CN1968778A - 用于把锚栓锚固在锚固基材中的方法、锚栓及钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于把锚栓(10)锚固在一个譬如由混凝土构成的锚固基材(26)中的方法、一种适宜于该方法的锚栓(10)和一种适宜于该方法的钻机。本发明提出，把锚栓(10)用作通过高频的振动加工至少部分地在锚固基材(26)中建立的锚栓孔(28)的工具。该锚栓(10)譬如是一个沉割膨胀锚栓，其膨胀套筒(14)形成工具并通过施加以高频的振荡被打入到锚固基材(26)中。

Description

用于把锚栓锚固在锚固基材中的方法、锚栓及钻机

本发明涉及一种用于把锚栓锚固在锚固基材中的、具有权利要求1的前叙部分所述的特征的方法。此外，本发明还涉及一种适宜于根据发明的方法的、具有权利要求8的前叙部分所述的特征的锚栓和一种适宜于完成发明的方法的、具有权利要求18的前叙部分所述的特征的钻孔。

本发明特别针对在作为锚固基材的混凝土、石头、类似于石头的物质、墙和类似的材料中的锚固，即针对在建筑工程中的锚固。公开的和常见的是，用冲击式钻机或凿岩机钻一个钻孔作为锚栓孔于锚固基材中，并且随后把一个锚栓置入和锚固到锚栓孔中。概念上的锚栓在本发明的意义上应较广范围地被理解，并且通常表示可在锚栓孔中锚固的，即可固定的并借助其可把一个物体固定在锚固基材中的构件。这样的、也可被称为(膨胀)螺钉的锚栓譬如是具有一个膨胀套筒和一个膨胀锥的膨胀锚栓，其中，膨胀套筒通过套到膨胀锥上或相反通过把膨胀锥拉入到膨胀套筒中是可张开的并据此是可锚固在一个钻孔/锚栓孔中的。总之，在一个圆柱形的锚栓孔中的锚固主要是力锁合连接的，通过孔壁的粗糙度或不规则性，附加地产生形状锁合连接。锚固孔也可具有一个扩张部位，该扩张部位形成一个被沉割锚栓形状锁合连接地撑紧的沉割。

本发明的任务在于提供一种其它可能的锚固方案。

按照发明，以上任务通过权利要求1、8和18的特征被解决。本发明的基本思想是，通过对锚固基材的高频的振荡加工建立用于锚固锚栓的锚栓孔并且在此把锚栓用作工具。其中，振荡优选地是纵向振荡，但是，横向振荡和/或扭转振荡也是附加地或排它性地可能的。

在根据发明的方法中，至少部分地通过用高频的机械振荡，特别是超声范围中的机械振荡加工锚固基材在锚固基材中建立锚栓孔。高频是指约10千赫或10千赫以上的振动频率，超声范围可被定在约20千赫和1000兆赫之间。待锚固的锚栓本身形成一个用于高频的、机械的振荡加工锚固基材的工具，即用于建立锚栓孔的并可被称为声极的工具。也可以仅仅是锚栓的一部分，即譬如膨胀锚栓的膨胀套筒或膨胀锥形成工具。部分地建立锚栓孔可理解为，在譬如一个圆柱形的锚栓孔事先以传统的方式用冲击式钻机或凿岩机被钻成之后，只有锚栓孔的扩张部位譬如通过高频的振荡加工被建立，该扩张部位形成一个用于形状锁合连接地锚固沉割膨胀锚栓的沉割。

本发明有若干优点，在这些优点中，一个或多个优点与本发明的实施有关。本发明的一个优点是，锚栓孔的建立和锚栓的锚固可在一个工序中完成，其中，锚栓孔可在建立锚栓孔期间通过抽吸“钻屑”被净化。锚栓在锚固基材中的锚固据此得以简化和加速。本发明的另一优点是，只要求一个用于锚固的工具，即振荡钻机。总之，在锚栓孔完全通过振荡加工被建立的情况下，上述两个优点是存在的。本发明的另一优点是，通过高频的振荡加工建立锚栓孔不要求工具的旋转运动，即被用作工具的锚栓的旋转运动。据此，锚栓孔无需具有圆形的横截面，而锚栓孔的本来任意的横截面是可能的。本发明还使锚栓孔的横截面沿锚栓孔的深度变化成为可能。本发明的另一优点是，对形成工具的锚栓的振荡激励避免锚栓在打入和张开时卡在锚栓孔中。锚栓通过振荡激励总是活动的。譬如被避免的是，膨胀锚栓的膨胀套筒在套到膨胀锥上时卡在膨胀锥和孔壁之间的环形间隙中。传统的锚固中存在卡住的危险，特别是在膨胀套筒被膨胀到锚栓孔的沉割，譬如一个锥形的扩张中去的情况下。本发明的另一优点是，工具磨损变得无关紧要。被用作工具的锚栓只一次性地被采用，该锚栓似乎形成用于建立锚栓孔的一次性工具并作为锚栓保留在锚栓孔中。该锚栓的耐用度足够建立该锚栓孔，该锚栓在需要的情况下可具有磨损裕量。总之，在锚栓孔完全通过振荡加工被建立的情况下，不需要昂贵的和耐磨损的钻孔工具。锚栓孔的尺寸精确度通过作为工具的锚栓的仅一次性的应用与磨损的(被磨损的)钻头相比有所改善。

