DE102007023735A1

DE102007023735A1 - Gewindenschneidende Betonschraube und Anordnung mit einer solchen Betonschraube

Info

Publication number: DE102007023735A1
Application number: DE102007023735A
Authority: DE
Inventors: Jan-Christian Becker; Raphael Dixa; Horst Kiess; Andreas Heinze
Original assignee: Fischerwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Fischerwerke GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-11-27
Also published as: WO2008141693A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gewindeschneidende Betonschraube (1) und eine Anordnung einer solchen, in ein Bohrloch (9) eingeschraubten Betonschraube (1). Die Erfindung schlägt vor, die Betonschraube (1) mit zwei Gewindegängen (6, 7) mit unterschiedlichen Außendurchmessern auszubilden, wobei ein Abstand des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser zum Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser nach vorn kleiner als nach hinten ist. Eine Geometrie des Gewindes (5) der Betonschraube (1) ist so gewählt, dass beim Gewindeschneiden entstehendes Gesteinsmehl (14) zwischen den Gewindegängen (6, 7) gepresst wird und fest an der Betonschraube (1) haftet. Das gepresste Gesteinsmehl (14) bildet mit den Gewindegängen (6, 7) einen Gewindegang der Betonschraube (1). Ein Halt der Betonschraube (1) im Beton (10) ist dadurch verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine gewindeschneidende Betonschraube mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung einer solchen Betonschraube, die in ein Loch in beispielsweise Beton eingeschraubt ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
Betonschrauben sind an sich bekannt. Es handelt sich dabei um Schrauben, die in ein Loch oder Bohrloch in Beton, Mauerwerk, Naturstein, Porenbeton oder einen anderen Vollbaustoff eingeschraubt werden. Nachfolgend wird verkürzend nur von Beton die Rede sein. Beim Einschrauben schneidet sich die Betonschraube ein Gewinde in eine Lochwand, d. h. sie wird ohne ein Hilfsmittel wie einen Dübel in den Beton geschraubt. Das Einschrauben erfolgt üblicherweise mittels eines Drehschlagschraubers. Da Betonschrauben ihr Gewinde in den Beton schneiden, werden sie auch als gewindeschneidende Betonschrauben bezeichnet.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 017 596 A1 ist eine derartige gewindeschneidende Betonschraube bekannt. Die bekannte Betonschraube weist ein zweigängiges Gewinde auf, dessen Gewindegänge unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Ein Durchmesser eines Lochs, in das die Betonschraube eingeschraubt wird, kann so groß wie der Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem kleineren Außendurchmesser sein, so dass der Gewindegang der Betonschraube mit dem kleineren Außendurchmesser an der Lochwand anliegt. Es schneidet in diesem Fall nur der Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser ein Gewinde in die Lochwand. Auch kann der Durchmesser des Lochs kleiner gewählt sein, so dass auch der Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser ein Gewinde in die Lochwand schneidet. In diesem Fall schneidet sich der Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser tiefer in die Lochwand in Beton ein. Bei an sich allen bekannten Betonschrauben, auch bei der hier genannten, ist der Durchmesser des Lochs, in das die Betonschraube eingeschraubt wird, größer als ein Kerndurchmesser des Gewindes der Betonschraube. Es besteht dadurch ein zylindermantelförmiger, den Gewindekern umschließender Freiraum zwischen dem Gewindekern der Betonschraube und der Lochwand zur Aufnahme von Gesteinsmehl, das beim Schneiden des Gewindes in die Lochwand entsteht. Der zylindermantelförmige Freiraum wird ungenau auch als „ringförmiger Frei- oder Zwischenraum" bezeichnet. Auch bei der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, wenn auch nicht unbedingt zwingend, dass der Durchmesser des Lochs, in das die Betonschraube eingeschraubt wird, größer als ein Kerndurchmesser des Gewindes der Betonschraube ist.
Die beiden Gewindegänge des Gewindes der bekannten Betonschraube haben in axialer Richtung verschiedenen Abstand voneinander, d. h. eine Teilung ist verschieden. Und zwar ist von einem vorderen Ende der Betonschraube aus gesehen der Abstand von dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser zum Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser größer als der Abstand vom Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser zum Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser. Das vordere Ende der Betonschraube ist das Ende, mit dem voran die Betonschraube in das Loch eingebracht wird. Am anderen, dem hinteren Ende weist eine Betonschraube üblicherweise einen Schraubenkopf auf. Man verspricht sich davon einen besseren Halt der Betonschraube im Bohrloch, also einen höheren Auszugswert. Der Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser, der sich tiefer in den Beton schneidet, weist eine längere Strecke in axialer Richtung bis zum nächsten Gewindegang auf, über die eine Kraft gegen Ausziehen der Betonschraube in den Beton eingeleitet wird.
