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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement nach Patentanmeldung
DE 103 45 118 (Stammanmeldung)
zur Verankerung in einem kurzen, nicht hinterschnittenen Sackloch
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Setzwerkzeug
für das
Befestigungselement gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7 sowie eine Anordnung mit dem Befestigungselement
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 10. Das Befestigungselement ist insbesondere dazu
vorgesehen, eine Befestigungsmöglichkeit
an einem plattenförmigen
Bauteil beispielweise aus Baustahl oder Aluminium zu schaffen, um
ein weiteres Bauteil daran befestigen zu können. Wenn dabei das plattenförmige Bauteil
nicht durchbohrt werden soll steht eine nur vergleichsweise kurze
Verankerungstiefe zur Verfügung,
insbesondere wenn ein Durchmesser des Lochs oder Sacklochs ungefähr gleich
groß wie
eine Dicke des Bauteils ist. Kurz ist im Verhältnis zum Durchmesser des Sacklochs
oder des Befestigungselements zu verstehen.
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Aus
der
EP 440 896 B1 ist
ein Befestigungselement bekannt, das zur Verankerung in einem hinterschnittenen
Bohrloch in einem plattenförmigen Bauteil,
beispielsweise einer Fassadenplatte vorgesehen ist. Das bekannte Befestigungselement
weist einen Schaft mit einem Spreizkonus an einem Schaftende auf,
der sich in Richtung vom Schaft weg erweitert. Auf dem Schaft befindet
sich ein in Seitenansicht gesehen wellenförmig gebogener Ring, der zur Verankerung
auf den Spreizkonus aufgeschoben wird und sich dadurch aufweitet.
Der aufgeweitete Ring hintergreift die Hinterschneidung des Bohrlochs.
Das bekannte Befestigungselement lässt sich zwar in einer Platte
verankern, die verhältnismäßig dünn in Bezug
auf einen Bohrlochdurchmesser sein kann, es hat jedoch den Nachteil,
dass es eine Hinterschneidung zur Verankerung benötigt. Die
Herstellung der Hinterschneidung erfordert einen zusätzlichen
Aufwand.
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Die
Stammanmeldung
DE 103 45 118 zur vorliegenden
Patentanmeldung gibt ein Befestigungselement an, das in einem nicht
hinterschnittenen und im Verhältnis
zum Durchmesser kurzen Sackloch verankerbar ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, die Verankerbarkeit des Befestigungselements zu verbessern
und insbesondere die Gefahr eines Lockerns des verankerten Befestigungselements
beim Befestigen eines Bauteils an dem Befestigungselement zu verringern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement
weist einen Spreizkonus und eine Spreizhülse auf, die zum Aufweiten
und Verankern in einem Loch auf den Spreizkonus aufschiebbar ist.
Beim Aufschieben der Spreizhülse
auf den Spreizkonus weitet der Spreizkonus die Spreizhülse zumindest
in einem Bereich auf, der einem durchmessergrößeren Ende des Spreizkonus
zugewandt ist. Das Aufweiten kann auch als Aufspreizen der Spreizhülse aufgefasst
werden. Durch das Aufweiten wird die Spreizhülse an eine Lochwand gedrückt, wobei
sich die Spreizhülse in
die Lochwandung einformen kann. Die Spreizhülse und damit das Befestigungselement
ist kraftschlüssig und,
wenn sie sich in die Lochwand einformt, zusätzlich formschlüssig im
Loch gehalten, d. h. verankert. Der Spreizkonus soll im Sinne der
Erfindung allgemein als sich in einer Richtung aufweitender Spreizkörper mit
konischer oder auch pyramidenartiger oder ähnlicher Form verstanden werden.
Beispielsweise kann der Spreizkonus oder Spreizkörper in Längsrichtung ballig oder hohlrund
sein.
