CN1856656A - 用于锚固在短的并且非根切盲孔里的紧固元件、具有一种这样的紧固元件的装置、用于锚固一种这样的紧固元件的方法和安装工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于锚固在例如一种结构钢板(22)里的一个短的并且非根切盲孔里的紧固元件(10)。本发明建议：该紧固元件(10)具有一个柄部(12)和一个支承圆锥体(14)，在该支承圆锥体上可以推上一个不切槽的管状压紧套筒(16)。压紧套筒(16)由于推到支承圆锥体(14)上而以其面向支承圆锥体(14)的端部压入到孔壁里并因此使紧固元件(10)传力连接地和形状配合连接地锚固在盲孔里。在压紧套筒(16)上外面在其面向支承圆锥体(14)的端部里的十字型滚花(20)改善了这种锚固。
Description
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、用于锚固在一个短的并且非根切盲孔里的紧固元件，一种按权利要求15的前序部分所述的具有一种这样的紧固元件的装置、一种按照权利要求20或24的前序部分所述的用于锚固一种这样的紧固元件的方法和安装工具。紧固元件尤其是设计用来提供一种在例如由结构钢制成的板状构件上进行紧固的方案，以便能将另一个构件固定在其上面。同时该板状构件不应钻透孔，因此可用的锚固深度只是相对较短，尤其是如果盲孔的直径大致与构件的厚度相等的话。所谓短是与盲孔直径相比。
EP 440 896 B1已公开了一种紧固元件，它用于锚固在例如房屋正面板的一个板状构件的一个根切的孔里。已知的紧固元件具有一个柄部，在一个柄端上有一个支承圆锥体，该支承圆锥体在离开柄的方向上扩展张开。在该柄部上有一个侧视图上视为波纹状弯曲的环，它被推到支承圆锥体上用于锚固并因此扩张开。扩张的环包围住孔的根切部分。已知的紧固元件虽然可以锚固在一个板里，但所述板相对于孔直径来说可能比较薄，其缺点就在于：需要一个根切部分用于进行锚固。而根切部分的加工则需要附带的费用。
因而本发明的任务是建议一种紧固元件，它可以紧固在一个无根切的盲孔里。一个与直径相比较短的盲孔应该可以用来进行紧固。
该任务按照本发明通过权利要求1和7所述的特征来解决。按照本发明的紧固元件具有一个管状无槽的压紧套筒，它位于柄部上并可在柄部上滑移。为了锚固在盲孔里将带有支承圆锥体的紧固元件事先插入盲孔内并将压紧套筒推到该支承圆锥体上。在推移时支承圆锥体就使压紧套筒在其面向支承圆锥体的端部里扩张开。扩张开的端部压入到盲孔的孔壁里并因此使紧固元件锚固在盲孔里。在前端部扩张开的压紧套筒和盲孔之间就产生了一种传力配合的和形状配合的连接，因而即使盲孔短也达到了高的锚固力。按照本发明的紧固元件的另外优点就是通过在盲孔里的压紧套筒支承住所述紧固元件的柄部来克服横向力。此外平齐地埋入盲孔的压紧套筒表示出紧固元件正确的锚固，如果盲孔有一个规定的名义深度的话。按照本发明的紧固元件尤其用于在结构钢里、铝或类似物里进行锚固，但也适合于在其它材料里，例如水泥里进行锚固。为使压紧套筒更容易推移到支承圆锥体上并使因此引起的压紧套筒的扩张更容易，支承圆锥体可以设有一种润滑剂。
在压紧套筒的面向支承圆锥体的端面内侧，按一种棱角或者一种内支承圆锥体型式的中空圆锥形的扩张口同样也用于使压紧套筒在其面向支承圆锥体的端部上更容易扩张开。压紧套筒的材料厚度因此在压紧套筒推移到支承圆锥体上时在扩张开的压紧套筒端部变小了，因此压紧套筒可以用较小的力扩张开。
压紧套筒的中空圆锥形的扩张口优选具有一个比支承圆锥体小的锥角。因此压紧套筒在推移到支承圆锥体上去时首先用其面向支承圆锥体的正面端部与支承圆锥体接触。压紧套筒首先在其前端部被扩张开并压入孔壁里。只是随着越来越多地推移到撑开支承圆锥体上，压紧套筒才继续从前面的面向支承圆锥体的端部开始一直扩张到轴向较短的压紧套筒的大致的中间部位。压紧套筒在前端部上的扩张具有以下优点：扩张力小，因为压紧套筒只是在其轴向长度一个短的部分上发生扩张，而且将压紧套筒压入到孔壁里去的力是大的，因为压紧套筒只是在前端部并因此用一个比较来说小的环形面压入孔壁里。作为优点是在扩张力较低时实现稳定的锚固。薄壁压紧套筒则支持了这效果。
为了实现高的锚固值，支承圆锥体的锥角在大约14°至20°范围内，优选为大约17°业已表明是有利的。