Aufgabe der Erfindung ist, eine gewindeschneidende Betonschraube der vorstehend erläuterten Art und eine Anordnung mit einer solchen, in ein Bohrloch eingeschraubten Betonschraube vorzuschlagen, deren Haltekraft erhöht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Wie die bekannte gewindeschneidende Betonschraube weist auch die erfindungsgemäße Betonschraube ein zweigängiges Gewinde auf, deren Gewindegänge unterschiedliche Außendurchmesser und verschiedene Abstände der Gewindegänge in axialer Richtung voneinander aufweisen. Im Gegensatz zur bekannten Betonschraube ist bei der erfindungsgemäßen Betonschraube der Abstand des Gewindegangs mit dem größeren Außendurchmesser zum Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser vom Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser aus in Richtung des hinteren Endes der Betonschraube gesehen kleiner als in umgekehrte Richtung gesehen der Abstand des Gewindegangs mit dem kleineren Außendurchmesser vom Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser. Als „vorderes Ende" wird das Ende der Betonschraube bezeichnet, mit dem voran die Betonschraube in ein Bohrloch eingeschraubt wird. Das hintere Ende dient zur Befestigung eines Gegenstands mit der Betonschraube am Beton, das hintere Ende weist üblicherweise einen Schraubenkopf auf. Es hat sich gezeigt, dass die umgekehrte Anordnung der beiden Gewindegänge die Haltekraft der Betonschraube im Beton erhöht. Das resultiert vermutlich aus einer verbesserten Krafteinleitung der Betonschraube in den Beton oder einen sonstigen Ankergrund wie Mauerwerk, Naturstein, Porenbeton oder einen anderen Vollbaustoff. Gesteinsmehl, das beim Schneiden des Gewindes in den Beton entsteht, sammelt sich in den Zwischenräumen zwischen den beiden Gewindegängen. Der aufgrund des kürzeren axialen Abstands der Gewindegänge kleinere Zwischenraum vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen hinter dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser wird vom Gesteinsmehl zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig ausgefüllt. Dieses Gesteinsmehl verbessert die Krafteinleitung vom Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser in den Beton und erhöht dadurch die Haltekraft der Betonschraube im Beton. Möglicherweise spielen auch Spreizkräfte, die das Gesteinsmehl nach außen in den Beton einleiten, eine Rolle.
Es wird angenommen, dass die von den beiden Gewindegängen der erfindungsgemäßen Betonschraube auf den Beton oder einen sonstigen Ankergrund im Bereich des kleineren Abstands zwischen den Gewindegängen, also vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen hinter dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser, ausgeübten mechanischen Spannungen den Beton oder sonstigen Ankergrund im genannten Bereich zerstören, d. h. Gesteinsmehl bilden. Im größeren Abstand zwischen den beiden Gewindegängen, vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen also vor dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser, sind aufgrund des größeren Abstandes der Gewindegänge die von der Betonschraube auf den Beton oder einen sonstigen Ankergrund ausgeübten mechanischen Spannungen niedriger, so dass in diesem Bereich der Beton nicht zerstört wird, sondern der Betonschraube Halt gibt. Die mechanischen Spannungen entstehen durch das Schneiden des Gewindegangs und/oder eine Zugbeanspruchung der Betonschraube bei Belastung.
Weiter wird angenommen, dass das Gesteinsmehl im kleinen Abstand zwischen den beiden Gewindegängen gepresst wird und zusammen mit den beiden Gewindegängen eine Art einzigen Gewindegang bildet, der den Halt der Betonschraube im Beton verbessert. Die Pressung des Gesteinsmehls im kleinen Abstand zwischen den Gewindegängen der Betonschraube kann so groß sein, dass das Gesteinsmehl mehr oder weniger stark an der Betonschraube haftet, und eventuell auch bei einem Ausschrauben an der Betonschraube haften bleibt. Auch kann das Gesteinsmehl nach einer Entlastung wieder lose, d. h. schüttfähig oder bröckelig sein. Jedenfalls verbleibt nach einem Ausschrauben der Betonschraube und einem Reinigen des Bohrlochs und des geschnittenen Gewindes in der Bohrlochwand ein „Abdruck" eines einzigen Gewindegangs, der sich über den kleineren Abstand der beiden Gewindegänge erstreckt und dessen vordere Flanke vom Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser und dessen hintere Flanke vom Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser gebildet ist. Im Bohrloch ist die vordere Flanke des Gewindegangs einem Bohrlochgrund und die hintere Flanke des Gewindegangs einer Bohrlochmündung zugewandt. Auch dieses Merkmal, dass in der Bohrlochwand der „Abdruck" eines einzigen Gewindegangs verbleibt, der sich über den kürzeren Abstand zwischen den beiden Gewindegängen der Betonschraube erstreckt, kann ein die Erfindung kennzeichnendes oder bestimmbares Merkmal bilden.
