CN105658966A - 具有弹性元件的膨胀锚栓 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于锚定在基底(5)中的钻孔(99)中的膨胀锚栓(1)，其包括：具有前端部(51)和与前端部相反的后端部(52)的螺栓(10)；设置在螺栓上的膨胀套筒(20)；设置在螺栓前端部区域中的膨胀锥(12)，并且当膨胀锥沿拉出方向相对于膨胀套筒移动时，膨胀锥对膨胀套筒径向朝外施力；用于将安装件(6)轴向压在基底上的相对支承部(8)，该相对支承部设置在螺栓后端部的区域中；以及设置在螺栓上的弹性元件(7)，用于将相对支承部轴向相对于安装件预压紧。根据本发明，当弹性元件轴向上从其最大弹性行程释放0.4mm至0.8mm时，弹性元件的轴向弹力F在Fmin<F<Fmax的范围内，Fmin＝dmax××0.2kN/mm–0.8kN并且Fmax＝dmax×0.6kN/mm，其中dmax是在膨胀锥和相对支承部之间螺栓的最大直径。

Description

具有弹性元件的膨胀锚栓
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于锚定在基底钻孔中的膨胀锚栓。这种膨胀锚栓设有包含前端部和与前端部相反的后端部的螺栓；设置在螺栓上的膨胀套筒；设置在螺栓的前端部区域中的膨胀锥，并且当膨胀锥特别是连同螺栓沿拉出方向相对于膨胀套筒移动时，膨胀锥对膨胀套筒径向朝外施力；用于将安装件轴向压在基底上的相对支承部，该相对支承部设置在螺栓的后端部的区域中；以及设置在螺栓上、特别是螺栓的后端部区域中的弹性元件，用于将相对支承部以及优选还有螺栓相对于安装件轴向地预压紧。
背景技术
具有弹性元件的膨胀锚栓例如由DE3331097A1已知。该膨胀锚栓在其形成为螺栓头的相对支承部和基底(锚栓安装在其中)之间具有弹性元件。当基底在锚栓安装后的数小时和数天之后发生松弛时，该弹性元件能够部分维持在膨胀锚栓的螺栓中的预张紧。
其他的具有弹性元件的膨胀锚栓由DE3022011A1已知。该文献教导了，这样设置弹性元件的尺寸，使得弹性元件在达到锚栓或预设断裂部分的预定的安装力时完全压缩，这意味着其变形行程已耗尽。因此该弹性元件可以作用为可视的安装力指示器。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种特别可靠的膨胀锚栓，其具有特别好的负荷值，特别是在裂开的混凝土中，该膨胀锚栓同时设计得特别简单且成本有利。
根据本发明该目的通过具有权利要求1特征的膨胀锚栓实现。优选的实施方式在从属权利要求中给出。
根据本发明的膨胀锚栓的特征在于，当弹性元件沿轴向从其最大弹性行程释放0.4mm至0.8mm时，也就是当弹性元件的弹性行程s为(smax-0.8mm)<s<(smax-0.4mm)时，弹性元件的轴向弹力F在Fmin<F<Fmax的范围内，Fmin＝dmax×0.2kN/mm–0.8kN并且Fmax＝dmax×0.6kN/mm，其中dmax是在膨胀锥和相对支承部之间螺栓的最大直径以及smax是最大的弹性行程。在此单位符号“kN”通常应表示单位千牛并且单位符号“mm”表示毫米。