本发明的一种结构方案规定了在压紧套筒的外侧，至少在压紧套筒的面向支承圆锥体的端部进行打毛。所述打毛例如可以是一种十字型滚花，并不适合用一种直线状打毛，如果它是轴向平行的话。当压紧套筒扩张时打毛部分就压入盲孔的孔壁里并因此提高了锚固力。另外，如果打毛部分通过变形加工例如象滚花制成，那么打毛还使压紧套筒表面硬化。因此，如果压紧套筒和具有盲孔的构件是由原始相同硬度的材料构成的话，打毛部分本身则就压入到孔壁里。
在本发明的一种优选结构方案中，压紧套筒采用一种较大硬度的钢，例如它由一种合金的不锈钢(例如A4-钢)制成。在外面在压紧套筒的面向支承圆锥体的端部中钢具有局部升高的硬度也是有利的，在压紧套筒扩张时所述端部就压入到孔壁里。高的硬度尤其是指压紧套筒的硬度，它高于结构钢的硬度，以便使紧固元件能够以高的锚固力锚固在结构钢里。
在按照本发明的紧固元件的一种改进方案中，支承圆锥体在向柄部的过渡处具有比柄部更大的直径，支承圆锥体以一种环形台阶过渡到柄部的较小直径。就是说支承圆锥体具有一种平截头圆锥形的形状。当支承圆锥体在其直径较大的背离柄部的基面上具有相同直径而且支承圆锥体的锥角相同时，该支承圆锥体轴向就较短。压紧套筒也可以在轴向对应于支承圆锥体设计得更短些。紧固元件因此可以锚固在一个轴向还要更短的盲孔里，其中在其它比例关系相同时锚固力几乎保持不变。按照本发明的紧固元件因此可以锚固在一个更薄的工件板里，而不必钻透工件板或者使盲孔根切。
为了能够使紧固元件以短的锚固深度和尽管如此仍是高的锚固力进行锚固，本发明的一种结构方案采用了一种轴向短的压紧套筒，其压紧部位在超过其轴向长度的一半的部分上延伸。压紧部位的轴向长度相当于压紧套筒内支承圆锥体的轴向长度和/或槽的轴向长度，如果该压紧套筒有切槽的话。轴向短可以理解为与紧固元件的特征性直径的比例关系。紧固元件的特征性直径就是其柄部直径或者未变形的压紧套筒的外径。压紧套筒的轴向长度在本发明的一种结构方案中大约相当于其外径，在本发明的另一种方案中甚至只是外径的大约2/3。
本发明的一种结构方案采用一种薄壁的压紧套筒。所谓薄壁同样也可以看作与紧固元件的特征性直径的比例关系。压紧套筒壁厚例如大致为紧固元件的柄部直径的1/4至1/6。薄壁的压紧套筒可以用较小的力变形，也就是说用于扩张开压紧套筒所需的力较小，而将压紧套筒压入孔壁所用的力对于规定的扩张力来说则较大。
若支承圆锥体以其背离柄部的直径较大的端部支承在盲孔的底部上，那么压紧套筒在推移到支承圆锥体上时就可能会支承到盲孔底部上。尤其是在盲孔直径相对较大时会是这样，此时在支承圆锥体的较大直径端部和孔壁之间存在有较大环形间隙。盲孔底部阻止了压紧套筒推移到支承圆锥体上去并因此阻止了压紧套筒的扩张。结果可能造成紧固元件在盲孔里的锚固变差。因此本发明的一种结构方案规定在支承圆锥体的背离柄部的直径较大侧柄部有一段轴向伸出部分。按照本发明的紧固元件的支承圆锥体因此并没有用其直径较大端部支承在盲孔底部上，而是轴向伸出部分支承在盲孔底部上。支承圆锥体因此与盲孔底部有轴向间距，其中支承圆锥体离盲孔底部一段短的距离，也就是说轴向短的伸出部分就够了。轴向伸出部分要短，以便并非多余地加长必要的锚固深度并因此加长盲孔的深度。通过轴向伸出部分在盲孔和压紧套筒之间获得了一个轴向间距，因此盲孔底部就并不阻止压紧套筒的轴向推移和扩张。本发明的这种结构方案的优点在于改善了紧固元件在盲孔里的可锚固性，因为盲孔底部并不阻止压紧套筒推移到支承圆锥体上并且因此并不阻止紧固元件在盲孔里锚固。
为了不阻止压紧套筒推移到支承圆锥体上，伸出部分可以不是侧面突出于支承圆锥体。尤其是该伸出部分的直径并不比支承圆锥体的大直径端部更大。具有与支承圆锥体较大的直径相同直径的圆柱形轴向伸出部分似乎是适合的。同样这伸出部分也可以从支承圆锥体向外逐渐变小或者比支承圆锥体的直径更小。轴向伸出部分不必具有圆形横截面。
切槽的压紧套筒使撑开更容易或者说提高了使压紧套筒压入孔壁里所用的撑开力。与切槽压紧套筒相比，未切槽的压紧套筒虽然有扩张力较大的缺点，但其优点在于：在孔壁上的接触较大并且所述接触在圆周方向上为连续的并不被切槽而中断。因此无论是一种切槽的还是一种未切槽的压紧套筒都认为是按照发明的。
在本发明的一种结构方案中，撑开物体具有一种轴向平行的或者倾斜布置的沟纹用于阻止在支承圆锥体和压紧套筒之间发生转动。在将压紧套筒推移到支承圆锥体上去时支承圆锥体的沟纹就压入压紧套筒里并因此形成一个防止转动机构。原则上该沟纹也可以设于压紧套筒的里面上。沟纹轴向平行或倾斜地分布，也就是说在倾斜布置时具有轴向平行的部分并因此具有阻止在压紧套筒和支承圆锥体之间在圆周方向上产生相对运动的阻塞作用，也就是说阻止压紧套筒相对于支承圆锥体转动。在沟纹为轴向平行布置时阻止转动的作用较大，对此该倾斜布置的沟纹附带地有一种防止在轴向方向上运动的阻塞作用，这就是说倾斜布置的沟纹使推移到支承圆锥体上的压紧套筒在轴向方向上在支承圆锥体上止动住或者说相反使支承圆锥体在压紧套筒里止动住。