Als vorteilhaft hat sich ein Abstand des Gewindegangs mit dem größeren Außendurchmesser vom Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen erwiesen, der etwa das 0,2–0,48fache einer Steigung des Gewindes beträgt. Die Steigung ist der axiale Abstand von einer zur nächsten Windung eines Gewindegangs, also die Summe der axialen Abstände der Gewindegänge. Des weiteren hat sich gezeigt, dass ein Verhältnis der Außendurchmesser der beiden Gewindegänge von etwa 1,2 gute Haltewerte der Betonschraube bewirkt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung haftet Gesteinsmehl, das beim Schrauben der Betonschraube in das Bohrloch entsteht und anschließend durch das Einschrauben der Betonschraube gepresst wird, im kleineren Zwischenraum zwischen den Gewindegängen, also vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen hinter dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser, an der Betonschraube. Beim Einschrauben der Betonschraube in das Bohrloch schneiden die Gewindegänge oder jedenfalls der Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser ein Gewinde in die Lochwand. Das Volumen des losen Gesteinsmehls, das sog. Schüttvolumen, ist größer als sein Volumen in abgebundenem Zustand als Beton vor dem Schneiden des Gewindes. Es findet also eine Volumenvergrößerung statt. Außerdem nehmen die Gewindegänge der Betonschraube Raum ein, der vor dem Einschrauben der Betonschraube für den Beton zur Verfügung stand, weil sich die Gewindegänge in den Beton schneiden. Das für das Gesteinsmehl verfügbare Volumen ist dadurch verkleinert. Beide Effekte zusammen, also die Volumenvergrößerung des Betons bei der Gesteinsmehlbildung und die Verdrängungswirkung der Gewindegänge der Betonschraube bewirken ein Verdichten und Pressen des Gesteinsmehls. Beeinflusst wird die Pressung wie erwähnt durch die Geometrie des Gewindes der Betonschraube, insbesondere durch den Abstand des Gewindegangs mit dem größeren Außendurchmesser vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen zum Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser, durch die Verhältnisse der Außendurchmesser, die Gewindehöhe, die Höhe der Gewindegänge im Verhältnis zum Kerndurchmesser des Gewindes und die Querschnittsform der Gewinde. Abhängig ist die Pressung selbstverständlich auch vom Durchmesser des Bohrlochs, in das die Betonschraube eingeschraubt wird. Die Geometrie des Gewindes der Betonschraube ist deswegen beispielsweise auf einen vorgesehenen Durchmesser des Bohrlochs, in den die Betonschraube eingeschraubt werden soll, also einen Soll- oder Nenndurchmesser des Bohrlochs, abzustimmen. Insbesondere wenn das gepresste und haftende Gesteinsmehl den Zwischenraum zwischen den beiden Gewindegängen vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen hinter dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser ausfüllt, bildet das an der Betonschraube haftende Gesteinsmehl zusammen mit den beiden Gewindegängen einen einzigen Gewindegang mit näherungsweise viereckigem Querschnitt. Dabei verjüngt eine Kopffläche dieses Gewindegangs ihren Durchmesser vom vorderen zum hinteren Ende der Betonschraube gesehen, nämlich vom Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem größeren Außendurchmesser auf den Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem kleineren Außendurchmesser. Die Kopffläche kann zudem ballig sein. Die Durchmesseränderung am Kopf des vom gepressten Gesteinsmehl mit den beiden Gewindegängen der Betonschraube gebildeten Gewindegangs bildet eine Art Konusfläche, die sich wendelförmig wie ein Gewindegang um die Schraube windet. Die Konusform bewirkt eine Krafteinleitung von der Betonschraube in den Beton nicht nur in axialer Richtung, sondern auch nach außen, also eine Keilwirkung, die den Halt der Betonschraube im Beton erhöht. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem größeren Außendurchmesser etwa das 1,1–1,6fache der Steigung des Gewindes der Betonschraube. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem größeren Außendurchmesser etwa das 1,2–1,4fache des Kerndurchmessers des Gewindes der Betonschraube beträgt. Sofern der Gewindekern nicht zylindrisch ist, ist der mittlere Kerndurchmesser gemeint. Die genannten Bemessungen des Gewindes haben sich als günstig für eine hohe Haltekraft der Betonschraube erwiesen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine konische Mantelfläche des Gewindekerns zwischen den Gewindegängen vor. Die Mantelfläche kann zusätzlich hohlrund oder ballig oder auch kantig konvex oder konkav sein. Über die Länge der Betonschraube nimmt der Durchmesser des Gewindekerns bei dieser Ausgestaltung der Erfindung nicht zwingend zu oder ab, die Mantelfläche des Gewindekerns ist eine konusartige Fläche, die sich wendelförmig wie die Gewindegänge um den Gewindekern windet. Die Mantelfläche des Gewindekerns kann nach vorn oder nach hinten geneigt sein. Die Mantelfläche kann im kurzen Abstand und/oder im langen Abstand zwischen den Gewindegängen konisch und im anderen Abstand zylindrisch sein. Eine Konizität der Mantelfläche des Gewindekerns beeinflusst die Pressung des beim Gewindeschneiden und/oder einer Zugbeanspruchung der Betonschraube entstehenden Gesteinsmehls. Außerdem kann eine konische Mantelfläche des Gewindekerns bei axialer Beanspruchung der Betonschraube eine Keilwirkung bewirken, die den gepressten Beton nach außen beaufschlagt und dadurch den Halt der Betonschraube erhöht.