在根据发明的方法的一个实施形式中，至少近似地以锚栓的或者一个包括该锚栓的振荡钻机的所有随同锚栓振荡的部件的一个固有振动频率激励被用作工具的、用于建立锚栓孔的锚栓，即至少近似地与振荡激励器谐振地激励被用作工具的、用于建立锚栓孔的锚栓。待切除的材料在该谐振频率中冲击地并有时辅助地也切割地被去除。该在固有振动频率中振荡的锚栓实施具有小的振幅和高的效果的振荡，其中，为了激励该振荡，由于谐振效应只需很小的、譬如20μm(微米)的激励振幅。高频的、具有小的振幅的激励导致对环境的少的、机械的和声的负荷。一台振荡钻机可用于安静地被操纵。具有不同的轮廓的锚栓孔可灵敏地和精确地被加工。

被用作工具的锚栓留在了使用该锚栓建立的锚栓孔中。被激励到谐振振动的锚栓精确地在其自己的圆周轮廓中去除锚固基材的材料。形成一个紧密包围锚栓的锚栓孔，在该锚栓孔中，锚栓可施展高的夹紧力。这一点也适用于在其中的传统的钻孔技术通过破裂形成太大的孔的蜂窝砖或中空砖、浮石或类似的材料。在建立锚栓孔之后，锚栓可首先重新被抽出，以便清除锚栓孔中的尘埃或类似物。锚栓在达到被规定的钻孔深度后从振荡钻机中被松开并被留在锚栓孔中是有利的。对软的、如由泡沫混凝土、石膏或类似物构成的锚固基材中的孔壁的损坏得以避免。对于每个锚固都使用新的锚栓，使不存在锚栓孔的磨损造成的尺寸公差。

在本发明的一个实施形式中，锚栓孔具有一个沉割，该沉割通过用锚栓或锚栓的一部分，如膨胀套筒作为工具的振荡加工而被建立。该沉割的形状在很大程度上是任意的，该沉割可譬如作为锚栓孔的锥形扩张或阶梯状扩张被实施。没有该沉割的锚栓孔可事先以传统的方式通过用冲击式钻机或凿岩机钻孔制成或同样通过振荡加工建立。本发明的该实施形式具有如下优点，即精密配合的沉割通过锚栓或锚栓的在锚固后形状锁合连接地撑住该沉割的部分作为振荡加工工具被建立。该沉割的建立比传统的、通过一个专用钻头的或类似的钻具的侧向偏转扩张锚栓孔形成一个沉割的扩孔更简单。譬如沉割膨胀锚栓的被用作用于通过高频的振荡加工建立沉割的工具的膨胀套筒的偏转简单地通过在振荡激励膨胀套筒的同时把膨胀套筒套到膨胀锥上完成。进给仅仅是直线地和轴向地进行的，省去了工具的摆动运动或其他的侧向的偏转。另一优点是，被用作工具的锚栓在振荡加工时无需旋转地被驱动，因此，沉割可以不同于圆形，特别可能的是，把在锚栓孔的一个或多个圆周位置上的一个或多个膨胀片从侧方置入到锚固基材中。所述的那个沉割或多个沉割精确配合地只在锚栓的撑住沉割的部分所在的地方被建立。

本发明的另一应用场合是作为锚栓和工具的混凝土螺钉的应用，通过它螺纹通过振荡加工被建立到锚固基材中的锚栓孔的孔壁中。对混凝土螺钉的振荡激励可轴向地和/或旋转地(摆动地)进行。锚栓孔可事先以传统的方式被钻成，原则上，在通过对作为工具的混凝土螺钉的振荡激励建立螺纹的同时建立锚栓孔也是可能的。混凝土螺钉作为这样的构件是公开的，即混凝土螺钉在以传统方式脉冲式地置上回转冲击能量的情况下被拧入到事先被钻到锚固基材中的钻孔中，其中，螺纹切入到孔壁中。其中，锚固基材通常是混凝土或石头。螺钉或类似的构件是不需要的，混凝土螺钉直接地被旋入到混凝土中。但是，一个重的和专用的、具有高的回转冲击能量的冲击式旋入器是需要的。混凝土螺钉的内径小于钻孔的直径，在混凝土螺钉的杆和钻孔的孔壁之间存在环形的空隙。根据发明通过对作为工具的混凝土螺钉的(旋转)振荡激励建立螺纹，减少和大大简化了对混凝土螺钉的旋入和螺纹的建立。

此外，本发明还针对一种适宜于实施发明的方法的锚栓。发明的锚栓形成一个用于通过对锚栓的高频的、机械的振荡激励和对锚固基材的振荡加工在一个由譬如混凝土或钢构成的锚固基材中建立锚栓孔的工具(声极)。按照发明，锚栓因此同时也形成用于建立为把锚栓锚固在锚固基材中的锚栓孔的工具。也可以只有锚栓的一部分，如膨胀锚栓的膨胀套筒或杆或膨胀锥形成工具。根据发明的锚栓也可以是用于通过振荡加工建立部分锚栓孔的工具，譬如是建立事先以其它方式建立了的、譬如钻出的锚栓孔的一个形成沉割的扩张的工具。

优选锚栓的至少一个固有振动频率与高频的振荡激励器的激励频率是调谐的。据此，锚栓孔以小的、譬如仅为20μm(微米)的激励振幅由于谐振效应能以高的效率被建立。

在本发明的一个实施形式中，形成工具的锚栓是一个沉割膨胀锚栓，该沉割膨胀锚栓在被张开的和被锚定的状态中撑住锚栓孔的沉割。本发明使具有不同于圆形的横截面的锚栓成为可能，这是因为形成工具的锚栓为了建立锚栓孔无需旋转地被驱动。本发明譬如使多角形的或椭圆形的、在锚栓孔中通过形状锁合连接抗扭转地得以固定的锚栓成为可能。迄今，这在钻圆柱形的、又有沉割的锚栓孔时是不可能的。