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Erfindungsgemäß weist
der Spreizkörper eine
achsparallel oder schräg
verlaufende Riffelung zur Drehsicherung zwischen dem Spreizkonus
und der Spreizhülse
auf. Beim Aufschieben der Spreizhülse auf den Spreizkonus drückt sich
die Riffelung des Spreizkonus in die Spreizhülse ein und bildet dadurch
eine Drehsicherung. Grundsätzlich
kann die Riffelung auch an einer Innenseite der Spreizhülse vorgesehen
sein. Die Riffelung verläuft
achsparallel oder schräg,
hat also auch bei schrägem
Verlauf eine achsparallele Komponente und hat damit eine Sperrwirkung
gegen eine Relativbewegung zwischen Spreizhülse und Spreizkonus in Umfangsrichtung,
d. h. gegen eine Drehung der Spreizhülse gegenüber dem Spreizkonus. Die Drehsicherungswirkung
ist bei einer achsparallel verlaufenden Riffelung größer, dafür weist
eine schräg
verlaufende Riffelung zusätzlich eine
Sperrwirkung gegen eine Bewegung in axialer Richtung auf, d. h.
eine schräg
verlaufende Riffelung hält
die auf den Spreizkonus aufgeschobene Spreizhülse in axialer Richtung auf
dem Spreizkonus bzw. umgekehrt den Spreizkonus in der Spreizhülse.
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Wird
ein Bauteil an dem verankerten Befestigungselement schraubend befestigt, übt die Schraubbewegung
insbesondere beim Festziehen ein Drehmoment auf den Spreizkonus
aus. Die erfindungsgemäße Riffelung
erhöht
ein vom Spreizkonus auf die Spreizhülse übertragbares Drehmoment, wodurch
die Gefahr, dass das beim Befestigen des Bauteils auf den Spreizkonus
ausgeübte
Drehmoment den Spreizkonus in der Spreizhülse dreht und dadurch lockert,
verringert ist. Insbesondere eine schräg verlaufende Riffelung erhöht zusätzlich den Axialsitz
des Spreizkonus in der Spreizhülse,
wodurch die Gefahr verringert ist, dass der Spreizkonus durch Ausüben einer
Axialkraft beim Befestigen des Bauteils gelockert und aus der Spreizhülse herausgedrückt wird.
Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn der Spreizkonus beim
Verankern nicht auf einem Bohrlochgrund aufsitzt, beispielsweise
bei der Verankerung in einem Durchgangsloch oder in einem tiefen
Sackloch.
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Insbesondere
ist die Spreizhülse
ungeschlitzt, weil dadurch bessere Verankerungswerte zu erwarten
sind. Grundsätzlich
ist allerdings auch eine geschlitzte Spreizhülse möglich. Der Spreizkonus und
die Spreizhülse
weisen axiale Längen
auf, die in der Größenordnung
eines Außendurchmessers
der Spreizhülse
und damit eines Lochdurchmessers. Dabei können der Spreizkonus und die
Spreizhülse
verschieden lang sein. Eine Verankerung ist beispielsweie auch in
Beton möglich.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist die Riffelung nur auf einem Axialabschnitt
des Spreizkonus ausgebildet, der sich an oder nahe an dem durchmessergrößeren Ende
des Spreizkonus befindet. Das Aufschieben der Spreizhülse auf
den Spreizkonus ist dadurch mit geringer Kraft möglich.
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Als
Riffelung eignet sich gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung eine Kerbung an einer oder mehreren
Stellen des Umfangs des Spreizkonus. Durch Einformen der Kerbung
werfen sich vergleichsweise scharfkantige Rippen oder Sicken an Seiten
der Kerbung auf, die sich beim Aufschieben der Spreizhülse in diese
einformen und die gewünschte
Drehsicherung bewirken. Die Kerbung ist einfach herstellbar und
erhöht
eine Aufschiebekraft der Spreizhülse
wenig.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Gerad- oder Schrägrändel am
Spreizkonus als Riffelung vor. Im Falle eines Schrägrändels verläuft die
Schräge
insbesondere in der gleichen Richtung wie eine Steigung eines Befestigungsgewindes,
allerdings normalerweise mit abweichender Steigung. Auch ein Rändel ist
einfach und preisgünstig
herstellbar. Kerbung und Rändel
können
alternativ oder gemeinsam an dem Spreizkonus ausgebildet sein.
