Schwerlastanker - Arten/Eigenschaften und Einbau

Schwerlastanker sind eine besondere Form der Metallanker. Im Zusammenspiel des verwendeten Systems und des dafür geeigneten Untergrundes ist ihre Belastungsfähigkeit nahezu unbegrenzt. In industriellen Umgebungen, wie zum Beispiel im Maschinenbau, kommen Schwerlastanker mit enormer Traglast zum Einsatz. Der nachfolgende Artikel informiert über die unterschiedlichen Arten von Schwerlastankern sowie deren Verwendungsmöglichkeiten und Befestigungsmethoden.

Welche Arten von Ankerbolzen gibt es?

Schwerlastanker lassen sich anhand unterschiedlicher Kriterien kategorisieren. Ganz allgemein kann man zwischen mechanischen und chemischen Systemen unterscheiden. Betrachtet man dann noch das Grundprinzip der Verankerung, also wie sie in einem Baustoff verankert werden, unterscheidet man zwischen drei Wirkprinzipien der Verankerung: Reibschluss bzw. Kraftschluss, Formschluss und Stoffschluss.

Verankerung nach dem Prinzip des Reibschlusses

Bei dieser Art der Verankerung werden einzelne Ankerkomponenten gespreizt, wodurch diese Komponenten gegen die Bohrlochwandung gepresst werden und der Bolzenanker sicher im Bohrloch fixiert wird. In Baustoffen wie Beton kommt es bei der Spreizung jedoch nicht zu einer Verdrängung des Materials, sondern vielmehr wird die Tragfähigkeit des Bolzenankers durch die Haftreibungskraft zwischen Bolzenanker und Bohrlochwandung hergestellt. Der Bolzenanker wird durch Reibung gehalten, daher der Name Reibschluss.

Bei der Spreizung unterscheidet man weiterführend zwischen drehmomentkontrollierter und wegkontrollierter Spreizung. Zu den Ankerbolzen mit drehmomentkontrollierter Spreizung gehören zum Beispiel Spreizanker und Bolzenanker. Bei solchen Ankerbolzen wird unter Verwendung von Drehmomentschraubern oder Drehmomentschlüsseln eine Mutter mit einem vordefinierten Drehmoment angezogen, um die Spreizhülse vollständig zu spreizen.

Einschlaganker oder Deckenanker hingegen zählen zu den Ankern mit wegkontrollierter Spreizung. Bei dieser Art der Spreizung wird der Konus im Inneren des Einschlagankers mithilfe eines Spreizwerkzeugs bewegt, um die Spreizhülse im Bohrloch entsprechend zu verspreizen.

Verankerung nach dem Prinzip des Formschlusses

Neben Spreizankern und Bolzenankern gibt es auch noch andere Möglichkeiten der Verankerung, wie zum Beispiel Hinterschnittanker oder Bolzenschrauben, die nach dem Prinzip des Formschlusses funktionieren. Im Falle des Spreizankers muss das Bohrloch speziell vorbereitet werden. Das Bohrloch wird an seinem Grund aufgeweitet, es entsteht ein sogenannter Hinterschnitt. Der Hinterschnittanker verankert sich im Untergrund, indem eine Spreizhülse entweder durch ein Spezialwerkzeug auf einen innenliegenden Konus gedrückt und so gespreizt wird oder durch Einschrauben einer Gewindeschraube gespreizt und in das hinterschnittene Bohrloch gedrückt wird. Bei sogenannten Betonschrauben oder Schraubankern wiederum entsteht beim Hineindrehen ein Innengewinde im Beton, wodurch ein stabiler Halt durch Formschluss erreicht wird.

Auch beim Formschluss unterscheidet man zwischen drehmomentkontrollierten und wegkontrollierten Ankern, wobei Hinterschnittanker zu den wegkontrollierten und Betonschrauben zu den drehmomentkontrollierten Ankern zählen.

Verankerung nach dem Prinzip des Stoffschlusses

Spreizanker und Hinterschnittanker werden nach dem Prinzip des Reibschlusses bzw. Formschlusses im Baumaterial gehalten. Bei sogenannten Verbundankern, oder auch chemischen Ankern, spricht man hingegen von Stoffschluss. Beim Stoffschluss entsteht eine unlösbare stoffliche Verbindung zwischen Anker und Baumaterial. Dafür ist ein Reaktionsstoff erforderlich.

Bei Verbundankern unterscheidet man zwei Verfahren: das Injektionsverfahren und das Patronenverfahren. Beim Injektionsverfahren wird mithilfe einer Kartusche ein chemisch aushärtender Reaktionsstoff in das gereinigte Bohrloch injiziert und anschließend der Verbundanker in diese Masse gesteckt. Wenn es darum geht, schwere Lasten zu befestigen, kommen üblicherweise Patronensysteme zum Einsatz. Der mehrkomponentige Reaktionsstoff befindet sich in Glaspatronen, die in das Bohrloch eingeschoben werden. Der Ankerbolzen wird dann eingeschlagen oder eingedreht, wodurch die Patrone zerbricht und der freigesetzte Reaktionsstoff den Hohlraum des Bohrlochs ausfüllt.