Ein Flankenwinkel eines oder beider Gewindegänge der Betonschraube beträgt bei einer Ausführungsform der Erfindung zwischen etwa 30° und 50°. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Spitzgewinde vor, wobei das Spitzgewinde auch sägezahnförmig, d. h. mit unterschiedlich steilen Gewindeflanken sein kann. Auch diese Ausgestaltungen der Erfindung haben sich als günstig für eine hohe Haltekraft der Betonschraube herausgestellt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen sich vom Gewindegangfuß zum Gewindegangkopf ändernden Flankenwinkel insbesondere am Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser und folglich der größeren Eindringtiefe in den Beton vor. Die Flanke oder Flanken des Gewindegangs können ballig oder hohlrund oder kantig konvex oder konkav sein. Ein spitzerer Flankenwinkel im Bereich des Gewindegangkopfs, mit dem der Gewindegang in den Beton eindringt, verringert das Einschraubmoment der Betonschraube. Eine steilere, dem hinteren Ende der Betonschraube zugewandte Flanke, also ein spitzerer Flankenwinkel im Bereich des Gewindegangfußes, der das Gesteinsmehl beaufschlagt, erhöht die Verdichtung und Pressung des Gesteinsmehls. Durch den sich ändernden Flankenwinkel lässt sich das Gewinde der erfindungsgemäßen Betonschraube hinsichtlich des einen oder des anderen Kriteriums optimieren, diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine Anpassung der Betonschraube an den Ankergrund und ggf. weitere Gegebenheiten.
Gegenstand der Ansprüche 12 ff. ist eine Anordnung einer gewindeschneidenden Betonschraube der vorstehend erläuterten Art, die in ein Bohrloch in einem Ankergrund aus Beton, Mauerwerk, Naturstein oder dgl. eingeschraubt ist. Die Anordnung ist in wesentlichen Teilen bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Betonschraube erläutert worden. Insoweit wird auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Steigung des Gewindes der Betonschraube etwas das 0,7–1,2fache eines Durchmessers des Bohrlochs beträgt, in das die Betonschraube eingeschraubt ist. Ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt hat sich, wenn der Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem kleineren Außendurchmesser etwa das 1,01–1,15fache des Durchmessers des Lochs beträgt, in das die Betonschraube eingeschraubt ist. Das bedeutet, der Außendurchmesser des Gewindegangs mit dem kleineren Außendurchmesser ist etwas, nämlich etwa 1–15% größer als der Durchmesser des Bohrlochs, in das die Betonschraube eingeschraubt ist. Es schneidet sich also auch der Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser in die Wand des Bohrlochs ein und trägt zum Halt der Betonschraube im Beton bei.
Für den Kerndurchmesser des Gewindekerns des Gewindes der Betonschraube hat sich ein Verhältnis von etwa 0,87–0,97 des Durchmessers des Bohrlochs, in das die Betonschraube eingeschraubt ist, als günstig herausgestellt. Der dadurch bewirkte, den Gewindekern umgebende Zwischenraum zwischen dem Gewindekern und der Wand des Bohrlochs dient der Aufnahme des beim Schneiden des Gewindes anfallenden Gesteinsmehls. Dabei ist der Zwischenraum so klein, dass die gewünschte Pressung des Gesteinsmehls zwischen den Gewindegängen vom vorderen Ende der Betonschraube gesehen hinter dem Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser erreicht wird oder jedenfalls durch Wahl der Geometrie des Gewindes der Betonschraube erreichbar ist. Mit „Gesteinsmehl" sind die beim Einschrauben der Betonschraube durch das Schneiden des Gewindes aus dem Beton getrennten Partikel gemeint.
