nur noch ein Abtransport der gemischten Mörtelmasse. Die große Gewindesteigung und die relativ große Gewindetiefe der gewindeartigen Profilierung sind nur auf den schnellen Transport einer großen Mörtelmenge ausgelegt. Es kommt im Förderbereich praktisch zu keiner weiteren Durchmischung der Mörtelmasse.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung nimmt die Gewindesteigung der grobgewindeartigen Profilierung des Förderabschnitts zum Verdichtungsabschnitt hin ab. Dadurch wird die Fördergeschwindigkeit der über den Verankerungsbereich verteilten gemischten Mörtelmasse nach rückwärts hin verlangsamt und es erfolgt bereits eine gewisse Vorverdichtung der Mörtelmasse. Dadurch kann die Wirkung des Verdichtungsabschnittes noch unterstützt werden und es ist gewährleistet, daß keine Mörtelmasse aus der Aufnahmebohrung austritt. Die Verringerung der Gewindesteigung in Richtung des Verdichtungsabschnitts bedingt auch eine Verkürzung der konusförmigen Abschnitte. Diese gewählte Geometrie der konusförmigen Abschnitte des Förderabschnitts unterstützt das Nachspreizverhalten des Verbundankers beispielsweise im gerissenen Beton bei einer sich öffnenden Aufnahmebohrung und führt zu einer besseren Einleitung des Spreizdrucks über die Länge des Verankerungsbereiches.

Indem der Verdichtungsabschnitt wenigstens einen Konus aufweist, der sich zum freien Vorderende hin erweitert, trägt auch dieser Abschnitt des Verankerungsbereiches zum Nachspreizverhalten des Verbundankers bei und die Haltewerte können, beispielsweise im gerissenen Beton, erhöht werden.

Für eine bessere Verteilung der im Nachspreizfall in den Untergrund eingeleiten Spreizkräfte ist es vorteilhaft, wenn im Bereich des größten Außendurchmessers des Konus ein Gegenkonus anschließt, der zum freien Vorderende hin verjüngt ausgebildet ist und eine Länge von etwa 1/4 bis etwa 2/3 der Länge des Konus aufweist.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die Schneide am freien Vorderende durch eine keilförmige Abschrägung des Kopfteils gebildet, die sich über den gesamten Durchmesser des Kopfteils erstreckt. Die auf diese Weise gebildete scharfe Schneide verläuft im Umfangsbereich des Kopfteils. Die Schneide ist für das Aufbrechen und die zuverlässige Zerkleinerung sowohl von Glasgebinden als auch von Folienbeuteln geeignet, in denen die Mörtelkomponenten untergebracht sind. Indem die Abschrägung unter einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Achse der Ankerstange geneigt verläuft, werden die axialen Schläge des Dreh-Schlag-Bohrgeräts besonders gut auf das Gebinde übertragen und wird das Gebinde bei der Rotation der Ankerstange zerkleinert ohne es zu verdichten.

Die Oberfläche des Verankerungsbereichs weist gegenüber der organischen und/oder anorganischen Mörtelmasse vorzugsweise nichthaftende Eigenschaften auf. Dadurch ist sichergestellt, daß die Ankerstange und die Mörtelmasse sich im Rißsfall zuverlässig voneinander lösen und daß die Ankerstange nachspreizen kann. Aus fertigungstechnischer Sicht erweist es sich dabei von Vorteil, wenn die Oberfläche des Verankerungsbereichs galvanisch glanzvernickelt ist. Dieser Fertigungsschritt kann auf kostengünstige Weise in die Serienproduktion integriert sein. Die Ankerstange weist die gewünschte Oberfläche auf und ist überdies gegenüber korrosiven Angriffen geschützt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ankerstange; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Ankerstange gemäß der Erfindung.

Die in den Fig. 1 und 2 beispielsweise dargestellten Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Ankerstange für Verbundanker weisen einen rückwärtigen Bereich 1 auf, der mit einem Außengewinde 2 als Lastangriffsmittel versehen ist. Am rückwärtigen Ende der Ankerstange, welches in der Regel aus der Aufnahmebohrung ragt, ist ein Ansteckende 3 angeformt, mit dem die Ankerstange zum Setzen in die Werkzeugaufnahme eines nicht dargestellten Dreh-Schlag-Bohrgerätes einsetzbar ist. An den rückwärtigen Bereich 1 der Ankerstange schließt ein Verankerungsbereich 4 an, der in eine aushärtbare organische und/oder anorganische Mörtelmasse einsetzbar ist.