在发明的一个优选的实施形式中，锚栓是一个形成工具的混凝土螺钉。该混凝土螺钉通过高频的振荡激励自身在锚固基材中切割螺纹。在这里也体现了下述优点，即对混凝土螺钉的振荡激励避免卡住，螺纹的建立因此进展更容易，螺纹可更深地被切入到锚固基材中的锚栓孔的孔壁中，混凝土螺钉的杆和孔壁之间的间隙可被缩小，混凝土螺钉的与锚栓孔的孔径一致的杆直径是可能的。

在发明的一个优选的实施形式中，锚栓具有用于抽吸在通过振荡加工至少部分地建立锚栓孔时产生的岩石屑的抽吸通道。该抽吸通道从锚栓的前端，即从产生岩石屑的部位一直延伸到锚栓的突出于锚固基材的或至少为抽吸岩石屑可接近的后部。该抽吸通道可譬如是一个槽或一个封闭的、内置的孔式的通道。也可被用于排放和/或用作于钻孔用流体的输送通道的抽吸通道，在建立锚栓孔期间使净化锚栓孔成为可能。其中优选地添加有磨蚀用钻孔用辅剂的钻孔用流体可以是液态的或气态(如空气)的。

在一个优选的实施形式中，锚栓具有在钻孔时自动张开的钻头。为此，锚栓特别是在其钻头的范围中具有纵向缝隙，其中，钻头的端侧具有凹陷，譬如为凹拱形结构。在钻孔时在钻头的端侧上产生的轴向挤压力沿凹拱产生径向朝外的张开力，该张开力在纵向缝隙的范围中径向向外张开锚栓。该张开是随着锚栓孔加工进度自动完成的。在没有附加的措施的情况下，形成一个沿钻削方向呈锥形扩展的锚栓孔，该锚栓孔的形状是精确地配合到沿钻削方向呈锥形张开的锚栓上。在没有附加的、扩张的措施的情况下，锚栓以高的配合精度形状锁合连接地固定在锚栓孔中。

在发明的一个优选的实施形式中，锚栓的本体具有一个杆和一个为钻头结构的、自由的端部，其中，钻头具有一个非圆形的、沿径向突出于杆的横截面轮廓。棱形的、具有非圆形的横截面形状的锚栓孔可简单地被建立，其中，非圆形的钻头的多个角在被夹入钻机中的锚栓旋转一圈时可简单和效果显著地产生希望的沉割。锚栓在实施旋转运动之后通过在沉割中的形状锁合连接附加于夹紧力可靠地得以可靠固定。

为了建立钻孔，发明设置一个具有高频的振荡激励器的、为振荡钻机结构的钻机。这优选地是一个手持式工具和/或电动钻机。其中，钻孔工具是被夹入到钻机中的锚栓，该锚栓是至少在一个固有振动频率中与高频的振荡激励器的激励频率是调谐的。激励频率和固有振动频率相宜地处于10个赫兹以上并且特别是处在超声范围中。在振荡钻孔机的运行中，振荡激励器和形成工具的锚栓至少近似地处于谐振中。

在优选的实施形式中，钻机具有可无需工具操作的、用于锚栓的快速夹具。该快速夹具可为爪式卡盘并且相宜地是一个其中锚栓可精确配合地被夹到其中的弹簧卡头。该快速夹具可以在振荡激励器和锚栓之间良好地传递能量。在有许多个待建立的锚栓孔时，锚栓可不需要太多操作和在没有附加的工具的情况下以简单的方式被夹入到手操纵的钻机中。在建立锚栓孔之后，可以快速松开锚栓。在从钻床中松开锚栓时对锚栓孔的损坏被避免。锚栓孔的建立和锚栓的嵌入能快速进行。

锚栓有利地具且个锚栓用其固定在钻机的夹具中的螺纹杆。其中，锚栓本身或者其本体可在没有限制的情况下无障碍地通过夹具振荡。高的钻孔能力是可达到的。具有一个或许被固定在其上的膨胀头的螺纹杆在建立锚栓孔时与锚栓一起被嵌入到锚栓孔中。省去了附加的、事后的装配工作量。

在一个优选的实施形式中，钻机的夹具为磁性夹持装置结构并且锚栓为用于磁性固定在夹具上的结构。为此，锚栓特别是具有一种可磁力吸引的材料，优选地一种软磁性的铁材料。在不用大力的情况下实现夹，和松开锚栓是可能的。磁力足以固定锚栓，而把振荡能量从振荡激励器传递到锚栓上则通过由于用手加上的压紧力造成的表面压力实现。相应的情况也适用于在夹具上固定锚栓，在固定装置中，或者是锚栓或者是夹具具有用于插上锚栓的辅助轴颈。

