DE102010024352A1 - Improved tie rod made of fiber-reinforced plastic - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zuganker (1), insbesondere Felsanker, aus faserverstärktem Kunststoff, umfassend einen aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Ankerstab (2), der zumindest auf einem Teilbereich ein Ankergewinde (6) aufweist, eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Ankerplatte (5) mit einer Ankerlochbohrung (15), durch die der Ankerstab (2) hindurchgeführt ist, und eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Ankermutter (3) mit einem Innengewinde, die auf das Ankergewinde (6) des Ankerstabs (2) aufschraubbar und gegen die Ankerplatte (5) abstützbar ist, wobei die Ankerplatte (5) mit einer gewölbten Anlagefläche (14) versehen ist, die mit einer der Ankermutter (3) zugeordneten komplementären Kontaktfläche (12) derart zusammenwirkt, dass der Ankerstab (2) in mindestens einer Richtung um einen Winkel (α) schräg zur Ankerplatte (5) kippbar ist, wobei die Ankermutter (3) in eine Durchgangsbohrung (21) eines vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Sitzrings (4) eingreift, wobei die Ankermutter (3) außenseitig einen konusförmigen Bereich (8) aufweist, mit dem sie an einem komplementären Innenkonus (11) des Sitzrings (4) anliegt, wobei in dem konusförmigen Bereich (8) der Ankermutter (3) mindestens ein vorzugsweise achsparallel verlaufender Schlitz (9) vorgesehen ist, der die Mutterwandung zumindest über einen Teilbereich des konusförmigen Bereichs (8) unterbricht, und wobei die mit der gewölbten Anlagefläche (14) der Ankerplatte (5) zusammenwirkende komplementäre Kontaktfläche (12) an dem Sitzring (4) ausgebildet ist.The invention relates to a tie rod (1), in particular a rock anchor, made of fiber-reinforced plastic, comprising an anchor rod (2) made of fiber-reinforced plastic, which has an anchor thread (6) at least in a partial area, an anchor plate (5) made of fiber-reinforced plastic with a Anchor hole (15) through which the anchor rod (2) is passed, and an anchor nut (3) made of fiber-reinforced plastic with an internal thread, which can be screwed onto the anchor thread (6) of the anchor rod (2) and supported against the anchor plate (5) is, wherein the anchor plate (5) is provided with a curved contact surface (14) which cooperates with a complementary contact surface (12) assigned to the anchor nut (3) in such a way that the anchor rod (2) in at least one direction by an angle (α ) is tiltable at an angle to the anchor plate (5), the anchor nut (3) in a through hole (21) of a preferably made of fiber-reinforced plastic Seat ring (4) engages, the anchor nut (3) having a conical area (8) on the outside, with which it rests against a complementary inner cone (11) of the seat ring (4), the anchor nut (3) in the conical area (8) ) at least one slot (9), preferably running parallel to the axis, is provided which interrupts the mother wall at least over a partial area of the conical area (8), and wherein the complementary contact surface (12) cooperating with the curved contact surface (14) of the anchor plate (5) the seat ring (4) is formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff (GFK) bestehenden Zuganker nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a fiber reinforced plastic, in particular fiberglass-reinforced plastic (GRP) existing tie rods according to the preamble of claim 1.

Die Anwendung derartiger Zuganker erfolgt überwiegend als Felsanker in den untertägigen Tunnelstrecken des Bergbaus, z. B. in Steinkohlebergwerken. Aufgrund der dort räumlich meist sehr beengten Verhältnisse werden Felsanker als Klebeanker in dreh-bohrend hergestellten Bohrlöchern versetzt. Diese werden überwiegend während der Vortriebsarbeiten zur temporären Sicherung von Ortsbrust, von Teilen der Firste und insbesondere zur Sicherung der Stöße und dort im Bereich des Minerals/Kohleflözes verwendet, um den späteren, maschinellen Vortrieb bzw. Abbau nicht zu behindern, bei dem die Anker durch Wegfräsen schrittweise entfernt werden. Des weiteren können derartige Zuganker auch als Endverankerung auf Bewehrungsstäben für Anwendungen in Beton zur Minimierung von Verbundlängen eingesetzt werden.The application of such tie rods is predominantly as rock anchors in the underground tunnels of mining, z. B. in hard coal mines. Due to the space there usually very cramped conditions rock anchors are offset as adhesive anchors in rotary drilling boreholes. These are mainly used during the tunneling work for the temporary securing of working face, parts of the ridges and in particular for securing the joints and there in the area of the mineral / coal seam, so as not to hinder the subsequent, mechanical propulsion or dismantling, in which the anchors pass through Routing away gradually. Furthermore, such tie rods can also be used as the final anchorage on rebars for concrete applications to minimize composite lengths.