Vorteile unterschiedlicher Ankerarten

Spreizanker und Bolzenanker lassen sich sehr einfach montieren, in der Regel sind keine Setzwerkzeuge erforderlich. Für Einschlaganker wiederum ist spezielles Setzwerkzeug erforderlich, was jedoch auch für eine kraftschonendere Montage sorgt. Einschlaganker und Deckenanker sind insbesondere für die Überkopfmontage geeignet. Einschlaganker mit einem Kragen bzw. einem Steg an der Ankerhülse haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie aufgrund des Anschlags nicht tiefer in das Bohrloch rutschen können. Im Vergleich zu Verbundankern sind Spreizanker nach der Montage sofort belastbar, da keine Aushärtezeiten erforderlich sind.

Hinterschnittanker haben eine sehr hohe Tragfähigkeit und sind daher ideal für die Aufnahme von äußerst hohen Lasten geeignet. Betonschrauben sind in einer Vielzahl unterschiedlicher Kopfformen erhältlich, weshalb sie für verschiedene Anwendungen einsetzbar sind. Im Vergleich zu Spreizankern weisen Hinterschnittanker und Betonschrauben keine Spreizkräfte auf. Ihr Vorteil liegt darin, dass sie in der Regel im Nachhinein wieder entfernbar sind.

Auch Verbundanker verfügen im Vergleich zu Spreizankern über eine höhere Tragfähigkeit. Da auch bei Verbundankern keine Spreizkräfte wirken, sind niedrigere Abstände realisierbar. Darüber hinaus haben Verbundanker eine abdichtende Funktion, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit in den Baustoff verhindert wird.

Montagearten von Ankerbolzen

Schwerlastdübel können auf unterschiedliche Art und Weise montiert werden. Man unterscheidet drei unterschiedliche Verfahren:

• Vorsteckmontage: Bei der Vorsteckmontage wird der Schwerlastdübel zunächst in den Untergrund gesetzt - vorgesteckt - bevor das eigentliche Bauteil befestigt wird. Dabei ist zu beachten, dass die Ankerhülse vollständig im Untergrund versenkt wird, um die volle Quertragfähigkeit zu nutzen. Einige Schwerlastanker verfügen über spezielle Setztiefenmarkierungen, um die Montage zu erleichtern.

• Durchsteckmontage: Bei der Durchsteckmontage wird das Bohrloch durch das zu befestigende Bauteil hindurch erstellt. Das Bauteil wird dabei auf dem Untergrund positioniert. Nach dem Erstellen der Bohrlöcher wird der Schwerlastanker durch das Bauteil hindurch im Untergrund installiert.

• Abstandsmontage: Bei der Abstandsmontage wird auch zunächst ein Bohrloch erstellt, und das Bauteil wird dann in einem bestimmten Abstand zum Untergrund an einem herausstehenden Schwerlastdübel befestigt. Bei dieser Art der Montage werden die Schwerlastanker neben Druckkraft, Zugkraft und Querkraft auch auf Biegung beansprucht.

Weitere wichtige Hinweise zur Montage

Bei der Auswahl und Montage von Schwerlastankern sind neben dem Funktionsprinzip und dem Montageverfahren noch weitere Faktoren zu berücksichtigen, wie zum Beispiel die Auswahl des Materials für die Verankerung, die Lastrichtung, die Erstellung und Reinigung des Bohrlochs, das Aufbringen des richtigen Drehmoments, die Auswahl der Randabstände und Montageabstände sowie die Auswahl des Klemmbereichs.

Auswahl des Materials für die Verankerung

Ankerbolzen können in einer Vielzahl von Untergründen befestigt werden, wie zum Beispiel in Vollbaustoffen, Hohlbaustoffen oder Leichtbaustoffen. Schwerlastanker kommen hauptsächlich bei Mauerwerk und Beton zum Einsatz, und je nach Baustoff des Untergrunds variieren auch die Anforderungen an die jeweils verwendeten Ankerbolzen.

Beton ist ein idealer Untergrund für Schwerlastanker. Er ist genormt und somit reproduzierbar. Beton verfügt über eine hohe Druckfestigkeit und ist daher ein beliebter Baustoff in industriellen Werken, Hallen usw. Ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Auswahl der Schwerlastbefestigung ist die Frage, ob es sich um gerissenen oder ungerissenen Beton handelt. Da Beton eine sehr niedrige Zugfestigkeit aufweist, können auch bei geringer Zugspannung bereits Risse entstehen. In gerissenem Beton dürfen nur solche Verankerungen eingesetzt werden, die als risstauglich eingestuft sind. Dafür geeignet sind zum Beispiel Ankerbolzen, die nachspreizen oder deren spezielles Gewinde für einen sicheren Halt sorgt.