本发明基于这样的试验，其中膨胀锚栓在裂开的混凝土中穿过。如果膨胀锚栓所在的混凝土裂缝张开(对于建筑物来说典型的张开宽度例如为0.3mm至0.5mm)，则螺栓中的预应力降低，因为膨胀锥以及进而螺栓通常沿拉出方向移动0.4mm至0.8mm，并且可能存在的弹性元件松弛相应的行程。预应力的降低会导致减小的锚定并且从而会对锚栓的负荷特性造成不利影响并且特别导致当裂缝再次张开和再次闭合时锚栓不期望的移动。由于随着预应力的降低(极端情况下降低至0kN)扩张作用减小，并且在极端情况下膨胀套筒的膨胀片可能与钻孔壁松开。
基于此，本发明提出了一种在力-行程曲线图中具有特殊的弹簧特性(载荷-变形)曲线的弹性元件。在该特殊的弹簧特性曲线中，当锚栓安装过程中弹性元件首先达到其最大弹性行程smax时，保持的剩余弹力F在Fmin和Fmax之间的规定范围内，并且弹性元件特别在裂缝张开的情况下随后在裂开的混凝土中松弛0.4mm至0.8mm的典型行程。
本发明认识到，通过根据本发明确定尺寸的弹性元件一方面能够在裂开的混凝土的通常条件下保持获得足够高的剩余预张紧，从而可以尽可能避免裂缝张开的上述负面影响。特别是试验发现，通过由这种弹性元件组成的弹性自由的锚栓系统可以在裂开的混凝土中大约改进一个负荷等级和/或能够实现大约25％的负荷提高。另一方面本发明认识到，在所述设置参数条件下的弹性元件通常还可实施为单层的盘形弹簧(Tellerfeder)，从而能够使弹性元件以及整个锚栓的制造耗时和生产成本都特别低。特别是通常不需要根据DE3331097A1所述那样复杂的弹性组件并且尽管如此仍能够获得在裂开的混凝土中非常好的负荷值。根据本发明也可以在相对大的裂缝中(例如出现在地震情况下的裂缝)实现足够的剩余预张紧。
当弹性元件达到其最大弹性行程(弹簧变形量)时，即当弹性行程s符合s＝smax时，弹性元件压缩到一起和/或耗尽其变形行程。特别是在最大弹性行程smax处的弹簧特性曲线非常陡峭地向上弯折。特别是可以包含从最大弹性行程释放0.4至0.8mm，从而弹性元件从最大弹性行程弹出该段行程，即对于弹性行程s来说符合：(smax–0.8mm)<s<(smax–0.4mm)。
原则上足够的是，弹性元件在离开最大弹性行程0.4mm至0.8mm范围内的至少一个唯一的位置上的轴向弹力F在Fmin<F<Fmax区域中，即Fmin<F<Fmax适用于(smax–0.8mm)<s<(smax–0.4mm)范围内的至少一个弹性行程s。在这种情况下本发明在力-行程(位移)曲线图中定义了这样一种直线，该直线与弹性元件的弹簧特性曲线相交。但是特别优选的是，如果弹性元件的轴向弹力F在0.4mm至0.8mm的总范围内从最大弹性行程偏离，即对于在(smax–0.8mm)<s<(smax–0.4mm)的每个弹性行程s来说，轴向弹性力处在Fmin<F<Fmax的范围内。本发明于是在力-行程曲线图中定义出一个长方形，弹性元件的弹簧特性曲线必须位于该长方形中。由此可以在裂开的混凝土中获得特别可靠的锚栓。
根据本发明的弹性元件特别是压缩弹簧，即在轴向压缩情况下产生轴向弹力的弹簧。只要在本说明书中提到“径向”、“轴向”以及“圆周方向”，就可特别指关于螺栓的纵轴，该纵轴特别是螺栓的对称轴和/或中心轴。优选垂直于螺栓的纵轴测量螺栓的直径，特别是螺栓的最大直径dmax。螺栓的最大直径dmax优选相应于膨胀锚栓的标称直径，即特别相应于安装膨胀锚栓的钻孔的直径。
膨胀锚栓优选可以是以力受控的方式膨胀的膨胀锚栓。根据本发明膨胀套筒能够沿着螺栓移动地设置、特别是固定在螺栓上。膨胀套筒和/或螺栓适宜地由金属材料构成，该金属材料例如为了有针对地影响摩擦而也可以涂层。