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Zur
Befestigung eines Gegenstandes an dem erfindungsgemäßen Befestigungselement
kann dessen Spreizkonus einen Schaft, insbesondere einen Gewindeschaft
aufweisen. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen schaftlosen
Spreizkonus vor, der Spreizkonus weist beispielsweise ein Innengewinde
zum Eindrehen einer Schraube oder eines Gewindebolzens vor. Schaftlos
ist dahingehend zu verstehen, dass der Spreizkonus keinen aus der Spreizhülse vorstehenden
Schaft aufweist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht ein
versenktes oder mit einer Oberfläche
bündiges
Verankern des Befestigungselements in einem Loch. Dies hat den Vorteil,
dass kein Schaft aus einem Bauteil vorsteht, in dem das Befestigungselement
verankert ist. Insbesondere bei der schaftlosen Ausführung des Spreizkonus
ist die erfindungsgemäße Riffelung
zur Drehsicherung zwischen Spreizkonus und Spreizhülse vorteilhaft,
sie ist allerdings ebenso bei einem einen Schaft aufweisenden Spreizkonus
möglich.
Allerdings ist auch eine schaftlose Ausführung des Spreizkonus des erfindungsgemäßen Befestigungselements
ohne die Riffelung möglich,
wenn auf die durch die Riffelung bewirkte Drehsicherung verzichtet
wird.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Verliersicherung vor, die
die Spreizhülse
bis zur Verankerung des Befestigungselements auf dem Spreizkonus
hält. Nach
der Verankerung ist die Verliersicherung bedeutungslos. Die Verliersicherung
vermeidet, dass sich Spreizhülse
und Spreizanker bei Lagerung und Transport voneinander trennen und
hält die Spreizhülse in ihrer
vorgesehenen Orientierung auf dem Spreizkonus. Die Verliersicherung
vermeidet, dass die Spreizhülse
verkehrt herum auf den Spreizkonus aufgesetzt wird. Ausreichend
ist, dass die Verliersicherung die Spreizhülse gegen Herunterfallen auf
dem Spreizkonus hält,
eine unlösbare
Verbindung ist nicht erforderlich. Die Verliersicherung kann beispielsweise
ein Rändel
sein, der die Spreizhülse mit
(geringer) Klemmkraft auf dem Spreizkonus hält.
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Das
erfindungsgemäße Setzwerkzeug
kann beispielsweise stiftförmig
nach Art eines Durchschlags ausgebildet sein, so dass Hammerschläge auf die
Spreizhülse
des Befestigungselements übertragbar
sind, die die Spreizhülse
auf den Spreizkonus schieben, der beispielsweise auf einem Grund
des Sacklochs aufsitzt. Mit dem Setzwerkzeug lässt sich die Spreizhülse auch
beaufschlagen, wenn sie im Loch versenkt ist. Erfindungsgemäß weist
das Setzwerkzeug einen Zentrierdorn auf, der beim Aufsetzen auf
die Spreizhülse
in ein Axialloch des Spreizkonus eingreift. Der Zentrierdorn positioniert
das Setzwerkzeug am Befestigungselement und verhindert ein Abrutschen.
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Eine
Weiterbildung des Setzwerkzeugs sieht einen rohrförmigen Kragen
vor, der den Einschlagdorn umgibt und mit dem das Setzwerkzeug auf
die ebenfalls rohrförmige
Spreizhülse
aufgesetzt wird. Durch den Kragen ist eine Beaufschlagung der Spreizhülse möglich, wenn
die Spreizhülse
im Loch versenkt ist und/oder wenn der Spreizkonus aus der Spreizhülse vorsteht.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
sieht das erfindungsgemäße Befestigungselement
in einem Loch verankert vor. Das Loch ist erfindungsgemäß gestuft
und weist einen Verankerungsabschnitt auf, dessen Durchmesser einem
Außendurchmesser
der Spreizhülse
entspricht und in dem das Befestigungselement mit der auf den Spreizkonus
aufgeschobenen und dadurch aufgeweiteten Spreizhülse verankert ist. Des Weiteren
weist das Loch einen axialen Fortsatz mit kleinerem Durchmesser
auf. Der Durchmesser des Fortsatzes des Lochs ist mindestens so groß wie ein
Außendurchmesser
eines Innengewindes des Spreizkonus. Dadurch ist ein Durchschrauben
einer Gewindestange oder einer Schraube durch den Spreizkonus zur
Befestigung eines Bauteils an dem verankerten Befestigungselement
möglich, ohne
dass die Gewindestange oder die Schraube auf einem Bohrlochgrund
aufsitzt und das verankerte Befestigungselement in Richtung aus
dem Loch heraus beaufschlagt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Spreizkonus und eine Spreizhülse
eines erfindungsgemäßen Befestigungselements
in Seitenansicht;
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2 eine
Stirnansicht des Spreizkonus gemäß Pfeil
II in 1;
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3 das
Befestigungselement aus 1 in zusammengesetztem Zustand;
und
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4–6 aufeinandertolgende
Montageschritte des Befestigungselements aus 1 unter Zuhilfenahme
eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs.