Der Verankerungsbereich 4 umfaßt drei Abschnitte, die gemäß ihrer Funktion unterschiedlich gestaltet sind. Der vorderste Abschnitt des Verankerungsbereiches 4 ist als Mischbereich 5 ausgebildet und umfaßt eine Kopfteil, das sich zum freien Vorderende 6 hin konisch erweitert. Am freien Vorderende 6 ist eine Schneide 7 vorgesehen, die sich etwa senkrecht zur Achse A der Ankerstange erstreckt. Zur Bildung der Schneide 7 ist das Kopfteil 5 im vorderen Bereich mit einer Abschrägung 8 versehen, die unter einem Winkel α von vorzugsweise etwa 45° gegenüber der Achse A der Ankerstange geneigt verläuft und sich über den gesamten Durchmesser der Ankerstange erstreckt. Auf diese Weise ist die Schneide 7 im Bereich des Umfangs des Kopfteils 5 angeordnet. Die Außenfläche des Kopfteils 5 weist im nicht abgeschrägten Abschnitt des Umfangs eine gewindeartige Profilierung 9 auf.

Im Anschluß an den Mischabschnitt 5 ist ein Förderabschnitt 10 angeordnet, der eine Profilierung 11 nach Art eines Grobgewindes aufweist. Das Grobgewinde 11 besitzt den gleichen Drehsinn wie die gewindeartige Profilierung 9 des Kopfteils 5. Durch das Grobgewinde 11 werden konusartige Abschnitte 12 gebildet, die sich in Richtung des freien Vorderendes 6 erweitern. Die Steigung s₁, s₂, s₃ des Grobgewindes 11 und seine Gewindetiefe t ist größer als die Steigung und die Gewindetiefe der gewindeartigen Profilierung an der Außenfläche 9 des Kopfteils 5. Vorzugsweise nimmt die Steigung s₁, s₂, s₃ des Grobgewindes mit der Anzahl Windungen in Richtung des rückwärtigen Bereiches 1 ab.

An den Förderabschnitt 10 schließt nach rückwärts ein Verdichtungsabschnitt 13 an, der als Förderstopp für die Mörtelmasse dient. Die beiden Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 unterscheiden sich im wesentlichen nur durch die Ausbildung dieses Verdichtungsabschnittes 13. Während im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 der Verdichtungsabschnitt 13 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der etwa dem Außendurchmesser des mit einem Außengewinde 2 versehenen rückwärtigen Bereiches 1 entspricht, ist im Ausführungsbeispiel der Ankerstange gemäß Fig. 2 wenigstens ein Konus 14 vorgesehen, der im Anschluß an eine Einschnürung der Ankerstange im Verdichtungsabschnitt angeordnet ist und sich in Richtung des freien Vorderendes 6 erweitert. Wie beispielsweise dargestellt, schließt an den Konus 14 in dessen durchmessergrößten Bereich ein Gegenkonus 15 an, der sich zum letzten Konusabschnitt des Grobgewindes hin wieder verjüngt. Die axiale Länge b des Gegenkonus 15 beträgt dabei etwa 1/4 bis etwa 2/3 der Länge a des Konus 14 im Verdichtungsabschnitt 13. Während in Fig. 2 nur ein einziger Konus 14 mit Gegenkonus 15 dargestellt ist, können auch mehrere Konen mit zugeordneten Gegenkonen hintereinander angeordnet sein. Die Konen können dabei jeweils gleich lang sein; ihre Länge kann auch in Richtung des rückwärtigen Bereichs 1 abnehmen. Es versteht sich, daß die maximalen Außendurchmesser der einzelnen Abschnitte 5, 10, 13 des Verankerungsbereichs 4 aufeinander abgestimmt sind und einander entsprechen. Vorteilhafterweise stimmen die größten Außendurchmesser der einzelnen Abschnitte 5, 10, 13 des Verankerungsbereichs 4 mit dem Außendurchmesser der Ankerstange im rückwärtigen Bereich 1 überein.