夹具相宜地是由一种具有声吸收少的材料，特别是由钛制成的。实践表明，振荡激励器的振荡能量届时可至少几乎无损失地被传递到锚栓上。

在一个相宜的实施形式中，锚栓是静态固定地和特别是抗扭转地固定在振荡钻机的夹具中的。静态固定地夹入被用作工具的锚栓使得锚栓的对锚固基材的振荡加工有影响的振荡运动基本上仅仅是一个动态的固有振荡。固定地夹入导致一个精确限定的固有振动频率，其简化了振荡激励器的激励频率与整个系统的调谐。抗扭转地夹入用作建立锚栓孔的工具的锚栓特别是在与一个非圆形的钻头相结合的情况下允许建立具有不同于圆形的横截面的锚栓孔。在达到所希望的锚固深度后，钻机与抗扭转地被夹入的锚栓一起可被旋转，其中，钻头的径向突出于锚栓的杆的部分产生一个在形状上相对于非圆形的芯钻孔精确限定的沉割。

发明的钻机的振荡激励器优选地为压电激励器结构。经由电源电缆或蓄电池被提供的电能借助发生器被转换成高频的交流电压并借助高的效率的压电激励器被转换成机械的振荡能。与高的激励频率和固有频率相结合，高的钻孔能力能以较少的驱动能量而达到。作为电动工具，振荡钻机可为小的、轻的和便于操作的结构。

在锚栓的范围中设置用于钻屑的抽吸装置是有利的。在现有技术中钻头中的通常的、螺旋形的钻屑槽与钻头的旋转运动相结合造成的缺少对钻屑的排除，这可通过上述抽吸装置简单地被补偿。

在发明的一个相宜的实施形式中，在形成工具的锚栓的范围中设置有用于特别是具有磨蚀的钻孔辅剂的钻孔流体(优选地为液态，也可能为气态)的输送装置。具有多种型式也没有刀刃的钻头的锚栓也可以被置入。譬如具有平的端面的钻头的切除的振荡运动通过磨蚀的钻孔辅剂，如金刚砂或类似的物质效果显著地被支持。届时，钻孔流体在避免起尘的情况下排出被钻出的材料。

抽吸装置及输送装置相宜地包括与设在锚栓上的抽吸通道/冲洗冲道相通的联箱。抽吸通道/冲洗通道可设置在锚栓的内侧上或外面上。联箱与锚栓中的抽吸通道/冲洗通道相通允许万能的可使用性。譬如，空气可通过联箱和抽吸通道/冲洗通道被吸入，其中，在钻头的范围中被切除的钻屑在避免起尘的情况下直接在切除处被抽走。相同的布局也可是沿相反的方向被流通。在流过空气时，钻屑可效果显著地从钻孔中被吸出。同样，譬如以含有金刚粉的水的形式的液体可通过联箱和抽吸通道/冲洗通道被泵往钻头。有针对性的计量是可能的。一个封闭的、空气或钻孔液体可被输送和也可再被抽吸的系统可譬如用两个联箱被形成。

用上述的钻机与上述的、作为工具设计的锚栓相结合，可以在石头或类似石头的材料，如混凝土或墙或类似的材料中精确地建立锚栓孔。留在锚栓孔中的锚栓精确配合地座落在被该锚栓本身建立的锚栓孔中。特别是非圆形的、具有沉割和高的形状精度的锚栓孔可被建立，这些锚栓孔适于夹紧的和形状锁合连接地固定相应的锚栓或者膨胀螺钉。

下面，发明借助在附图中示出的实施例详细被说明。附图示出：

图1按照发明的一个锚栓，

图2a至图2c  按照发明的另一个在不同的锚固步骤中的锚栓，

图3按照发明的一个混凝土螺钉，

图4按照发明的另一个锚栓，

图5一个具有压电振荡激励器和一个抗扭转地被夹入的、作为工具的锚栓的手持钻机的示意透视图，

图6图5所示的锚栓的具有一个径向突出的钻头的变型结构，

图7其中具有一个按照发明的圆形的沉割的三角形锚栓孔的锚固基材的示意俯视图，

图8具有关于锚栓孔的沉割的细节并具有被置入的、图6所示的锚栓的图7所示的锚固基材的示意剖视图，

图9图5所示的、具有另一包围锚栓的联箱的一个变型结构，

图10具有根据发明的、自动扩张的钻头的图9所示的锚栓的放大细节视图，

图11设计为弹簧卡头的按照发明的、图9所示的夹具的细节，

图12图11所示的夹具的、以磁性固定装置的形式出现的变型结构，

图13根据发明的、具有一个为插上锚栓而设置的辅助轴颈的夹具的另一变型结构。

在图1中示出的、根据发明的锚栓10是一个沉割一膨胀锚栓。该锚栓10具有一个锚栓杆12和一个膨胀套筒14。锚栓杆12在其后端上具有螺纹16，锚栓杆12在其前端上以一个膨胀锥18扩大并终止在一个短的圆柱形区段20中。