Der Halt der Betonschraube im Beton wird verbessert, wenn nicht nur der Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser, sondern auch der Gewindegang mit dem kleineren Außendurchmesser in den Beton eindringt. Eine Eindringtiefe des Gewindegangs mit dem kleineren Außendurchmesser in den Beton, die etwa 1/90 bis 1/15 der Steigung p des Gewindes beträgt, hat sich als günstig für einen guten Halt der Betonschraube im Bohrloch herausgestellt. Für den Gewindegang mit dem größeren Außendurchmesser wird eine Eindringtiefe in den Beton als günstig angesehen, die etwa 1/11 bis 1/7,5 der Steigung des Gewindes der Betonschraube beträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine gewindeschneidende Betonschraube gemäß der Erfindung in einer Achsschnittdarstellung; und
2–5 Einzelheiten eines Gewindes der Betonschraube aus 1 verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.
Die in der Zeichnung dargestellte, gewindeschneidende Betonschraube 1 gemäß der Erfindung weist einen Schraubenkopf 2 an einem hinteren Ende 3 und einen Schraubenschaft 4 mit einem Gewinde 5 auf. Die Form des Schraubenkopfs 2 als Sechskantkopf ist nicht zwingend. Das Schraubengewinde 5 ist zweigängig, es weist zwei Gewindegänge 6, 7 auf. Die Außendurchmesser der Gewindegänge 6, 7 sind unterschiedlich groß. Außerdem ist ein axialer Abstand der Gewindegänge 6, 7 voneinander, also die Teilung, verschieden. Und zwar ist vom Gewindegang 7 mit dem kleineren Außendurchmesser aus betrachtet der Abstand des Gewindegangs 7 mit dem kleineren Außendurchmesser vom Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser in Richtung zu einem vorderen Ende 8 der Betonschraube 1 kleiner als in Richtung zum hinteren Ende 3 der Betonschraube 1. Das vordere Ende 8 ist dem Schraubenkopf 2 fern, mit ihm voran wird die Betonschraube 1 in ein Bohrloch 9 in Beton 10 oder einem sonstigen Ankergrund wie Mauerwerk oder Naturstein eingeschraubt. Der kleinere axiale Abstand p₁ vom Gewindegang 7 mit dem kleineren Außendurchmesser zum Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser in Richtung zum vorderen Ende 8 der Betonschraube 1 beträgt etwa 20–48% einer Steigung p des Gewindes 5 der Betonschraube 1. Die Steigung p ist der axiale Abstand zweier aufeinanderfolgender Windungen eines Gewindegangs 6 oder 7 des Gewindes 5.
Das Gewinde 5 ist ein Spitzgewinde, der Außendurchmesser des Gewindegangs 6 mit dem größeren Außendurchmesser ist um etwa 20% größer als der Außendurchmesser des Gewindegangs 7 mit dem kleineren Außendurchmesser. Ein Gewindekern 11 des Gewindes 5 der Betonschraube 1 ist zylindrisch, es ist allerdings auch ein Gewindekern 11 mit von vorn nach hinten zunehmendem Durchmesser, beispielsweise ein konischer Gewindekern, möglich (nicht dargestellt).
Die Betonschraube 1 wird in ein zylindrisches Bohrloch 9 im Beton 10 eingeschraubt, vorzugsweise mittels eines nicht dargestellten Schlagschraubers. Der Außendurchmesser des Gewindegangs 7 mit dem kleineren Außendurchmesser ist größer als ein Durchmesser des Bohrlochs 9, so dass sich beide Gewindegänge 6, 7 in den Beton 10 schneiden. Der Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser schneidet sich tiefer in den Beton 10 als der Gewindegang 7 mit dem kleineren Außendurchmesser. Ein Durchmesser des Gewindekerns 11 der Betonschraube 1 ist kleiner als ein Durchmesser des Bohrlochs 9, so dass ein den Gewindekern 11 im Bohrloch 9 umschließender, zylindermantelförmiger Zwischenraum 12 zwischen dem Gewindekern 11 und der Wand des Bohrlochs 9 besteht.