Derartige Zuganker sind beispielsweise aus der DE 198 28 371 A1 bekannt, auf die für weitere Einzelheiten, insbesondere auch zum Einsatz und zur Herstellung der Zuganker, verwiesen wird.Such tie rods are for example from the DE 198 28 371 A1 to which reference is made for further details, in particular also for use and for the manufacture of tie rods.

Ein hochzugfester und korrosionsbeständiger Zuganker der eingangs genannten Art ist aus der DE 299 00 172 U1 bekannt. Die Ankermutter liegt dabei mittels einer gewölbten Stirnseite an einer daran angepasst gewölbten Auflagefläche der Ankerplatte an, so dass ein Winkelausgleich der Ankerachse zur Felsoberfläche erfolgen kann.A high-tensile and corrosion-resistant tie rods of the type mentioned is from the DE 299 00 172 U1 known. The anchor nut lies by means of a curved end face against a curved support surface of the anchor plate which is adapted to it, so that an angle compensation of the anchor axis to the rock surface can take place.

Obwohl mit derartigen Systemen bereits relativ feste Zugankerverbindungen erzielt werden können, bleiben die Festigkeitswerte noch hinter denen von vergleichbaren Stahlankersystemen mit identischem Spannungsquerschnitt zurück. Insbesondere wenn es durch Konvergenzen im oberflächennahen Gebirgskörper zu Setzerscheinungen kommen kann ist eine weitere Steigerung der Festigkeit des Zugankers erstrebenswert, um ausreichend hohen und zugleich früh-tragend wirkenden Ausbauwiderstand zu gewährleisten.Although relatively strong tie-bolt connections can already be achieved with such systems, the strength values are still lower than those of comparable steel armature systems with identical stress cross-sections. In particular, when settling phenomena occur in the near-surface rock body due to convergence, a further increase in the strength of the tie rod is desirable in order to ensure a sufficiently high and at the same time early-wearing expansion resistance.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen preiswert herzustellenden und leicht handhabbaren Zuganker der eingangs genannten Art aus faserverstärktem Kunststoff zu schaffen, der auch bei Setzerscheinungen des Untergrunds eine erhöhte Tragfähigkeit und höhere Festigkeitswerte erreicht.Object of the present invention is to provide an inexpensive to manufacture and easy to handle tie rods of the type mentioned in fiber-reinforced plastic, which achieves increased load capacity and higher strength values even when subsidence of the subsurface.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zuganker nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a tie rod according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass die Ankermutter in eine Durchgangsbohrung eines vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Sitzrings eingreift, wobei die Ankermutter außenseitig einen konusförmigen Bereich aufweist, mit dem sie an einem komplementären Innenkonus des Sitzrings anliegt, und wobei in dem konusförmigen Bereich der Ankermutter mindestens ein vorzugsweise achsparallel verlaufender Schlitz vorgesehen ist, der die Mutterwandung in Umfangsrichtung zumindest über einen Teilbereich des konusförmigen Bereichs unterbricht, und dass die mit der gewölbten Anlagefläche der Ankerplatte zusammenwirkende komplementäre Kontaktfläche an dem Sitzring ausgebildet ist.It is essential in the inventive solution that the anchor nut engages in a through hole of a preferably made of fiber reinforced plastic seat ring, wherein the anchor nut has on the outside a conical region with which it bears against a complementary inner cone of the seat ring, and wherein in the cone-shaped portion of Anchor nut at least one preferably axially parallel slot is provided which interrupts the nut wall in the circumferential direction over at least a portion of the cone-shaped portion, and that the cooperating with the curved contact surface of the anchor plate complementary contact surface is formed on the seat ring.

Der Hauptvorteil liegt dabei darin, dass aufgrund der geschlitzten Ausführung der Ankermutter und des hierdurch beim Einbringen der Ankermutter in den Sitzring ermöglichten Zusammendrückens des Muttergewindes nach innen ein wesentlich festerer Halt der Ankermutter auf dem Ankergewinde des Ankerstabs erzielt wird. Gerade auch dann, wenn es im oberflächennahen Gebirgskörper Setzerscheinungen auftreten, wird der erfindungsgemäß aus Ankermutter, Sitzring und Ankerplatte bestehende Ankerkopf weiter zusammengepresst und der Sitzring gleitet weiter auf den Konus der Mutter auf. Dabei erhöht sich die Traglast der gesamten Ankerkopfkonstruktion so erheblich, dass Arbeitslasten erreicht werden, die mit denen von Stahlankersystem mit identischem Spannungsquerschnitt vergleichbar sind.The main advantage lies in the fact that, due to the slotted design of the anchor nut and the resulting compression of the female thread in the seat ring during insertion of the female thread, a substantially stronger hold of the anchor nut on the anchor thread of the anchor rod is achieved. Even when it is in the near-surface mountain body settling phenomena, the present invention of anchor nut, seat ring and anchor plate existing anchor head is further compressed and the seat ring slides on the cone of the mother. The load capacity of the entire anchor head construction increases so significantly that workloads are achieved that are comparable to those of steel anchor system with identical voltage cross-section.