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Das
in 1 und 2 dargestellte, erfindungsgemäße Befestigungselement 10 weist
einen Spreizkonus 12 und eine Spreizhülse 14 auf. Beide bestehen
aus einem Stahl großer
Härte,
insbesondere aus einem legierten, nicht rostenden Stahl (beispielsweise
A4-Stahl). Der Spreizkonus 12 weist außer dem Konus einen zylindrischen
Abschnitt 16 am durchmesserkleineren Ende des Konus auf.
Des Weiteren weist der Spreizkonus ein koaxiales Durchgangsloch
mit Innengewinde 18 auf. In einem axial kurzen Abschnitt
am durchmessergrößeren Ende des
Spreizkonus 12 ist ein Schräg- oder Geradrändel 20 ausgebildet,
in der Zeichnung ist ein Geradrändel dargestellt.
Außerdem
sind an zwei einander gegenüberliegenden
Stellen des Umfangs des Spreizkonus 12 achsparallele Kerben 22 eingeformt,
die an ihren Seiten vom Spreizkonus 12 nach außen stehende, scharfkantige
Rippen 24 bilden. Die Kerben 22 beginnen am durchmessergrößeren Ende
des Spreizkonus 12 und laufen axial ungefähr in einer
Mitte des Spreizkonus 12 aus.
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Die
ungeschlitzte Spreizhülse 14 weist
ein zum Spreizkonus 12 und dessen zylindrischen Abschnitt 16 komplementäres Durchgangsloch 26 auf, d.
h. das Durchgangsloch 26 der Spreizhülse 14 weist einen
zylindrischen Abschnitt 28 und einen konischen Abschnitt 30 auf,
deren Durchmesser den Durchmessern des Spreizkonus 12 und
dessen zylindrischem Abschnitt 16 entsprechen. Auf einer
Außenseite
weist die Spreizhülse 14 einen
umlaufenden Kreuzrändel 32 auf,
der sich von einem Stirnende der Spreizhülse 14 über einen
Axialabschnitt erstreckt, der kürzer
als der konische Abschnitt 30 des Durchgangslochs 26 ist.
Beim Verankern drückt
sich der Kreuzrändel 32 in
eine Lochwandung ein und verbessert dadurch die Verankerung des
Befestigungselements 10 durch Formschluss.
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Ein
Rändel 21 am
zylindrischen Abschnitt 16 des Spreizkonus 12 hält die Spreizhülse 14 klemmend
gegen Herunterfallen auf den Spreizkonus 12. Der Rändel 21 bildet
eine Verliersicherung der Spreizhülse 14 auf dem Spreizkonus 12,
die das Aufschieben der Spreizhülse 14 auf
dem Spreizkonus nicht verhindert.
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3 zeigt
das aus Spreizkonus 12 und Spreizhülse 14 zusammengesetzte
Befestigungselement 10. Eine axiale Länge des Befestigungselements 10 liegt
in einer Größenordnung
seines Außendurchmessers,
das Befestigungselement 10 ist damit axial im Verhältnis zu
seinem Durchmesser kurz und lässt
sich in einem kurzen, nicht hinterschnittenen Sackloch verankern.
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Der
Spreizkonus 12 ist schaftlos, d. h. er weist keinen Gewindeschaft
oder dgl. zur Befestigung eines Bauteils auf, zur Befestigung eines
Bauteils dient das Innengewinde 18.
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Zur
Verankerung in einem Bauteil, beispielsweise einer Aluminiumplatte 34 wird
das Befestigungselement 10 in ein Loch 36 in der
Aluminiumplatte 34 eingesetzt, so dass der Spreizkonus 12 auf einen
Lochgrund oder, im dargestellten Ausführungsbeispiel, auf einer (konischen)
Ringschulter 38 des Lochs 36 aufsitzt (4).