膨胀套筒14是管形的，该膨胀套筒14可在柄12上移动。膨胀套筒14在一个前部的、朝向膨胀锥18的范围中具有在前面敞开的、把膨胀套筒14分成膨胀片24的缝隙22。

为了在一个譬如由混凝土构成的锚固基材26中进行锚固，锚栓10如在图中所示被置入到锚固基材26中的一个预钻的、圆柱形的锚栓孔28中。膨胀套筒14借助一个没示出的高频钻机被套到膨胀锥18上。该高频钻机是或包括一个产生机械的、在高频范围中的振荡的振荡器。高频是指一个约10千赫兹或更高的频率。钻机优选地以超声范围中的、即在约20个赫兹和1000兆赫兹之间的范围中的振荡工作。这样的、也被称作振荡变换器、转换器或超声变换器的振荡器本来是公开的并因此无需在此赘述。该振荡器可以是一个譬如以手持式钻机的形式出现的、手操作的器械。高频钻机具有一个管形的振子30，该振子30的在图1中可见的前端被置于膨胀套筒14的朝向振子30的后端。振子30被高频钻机激励成轴向的、机械的、超声范围中的振荡。该振荡也可以理解为摆动，其在图中用双箭头32表示。振子30把超声振荡传递到锚栓10的膨胀套筒14上。按这种方工被激励成超声振荡的膨胀套筒14形成一个也被称为声极的、用于超声加工锚固基材16的工具。超声加工可理解成用机械的、超声范围中的振荡加工锚固基材26。用低于超声范围的，即次声范围的振荡频率加工锚固基材26也是可行的。膨胀套筒14的膨胀片24被膨胀锥18沿箭头34斜向外偏转并如在图1中用虚线所示，成形的锚栓孔28的孔壁中。通过用膨胀套筒14作为工具的超声加工，一个锥形的、被膨胀片24撑住的沉割在锚栓孔28中被建立。膨胀锚栓10据此锚固在锚固基材26中。

圆柱形的锚栓孔28可用一个冲击式钻机或一个凿岩机钻好。另一种根据发明的可能性是，同样通过以锚栓杆12作为工具的振荡加工建立锚栓孔28。为此，锚栓杆12用没示出的高频振荡钻机被施加以高频振荡，特别是超声振荡并被打入到没被预钻孔的锚固基材26中。锚栓杆12能以其螺纹16拧入或夹入到没示出的高频钻机的工具夹持装置中，以便能良好地传递振荡。按照发明，锚栓孔28包括锥形的沉割也能以锚栓10的杆12和膨胀套筒14作为工具通过振荡加工，特别是超声加工被建立，或者在锚栓孔28预先以其它方式被建成之后，只有锚栓孔28的沉割以锚栓10的膨胀套筒14作为工具通过振荡加工被建立。

图2a示出了一个根据发明的、也为膨胀锚栓结构的另一个锚栓36。该锚栓36具有一个有圆柱形外圆周的膨胀套筒38和一个轴向的通孔。该通孔在大于锚栓36的一半长度的后部区域是圆柱形的并且有内螺纹40。该通孔以一个空心锥42朝向前端逐渐收缩。缝隙44把膨胀套筒38的前部分成膨胀边46。为了在锚固基材26中建立一个锚栓孔，锚栓36被夹入到没示出的高频钻机中或以其内螺纹40被拧到没示出的高频钻机中或以其它的方式，如双箭头32所示，被施加以处于次声范围或超声范围中的机械振荡并被打入到没被预钻孔的锚固基材26中。在振荡加工锚固基材26时出现的钻屑可通过膨胀套筒38被抽吸出，如用箭头48所示。因此，膨胀套筒38的轴向通孔形成用于抽吸钻屑的抽吸通道。

在把膨胀套筒38打入到锚固基材26中之后，如在图26中所示，膨胀锥48被打入到膨胀套筒38中并张开膨胀边46，并且据此把膨胀锚栓36锚固在锚固基材26中的锚栓孔中。一个没示出的螺纹件或螺栓可被拧入到内螺纹40中，用于固定未示出的物件。锚栓36在这里也形成用于通过超声加工或者振荡加工锚固基材26建立锚栓孔的工具。

在图2c中示出了发明的一种变型。在这里，在把锚栓36的膨胀套筒38打入到锚固基材26中之后，一个圆柱形的膨胀体50被打入到膨胀套筒38中。即膨胀体50被打入到膨胀套筒38的空心锥42中。该打入也用一个没示出的振荡钻机进行，振荡钻机的振子30是作用到膨胀体50上并对膨胀体50施加特别以超声振荡。超声振荡被传递到锚栓36的膨胀边46上，据此，膨胀边46沿箭头52的方向被向外挤压并成形到锚固基材26中。据此，锚栓孔的一个锥形的、被锚栓36的膨胀边46撑住的沉割被建立。届时，空心锥42被扩张并且在锚固结束时可以是圆柱形的。

图3示出了一个根据发明的、也为用附图标记54表示的作为混凝土螺钉设计的锚栓54。该混凝土螺钉54形成一个工具，就是说，该混凝土螺钉54譬如在螺钉头56处被夹入到一个没被示出的高频钻机的工具夹持装置中并被该高频钻机施加以高频振荡或者超声振荡。超声振荡特别是作为摆动的扭转振荡沿双箭头58的方向进行的。据此，被用作锚栓和被用作工具的混凝土螺钉54的螺纹60切入到譬如由混凝土构成的锚固基材26中。振荡可附加地，或许也单独地沿轴向被施加到混凝土螺钉54上。可设置一个用于混凝土螺钉54的芯孔，如在图3中用虚线62所示，预钻到锚固基材26中，其中，芯孔62能以传统的方法被钻出或也能通过超声加工被建立。当然也可以把作为工具的混凝土螺钉54在没有预钻的情况下通过施加超声被拧入到锚固基材26中。为了抽吸钻屑，混凝土螺钉54具有一个作为纵向槽成形到混凝土螺钉54的杆中的抽吸通道64。该形成抽吸通道64的槽中断了螺纹60，据此，螺纹导程上的端面刀刃得以构成，这些端面刀刃使通过超声扭转振荡在抛锚26中建立螺纹得到改善。