Beim Schneiden der Gewindegänge 6, 7 in den Beton 10 entsteht Gesteinsmehl 13, 14, das sich zwischen den Gewindegängen 6, 7 im Zwischenraum 12 zwischen dem Gewindekern 11 und der Wand des Bohrlochs 9 sammelt. Vom vorderen Ende 8 gesehen hinter dem Gewindegang 7 mit dem kleineren Außendurchmesser sammelt sich das Gesteinsmehl 13 lose, weil hier der Abstand zum nächsten Gewindegang 6 groß ist. Es steht ausreichend Volumen zur Aufnahme des Gesteinsmehls 13 zur Verfügung. Vom vorderen Ende 8 gesehen hinter dem Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser wird das beim Schneiden der Gewindegänge 6, 7 in den Beton 10 entstehende Gesteinsmehl 14 gepresst, weil hier das für das Gesteinsmehl 14 zur Verfügung stehende Volumen klein oder jedenfalls kleiner ist. Beim Heraustrennen von Partikeln aus dem Beton 10 beim Schneiden der Gewindegänge 6, 7 in den Beton 10 beim Einschrauben der Betonschraube 1 in das Bohrloch 9 vergrößert das Gesteinsmehl 14 sein Volumen. Das sog. Schüttvolumen des Gesteinsmehls 14 ist größer als sein Volumen vor dem Trennen aus dem Beton 10. Außerdem nehmen die Gewindegänge 6, 7 aufgrund ihres Eindringens in den Beton 10 Platz aus dem Beton 10 in Anspruch, der für das Gesteinsmehl 14 nicht zur Verfügung steht. Die Geometrie des Gewindes 5 der Betonschraube 1 ist so gewählt und auf den Durchmesser des Bohrlochs 9 abgestimmt, dass die Volumenvergrößerung des Gesteinsmehls 14 und die Verdrängungswirkung der sich in den Beton 10 schneidenden Gewindegänge 6, 7 eine Pressung des Gesteinsmehls 14 zwischen den Gewindegängen 6, 7 vom vorderen Ende 8 der Betonschraube 1 gesehen hinter dem Gewindegang 6 mit dem größeren Durchmesser bewirkt. Das Gesteinsmehl 14 bildet mit den Gewindegängen 6, 7 eine Art einzigen Gewindegang vom vorderen Ende 8 der Betonschraube 1 gesehen hinter dem Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser. Der mit dem gepressten Gesteinsmehl 14 gebildete Gewindegang hat einen viereckigen Querschnitt, er wird axial nach vorn vom Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser und nach hinten vom Gewindegang 7 mit dem kleineren Außendurchmesser begrenzt. Seine Kopffläche ist beispielsweise ballig und verkleinert ihren Durchmesser von vorn nach hinten vom Außendurchmesser des Gewindegangs 6 mit dem größeren Außendurchmesser auf den Außendurchmesser des Gewindegangs 7 mit dem kleineren Außendurchmesser. Die Kopffläche des mit dem gepressten Gesteinsmehl 14 gebildeten Gewindegangs ist also eine Art ballige Kegelfläche, die sich wie ein Gewindegang als Schraubenlinie um den Gewindekern 11 der Betonschraube 1 windet. Aufgrund der Kegelform der Kopffläche ergibt sich eine Art Spreiz- oder Keilwirkung, eine auf die Betonschraube 1 ausgeübte Auszugskraft in axialer Richtung überträgt der aus dem gepressten Gesteinsmehl 14 gebildete Gewindegang nicht nur axial, sondern auch nach außen gerichtet. Der Halt der Betonschraube 1 im Beton 10 ist dadurch verbessert.
Aufgrund ihrer Verdrängungswirkung beanspruchen die Gewindegänge 6, 7 den Beton 10. Zusätzlich wird der Beton 10 durch eine Zugbeanspruchung der Betonschraube 1 beansprucht. Die Betonschraube 1 bewirkt mechanische Spannungen im Beton 10, die im Bereich des kleineren Abstands der Gewindegänge 6, 7 aufgrund des kleineren Abstands höher und im Bereich des größeren Abstands der Gewindegänge 6, 7 niedriger ist. Das führt oder kann jedenfalls dazu führen, dass die Festigkeit des Betons 10 im Bereich des kleineren Abstands zwischen den Gewindegängen 6, 7 überschritten wird, so dass der Beton 10 im Bereich des kleineren Abstands zwischen den Gewindegängen 6, 7 zerstört, d. h. Gesteinsmehl 14 gebildet wird. Dieses Gesteinsmehl 14 wird durch eine Zugbeanspruchung der Betonschraube 1 gepresst und bildet wie im vorhergehenden Absatz beschrieben mit den beiden Gewindegängen 6, 7 eine Art gemeinsamen Gewindegang. Die Pressung des Gesteinsmehls 14 im kleineren Abstand zwischen den beiden Gewindegängen 6, 7 kann so hoch sein, dass das Gesteinsmehl bei einem Ausschrauben der Betonschraube 1 an dieser haften bleibt. Auch kann das Gesteinsmehl 14 nach einer Entlastung wieder lose, d. h. bröckelig oder schüttfähig sein. Die Gesteinsmehlbildung erfolgt wie erwähnt im Bereich des kleineren Abstands zwischen den Gewindegängen 6, 7, vom vorderen Ende 8 der Betonschraube 1 aus gesehen also hinter dem Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser. Im Bereich des größeren Abstands zwischen den Gewindegängen 6, 7 ist die mechanische Spannung im Beton 10 aufgrund des größeren Abstands der Gewindegänge 6, 7 niedriger, so dass der Beton 10 in diesem Bereich hält und dem durch das gepresste Gesteinsmehl 14 gebildeten Gewindegang Halt gibt. Der Halt der Betonschraube 1 im Beton 10 ist dadurch verbessert. Diese Erläuterung ist zunächst eine Modellvorstellung, deren Richtigkeit nicht sicher ist. Jedenfalls verbleibt nach Ausschrauben der Betonschraube 1 aus dem Beton 10, wenn die Beanspruchung entsprechend groß war, als „Abdruck" in einer Bohrlochwand im Wesentlichen ein einziger Gewindegang im Bereich des kleineren Abstands zwischen den beiden Gewindegängen 6, 7 der Betonschraube 1.