Die Spreizhülse 14 wird
auf den Spreizkonus 12 aufgeschoben und dadurch zumindest
im konischen Bereich aufgeweitet. Das Aufweiten der Spreizhülse 14 durch
Aufschieben auf den Spreizkonus 12 kann auch als Aufspreizen
bezeichnet werden. Die Spreizhülse 14 wird
dadurch gegen eine Lochwand gedrückt,
ihr Kreuzrändel 32 formt sich
in die Lochwandung ein, so dass das Befestigungselement 10 durch
Kraft- und Reibschluss im Loch 36 verankert ist (5).
Da der Spreizkonus 12 schaftlos ist, steht das Befestigungselement 10 nicht aus
der Aluminiumplatte 34 vor.
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Zum
Aufschieben der Spreizhülse 14 auf
den Spreizkonus 12 ist das in 4 und 5 dargestellte
erfindungsgemäße Setzwerkzeug 40 vorgesehen. Das
Setzwerkzeug 40 ist ein zylinderförmiger Stahlstift, dessen Durchmesser
einem Durchmesser der Spreizhülse 14 entspricht.
Das Setzwerkzeug 40 weist einen axialen Zentrierdorn 42 und
einen den Zentrierdorn 42 umgebenden, rohrförmigen Kragen 44 auf.
Ein Durchmesser des Zentrierdorns 42 ist nicht größer als
ein Innendurchmesser des Innengewindes 18 des Spreizkonus 12.
Beim Aufsetzen des Setzwerkzeugs 40 auf die Spreizhülse 14 taucht
der Zentrierdorn 42 in das Innengewinde 18 ein
und positioniert dadurch das Setzwerkzeug 40 am Befestigungselement 10.
Mit dem Kragen 44 sitzt das Setzwerkzeug 40 auf
einer Stirnfläche
der Spreizhülse 14 auf.
Außen-
und Innendurchmesser des Kragens 44 entsprechend dem Außen- und
Innendurchmesser der Spreizhülse 14.
Durch Hammerschläge
auf das auf die Spreizhülse 14 aufgesetzte
Setzwerkzeug 40 lässt
sich die Spreizhülse 14 auf
den Spreizkonus 12 aufschieben, dieses Aufschieben kann
als Auftreiben bezeichnet werden. Durch das Setzwerkzeug 40 lässt sich
die Spreizhülse 14 im
Loch 36 versenkt verankern, das Befestigungselement 10 steht
nicht aus der Aluminiumplatte 34 vor.
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Die
Befestigung eines Bauteils, beispielsweise eines Stahlprofils 46 an
dem im Loch 36 in der Aluminiumplatte 34 verankerten
Befestigungselement erfolgt beispielsweise mit einer durch das Stahlprofil 46 durchgesteckten
Schraube 48, die in das Innengewinde 18 des Spreizkonus 12 eingedreht
wird. Beim Eindrehen zieht die Spreizschraube 48 den Spreizkonus 12 tiefer
in die Spreizhülse 14 ein,
so dass die Spreizhülse 14 stärker aufgeweitet
und verankert wird. Der Rändel 20 und
die Kerbung 22 mit den Rippen 24 des Spreizkonus 12 drücken sich
beim Aufschieben der Spreizhülse 14 auf
den Spreizkonus 12 bzw. umgekehrt beim Einziehen des Spreizkonus 12 in
die Spreizhülse 14 in
letztere ein, sie bilden eine Drehsicherung, die verhindert, dass
sich der Spreizkonus 12 beim Eindrehen der Schraube 48 in
der Spreizhülse 14 dreht
und dadurch lockert.
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Erfindungsgemäß ist eine
gestufte Ausführung
des Lochs 36 vorgesehen. Das Loch 36 weist einen
Verankerungsabschnitt 50 mit dem Durchmesser der Spreizhülse 14 auf,
in dem das Befestigungselement 10 verankert ist. Mit der
Ringschulter 38 verkleinert sich das Loch in einen axialen
Fortsatz 52, dessen Durchmesser mindestens so groß wie ein
Außendurchmesser
des Innengewindes 18 des Spreizkonus 12 bzw. eines
Gewindes der Schraube 48 ist. Der Fortsatz 52 des
Lochs 36 ermöglicht
ein Durchschrauben der Schraube 48 durch den Spreizkonus 12 ohne
dass die Schraube 48 an einem Lochgrund aufsitzt und das
Befestigungselement 10 in Richtung aus dem Loch 36 heraus
beaufschlagt. Diese Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil,
dass eine im Prinzip beliebig lange Schraube 48 verwendet
werden kann.