Berücksichtigung der Lastrichtung

Ein weiterer Faktor, der bei der der Auswahl des richtigen Schwerlastankers zu berücksichtigen ist, ist die Lastrichtung. Objekte können Querlasten, also Lasten im rechten Winkel zum Ankerbolzen, oder Zuglasten parallel zum Ankerbolzen ausüben. Schwerlastanker, die an Wänden montiert werden, sind normalerweise sowohl Querlasten als auch Zuglasten ausgesetzt, während Ankerbolzen in Decken hauptsächlich Zugkräfte aushalten müssen.

Erstellung und Reinigung des Bohrlochs

Um ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Schwerlastanker zu gewährleisten, sind die vorgeschriebenen Bohrlochdurchmesser und Bohrlochtiefen einzuhalten. Auch die Reinigung der Bohrlöcher nimmt einen wichtigen Platz ein. Bohrmehlreste und Späne setzen sich, wenn sie nicht entfernt werden, zwischen dem Ankerbolzen und der Bohrlochwand fest und vermindern so die Funktionalität des Ankerbolzens. Für die Reinigung der Bohrlöcher empfiehlt sich unterschiedliches Zubehör, wie Bürsten oder Ausbläser.

Aufbringen des richtigen Drehmoments

Für jeden drehmomentkontrollierten Schwerlastanker gibt es vorgeschriebene Anzugsmomente. Wird ein zu hohes Anzugsmoment angelegt, werden Gewindeteile überlastet und der Spreizdruck in den Untergrund erhöht. Es ist daher sehr wichtig, unter Verwendung kalibrierter Drehmomentschlüssel die definierten Anzugsmomente einzuhalten.

Berücksichtigung von Randabständen und Achsabständen

Spreizanker und Bolzenanker werden per Reibschluss fixiert. Je stärker die Spreizung der Spreizhülse, desto größer muss der Abstand zwischen den einzelnen Spreizankern sein. Ist der Abstand zu klein, ist nicht genügend Fläche zum Aufnehmen der Lasten und des Spreizdrucks vorhanden, und es kann zu Beschädigungen am Montageuntergrund kommen. Da Verbundanker keine Spreizkräfte entwickeln, sind Verbundanker insbesondere bei Anwendungen geeignet, bei denen nur eine begrenzte Fläche zur Verfügung steht.

Auswahl des Klemmbereichs

Schwerlastanker mit großen Klemmbereichen eignen sich in der Regel für schwerere Lasten, da sie aufgrund ihrer größeren Kontaktfläche eine tiefere Verankerung ermöglichen und somit die Tragfähigkeit des Untergrunds besser ausnutzen.

Anwendungsbereiche und Anwendungsbeispiel

Schwerlastanker unterstützen, wie der Name impliziert, außergewöhnlich hohe Traglasten. In der Industrie und im Maschinenbau werden sie verwendet, um beispielsweise Hochregale, Schwerlastregale, Maschinen oder Transportapplikationen am Boden zu fixieren.

Verbundanker eignen sich für das spreizdruckfreie Verankern in gerissenem und ungerissenem Beton sowie in Mauerwerk. Das nachfolgende Anwendungsbeispiel zeigt die Befestigung eines Schwerlastregals mithilfe von Verbundankern.

(1): Bohrlöcher mit vorgegebenem Durchmesser und vorgegebener Tiefe bohren.

(2): Bohrrückstände aus dem Inneren der Bohrlöcher entfernen. Dafür eine Bürste oder einen Ausbläser verwenden.

(3): Patrone mit Klebemörtel bis auf Anschlag in die Bohrlöcher stecken.

(4): Ankerbolzen durch Drehschlagbohren eintreiben, bis er das Ende des Lochs erreicht hat.

(5): Aushärten lassen.

(6): Nach dem Aushärten Unterlegscheiben anbringen und Muttern festziehen, die Befestigung ist dann abgeschlossen.

Wie lassen sich Schwerlastanker wieder entfernen?

Spreizdübel und Bolzenanker lassen sich nicht entfernen, da sie durch die Spreizung unwiderruflich im Baustoff verankert sind. Hinterschnittanker und Betonschrauben verspreizen nicht und lassen sich daher in der Regel ohne Beschädigung des Betons wieder entfernen. Betonschrauben sind nach dem Entfernen jedoch nicht mehr brauchbar, da sich beim Eindrehen das Gewinde abnutzt und bei einem erneuten Einschrauben nicht mehr sicher in den Untergrund greifen könnte. Verbundanker wiederum gehen eine unlösbare Verbindung mit dem Baustoff ein. Ein Entfernen von Verbundankern erfordert einen hohen Aufwand und würde eine großflächige Beschädigung des Baumaterials mit sich ziehen.