Dieser erfindungsgemäße Effekt, bei dem die volle Ankerkopfwirkung des Felsankersystems in zwei Stufen, nämlich einerseits durch aktives Setzen des Zugankers und andererseits durch folgendes, passives Selbstverspannen infolge Konvergenzen bei Setzungserscheinungen des Gebirges unter nahezu beliebigen Einbausituationen erzielt werden kann, ermöglicht eine einfache, schnelle und somit kostengünstige Ankerung. Dabei können diese Vorteile sowohl bei temporären als auch bei permanenten Ankerungen erreicht werden, da je nach Wahl des Faser-Materials und des Matrixharzes auch eine Langzeitbeständigkeit sofort gegeben ist und hohe Gebrauchslasten bereitgestellt werden.This effect according to the invention, in which the full anchor head effect of the rock bolt system can be achieved in two stages, namely on the one hand by active setting of the tie rod and on the other hand, by passive self-tensioning due to convergence in settlement phenomena of the mountains under almost any installation situation, allows a simple, fast and thus inexpensive anchorage. These advantages can be achieved in both temporary and permanent anchors, since depending on the choice of fiber material and the matrix resin and long-term stability is given immediately and high service loads are provided.

Ein Vorteil besteht darin, dass bei Überlastung (vergleichbar den Materialeigenschaften im hohen Plastifizierungsbereich von vergleichbaren Stahlankersystemen) der Ankerkopf aufgrund der geringeren E-Moduln des Komposits und den resultierenden Elastizitäten nicht schlagartig abreißt, sondern langsam abgestreift wird.One advantage is that in case of overload (comparable to the material properties in the high plasticizing range of comparable steel anchor systems), the anchor head does not abruptly break off due to the lower moduli of elasticity of the composite and the resulting elasticities, but is slowly stripped off.

Auch die Konstruktion ist relativ einfach, so dass der erfindungsgemäße Zuganker kostengünstig herstellbar ist. The construction is relatively simple, so that the tie rod according to the invention is inexpensive to produce.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Außenkonus der Ankermutter im Innenkonus des Sitzrings selbstklemmend ausgebildet ist. Hierdurch kann die hohe Tragfähigkeit dauerhaft gesichert erhalten bleiben.It is particularly advantageous if the outer cone of the anchor nut is designed to be self-clamping in the inner cone of the seat ring. As a result, the high load capacity remain permanently secured.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das geschlitzte Konussegment der Ankermutter beim Anspannen des Zugankers durch Eindringen in den Innenkonus des Sitzrings derart nach innen zusammengedrückt wird, dass das radiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab und der Ankermutter verringert wird. Auf diese Weise werden erhöhte Festigkeitswerte des Ankerschaftes auch am Ankerkopf erzielt.It is also particularly advantageous if the slotted cone segment of the anchor nut is compressed during the tension of the tie rod by penetrating into the inner cone of the seat ring inwardly so that the radial thread play between the anchor rod and the anchor nut is reduced. In this way, increased strength values of the armature shaft are also achieved at the anchor head.

Vorzugsweise kann das geschlitzte Konussegment der Ankermutter beim Anspannen des Zugankers durch den Innenkonus des Sitzrings dabei soweit nach innen zusammengedrückt werden, dass das radiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab und der Ankermutter zumindest nahezu vollständig aufgehoben ist.Preferably, the slotted cone segment of the anchor nut when tightening the tie rod by the inner cone of the seat ring are thereby compressed so far inward that the radial thread clearance between the anchor rod and the anchor nut is at least almost completely eliminated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das geschlitzte Konussegment der Ankermutter durch den Innenkonus des Sitzrings soweit nach innen zusammengedrückt werden kann, dass nicht nur das radiale Gewindespiel, sondern auch das axiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab und der Ankermutter vollständig aufgehoben ist. Hierdurch können einerseits maximale Traglasten und Festigkeitswerte des Ankersystems und andererseits schlupffreie Festlegungen z. B. auch von Bewehrungsstäben in Betonanwendungen erzielt werden.It is particularly advantageous if the slotted cone segment of the anchor nut can be compressed inwardly by the inner cone of the seat ring so that not only the radial thread clearance but also the axial thread play between the anchor rod and the anchor nut is completely eliminated. As a result, on the one hand maximum load capacities and strength values of the anchor system and on the other hand slip-free specifications z. B. also be achieved by reinforcing bars in concrete applications.