根据本发明，当膨胀锥相对于膨胀套筒沿螺栓的拉出方向轴向移动时，膨胀套筒由膨胀锥的倾斜表面径向朝外施力(挤压)并且在此压靠基底中的钻孔壁。由此将膨胀锚栓锚定在钻孔中。优选拉出方向平行于螺栓的纵轴延伸和/或从钻孔朝外指向。适宜的是，膨胀锥的表面与螺栓的纵轴的间距与拉出方向反向地增大，即随着与螺栓后端部间距的增大而增大。膨胀锥的表面可以是严格的锥形，但并非必须如此。
相对支承部适宜地形成凸肩，特别是环形阶梯，在该凸肩或者说环形阶梯上相对支承部能够形状配合地相对于安装件作用。特别是可以将相对支承部上的指向拉出方向的拉力引入到螺栓中。相对支承部可以具有多边形外轮廓，例如六边形外轮廓，用于工具装配。特别是当膨胀锚栓实施为所谓的套筒锚栓时，相对支承部可以轴向固定且抗扭地设置在螺栓上并且特别与螺栓形成为一件式。而特别是当膨胀螺栓相对地实施为所谓的螺栓锚栓时，相对支承部也可以为与螺栓分开的部件，该部件能够例如通过旋转而相对于螺栓轴向移动。相对支承部优选由金属材料构成。
根据本发明相对支承部在已安装的锚栓中轴向相对于弹性元件作用，从而弹性元件夹紧在相对支承部和安装件之间。弹性元件优选分别至少间接地一方面贴靠在相对支承部上而另一方面贴靠在安装件上。特别是弹性元件可以围绕螺栓。弹性元件优选由金属材料构成。特别是在从最大弹性行程轴向释放0.4mm至0.8mm之后剩余弹力F在2.5kN和7kN之间的范围内。
如前所述可以特别有利的是，弹性元件是单层的盘形弹簧。特别是根据本发明可以恰好设置一个弹性元件用于将相对支承部相对于安装件轴向预张紧，该弹性元件实施为单层的盘形弹簧。盘形弹簧可以优选环形地包围螺栓。盘形弹簧可以设置为，在达到最大弹性行程时该盘形弹簧是平坦的。但是盘形弹簧也可以具有一个或多个支撑部件，从而该盘形弹簧在压缩(aufBlock)时、即达到最大弹性行程时不是完全平坦的。
可以设置为，膨胀锚栓具有垫片，该垫片包围螺栓和/或优选设置在弹性元件和相对支承部之间。也就是说，垫片优选设置在弹性元件的朝向螺栓后端部的一侧上。这种垫片可以更进一步提高系统的可靠性，特别是通过该垫片用于特别精准的弹簧特性曲线，例如通过该垫片使相对支承部上的扭力与弹性元件去耦合。替换性或额外地可以将垫片设置在安装件和弹性元件之间，即设置在弹性元件的朝向螺栓前端部的一侧上。也可以设置多个垫片。但是对于一个特别成本有利的设计来说也可以舍弃垫片。特别是弹性元件可以直接贴靠在安装件和/或相对支承部上。
在所谓的螺栓锚栓中膨胀锥可以轴向固定地设置在螺栓上。在安装锚栓时可以通过螺栓和膨胀锥相对于膨胀套筒的共同轴向运动而将膨胀锥拉入膨胀套筒中。在此膨胀锥优选与螺栓形成为一件式。替代性地在所谓的套筒锚栓中该膨胀锥可以是与螺栓分离的部件并且优选通过对应的螺纹与螺栓连接。在安装锚栓时可以优选至少部分地通过螺栓相对于膨胀锥的旋转而将膨胀锥拉入膨胀套筒中，该旋转运动通过由对应螺纹形成的螺杆传动而转变成膨胀锥相对于螺栓的轴向移动。
特别优选的是，特别在螺栓锚栓中螺栓在其后端部的区域中具有外螺纹，并且相对支承部是旋在外螺纹上的螺母。该螺母因此具有与螺栓的外螺纹相对应的内螺纹。通过这种设置可以使螺栓锚栓特别简单地通过在螺母上施加旋转扭矩进行安装和预张紧。
优选本发明应用在螺栓锚栓中，其中膨胀套筒没有通到钻孔口。特别是在这种情况下螺栓可以具有止挡部，该止挡部限制了膨胀套筒从膨胀锥移出，即限制了沿拉出方向的移动。这种止挡部可以以特别简单的方式确保，膨胀套筒可靠地连同螺栓压入到钻孔中。优选该止挡部通过环形凸缘形成，这在制造技术上以及在可靠性方面都可以是有利的。特别是该止挡部可以在轴向上设置在膨胀锥和相对支承部之间。