如果使一个构件用螺纹连接固定在该锚固住的紧固元件上的话，那么尤其在拧紧时该螺旋运动就对支承圆锥体施加一个转矩。按照本发明的沟纹提高了由支承圆锥体可以传递到压紧套筒上的转矩，因此减小了以下危险：这在将构件紧固到支承圆锥体上时所施加的转矩使支承圆锥体在压紧套筒里转动并因此而松开。尤其是一种倾斜布置的沟纹附加地提高了支承圆锥体在压紧套筒里的轴向配合，因而减小了以下危险：在固定构件时由于施加轴向力而使支承圆锥体松动并从压紧套筒上压离开。若支承圆锥体在锚固时并不支承在钻孔底部上，例如在锚固时在一个通孔里或者一个深盲孔里时，那么就尤其存在有这种危险。
在优选的结构方案中只是在支承圆锥体的一个轴向部段上设有沟纹，这个部段位于支承圆锥体的较大直径端部处或其附近。因此可以用较小的力就将压紧套筒推移到支承圆锥体上。
按照本本发明的一种结构方案，在支承圆锥体的圆周的一个或多个位置上的缺口适合作为沟纹。由于成型出缺口就在缺口侧面上堆起尖棱状的筋条或卷边，它们在压紧套筒推移时压入这些压紧套筒中并实现所希望的防止转动。缺口制造简单并且压紧套筒的推移力的升高不大。
本发明的另一种结构方案将支承圆锥体上的直的或斜的滚花作为沟纹。若是一种斜的滚花，那么斜线尤其布置在与紧固螺纹的螺距相同的方向上，当然正常情况下螺距不同。滚花也可以简单而价廉地制成。缺口和滚花可以设计成两者取其一或者共同地在支承圆锥体上形成。
为了将一个物体固定在该按照本发明的紧固元件上，其支承圆锥体具有一个柄部，尤其是一个螺纹柄部。本发明的一种结构方案采用了一种无柄部的支承圆锥体，该支承圆锥体例如具有一个内螺纹用来拧入一个螺钉或者一个螺栓。所谓无杆部可以理解为：支承圆锥体并没有从压紧套筒上伸出的柄部。本发明的这种方案可以使紧固元件在一个孔里实现一种沉埋的或者与表面齐平的锚固。其优点在于：从一个锚固了紧固元件的构件里并不伸出有柄部。尤其在支承圆锥体的无柄部实施方式中时，按照本发明的用于防止在支承圆锥体和压紧套筒之间产生转动的沟纹是有利的，当然它同样也可以用在具有一个柄部的支承圆锥体上。当然，如果不采用通过沟纹来防止转动的话，那么按照本发明的紧固元件的支承圆锥体的无柄部实施方式也可以不用沟纹。
本发明的一种结构方案采用一种防丢失机构，它使压紧套筒保持住，一直到紧固元件锚固在支承圆锥体上。锚固之后该防丢失机构状没有什么意义了。防丢失机构避免了：压紧套筒和撑开锚杆在储存和运输时相互分开并使压紧套筒在其规定的方向上保持在支承圆锥体上。防丢失机构避免了：压紧套筒倒置地装在支承圆锥体上。防丢失机构使压紧套筒保持在支承圆锥体上防止掉下去就够了，不需要有一种可松开的连接。防丢失机构例如可以是一种滚花，它用(小的)夹紧力使压紧套筒保持在支承圆锥体上。
权利要求15至20是针对前面所述的紧固元件在一个构件的孔里按照本发明的锚固。这些权利要求通过前面对于按照本发明的紧固元件的讨论而进行了说明。
为了防止腐蚀，一种按照本发明的布置装置规定使压紧套筒在紧固元件锚固在一个孔里时，例如沉埋大约0.5至1mm，因此产生了一个包围住紧固元件柄部的环形槽，它在压紧套筒的后面的背离于支承圆锥体的端面上。在该环绕的槽里按照本发明装入一种密封材料。如果和因为紧固元件由另一种与构件不同的材料组成，该紧固元件就锚固在该构件里。紧固元件与构件构成一个电镀元件。在这种情况下，如果紧固元件和构件都是由本身不锈的材料制成的话，也就是说如果例如该紧固元件由A4-钢组成，而使紧固元件锚固在里面的构件由铝(尤其认为是铝合金)制成的话，那也可能产生腐蚀。
在本发明的另一种结构方案中该紧固元件锚固进去的孔的直径大致作为锚固深度就够了，甚至是孔的直径的大致2/3就够了。孔的直径几乎与未变形的压紧套筒的直径相一致，孔的直径最好略大一些，以便能将压紧套筒有间隙地装入孔里。小的锚固深度可以与紧固元件柄部密封独立无关地实现。
为了扩张开压紧套筒以使紧固元件锚固一个孔里在压紧套筒上施加一个轴向力，它将压紧套筒推移到支承圆锥体上。按照本发明的具有权利要求21所述特征的方法使一个用来施加轴向力所必要的反作用力传入到紧固元件的柄部里。也就是在紧固元件的柄部支承住用于施加轴向力。产生了一个封闭的力回路，而并不出现外力。本发明的这种结构方案的优点在于：紧固元件不必克服用于将压紧套筒推移到支承圆锥体上所要施加的轴向力而被支承住。要将紧固元件锚固在里面的一个构件也就是说不必反向止动住以便进行锚固，即使该构件是一种薄板的话。此外该紧固元件用按照本发明的方法也可以锚固在一个深的盲孔里或者一个通孔里，因为支承圆锥体不必支承在孔底上。