Eine konstruktiv besonders einfache und axial kleinbauende Ausführungsform kann dadurch erreicht werden, dass die Anlagefläche der Ankerplatte konkav gewölbt ist, während die komplementäre Kontaktfläche des Sitzrings konvex gewölbt ist. Grundsätzlich ist die Möglichkeit zum Winkelausgleich der Ankerachse zur Felsoberfläche aber auch bei einer umgekehrten Ausführungsform gegeben, bei der die Anlagefläche der Ankerplatte konvex gewölbt und die komplementäre Kontaktfläche des Sitzrings konkav gewölbt ist.A structurally particularly simple and axially small-sized embodiment can be achieved in that the contact surface of the anchor plate is concave, while the complementary contact surface of the seat ring is convex. In principle, the possibility for angular compensation of the armature axis to the rock surface but also given in a reverse embodiment in which the contact surface of the anchor plate is convex and the complementary contact surface of the seat ring is concave.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlagefläche der Ankerplatte und die komplementäre Kontaktfläche des Sitzrings sphärisch bzw. kugeloberflächenförmig gewölbt sind. Auf diese Weise kann der Winkelausgleich zwischen der Ankerachse und der Felsoberfläche besonders leicht in alle Richtungen erfolgen.According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the contact surface of the anchor plate and the complementary contact surface of the seat ring are curved spherical or spherical surface. In this way, the angle compensation between the anchor axis and the rock surface can be done particularly easily in all directions.

Günstig ist es dabei, wenn die Ankerlochbohrung der Ankerplatte auf der von der Ankermutter abgewandten Seite kegelstumpfartig erweitert ist, um die Neigung des Ankerstabs zur Ankerplatte beim Winkelausgleich zu erleichtern.It is advantageous if the anchor hole bore of the anchor plate is extended on the side facing away from the anchor nut side truncated cone to facilitate the inclination of the anchor rod to the anchor plate at the angle compensation.

Die Festigkeit der Ankerplatte kann dadurch gesteigert werden, dass die Ankerlochbohrung der Ankerplatte auf der von der Ankermutter abgewandten Seite in einer radialen Richtung langlochartig vergrößert ist. In dieser Richtung ist dann eine größere Neigung des Ankerstabs möglich als in den anderen Richtung, wo statt dessen mehr Material an der Ankerplatte zur Verfügung steht. Durch eine Verdrehung der Ankerplatte kann die Richtung der größten Neigung angepasst werden.The strength of the anchor plate can be increased by the fact that the anchor hole bore of the anchor plate is enlarged slot-like in a radial direction on the side facing away from the anchor nut side. In this direction, then a greater inclination of the anchor rod is possible than in the other direction, where instead of more material is available at the anchor plate. By twisting the anchor plate, the direction of the greatest inclination can be adjusted.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Anker-Set, das mindestens einen Ankerstab, mindestens eine Ankermutter, mindestens eine Ankerplatte und mindestens einen Sitzring der voranstehend beschriebenen Art umfasst, wobei diese Komponenten des Zuganker-Sets jeweils aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.The subject of the present invention is also an anchor set comprising at least one anchor rod, at least one anchor nut, at least one anchor plate and at least one seat ring of the type described above, wherein these components of the tie rod set each consist of fiber-reinforced plastic.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description and the embodiments illustrated in the drawings. Show it:

1: Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zuganker in einer ausgelenkten Winkelstellung; 1 : Cross section through a tie rod according to the invention in a deflected angular position;

2: Zuganker aus 1 in gesetztem Zustand; 2 : Tie rod out 1 in set condition;

3: Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zuganker in einer nicht ausgelenkten Stellung; 3 : Cross section through a tie rod according to the invention in a non-deflected position;

4: Zuganker aus 3 in gesetztem Zustand; 4 : Tie rod out 3 in set condition;

5: Querschnitt durch den Sitzring der Zuganker aus den 1-4; 5 : Cross section through the seat ring of the tie rods from the 1 - 4 ;

6: Seitenansicht der Ankermutter der Zuganker aus den 1-4; und 6 : Side view of the anchor nut of the tie rods from the 1 - 4 ; and

7: Stirnansicht der Ankermutter aus 6. 7 : Front view of anchor nut off 6 ,

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Felsankers 1, der vollständig aus Faserverbundwerkstoff besteht. Er besteht aus den folgenden vier Elementen: Ankerstab 2, Ankermutter 3, Sitzring 4 und Ankerplatte 5. 1 shows an embodiment of a rock anchor according to the invention 1 which consists entirely of fiber composite material. It consists of the following four elements: anchor rod 2 , Anchor nut 3 , Seat ring 4 and anchor plate 5 ,