图4示出了另一根据发明的、以膨胀锚栓的形式设计的锚栓66，该膨胀锚栓具有一个杆68，该杆68具有位于后端的螺纹70和一个位于前端的膨胀锥72。一个具有贯通的纵向缝隙的膨胀套筒74处在杆68上。按照发明，图4中的锚栓66也形成用于振荡加工的工具。该锚栓66能以其具有螺纹70的后端被夹入到没示出的高频钻机中，以便通过振荡加工在锚固基材中建立锚栓孔。在建立锚栓孔之后，杆68被抽回并且据此膨胀锥72被拉入到膨胀套筒74中并将膨胀套筒74扩张。据此锚栓66锚固在通过振荡加工被建立的锚栓孔中。

为了清理锚栓孔，锚栓66具有一个为纵向槽结构的抽吸通道76。该抽吸通道76只是部分地在那些锚栓66的具有其最大直径的区段中构成。膨胀套筒74的贯通的纵向缝隙也形成抽吸通道76的一段。

膨胀锥72在前端具有一个短的、圆柱形的区段78。该圆柱形的段78为形成工具的锚栓66在通过振荡加工建立锚栓孔时的磨损提供磨损裕量。这也适用于图1所示的锚栓10的膨胀锥18的前端上的圆柱形的区段20。

图5以示意透视图示出了一个根据发明的电动钻机1，该电动钻机具有一个振荡器3和一个所谓的、作为振荡钻机的、用于以机械的振荡施加于工具的升压器82。该钻机具有一个手柄80和一个联接电缆21。也可被称作振幅转换块的升压器82把被振荡器3产生的机械振荡传递到工具上并影响，特别是可能把机械振荡的振幅放大多倍。在钻机1的工具侧的端部23上设置有夹具5，在该夹具5中静止固定地和特别是相对于钻机不旋转地夹持有作为工具2的锚栓。前面说明的锚栓10、36、54、66之一可被用作工具。在所示的实施例中，手柄80是减振地固定在振荡器3上的，但也譬如可相应地固定在升压器82上。

振荡器3在图示的实施例中为压电激励器4，该压电激励器4经由联接电缆21被一个没示出的电振荡器供以电能。为此，可规定有电网运作或也有蓄电池运作。通过电激励由压电激励器4产生的机械振荡借助升压器82在振幅方面被放大并被传递到夹持在夹具5中的钻孔工具2上。

压电激励器4的激励频率在所示的实施例中处于约20千赫兹的超声范围中。作为工具2一侧固定地被夹持的锚栓在其固有振荡频率中是如此设计的，即该锚栓至少以一个固有模态与压电激励器4的激励频率谐振。其中，工具2的几何结构是有利地如此选择的，即多个固有模态在其频率方面是相互接近的，其中，相应地被调谐的压电激励器4产生对不同的固有模态的谐振激励。其中，考虑纵向振荡、横向振荡和扭转振荡。

工具2设计为具有本体31和在本体31上的螺纹杆19的、圆柱形的钢制锚栓17。其中，锚栓17借助螺纹杆19固定在钻机1的夹具5上。振荡器3的振荡能量被夹具5经由螺纹杆19传递到锚栓17的本体31上。螺纹杆19和本体31的外部和内部及据此也在其相互的接触面上是全面地涂敷的。锚栓17是作为用于夹紧地锚固在涉及图8被详细说明的锚固基材13中的膨胀锚栓或膨胀螺钉设计的。用于形成石膏板或纸板或类似的物质的形状锁合连接的沉割的倾斜螺栓或摆动螺栓的结构也能是有利的。锚栓17的自由端25设计为钻头9的结构，该钻头9和锚栓17的与钻头9相接的杆8一样具有相同的圆柱形的外轮廓。

设在被用作工具2的锚栓的杆8上的钻头9可在待建立的锚栓孔中经由相应的振荡沿轴向、径向和圆周方向切除材料。

在工具2的设备侧一端的范围中设置有一个联箱6，该联箱6的内腔通流连接地与一个在内侧穿过工具2的同轴地延伸的抽吸通道/冲洗通道7相通。为了形成抽吸通道/冲洗通道7，螺纹杆19和本体31均为管形结构。抽吸通道/冲洗通道7也可作为外侧的槽设在锚栓17上。联箱6具有一个侧方的连接口84。出自钻头9的范围的钻屑可从抽吸通道/冲洗通道7的端侧的口径由该侧方的连接口84被抽走。相反，空气也可通过该连接口84和抽吸通道/冲洗通道7被鼓入到待建立的锚栓孔中。同样，譬如以添加有磨蚀的钻孔辅料，如含有金刚粉或类似的物质的水的形式的钻孔流体可通过连接口84和抽吸通道/冲洗通道7被导入到锚栓孔中并直接被导入到钻头9的范围中。

图6示出了工具2的或者说图5所示的锚栓17的一个与图1所示的锚栓10相似的变型结构。螺纹杆19沿纵向穿过锚栓17并且在自由端25的范围中具有一个锥形的膨胀头86。锚栓17的数个被斜向张开的膨胀片27是绕膨胀头86的圆周分布地设置的并以角12径向突出于圆柱形的杆8。膨胀片27与膨胀头86一起形成一个非圆形的钻头9。

图7以示意的俯视图的形式示出了譬如由泡沫混凝土构成的锚固基材13。也可能是天然石、混凝土、墙或类似的物质以及细木料、金属或塑料。工具2的或者锚栓17(图6)的杆8具有一个圆形的横截面11，该横截面11在内侧邻接到钻头9的譬如三角的、通过膨胀片27(图6)被形成的横截面轮廓10上。其中，钻头9的横截面轮廓10在倒圆的角12的范围中径向突出于杆8的横截面10。为了建立图8所示的锚栓孔14，谐振振荡的锚栓17(图6)沿轴向顶着锚固基材13被导向，其中，其横截面形状与钻头9的横截面形状10一致的锚栓孔14(图8)通过振荡的钻头9的磨蚀效应形成。在所示的实施例中，形成一个具有倒圆的三角的横截面的锚栓孔14。