2 zeigt ein abgewandeltes Gewinde 5 der Betonschraube 1. Eine Mantelfläche 15 des Gewindekerns 11 zwischen den Gewindegängen 6, 7 ist konisch, d. h. die konusartig geneigte Mantelfläche 15 windet sich wie die Gewindegänge 6, 7 wendelförmig um den Gewindekern 11. Über die Länge der Betonschraube 1 ändert sich der Durchmesser des Gewindekerns 11 nicht, sondern nur von einem Gewindegang 6, 7 zum anderen Gewindegang 7, 6. Die Mantelfläche 15 kann wie dargestellt in Richtung des hinteren Endes 3 der Betonschraube 1 geneigt oder umgekehrt in Richtung des vorderen Endes 8 der Betonschraube 1 geneigt sein (nicht dargestellt). In 3 ist die Mantelfläche 15 des Gewindekerns 11 im größerem Abstand zwischen den Gewindegängen 6, 7 zylindrisch und im kleineren Abstand zwischen den Gewindegängen 6, 7 konisch. Auch die umgekehrte Ausgestaltung ist möglich (nicht dargestellt). Die Neigung der Mantelfläche 15 beeinflusst die Verdichtung und Pressung des Gesteinsmehls 13, 14 zwischen den Gewindegängen 6, 7. Insbesondere am Übergang von der Mantelfläche 15 des Gewindekerns 11 zum Gewindegang 6, 7 am Fuß des Gewindegangs 6, 7 ist durch einen spitzeren Winkel mit einer höheren Pressung des Gesteinsmehls 14 zu rechnen. Auch bewirkt eine zum hinteren Ende 3 der Betonschraube 1 geneigte Mantelfläche 15 des Gewindekerns 11 eine Keilwirkung, die bei einer axialen Belastung der Betonschraube 1 das Gesteinsmehl nach außen beaufschlagt und dadurch den Halt der Betonschraube 1 verbessert.
Die 4 und 5 zeigen einen Gewindegang 6 mit dem größeren Außendurchmesser, der einen sich vom Gewindegangfuß 16 zum Gewindegangkopf 17, also über eine Höhe des Gewindegangs 6 ändernden Flankenwinkel aufweist. Die Gewindeflanken können ballig oder hohlrund (nicht dargestellt) oder wie dargestellt kantig konvex (4) oder kantig konkav (5) sein. Ist bei den konvexen Gewindeflanken wie in 4 zu sehen die dem hinteren Ende 3 der Betonschraube 1 zugewandte Gewindeflanke im radial inneren Bereich, der das Gesteinsmehl beaufschlagt, steiler, wird eine höhere Pressung des Gesteinsmehls erreicht. Der damit einhergehende stumpfere Flankenwinkel führt jedoch zu einem höheren Einschraubmoment der Betonschraube 1. Für ein niedriges Einschraubmoment ist deswegen die konkave Form der Gewindeflanken, wie sie in 5 dargestellt ist, günstiger.
Für einen guten Halt der Betonschraube 1 im Beton 10 haben sich eine Eindringtiefe x des Gewindegangs 6 mit dem größeren Außendurchmesser in den Beton 10, die etwa 1/11 bis 1/7,5 der Steigung p des Gewindes 5 und eine Eindringtiefe y des Gewindegangs 7 mit dem kleineren Außendurchmesser in den Beton 10, die etwa 1/90 bis 1/15 der Steigung p des Gewindes 5 der Betonschraube 1 beträgt, als günstig erwiesen.