Der Ankerstab 2 besteht hier zu mindestens 75 Volumen-% aus Glasfasern (Rovings) mit hoher Festigkeit und hoher chemischer Widerstandsfähigkeit und zu höchstens 25 Volumen-% aus Matrixharz, das je nach Einsatzbedingungen Polyester-, Vinylester- oder Epoxydharz sein kann. Der Ankerstab 2 wird in einem modifizierten Pultrusionsverfahren hergestellt, bei dem die äußeren Fasern im Prozess und vor Aushärten des Matrixharzes aus unidirektionaler Anordnung umgerichtet werden zu wellensegmentartigem Verlauf, wodurch ohne Faserunterbrechung ein grobes Rippenprofil entsteht, welches durch seine besondere Geometrie ein dauerhaft hochtragfähiges Gewinde 6 bildet. The anchor rod 2 consists here of at least 75% by volume of glass fibers (rovings) with high strength and high chemical resistance and at most 25% by volume of matrix resin, which may be depending on the application polyester, vinyl ester or epoxy. The anchor rod 2 is manufactured in a modified pultrusion process, in which the outer fibers are reoriented in the process and before curing of the matrix resin from unidirectional arrangement to wave segment-like course, whereby without fiber interruption a coarse rib profile is formed, which by its special geometry a durable hochtragfähiges thread 6 forms.

Die Ankermutter 3, der Sitzring 4 sowie die Ankerplatte 5 bestehen hier jeweils zu mindestens 60 Volumen-% aus Glasfasern mit hoher Festigkeit und hoher chemischer Widerstandsfähigkeit und zu höchstens 40 Volumen-% aus Matrixharz, das je nach Einsatzbedingungen Polyester-, Vinylester- oder Epoxydharz sein kann. Dabei werden die Ankermutter 3, der Sitzring 4 sowie die Ankerplatte 5 jeweils in einem modifizierten Moulding-Verfahren hergestellt, bei dem die Fasern als Gelege/Gewebe in Kombination mit Kurz- und Langfasern sowie Rovings verwendet werden.The anchor nut 3 , the seat ring 4 as well as the anchor plate 5 consist here in each case at least 60% by volume of glass fibers with high strength and high chemical resistance and at most 40% by volume of matrix resin, which may be depending on the application conditions polyester, vinyl ester or epoxy resin. This will be the anchor nut 3 , the seat ring 4 as well as the anchor plate 5 each manufactured in a modified molding process, in which the fibers are used as scrim / fabric in combination with short and long fibers and rovings.

Die Ankermutter 3 verfügt am vorderen Ende über einen Außensechskant 7 zur Montage und Vorspannung, und am hinteren Ende über einen Außenkonus 8, der selbstklemmend ausgeführt ist und einen hier achsparallel ausgerichteten Schlitz 9 aufweist. Anstelle der hier gezeigten Ausführungsvariante mit nur einem Schlitz kann der konische Bereich 8 auch durch mehrere Schlitze, beispielsweise durch Parallelschlitze oder Doppelschlitze in mehrere Segmente unterteilt werden. Über ein dem wellenartigen Sondergewindeprofil 6 des Ankerstabs 2 angepasstes Innengewinde 10 kann die Ankermutter 3 zunächst bei geringem Spiel leicht auf den Ankerstab aufgeschraubt werden, wohingegen später bei radialer Pressung bzw. Klemmung das Innengewinde 10 der Ankermutter 3 spiel- und schlupffrei auf dem Gewinde 6 des Ankerstabs 2 festgelegt wird.The anchor nut 3 has an external hexagon at the front end 7 for mounting and preloading, and at the rear end via an outer cone 8th , which is designed self-clamping and a paraxial aligned slot here 9 having. Instead of the embodiment shown here with only one slot, the conical region 8th also be divided by several slots, for example by parallel slots or double slots into several segments. About a wavy special thread profile 6 of the anchor rod 2 adapted internal thread 10 can the anchor nut 3 initially slightly screwed onto the anchor rod with little play, whereas later in radial compression or clamping the internal thread 10 the anchor nut 3 play and slip-free on the thread 6 of the anchor rod 2 is determined.

Der Sitzring 4 vertilgt über eine Durchgangsbohrung 21, deren Wandung einen Innenkonus 11 zur Aufnahme des Außenkonus 8 und somit zur Vorspannung der Ankermutter 3 bildet. An dem der Ankerplatte 5 zugewandten Ende weist der Sitzring 4 einen kalottenartigen „Sitz” auf, der eine konvexe, sphärische Kontaktfläche 12 bildet, vermittels der ein Winkelausgleich der Längsachse 20 des Felsankers 1 zur Felsoberfläche 19 ermöglicht wird.The seat ring 4 eroded via a through hole 21 whose wall has an inner cone 11 for receiving the outer cone 8th and thus for biasing the anchor nut 3 forms. At the anchor plate 5 facing the seat ring 4 a dome-shaped "seat", which has a convex, spherical contact surface 12 forms, by means of an angle compensation of the longitudinal axis 20 of the rock anchor 1 to the rock surface 19 is possible.