在达到所希望的锚固深度后，钻机1以抗扭转地被夹入的工具2(图6)绕工具2的纵轴线缓慢地旋转，直至角12譬如达到了图7所示的虚线所示的并用12标示的位置为止。通过钻机1的继续旋转，角12通过切除锚固基材13的材料，与钻孔14的三角的横截面轮廓10相比产生一个大致圆形的沉割16。

图8示出了锚固基材13的沿图7所示的线VII-VII的示意截面图。据此，在锚栓孔14的底部上形成了径向和锥向被扩张的沉割16，在该沉割16中形状锁合连接地和夹紧地锚固有图6所示的锚栓17。

锚栓17容纳螺纹杆19。在螺纹杆19上固定有一个被示意的工件55，其中，通过拧紧螺栓，在沉割16处除有形状锁合连接外，还通过膨胀头86扩张膨胀片27出现夹紧作用。

钻孔14是用振荡激励的锚栓17钻成的。在达到希望的钻孔深度和实现图7所示的、卡口式的旋转运动后，锚栓17从钻机1(图5)的夹具5中被松开，届时，锚栓17留在锚栓孔14中。对图5所示的锚栓17的圆柱形的结构而言，也得出可比拟的建立锚栓孔14和置入锚17，其中，只是没有沉割16被构成。

图9示出了图5所示的钻机的一个变型结构，在该变型结构中，除了在夹具5的范围中的联箱6，还设置有另一个包围锚栓17的本体31的联箱6。锚栓17具有一个在内侧延伸的抽吸通道/冲洗通道7，该抽吸通道/冲洗通道7从自由端25出发纵向通过锚栓17延伸并且与设备侧的联箱6相通。本体31的外侧设置有另一个在这里是螺旋形延伸的抽吸通道/冲洗通道7，该抽吸通道/冲洗通道7是与包围本体31的联箱6的连联孔84通流地相通的。

锚栓侧的、其中为更一目了然起见在截面图中只示出了一半的联箱6在其朝钻孔方向的端面35上有一个环形地包围锚栓17的密封圈96。在实施钻孔时，该密封圈96被压向锚固基材13(图8)，据此，两个联箱6之间经由锚栓17的两个抽吸通道/冲洗通道7形成封闭的、通流的连通。其中，空气或钻孔液体可选择地从外向内，即从锚检测的联箱6向设备侧的联箱6或也可沿相反的方向被抽入和/或被吸出。在锚栓17的自由端25的范围中，一个封闭的、通流的系统得以形成，变得游离的钻屑或类似物可至少近乎完全地从该系统中被排出。

锚栓17在其朝向钻机1的侧上具有一个辅助轴颈92(图9)，锚栓17是用该辅助轴颈92固定在夹具5上的。夹具5在其锚栓侧的端上构成为无需工具可操作的快速夹具，该快速夹具在所示的实施例中为弹簧卡头29结构。其中，夹具5是由一种具有声吸收少的材料制作的。为此，在所示的实施例中选择了钛或者钛合金作为材料。

图10以放大的详细视图的形式示出了图9所示的具有位于其外的、沿轴向螺旋延伸的、槽结构的抽吸通道/冲洗通道7的锚栓17的本体31。本体31是未变形地示出的，并且此时具有一个基本上圆柱形的形状，该圆柱形的形状是包括处在自由端25(图9)上的钻头9在内的本体31的整个长度。本体31在钻头9的范围中具有譬如四个与本体31的纵轴线平行地大致沿本体31的一半长度伸展的纵向缝隙33。其中，这四个缝隙把管形的本体31的壁分成四个相互分离的膨胀片27。

钻头9的端侧94为凹拱结构，其中，在所示的实施例中形成了一个凹的锥面37。也可以简单地将膨胀片27设置为具有斜向向内的平面、球形面或类似的面。在锥形面37过渡到圆柱形的本体的外表面时形成了一个环形的切削边38。

从切边38与锥形面37和纵向缝隙33的功能协同作用中得出其钻头9在钻孔时自动扩张的本体的结构。在钻孔时被施加到锥形面37上的压紧力经由锥形面37的相对于本体31的纵轴线的斜置以一个径向的、朝向外的分力作用到膨胀片27上，届时，膨胀片27随钻孔深度的加深进行径向的扩张，其中，特别是扩张的切边38造成一个锥形的、沿钻削方向扩大的钻孔形状。膨胀片27在被变形的状态中是向外扩张的并据此在锥形地沿钻孔方向自身扩展锚栓孔中形成形状锁合连接的锚固。

锚栓17的本体31是由一种软磁性的铁材料制作的并据此可在需要时在有或没有辅助轴颈92(图9)的情况下由于磁的吸持力被夹入在一个涉及图12被详细描述的磁性夹持装置30上。