Die am Beispiel von zwei Ausführungsvarianten erläuterte, erfindungsgemäße Ankerstange gewährleistet eine innige Durchmischung der einzelnen Komponenten von zwei- oder mehrkomponentigen Mörtelsystemen. Die gemischte Mörtelmasse wird gleichmäßig über den Verankerungsbereich der Ankerstange verteilt und am Austreten aus der Aufnahmebohrung gehindert. Die erfindungsgemäße Geometrie der Ankerstange unterstützt das Nachspreizverhalten der Ankerstange, wodurch sie auch in gerissenem Untergrund bei sich öffnendem Riß ausreichend hohe Halterwerte gewährleistet. Indem die Oberfläche des Verankerungsbereichs derart behandelt ist, daß sie gegenüber der ausgehärteten Mörtelmasse nichthaftende Eigenschaften aufweist, kann das Nachspreizverhalten der Ankerstange noch weiter verbessert werden. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Ankerstange daher wenigstens im Verankerungsbereich galvanisch glanzvernickelt und/oder verchromt. Die erfindungsgemäße Ankerstange ist einfach und ohne aufwendige Hilfsmittel in einer mit einem Mörtelgebinde verfüllten Aufnahmebohrung befestigbar.

Claims (9)

1. Ankerstange für Verbundanker mit einem Verankerungsbereich (4), der in eine aushärtbare anorganische und/oder organische Mörtelmasse einsetzbar ist, und einem daran anschließenden, rückwärtigen Bereich (1), der mit Mitteln (2) für den Lastangriff ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verankerungsbereich (4) einen vorderen Mischabschnitt (5) umfaßt, der von einem Kopfteil gebildet ist, das sich zu seinem freien Ende (6) hin konusförmig erweitert und dort eine im wesentlichen senkrecht zur Achse (A) der Ankerstange verlaufende Schneide (7) aufweist und eine gewindeartig profilierte Außenfläche (9) aufweist, und daß an den Mischabschnitt (9) ein Förderabschnitt (10) anschließt, der an einen rückwärtigen Verdichtungsabschnitt (13) angrenzt und nach Art eines Grobgewindes (11) profiliert ist, wobei die durch das Grobgewinde (11) gebildeten konusartigen Abschnitte (12) in Richtung des freien Vorderendes (6) erweitert ausgebildet sind, und daß die gewindeartige Profilierung (9) des Kopfteils (5) und das Grobgewinde (11) des Förderabschnitts (10) den gleichen Drehsinn aufweisen.

2. Ankerstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die grobgewindeartige Profilierung (11) des Förderabschnitts (10) eine größere Gewindesteigung (s₁, s₂, s₃) und Gewindetiefe (t) aufweist als die gewindeartige Profilierung (9) des Kopfteils (5).

3. Ankerstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesteigung (s₁, s₂, s₃) der grobgewindeartigen Profilierung (11) des Förderabschnitts (10) zum Verdichtungsabschnitt (13) hin abnimmt.

4. Ankerstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsabschnitt (13) wenigstens einen Konus (14) aufweist, der sich zum freien Vorderende (6) hin erweitert.

5. Ankerstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des größten Außendurchmesser des Konus (14) ein Gegenkonus (15) anschließt der zum freien Vorderende (6) hin verjüngt ausgebildet ist und eine Länge (b) von etwa 1/4 bis etwa 2/3 der Länge (a) des Konus (14) aufweist.

6. Ankerstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (7) am freien Vorderende (6) durch eine keilförmige Abschrägung (8) des Kopfteils (5) gebildet ist, die sich über den gesamten Durchmesser des Kopfteils (5) erstreckt.

7. Ankerstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (8) unter einem Winkel (α) von etwa 45° gegenüber der Achse (A) der Ankerstange geneigt verläuft.

8. Ankerstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Verankerungsbereichs (4) gegenüber der organischen und/oder anorganischen Mörtelmasse nichthaftende Eigenschaften aufweist.

9. Ankerstange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Verankerungsbereichs (4) galvanisch glanzvernickelt und/oder verchromt ist.