Die Ankerplatte 5 verfügt außen, also an der von dem Fels abgewandeten Seite, über eine zentrische, hier kegelstumpfartig ausgebildete Erhöhung 13, in welche eine (kalottenartige) Ausnehmung eingebracht ist, die eine konkave, sphärisch gewölbten Anlagefläche 14 bildet, welche an die Kontaktfläche 12 angepasst ist. Diese Ausnehmung weist zentriert die Bohrung 15 für den Ankerstab 2 auf. An der Rückseite, also an der dem Fels zugewandten Seite, ist diese Ankerlochbohrung 15 kegelstumpfartig in Austrittsrichtung so aufgeweitet, dass der die Zusammenstellung von Ankermutter 3, Sitzring 4 und Ankerplatte 5 durchdringende Ankerstab 2 unter diversen Bohrlochwinkeln anwendbar ist.The anchor plate 5 has on the outside, so on the side facing away from the rock, a centric, here truncated conical elevation 13 , in which a (dome-shaped) recess is introduced, which has a concave, spherically curved contact surface 14 forms, which at the contact surface 12 is adjusted. This recess has centered the bore 15 for the anchor rod 2 on. At the back, so on the side facing the rock, this anchor hole is bore 15 in a truncated cone in the outlet direction so widened that the assortment of anchor nut 3 , Seat ring 4 and anchor plate 5 penetrating anchor rod 2 is applicable under various borehole angles.

Bei der Montage des einzelnen Felsankers 1 wird der gesamte dreiteilige Ankerkopf, der aus der Ankermutter 3, dem Sitzring 4 und der Ankerplatte 5 besteht, auf dem Ankerschaftende 16 vormontiert und der Felsanker 1 dann im vorzugsweise mit Klebepatronen 17 gefüllten Bohrloch 18 versetzt. Dabei kann die Ankermutter 3 nach Härten des Kunstharzes zunächst konventionell mittels Drehmoment angezogen und der Felsanker 1 so über den dreiteiligen Ankerkopf 3, 4, 5 angespannt werden. Beim Anziehen der Ankermutter 3 läuft diese endseitig mit dem Konus 8 in den Setzring 4, wobei sowohl die Mantelreibung des Mutternkonus 8 im Setzring 4 als auch die Reibung der anderen GFK-Ankerkopfbauteile untereinander eine zu hohe Torsionsbelastung ausschließen. Dennoch ist ein Anspannen auf mindestens 40% der Bruchlast des Felsankers 1 möglich. In einer Variante kann andererseits für entsprechende Anforderungen die Konuspaarung auch mit einem Gleit-/Schmiermittel, Coating oder dergleichen erheblich reduziert werden, wenn höhere aktive Setzlasten erforderlich werden.When mounting the single rock anchor 1 is the entire three-piece anchor head, made from the anchor nut 3 , the seat ring 4 and the anchor plate 5 exists, on the anchor end 16 pre-assembled and the rock anchor 1 then preferably with adhesive cartridges 17 filled borehole 18 added. This can be the anchor nut 3 After curing of the resin, first conventionally tightened by torque and the rock bolt 1 so over the three-piece anchor head 3 . 4 . 5 be tense. When tightening the anchor nut 3 this runs at the end with the cone 8th in the stacking ring 4 , where both the jacket friction of the nut cone 8th in the stacking ring 4 as well as the friction of the other GRP anchor head components with each other exclude too high a torsional load. Nevertheless, a tensioning on at least 40% of the breaking load of the rock anchor 1 possible. On the other hand, in a variant, the Konuspaarung for a corresponding requirements with a lubricant / lubricant, coating or the like can be significantly reduced if higher active set loads are required.

Bei diesem Vorgang wird die Ankerplatte 5 und der Sitzring 4 durch die Ankermutter 3 fest gegen die Felsoberfläche 19 gedrückt und zur Anlage gebracht, ohne die Konstruktion punktuell zu überlasten, weshalb eine gewisse Winkelanpassung zwischen der Ankerachse 20 und Gebirgsoberfläche 19 durch die konvex-konkave Passform erforderlich ist.In this process, the anchor plate 5 and the seat ring 4 through the anchor nut 3 firmly against the rock surface 19 pressed and brought to the plant, without overloading the construction of points, which is why a certain angular adjustment between the anchor axis 20 and mountain surface 19 is required by the convex-concave fit.