图11以一个放大的示图的形式示出了图9所示的具有锚栓侧的弹簧卡头29的夹具5的细节。弹簧卡头29包括数个被一个其内侧为锥形结构的锁紧环98所包围的夹紧片39。夹片39和锁紧环98围成一个开口41，譬如具有图5所示的螺纹杆19的或图9所示的辅助轴颈92的锚栓17可无间隙地被引入到该开口41中。拧紧或卡口式地旋紧锁紧环98经由其内侧的锥形面造成夹片39的径向向内相互挤压，其结果使锚栓17被固定地夹入。无需工具的松开可通过反向旋转锁紧环98完成。

在图12所示的夹具5的实施例中，在锚栓侧的端上设置有一个杯形结构的并且包围开口41的磁性夹持装置20。图10所示的本体31或图9所示的锚栓17的辅助轴颈92可无间隙地被插到该开口41中。磁性夹持装置30为永久磁铁并且在此由于在永久磁铁和由软磁性的铁材料构成的锚栓17之间形成的磁力保持，其中，引入和松开锚栓可在克服磁力的情况下无需工具地用手完成。

图13示出了基本体为与图12所示的结构一致的夹具5的另一变型结构。在其端侧的端上设置有一个在所示的实施例中具有正方形的横截面的辅助轴颈43。具有一个相应的容纳开口的、譬如具有图10所示的本体31的锚栓17可被套到该辅助轴颈43上。容纳开口具有相应的、多角的结构时与辅助轴颈43的同样的角的横截面相结合，得出锚栓17与夹具5的一种抗扭转的连接。该连接能是沿纵向可自由抽出的或具有一个限定的夹紧力的结构。替代辅助轴颈43的示出的正方形的结构，与圆形不同的、适于传递扭矩的横截面形状也能是相宜的。然而，需要时也可设置圆形的横截面，据此提供夹具5和锚栓17(图10)之间的无扭矩的力传递。

Claims (30)

1.用于把锚栓锚固在锚固基材中的方法，其中，锚固基材中的锚栓孔至少部分地通过高频的机械振荡而建立，其特征在于，锚栓(10；17；36；54；66)被用作用于高频振荡加工锚固基材(13；26)的工具(2)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的锚栓(10；17；36；54；66)以高于10千赫兹和特别是在超声范围中的频率被激励。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的锚栓(10；17；36；54；66)在建立锚栓孔(14；28)之后留在锚固基材(13；26)中。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的锚栓(10；17；36；54；66)以固有振动频率被激励。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的锚栓孔(14；28)具有沉割，该沉割以所述的锚栓(10；36)作为工具通过振动加工被建立。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的锚栓孔具有螺纹，并且混凝土螺钉(54)被用作锚栓和工具，所述的螺纹用该混凝土螺钉通过振荡加工被建立。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，螺栓被用作锚栓(10；36；54；66)。

8.用于锚固在锚固基材的锚栓孔中的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(10；36；54；66)形成一个用于通过高频的振荡加工锚固基材(13；26)、在锚固基材(13；26)中至少部分地建立锚栓孔(28)的工具。

9.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(10；36；54；66)在至少一个固有振动频率中与高频的振荡激励器(3)的激励频率是调谐的。

10.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(10；36；54；66)是沉割膨胀锚栓。

11.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(54)是混凝土螺钉。

12.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述锚栓(17；54；66)具有用于抽吸在通过振荡加工建立锚栓孔(10；36；54；66)时产生的钻屑的抽吸通道(7；64；76)。

13.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(54；66)具有为了把所述的锚栓(10；36；54；66)固着在振荡钻机(1)的夹具(5)中而设置的辅助轴颈(92)。

14.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(17)是为插到一个振荡钻机(1)的夹具(5)的辅助轴颈(43)上而设置的。

15.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(17)设计为用于磁性固定在一个振荡钻机(1)的夹具(5)上的结构。

16.按照权利要求8所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(17)具有为钻头(9)结构的端部(25)，其中，钻头(9)具有非圆形的、侧突出的横截面(10)。

17.按照权利要求16所述的锚栓，其特征在于，所述的锚栓(17)为自动扩张的结构。

18.钻机，其特征在于，钻机(1)为具有高频的振荡激励器(3)的振荡钻机结构。

19.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)为手持式工具结构。

20.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，钻机(1)具有一个可松开地被夹入的锚栓(10；17；36；54；66)，该锚栓形成一个用于通过高频的振荡加工锚固基材(13；36)建立锚栓孔的工具。

21.按照权利要求20所述的钻机，其特征在于，所述的锚栓(10；17；36；54；66)在至少一个固有振动频率中与钻机(1)的高频的振荡激励器(3)的激励频率是调谐的。

22.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有可无需工具可操作的、用于所述的锚栓(17)的快速夹具(5)。

23.按照权利要求22所述的钻孔，其特征在于，所述的钻机(1)具有作为快速夹具(5)的磁性夹持装置。

24.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有夹具(5)，其具有用于插上所述的锚栓(17)的辅助轴颈(92，43)。

25.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有由一种声吸收少的材料并且特别是由钛制作的夹具(5)。

26.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有高于10千赫兹并且特别是在超声范围中的激励频率和固有振动频率。

27.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有作为振荡激励器(3)的压电激励器。

28.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有用于钻屑的抽吸装置(6)。

29.按照权利要求18所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1)具有用于特别是有磨蚀的钻孔辅料的钻孔流体的输送装置(6)。

30.按照权利要求18所述的钻孔，其特征在于，所述的抽吸装置(6)或者所述的输送装置(6)具有联箱(6)，该联箱(6)在有被夹入的锚栓(10；17；36；54；66)时是与设在该锚栓(10；17；36；54；66)上的抽吸通道/冲洗通道(7；64；76)相通的。

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