根据本发明确定螺栓的在膨胀锥和相对支承部之间的最大直径dmax，即与膨胀锥错开并且与相对支承部错开。在膨胀锥和相对支承部之间螺栓的最大直径dmax优选可以为整体的最大值。在膨胀锥和相对支承部之间螺栓的最大直径dmax特别可以存在于螺栓的螺纹或环形凸缘上。即特别优选的是，膨胀锥和相对支承部之间螺栓的最大直径dmax是螺栓螺纹的螺纹外直径。适宜地可以设置成，膨胀套筒具有至少一个膨胀裂缝。该膨胀裂缝可以将膨胀套筒的两个相邻的膨胀区段分开。该膨胀裂缝起始于膨胀套筒的前端部并且可以简化膨胀套筒的变形。
本发明特别可以应用在这种的螺栓中，其中dmax>4mm，因为这种情况下Fmin>0kN。
本发明还涉及一种经安装的膨胀锚栓，其中膨胀锚栓锚定在钻孔中，其中弹性元件将螺栓的相对支承部相对于安装件预张紧。弹性元件在此至少间接地、优选直接地贴靠在安装件上。弹性元件适宜地在轴向上存在于基底和相对支承部之间和/或至少部分(区域性)地、优选完全地位于钻孔外部。经安装的锚栓适宜地穿过安装件的空隙、优选空洞(孔)而引入基底的钻孔中。
附图说明
接下来根据优选的实施例进一步说明本发明,这些实施例示意性地在附图中示出,其中以下所示各个实施例的单个特征在本发明的范围内原则上能够单个地或者以任意组合实现。附图中示意性地示出了：
图1：安装在混凝土基底中的根据本发明的膨胀锚栓的局部纵截面视图；
图2：具有图1中所示dmax＝12mm的膨胀锚栓的根据本发明弹簧特性曲线的力-行程曲线图，其中额外示意性地示出了弹性元件的结构状态(完全松弛、部分张紧或平坦的)；
图3：图表，其中用虚线示出根据本发明的Fmin和Fmax的关系并且用实线连接的点示出了经试验确定对于Fmin和Fmax来说特别有利的界限值；
图4：根据第二实施方式安装在混凝土基底中的根据本发明的膨胀锚栓的局部纵截面视图；以及
图5：类似于图1但没有垫片的、安装在混凝土基底中的根据本发明的膨胀锚栓的局部纵截面视图。
附图中相同作用的元件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的膨胀锚栓1的一个实施例。所示膨胀锚栓1具有螺栓10和膨胀套筒20，其中膨胀套筒20环形包围螺栓10。在螺栓的前端部51的区域中螺栓10具有用于膨胀套筒20的膨胀锥12，在该膨胀锥的后方连续地连接颈部区域11。
在颈部区域11中螺栓10具有基本恒定的柱形横截面。在与之相连的膨胀锥12上，螺栓10的表面形成为斜面13，并且螺栓10的直径在此处朝第一端部51增加，这意味着螺栓10在膨胀锥12上从颈部区域11朝螺栓的前方的第一端部51扩张。膨胀锥12上的斜面13可以是严格数学含义上的锥形，但通常不是必须如此。
在颈部区域11背离膨胀锥12的一侧，螺栓10具有例如形成为环形凸缘的用于膨胀套筒20的止挡部17。在螺栓的后端部52的区域中，螺栓10具有用于将拉力引入螺栓10中的外螺纹18。在该外螺纹18上装有螺母80，该螺母构成轴向的相对支承部8(Widerlager，副支承)。螺母80设有多边形外轮廓、特别是六边形外轮廓以及内螺纹，该内螺纹与螺栓10的外螺纹18相对应。
此外，图1的膨胀锚栓1具有弹性元件7，该弹性元件环形地包围螺栓10，并且该弹性元件在图1中示例性地表示为单层的盘形弹簧。形成为压力弹簧的弹性元件7在已安装的锚栓中在轴向上位于基底5和相对支承部8之间，特别在轴向上位于安装件6和相对支承部8之间，并且因此能够将相对支承部8以及螺栓10轴向预紧在基底5和安装件6上。弹性元件7因此设置在相对支承部8的朝向螺栓10的前端部51的一侧上。在弹性元件7和相对支承部8之间根据图1还设有垫片78。