Das Konussegment 8 der Ankermutter 3 wird aufgrund der Schlitzung 9 radial zusammengedrückt, wodurch das radiale Gewindespiel bereits jetzt zumindest nahezu vollständig aufgehoben wird, was zu einer Verklemmung der Ankermutter 3 im Sitzring 4 führt. Das Mutterngewinde 10 verhindert dabei aufgrund des Formschlusses eine axiale Bewegung der Ankermutter 3.The cone segment 8th the anchor nut 3 is due to the slit 9 radially compressed, whereby the radial thread play is already now at least almost completely canceled, resulting in a jamming of the anchor nut 3 in the seat ring 4 leads. The nut thread 10 prevents due to the positive connection an axial movement of the anchor nut 3 ,

Vorteilhafterweise kann der Ankerkopf 3, 4, 5 auch nachträglich montiert oder gegen einen konventionellen Ankerkopf getauscht werden, solange zu erwartende Folgekonvergenzen ein nachträgliches Selbstverspannen ermöglichen.Advantageously, the anchor head 3 . 4 . 5 also be retrofitted or exchanged for a conventional anchor head, as long as expected Nachkonvergengenzen allow a subsequent Selbstspannen.

Ansonsten kann mit entsprechend hohen Drehmomenten seitens der Ankerbohr- und Setzvorrichtung (ABS) die endgültige Verspannung und sofortige hohe Traglast auch direkt erzielt werden.Otherwise, with correspondingly high torques on the part of the Ankerbohr- and Setting device (ABS) the final tension and immediate high load capacity can also be achieved directly.

Durch diese Varianten ist das Ankersystem auch als effektiver Ausbau in Tunnelbauwerken außerhalb von Bergbauanwendungen gemäß NÖT/NATM (Neue Österreichische Tunnelbauweise/New Austrian Tunnelling Method) anwendbar und zudem gleichzeitig als vorläufiger und endgültiger Ausbau geeignet, beispielsweise in einschalig herzustellenden Bauwerken.Due to these variants, the anchor system can also be used as an effective extension in tunnel structures outside of mining applications according to NÖT / NATM (New Austrian Tunneling Method / New Austrian Tunneling Method) and at the same time as temporary and final expansion, for example in single-shell structures.

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Claims (11)