按照本发明使反作用力传入紧固元件的柄部，其方法是在柄上拧上一个螺母。为此柄部需要有一个外螺纹。通过旋转拧到柄部上的螺母就对压紧套筒施加轴向力。在螺母和压紧套筒之间可以装有一个压紧套筒，它将轴向力从螺母传到压紧套筒上。如果一个无螺纹的柄部部段位于压紧套筒的后端面和螺母之间，那就必须要有压紧套筒。
为使紧固元件在将螺母旋转到柄部上时能够克服一起转动而止动住，按照本发明的方法的一种改进方案规定：将两个锁紧螺母拧到柄上并相反着固定张紧。在锁紧螺母上可以借助于一种螺母旋转工具，例如一种叉状或环状板手而不可转动地止动住。
本发明的一种结构方案对压紧套筒施加超声波用来推移到支承圆锥体上。施加超声波就是说用超声频率范围内的机械振动来激发该压紧套筒。振动最好是轴向的。用超声波来锚固紧固元件的优点在于：声音小并且对锚杆底部的载荷小。后者就使得用超声波的锚固方法适合于将紧固元件紧固在薄的板里而不必反向止动住(Gegenhalten)。例如将一个管状的超声触头通过紧固工具的柄部装到压紧套筒的后端面边缘上，所述超声触头使振动由一个超声振动器传递到压紧套筒上。
按照本发明的、具有权利要求24所述特征的安装工具例如可以按照一种冲头的样式设计成销钉状，因此可以将锤击传递到紧固元件的压紧套筒上，它使压紧套筒推移到支承圆锥体上，该支承圆锥体例如支承在盲孔底部上。当压紧套筒沉埋在孔里时，用安装工具也可以给压紧套筒加载。安装工具按照本发明具有一个定心杆，它在装到压紧套筒上时啮入支承圆锥体的轴向孔里。定心杆使安装工具定位在紧固元件上并阻止滑脱。
安装工具的一种改进方案采用一种管状凸缘，它围住打入定心杆并用它使安装工具装到同样地是管状的压紧套筒上。若压紧套筒沉埋在孔里，和/或若支承圆锥体从压紧套筒里突出来，那么通过该凸缘就可以对压紧套筒加载。
以下根据附图所示的实施例对本发明详加说明。附图所示为：
图1：一种按照本发明的紧固元件的第一实施例；
图2：由图1所示的紧固元件按照本发明锚固在一个构件里；
图3：一种按照本发明的紧固元件的第二实施例；
图4：按照本发明的紧固元件的第三实施例的轴向剖视图，其中在左边表示了未锚固的状态，而右边表示了锚固的状态；和
图5和6：用图4中箭头V和VI表示的细部的放大图，其中图5表示紧固元件的未锚固状态，图6表示其锚固的状态；
图7：在未锚固状态下一种按照本发明的紧固元件的第四实施例；
图8：侧视表示的一种按照本发明的紧固元件的第五实施例的一种支承圆锥体和一个压紧套筒；
图9：按图8箭头IX的支承圆锥体的端面视图；
图10：图8所示的紧固元件在装配状态下；
图11至13：图8所示紧固元件借助于一种按照本发明的安装工具依次进行的装配工序。
图1所示总的用10表示的按发明的紧固元件具有一个柄部12，所述柄部在一端有一个支承圆锥体14，其在离开柄部12的方向上扩张开。此外该紧固元件10具有一个管状的、未切槽的压紧压紧套筒16，它可以在柄12上滑移。压紧套筒16和具有支承圆锥体14的柄部12由一种不锈的A4-钢制成，也就是由一种较硬的钢制成。
压紧压紧套筒16在其面向支承圆锥体14的端面上在其里面具有一种按棱角型式的中空圆锥形的扩张口18。中空圆锥形的扩张口18的锥角比支承圆锥体14的锥角要小，后者的锥角约为17°。由于锥角相互不同，若将压紧套筒16推到支承圆锥体14上的话，那么压紧套筒16首先用其面向支承圆锥体14的端面边缘支承在支承圆锥体14上。也就是说当把压紧套筒16推到支承圆锥体14上去时，压紧套筒16并不是相同地在其中空圆锥形的扩张口18的整个轴向长度上用中空圆锥形扩张口18支承在支承圆锥体14上。压紧套筒16因此可以稍微在其面向支承圆锥体14的端面边缘上径向向外扩张，如果将其推移到支承圆锥体14上去的话。压紧套筒16的中空圆锥形扩张口18和支承圆锥体14的的锥角不同在图上夸大示出，以便表示清楚不同的锥角和压紧压紧套筒16用其面向支承圆锥体14的端面边缘支承在支承圆锥体14上。通过夸大图示了锥角的不同在图中在压紧套筒16和柄部12之间形成一个比按比例图示来说更大的环形间隙。
压紧压紧套筒16在其外面在一个面向支承圆锥体14的端部里设有一种表面打毛的十字滚花20。