在膨胀锚栓1的安装过程中，螺栓10以其第一端部51穿过安装件6中的空隙沿螺栓10的纵轴100方向推入图1中基底5的钻孔99中。由于限制膨胀套筒20从膨胀锥12移出的止挡部17，在此也将膨胀套筒20引入钻孔99中。然后通过旋紧形成相对支承部8的螺母80而将螺栓10沿平行于纵轴100的拉出方向101从钻孔99再拉出一段。由于膨胀套筒在钻孔99的基本柱形壁98上的摩擦，膨胀套筒20在此保持(返回)在钻孔99中并且由此形成螺栓10相对于膨胀套筒20的移动。在该移动过程中，螺栓10的膨胀锥12的斜面13持续更深地进入到膨胀套筒20中，从而膨胀套筒20在其前端部的区域中由斜面13径向扩张并且挤压钻孔99的壁98。通过这种机制将膨胀锚栓1固定在基底5中。螺母80优选一直旋紧至弹性元件7完全压缩，即，弹性元件达到其最大的弹簧压缩量smax。由此伴随有在螺栓10中的轴向目标预张紧。
如果在安装到由裂开的混凝土构成的基底5中之后，在膨胀锚栓1周围的裂缝张开，那么膨胀锥12以及螺栓10在该情况下与膨胀套筒20一起沿拉出方向101相对于基底5继续移动一段。弹性元件7在该情况下可以提供充分地保持在螺栓10中的预张紧。
弹性元件7根据本发明的弹簧特性曲线的示例在图2中示出。如图2所示，本发明可以规定在图2中对dmax＝12mm的示例以阴影示出的区域，在该区域中弹簧特性曲线必须存在于当弹性元件在轴向上从其最大弹簧压缩量smax松弛0.4-0.8mm(这对应于在裂开的混凝土中的裂缝张开时通常产生的行程)时。如果弹簧特性曲线存在于所述的阴影区域中，那么一方面该弹簧特性曲线在裂开的混凝土中通常裂缝张开时仍提供有足够大的剩余预应力，从而防止锚定不期望的松开以及因此防止螺栓10沿拉出方向101不期望的轴向移动。另一方面弹性元件7还可以设计为单弹簧，从而降低材料消耗。
图3示出了具有在从最大弹簧变形量松弛0.4mm至0.8mm的情况下对于不同dmax而言剩余弹力F的可能界限值Fmin和Fmax的曲线图。在此通过虚线示出了根据本发明的下述关系：
Fmin＝dmax×0.2kN/mm-0.8kN(图3中的下方虚线)
以及
Fmax＝dmax×0.6kN/mm(图3中的上方虚线)。
通过连续的线条连接的多个点是对于F’min(下方的圆点)和F’max(上方的方点)规定的值，这些值在试验中已发现为特别有用。如图3所示，Fmin和Fmax的上述关系是对试验数据点的直线近似。替代上述关系还能够定义在图3中示出的点及其直线的连接线Fmin和Fmax。如图1中所示，在膨胀锥12和相对支承部8之间的最大螺栓直径dmax(其构成图3中的横坐标)特别可以是螺栓10的外螺纹18的螺纹外直径。
在图1的实施例中，膨胀锚栓1实施为所谓的螺栓锚栓。图4中示出了膨胀锚栓1实施为所谓的套筒锚栓的另一个实施例。图1中的螺栓锚栓将膨胀锥12轴向固定地设置在螺栓10上并且特别与螺栓10成形为一件式，与图1中的螺栓锚栓不同地，在图4的套筒锚栓中膨胀锥12是与螺栓10分离的部件。该膨胀锥具有内螺纹，该内螺纹与螺栓10上的外螺纹相对应。此外，在图4的套筒锚栓中，膨胀套筒20(也可以为多件式)一直通到钻孔口并且相对支承部8在螺栓10的后端部上形成为螺栓头88以及抗扭且轴向固定地设置在螺栓10上并且特别与螺栓10成形为一件式。