1: Betonschraube
2: Schraubenkopf
3: Hinteres Ende
4: Schraubenschaft
5: Gewinde
6: Gewindegang mit größerem Außendurchmesser
7: Gewindegang mit kleinerem Außendurchmesser
8: Vorderes Ende
9: Bohrloch
10: Beton
11: Gewindekern
12: Zwischenraum
13: Loses Gesteinsmehl
14: Gepresstes Gesteinsmehl
15: Matenfläche des Gewindekerns
16: Gewindegangfuß
17: Gewindegangkopf
p₁: Axialer Abstand
p: Steigung
x, y: Eindringtiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005017596 A1 [0003]

Claims

Gewindeschneidende Betonschraube zum Einschrauben in ein Bohrloch in Beton, deren Gewinde (5) zwei Gewindegänge (6, 7) mit unterschiedlichen Außendurchmessern und verschiedenen Abständen (p₁) voneinander in beiden Achsrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vom Gewindegang (7) mit dem kleineren Außendurchmesser aus betrachtet ein Abstand (p₁) des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser vom Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser in Richtung zu einem vorderen Ende (8) der Betonschraube (1) kleiner als in Richtung zum hinteren Ende (3) der Betonschraube (1) ist.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (p₁) des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser vom Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser in Richtung zum vorderen Ende (8) der Betonschraube (1) etwa 0,2–0,48 einer Steigung (p) des Gewindes (5) der Betonschraube (1) beträgt.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gewindegangs (6) mit dem größeren Außendurchmesser etwa 1,2 des Durchmessers des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser beträgt.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Gewindegängen (6, 7) vom vorderen Ende (8) der Betonschraube (1) gesehen hinter dem Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser Gesteinsmehl (14) am Gewinde (5) der Betonschraube (1) haftet.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gewindegangs (6) mit dem größeren Außendurchmesser etwa 1,1–1,6 einer Steigung (p) des Gewindes (5) der Betonschraube (1) beträgt.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gewindegangs (6) mit dem größeren Durchmesser etwa 1,2–1,4 eines Durchmessers eines Gewindekerns (11) der Betonschraube (1) beträgt.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Gewindekerns (11) der Betonschraube (1) vom vorderen Ende (8) zum hinteren Ende (2) der Betonschraube (1) zunimmt.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindekern (11) der Betonschraube (1) eine konische Mantelfläche (15) aufweist.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewindegang (6, 7) der Betonschraube (1) einen Flankenwinkel von 30°–50° aufweist.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonschraube (1) ein Spitzgewinde aufweist.
Betonschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewindegang (6, 7) der Betonschraube (1) einen sich vom Gewindegangfuß zum Gewindegangkopf (17) ändernden Flankenwinkel aufweist.
Anordnung einer gewindeschneidenden Betonschraube (1), die in ein Bohrloch (9) eingeschraubt ist, wobei die Betonschraube (1) ein Gewinde (5) mit zwei Gewindegängen (6, 7) mit unterschiedlichen Außendurchmessern und verschiedenen Abständen (p₁) der Gewindegänge (6, 7) voneinander in beiden Achsrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (p₁) des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser vom Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser in Richtung zu einem vorderen Ende (8) der Betonschraube (1) kleiner als in Richtung zu einem hinteren Ende (3) der Betonschraube (1) ist und dass beim Schneiden des Gewindes (5) in das Bohrloch (9) beim Einschrauben der Betonschraube (1) und/oder bei einer Zugbeanspruchung der Betonschraube (1) Gesteinsmehl (14) zwischen dem Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser und dem Gewindegang (7) mit dem kleineren Außendurchmesser in Richtung vom vorderen Ende (8) zum hinteren Ende (3) der Betonschraube (1) gesehen hinter dem Gewindegang (6) mit dem größeren Außendurchmesser entsteht.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigung (p) des Gewindes (5) der Betonschraube (1) etwa 0,75–1,2 eines Durchmessers des Bohrlochs (9), in das die Betonschraube (1) eingeschraubt ist, beträgt.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser etwa 1,01–1,15 des Durchmessers des Bohrlochs (9), in das die Betonschraube (1) eingeschraubt ist, beträgt.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser des Gewindekerns (11) der Betonschraube (1) etwa 0,87–0,97 des Durchmessers des Bohrlochs (9) beträgt, in das die Betonschraube (1) eingeschraubt ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindringtiefe (y) des Gewindegangs (7) mit dem kleineren Außendurchmesser in eine Wand des Bohrlochs (9) etwa 1/90 bis 1/15 einer Steigung (p) des Gewindes (5) der Betonschraube (1) beträgt.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindringtiefe (x) des Gewindegangs (6) mit dem größeren Außendurchmesser in eine Wand des Bohrlochs (9) etwa 1/11 bis 1/75 einer Steigung (p) des Gewindes (5) der Betonschraube (1) beträgt.