图2表示了借助于图1所示的紧固元件10的一种按照本发明的紧固装置。紧固元件10用其支承圆锥体14插入一个构件里，例如一个结构钢板22里的一个初始为圆筒形的没有附图标记的盲孔里。将压紧套筒16推移到支承圆锥体14上。压紧套筒16推移到支承圆锥体14上去，这例如借助于一个未示出的管状安装工具来进行，该安装工具通过柄部12被装到压紧套筒16的背离支承圆锥体14的端面侧上。用锤击将压紧套筒16推到支承圆锥体14上，其中在这种情况下推移被表示得比扩张确切。当推移到支承圆锥体14上去时这支承圆锥体14使压紧套筒16在其面向支承圆锥体14的端面边缘上开始在面向支承圆锥体14的端部里径向向外扩张。压紧套筒16由于其硬度较大就在其面向支承圆锥体14的端部里压入原始为圆筒形的和没有根切的盲孔的孔壁里并使紧固元件10形状配合连接和传力配合连接地锚固在结构钢板22里。当压紧套筒16扩张时十字滚花20也压入到结构钢板22里的孔壁里并改善了紧固元件10在结构钢板22里的锚固。
一种按照本发明的锚固方法通过对压紧套筒16的超声波加载使压紧套筒16推移到支承圆锥体14上。为此如在图2中那样用虚线表示出一个管状超声触头23，它通过柄部12装到压紧套筒16的后端面上。超声触头23由一个未示出的超声振动器激发用于产生超声频率范围的轴向振动并将振动传递至压紧套筒16上。因此使压紧套筒16推移到支承圆锥体14上并扩张，也就是说撑开并将紧固元件10锚固在结构钢板22里。用超声波来扩张声音小而且对结构钢板22加载小，可以不必用一种支承住结构钢板22的托架。
若结构钢板22里的盲孔具有规定的深度，那么当压紧套筒16平齐地沉埋在结构钢板22里时，紧固构10的锚固就结束。按此方式可以方便地确定紧固元件10是否正确地锚固。
压紧套筒16支承住紧固元件10防止横向载荷。必须考虑到：在压紧套筒16和柄部12之间的环形间隙在图中夸大表示了。
用图2中所示的紧固装置就以简单的方式提供了一种将另一个未示出的构件紧固在该结构钢板22上的方法。为将一个这样的另一个构件固定住，该柄部12设有螺纹24。附加于螺纹24或者代替该螺纹24，柄部12可以有一个轴向盲孔26，通过该孔可以使柄12的自由端向外翻边用于形成一种铆接连接(未示出)。同样可以将一个具有一个头部的配合销推入盲孔26里，以便使另一个构件固定在结构钢板22上(未示出)。另一种方案是盲孔26设有内螺纹。
紧固元件10需要一个只是较小的锚固深度。当柄部12螺纹24的直径大小为M6时当盲孔深为5-6mm时结构钢板22里盲孔的直径为8mm。一种标准化结构系列的紧固元件10的柄部直径为4，5，6，8和10mm，或者说螺纹24直径为M4，M5，M6，M8和M10。压紧套筒壁厚为1mm，当直径大于M8以上时，壁厚也可以为1.5mm。压紧套筒16的外径和结构钢板22里孔的外径因此对于给定的直径为6，7，8，10或者11和12或13mm。当螺纹直径为M4时对应的最小锚固深度t为3.5mm，当螺纹直径为M5和M6时为4.0mm，当螺纹直径为M8为6.0mm，当螺纹直径为M10时，t为7.0mm。
图3所示的按照本发明的紧固元件10在从柄部12至支承圆锥体14的过渡处有一个环形台阶15，在该台阶上支承圆锥体14过渡到柄部12的一个较小直径上。支承圆锥体14也就在其直径较小的面向柄部12的端部具有比柄部12更大的直径。支承圆锥体14因此轴向比在背离柄部12的底面上具有相同直径的和具有相同锥角的一个支承圆锥体更短些。此外，图3中所示的紧固元件10设计成与图1所示的相同，可参见对图1和2的说明。
图4所示的按照本发明的紧固元件10同样如前面两个所述的紧固元件10那样具有一个柄部12，在一端有一个支承圆锥体14，该支承圆锥体在离开柄部12的方向上扩宽。
压紧套筒16有一个内支承圆锥体18，它在与支承圆锥体14相同的方向上，也就是在支承圆锥体14的方向上扩张开。内支承圆锥体18轴向比前面所述的紧固元件10的压紧压紧套筒16的中空圆锥形的扩张口18更长。内支承圆锥体18在压紧套筒轴向长度的主要部分上通过压紧套筒16。内支承圆锥体18的锥角小于支承圆锥体14的锥角，后者的锥角约17°。由于锥角的不同，当把压紧套筒16推到支承圆锥体14上时，它首先就用其面向支承圆锥体14的端面边缘推移到支承圆锥体14上。这可以在图4左边和图5放大图中见到，两者都表示了未锚固状态。当将压紧套筒16推移到支承圆锥体14上去时，压紧套筒16也就是并不相同地在其整个轴向长度上用其内支承圆锥体18支承在支承圆锥体14上。因此就可以更容易地使压紧套筒16在其面向支承圆锥体14的端面边缘处径向向外扩张，如果将它推移到支承圆锥体14上的话。