为了安装图4中的锚栓，通过螺栓头88使螺栓10围绕纵轴100旋转。对应的螺纹将螺栓10的旋转运动转变成膨胀锥12相对于螺栓10的轴向移动以及膨胀锥12相对于膨胀套筒20的轴向移动，这导致膨胀锥12拉入膨胀套筒20中。
在图4的实施例中也设有弹性元件7，该弹性元件能够相对于基底5和/或安装件6预张紧相对支承部8和螺栓10。图4中锚栓的弹性元件7的特性曲线同样适宜地如图2和3中结合所述地设计。
在图1和4的实施例中在弹性元件7和相对支承部8之间分别设有垫片78。但是也可以省略该垫片78。图5中示出了一个没有垫片的实施例。该实施例除了没有垫片之外对应于图1的实施例。
由于在图5的实施例中没有垫片，所以在该实施例中弹性元件7直接贴靠在相对支承部8上。图5中锚栓的弹性元件7的特性曲线同样适宜地如图2和3中结合所述地设计。图5中锚栓的安装过程可以如图1中结合所述地进行。
在图4的实施例中也可以省略垫片78，从而在该实施例中弹性元件7也可直接贴靠在相对支承部8上。

Claims (6)

1.一种用于锚定在基底(5)中的钻孔(99)中的膨胀锚栓(1)，其包括
-具有前端部(51)和与所述前端部相反的后端部(52)的螺栓(10)，
-设置在所述螺栓(10)上的膨胀套筒(20)，
-设置在所述螺栓的所述前端部(51)区域中的膨胀锥(12)，并且当所述膨胀锥(12)沿拉出方向(101)相对于所述膨胀套筒(20)移动时，所述膨胀锥对所述膨胀套筒(20)径向朝外施力，
-用于将安装件(6)轴向压在所述基底(5)上的相对支承部，所述相对支承部在所述螺栓(10)上设置在所述螺栓(10)的后端部(52)的区域中，以及
-设置在所述螺栓(10)上的弹性元件(7)，所述弹性元件用于将所述相对支承部(8)相对于所述安装件(6)沿轴向预紧，
其特征在于，
当所述弹性元件(7)沿轴向从其最大弹性行程释放0.4mm至0.8mm时，所述弹性元件(7)的轴向弹力F在Fmin<F<Fmax的范围内，Fmin＝dmax×0.2kN/mm–0.8kN并且Fmax＝dmax×0.6kN/mm，其中dmax是所述螺栓(10)在所述膨胀锥(12)和所述相对支承部(8)之间的最大直径。
2.根据权利要求1所述的膨胀锚栓(1)，其特征在于，所述弹性元件(7)是单层的盘形弹簧。
3.根据前述权利要求中任一项所述的膨胀锚栓(1)，其特征在于，所述膨胀锚栓具有垫片(78)，所述垫片包围所述螺栓(10)并且设置在所述弹性元件(7)和所述相对支承部(8)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的膨胀锚栓(1)，其特征在于，所述螺栓(10)在其后端部(52)的区域中具有外螺纹(18)，并且所述相对支承部(8)是螺母(80)，所述螺母旋到所述外螺纹(18)上。
5.根据权利要求4所述的膨胀锚栓(1)，其特征在于，所述螺栓(10)在所述膨胀锥(12)和所述相对支承部(8)之间的最大直径dmax等于所述螺栓(10)的所述外螺纹(18)的螺纹外直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的膨胀锚栓(1)，其特征在于，所述膨胀锚栓锚定在钻孔(99)中，其中所述弹性元件(7)使所述螺栓(10)的所述相对支承部(8)相对于所述安装件(6)预紧。
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