Zuganker (1), insbesondere Felsanker, aus faserverstärktem Kunststoff, umfassend – einen aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Ankerstab (2), der zumindest auf einem Teilbereich ein Ankergewinde (6) aufweist, – eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Ankerplatte (5) mit einer Ankerlochbohrung (15), durch die der Ankerstab (2) hindurchgeführt ist, und – eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Ankermutter (3) mit einem Innengewinde, die auf das Ankergewinde (6) des Ankerstabs (2) aufschraubbar und gegen die Ankerplatte (5) abstützbar ist, wobei die Ankerplatte (5) mit einer gewölbten Anlagefläche (14) versehen ist, die mit einer der Ankermutter (3) zugeordneten komplementären Kontaktfläche (12) derart zusammenwirkt, dass der Ankerstab (2) in mindestens einer Richtung um einen Winkel (α) schräg zur Ankerplatte (5) kippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankermutter (3) in eine Durchgangsbohrung (21) eines vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Sitzrings (4) eingreift, wobei die Ankermutter (3) außenseitig einen konusförmigen Bereich (8) aufweist, mit dem sie an einem komplementären Innenkonus (11) des Sitzrings (4) anliegt, und wobei in dem konusförmigen Bereich (8) der Ankermutter (3) mindestens ein vorzugsweise achsparallel verlaufender Schlitz (9) vorgesehen ist, der die Mutterwandung zumindest über einen Teilbereich des konusförmigen Bereichs (8) unterbricht, und dass die mit der gewölbten Anlagefläche (14) der Ankerplatte (5) zusammenwirkende komplementäre Kontaktfläche (12) an dem Sitzring (4) ausgebildet ist.Tie rods ( 1 ), in particular rock anchors, of fiber-reinforced plastic, comprising - an anchor rod made of fiber-reinforced plastic ( 2 ), at least on a portion of an anchor thread ( 6 ), - an anchor plate made of fiber-reinforced plastic ( 5 ) with an anchor hole ( 15 ), through which the anchor rod ( 2 ), and - an anchor nut made of fiber-reinforced plastic ( 3 ) with an internal thread, which on the anchor thread ( 6 ) of the anchor rod ( 2 ) and against the anchor plate ( 5 ) is supportable, wherein the anchor plate ( 5 ) with a curved contact surface ( 14 ) fitted with one of the anchor nuts ( 3 ) associated complementary contact surface ( 12 ) cooperates such that the anchor rod ( 2 ) in at least one direction at an angle (α) obliquely to the anchor plate ( 5 ) is tiltable, characterized in that the anchor nut ( 3 ) in a through hole ( 21 ) of a preferably made of fiber-reinforced plastic seat ring ( 4 ), wherein the anchor nut ( 3 ) on the outside a cone-shaped area ( 8th ), with which they on a complementary inner cone ( 11 ) of the seat ring ( 4 ), and wherein in the cone-shaped region ( 8th ) the anchor nut ( 3 ) at least one preferably axially parallel slot ( 9 ) is provided, the at least over a partial region of the cone-shaped area ( 8th ), and that with the curved contact surface ( 14 ) of the anchor plate ( 5 ) cooperating complementary contact surface ( 12 ) on the seat ring ( 4 ) is trained. Zuganker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkonus (8) der Ankermutter (3) im Innenkonus (11) des Sitzrings (4) selbstklemmend ist.Tie rods ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the outer cone ( 8th ) the anchor nut ( 3 ) in the inner cone ( 11 ) of the seat ring ( 4 ) is self-clamping. Zuganker (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlitzte Konussegment (8) der Ankermutter (3) beim Anspannen des Zugankers (1) durch Eindringen in den Innenkonus (11) des Sitzrings (4) derart nach innen zusammengedrückt wird, dass das radiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab (2) und der Ankermutter (3) verringert wird.Tie rods ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the slotted cone segment ( 8th ) the anchor nut ( 3 ) when tensioning the tie rod ( 1 ) by penetration into the inner cone ( 11 ) of the seat ring ( 4 ) is compressed inwardly such that the radial thread clearance between the tie rod ( 2 ) and the anchor nut ( 3 ) is reduced. Zuganker (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlitzte Konussegment (8) der Ankermutter (3) beim Anspannen des Zugankers (1) durch den Innenkonus (11) des Sitzrings (4) soweit nach innen zusammendrückbar ist, dass das radiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab (2) und der Ankermutter (3) zumindest nahezu vollständig aufgehoben ist.Tie rods ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the slotted cone segment ( 8th ) the anchor nut ( 3 ) when tensioning the tie rod ( 1 ) through the inner cone ( 11 ) of the seat ring ( 4 ) is compressible to the extent that the radial thread clearance between the anchor rod ( 2 ) and the anchor nut ( 3 ) is at least almost completely eliminated. Zuganker (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlitzte Konussegment (8) der Ankermutter (3) durch den Innenkonus (11) des Sitzrings (4) soweit nach innen zusammendrückbar ist, dass das radiale Gewindespiel und das axiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab (2) und der Ankermutter (3) vollständig aufgehoben ist.Tie rods ( 1 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the slotted cone segment ( 8th ) the anchor nut ( 3 ) through the inner cone ( 11 ) of the seat ring ( 4 ) is compressible to the extent that the radial thread clearance and the axial thread play between the anchor rod ( 2 ) and the anchor nut ( 3 ) is completely removed. Zuganker (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kontaktflächen der Konuspaarung (8, 11) zwischen der Ankermutter (3) und dem Sitzring (4) mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen ist.Tie rods ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the contact surfaces of Konuspaarung ( 8th . 11 ) between the anchor nut ( 3 ) and the seat ring ( 4 ) is provided with a friction-reducing coating. Zuganker (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (14) der Ankerplatte (5) konkav gewölbt und die komplementäre Kontaktfläche (12) des Sitzrings (4) konvex gewölbt ist.Tie rods ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface ( 14 ) of the anchor plate ( 5 ) concave and the complementary contact surface ( 12 ) of the seat ring ( 4 ) is convexly curved. Zuganker (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (14) der Ankerplatte (5) und die komplementäre Kontaktfläche (12) des Sitzrings (4) sphärisch gewölbt sind.Tie rods ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface ( 14 ) of the anchor plate ( 5 ) and the complementary contact surface ( 12 ) of the seat ring ( 4 ) are spherically curved. Zuganker (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerlochbohrung (15) der Ankerplatte (5) auf der von der Ankermutter (3) abgewandten Seite kegelstumpfartig erweitert ist.Tie rods ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the anchor hole bore ( 15 ) of the anchor plate ( 5 ) on that of the anchor nut ( 3 ) facing away from the side is truncated cone-like. Zuganker (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerlochbohrung (15) der Ankerplatte (5) auf der von der Ankermutter (3) abgewandten Seite in einer radialen Richtung langlochartig vergrößert ist.Tie rods ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the anchor hole bore ( 15 ) of the anchor plate ( 5 ) on that of the anchor nut ( 3 ) facing away from the side in a radial direction is enlarged slot-like. Zuganker-Set, umfassend mindestens einen Ankerstab (2), mindestens eine Ankermutter (3), mindestens eine Ankerplatte (5) und mindestens einen Sitzring (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei diese Komponenten des Zuganker-Sets jeweils aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.Tie rod set comprising at least one anchor rod ( 2 ), at least one anchor nut ( 3 ), at least one anchor plate ( 5 ) and at least one seat ring ( 4 ) according to one of claims 1 to 10, wherein these components of the tie rod set each consist of fiber-reinforced plastic.
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