图4的右面和图6的放大图表示了具有紧固元件10的一种按照本发明的紧固装置，也就是说紧固元件10的锚固状态。用紧固元件10的支承圆锥体14插入在一个构件里，例如一个结构钢板22的一个原始为圆筒形的、没有附图标记的盲孔里。使压紧套筒16推移到这支承圆锥体14上。
另一种使压紧压紧套筒16扩张的方案在于：将一个未示出的管子段放在柄部12上并将一个同样也未示出的螺母拧到柄部12的螺纹24上。通过管子螺母在压紧套筒16上施加一个轴向力，它使压紧套筒16推移到支承圆锥体14上并扩张开，并因此将紧固元件10以上面所述的方式锚固在结构钢板22里的孔里。这种锚固方法的优点在于：不作用外力，也就是说紧固元件10不必支承在要将其锚固住的孔的底部上，而且紧固元件10不必克服用于扩张而施加于压紧套筒16上的轴向力而被支承住。结构钢板22因此不必被支承住，如在用锤击使压紧套筒16扩张时那样。此外所述的锚固方法可以实现在一个深的盲孔里的锚固，在该盲孔里紧固元件10并不支承在孔底上，或者可以实现在一个通孔里的锚固。
为了密封住结构钢板22里的孔使压紧压紧套筒16，如在图1右边可见的那样，沉埋入结构钢板22里例如大约0.5至1mm。这就形成一个包围住紧固元件10的柄部12的环形槽26，该环形槽用密封材料28填充。
图7所示紧固元件10的带有柄部12的支承圆锥体14和压紧压紧套筒16与图1所示的实施例是一致的。可参见上述的说明。在支承圆锥体14的背离柄部12的较大直径侧，柄部12或者支承圆锥体14具有一个轴向伸出部分23。该伸出部分23为圆柱体状并与支承圆锥体14的直径较大端具有同样的直径。伸出部分23轴向较短，它在轴向方向上只有支承圆锥体14长度的一小部分。支承圆锥体14轴向比柄部12直径短。轴向伸出部分23以一个棱角25终止。一个轴向平行的凸起状防转动筋条27阻止了柄部12和支承圆锥体14在压紧套筒16里转动。
轴向伸出部分23在使压紧套筒16推移时使支承圆锥体14支承在钻孔底部29上，它使支承圆锥体14与钻孔的底部29有一个间距。因此在压紧套筒16和钻孔的底部29之间就形成一个轴向自由空间，压紧套筒16在推到支承圆锥体14上时并不支承在钻孔的底部29上。因此压紧套筒16的扩张并不受到钻孔的底部29的阻碍。
图8和9所示的按照本发明的紧固元件10具有一个支承圆锥体12和一个压紧压紧套筒14。两者都由一种高硬度钢，尤其是一种合金化的不锈钢(例如A4-钢)组成。支承圆锥体12在支承圆锥体外面在支承圆锥体的小直径端部上具有一个圆柱形部段30，此外该支承圆锥体12具有一个同轴的带有内螺纹32的通孔。在支承圆锥体12的较大直径端部上在一个轴向较短的部段上设有一种倾斜的或直线的滚花34，图中是一种直线滚花。此外在支承圆锥体12的圆周的两个相互对置位置上设有成形轴向平行的缺口36，它们在其侧面上形成从支承圆锥体12向外突起的尖棱状筋条38。缺口36在支承圆锥体12的较大直径端开始，并且轴向大致在支承圆锥体12的中部终止。
未切槽的压紧套筒14具有一个与支承圆锥体12及其圆柱形部段16互补的通孔40，也就是说压紧套筒14的通孔40具有一个圆柱形部段42和一个支承圆锥体形部段44，其直径分别相当于支承圆锥体12及其支承圆柱体形部段30的直径。压紧套筒14在外侧具有一种环绕的十字滚花20，它从压紧套筒14的正面端伸展布置于一个轴向段上，该轴向段比通孔40的支承圆锥形部段44要短。在锚固时十字滚花20如前所述被压入孔壁里并因此改善了紧固元件10通过形状配合连接形成的锚固。
在支承圆锥体12的圆柱形部段30上的滚花46使压紧套筒14夹紧防止掉落到支承圆锥体12上。滚花46形成了一种压紧套筒14在支承圆锥体12上的防丢失机构，它并不阻止压紧套筒14推移到支承圆锥体12上。
图10表示了由支承圆锥体12和压紧套筒14组成的紧固元件10。紧固元件10的轴向长度与其外径为同一数量等级，紧固元件10因此在轴向与其直径相比较短并且可以锚固在一个短的无根切的盲孔里。
图8至10所示的紧固元件10的支承圆锥体12是无柄部的，也就是说它没有螺纹柄部或类似部分用于紧固一个构件，用于紧固一个构件的是内螺纹32。
为了锚固在一个构件里，例如铝板48里，将紧固元件10装入在铝板48里的孔50里，使支承圆锥体12支承在一个钻孔的底部上或者，在所示实施例中支承在孔50的一个(支承圆锥体形)环形凸肩52上(图11)。使压紧套筒14推移到支承圆锥体12上并因此至少在支承圆锥体形部位里扩张开。压紧套筒14通过推移到支承圆锥体12上而扩展，这也可以称为撑开。压紧套筒14因此被压向孔壁，其十字滚花20成型在孔壁里，因此使紧固元件10通过传力配合连接和摩擦配合连接锚固在孔50里(图12)。因为支承圆锥体12是无柄部的，因此紧固元件10并不突出于铝板48。
为了将压紧套筒14推移到支承圆锥体12上设有在图11和12中所示的按照本发明的安装工具54。该工具54是一种圆柱状的钢销钉，其直径相当于压紧套筒14的直径。安装工具54具有一个轴向定心杆56和一个包围住该定心杆56的管状凸缘58。定心杆56的直径并不大于支承圆锥体12内螺纹32的内径。当把安装工具54置于压紧套筒14上时定心杆56进入内螺纹32里并因此使工具54在紧固元件10上定位。安装工具54用该凸缘58支承在压紧套筒14的一个端面上。凸缘58的外径和内径相当于压紧套筒14的外径和内径。通过锤击在该置于压紧套筒14上的安装工具54上使压紧套筒14推移到支承圆锥体12上。这种推移可以称为扩张。通过安装工具54可以使压紧套筒14沉埋地锚固在孔50里，紧固元件10并不突出于铝板48。
一个构件，例如一种型钢60在该锚固于铝板48里的孔50里的紧固元件10上的固定是例如用一个穿过型钢60的螺纹件62来进行的，该螺纹件62拧入在支承圆锥体12的内螺纹32里。拧紧时螺纹件62就将支承圆锥体12更深地拉入压紧套筒14里，因此使压紧套筒14张开更大并且锚固更牢。支承圆锥体12的滚花20和具有筋条38的缺口36在压紧套筒14推移到支承圆锥体12上时，或者反过来在支承圆锥体12拉入压紧套筒14里时就压入到压紧套筒14里，它们形成一种防转动机构，它阻止了支承圆锥体12在拧入螺纹件62时在压紧套筒14里旋转并因此松动。
按照本发明采用了一种有台阶结构型式的孔50。孔50具有一个锚固部段64，其直径等于压紧套筒14的直径，紧固元件10锚固在这个部段里。用环形凸肩52使孔50变小或一个轴向伸出部分66，其直径至少如支承圆锥体12的内螺纹32的或者螺纹件62的螺纹的外直径那样大。孔50的伸出部分66可以使螺纹件62拧透过支承圆锥体12，而螺纹件62不会支承在钻孔的底部上而且紧固元件10在从孔50出来的方向上加载。本发明的这种结构方案的优点是：可以应用一种原理上任意长度的螺纹件62。
Claims (26)
1.用于锚固在一个短的、无根切的盲孔里的紧固元件，其具有一个一端带有一个支承圆锥体的柄部，所述支承圆锥体在离开柄部的方向上扩张开，其特征在于，所述紧固元件(10)具有一个未切槽的、管状压紧套筒(16)，所述柄部(12)穿过该压紧套筒而且为了张开和锚固在盲孔里所述压紧套筒可以推到支承圆锥体(14)上，因此它在一个面向支承圆锥体(14)的端部上扩张开。
2.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述压紧套筒(16)在其面向支承圆锥体(14)的端面的内侧上具有一个中空圆锥形的扩张口(18)。
3.按权利要求2所述的紧固元件，其特征在于，所述压紧套筒(16)的中空圆锥形扩张口(18)的锥角比支承圆锥体(14)的锥角要小。
4.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述支承圆锥体(14)的锥角约为14°至20°，最好为大约17°。
5.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述压紧套筒(16)在其外侧在其面向支承圆锥体(14)的端部上具有一个打毛部分(20)。
6.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述紧固元件(10)至少在外面在压紧套筒(16)的面向支承圆锥体(14)的端部中具有高硬度的钢。
7.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述支承圆锥体(14)在至柄部(12)的过渡处的直径比柄部(12)的直径大；而且支承圆锥体(14)用一个环形台阶(15)过渡至柄部的较小直径。
8.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述压紧套筒(16)在轴向上是短的并具有一个压紧部位，该压紧部位在超过压紧套筒(16)的轴向长度的一半以上的部位上延伸。
9.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述紧固元件(10)具有一个薄壁的压紧套筒(16)。
10.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述柄部(12)在支承圆锥体(14)的一个背离柄部(12)的侧面上有一个轴向伸出部分(23)，用于在推移压紧套筒(16)时使支承圆锥体(14)支承在盲孔的底部(29)上。
11.按权利要求10所述的紧固元件，其特征在于，所述伸出部分(23)在侧面并不突出于支承圆锥体(14)。
12.按权利要求3所述的紧固元件，其特征在于，所述压紧套筒(16)未切槽。
13.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述支承圆锥体(12)具有一种轴向平行的或者倾斜布置的沟纹(34，36，38)用于防止在支承圆锥体(12)和压紧套筒(14)之间发生转动。
14.按权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述支承圆锥体(12)是无柄部的并具有一个防丢失机构(21)用于使压紧套筒(14)在支承圆锥体(12)上保持住。
15.具有一个紧固元件的装置，所述紧固元件锚固在一个构件的一个无根切的孔里，其中紧固元件具有一个带有一个支承圆锥体的柄部，该支承圆锥体在离开柄部的方向上扩张开，其特征在于，所述紧固元件(10)具有一个未切槽的压紧套筒(16)，后者被推移到位于构件(22)的孔里的支承圆锥体(14)上，使压紧套筒(16)在一个面向支承圆锥体(14)的端部里扩张并压入到构件(22)的孔的孔壁里。
16.按权利要求15所述的装置，其特征在于，所述压紧套筒(16)至少在外面在其面向支承圆锥体(14)的并压入构件(22)孔壁里的端部中比构件(22)具有更大的硬度。
17.按权利要求15所述的装置，其特征在于，所述紧固元件(10)在构件(22)的孔里的锚固深度并不大于、而是最好小于孔的直径。
18.按权利要求15所述的装置，其特征在于，所述压紧套筒(16)沉埋在构件(22)的孔里，而且一个通过沉埋压紧套筒(16)而形成的、围住柄部(12)的环形槽(26)具有一种密封材料(28)。
19.按权利要求15所述的装置，其特征在于，所述支承圆锥体(12)是无柄部的并具有内螺纹(18)；构件(34)里的孔(36)有台阶并具有一个锚固部段(50)，该锚固部段的直径相当于压紧套筒(14)的外径并在该锚固部段里使支承圆锥体(12)和压紧套筒(14)锚固；而且孔(36)具有一个轴向的伸出部分(52)，其直径小于锚固部段(50)的直径而且其直径至少如支承圆锥体(12)的内螺纹(18)的外径那样大。
20.用于将紧固元件锚固在一个孔里的方法，其中紧固元件具有一个一端带有一个支承圆锥体的柄部，该支承圆锥体在离开柄的方向上扩张开，所述紧固元件还具有一个压紧套筒，它可以推移到支承圆锥体上用于扩张开并锚固在孔里，其特征在于，为将压紧套筒(16)推移到支承圆锥体(14)上在压紧套筒(16)上在支承圆锥体(14)的方向上施加一个轴向力并使反作用力传入紧固元件(10)的柄部(12)里。
21.按权利要求20所述的方法，其特征在于，所述柄部(12)具有一个外螺纹(24)，其上拧有一个螺母，该螺母对压紧套筒(16)施加轴向力。
22.按权利要求20所述的方法，其特征在于，将两个锁紧螺母拧在柄部(12)上并相对张紧，当拧上螺母时使柄部(12)在螺母上反向止动住。
23.将紧固元件锚固在一个孔里的方法，其中紧固元件具有一个一端带有一个支承圆锥体的柄部，所述支承圆锥体在离开柄部的方向上扩张开，所述紧固元件还具有一个压紧套筒，它可以推移到支承圆锥体上用于扩张并锚固在孔里，其特征在于，通过施加超声波使压紧套筒(16)推移到支承圆锥体(14)上。
24.用于紧固元件的安装工具，该紧固元件具有一个带有一个轴向孔的支承圆锥体和一个可以推移到该支承圆锥体上用于扩张开的压紧套筒，其特征在于，安装工具(40)具有一个定心杆(42)，当放置于压紧套筒(14)的一个端面上时定心杆就啮入到支承圆锥体(12)的轴向孔里。
25.按权利要求24所述的安装工具，其特征在于，所述安装工具(40)具有一个围住定心杆(42)的管状凸缘(44)用于放置于压紧套筒(14)的端面上，其中凸缘(44)的外径不大于压紧套筒(14)的外径。
26.按权利要求24所述的安装工具，其特征在于，管状凸缘(44)的内径不小于压紧套筒(14)的内径。
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