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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein
Befestigungselement mit einer Hülse, einem Spreizelement
und einem Spreizkörper, an der ein Lastangriffsmittel angeordnet
ist, ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 40 22 482 A1 bekannt. Der
in dieser Druckschrift beschriebene Einschlaganker weist eine spreizbare
Hülse, mit einer ersten axialen Öffnung, auf,
die als Längsbohrung mit Innengewinde ausgeführt
ist, in die der Spreizkörper eintreibbar ist. Die Hülse
ist an ihrem in Einbringrichtung vorderen Ende geschlitzt, wobei
sich die Längsbohrung in diesem Bereich verengt. Dieser
Teil des Befestigungselements bildet das Spreizelement. Ein derartiger
Einschlaganker wird beispielsweise zur Verankerung von Bauteilen
in einem Verankerungsgrund, insbesondere in Beton, eingesetzt. Zur
Verankerung wird das Befestigungselement in ein Bohrloch eingebracht
und der Spreizkörper in das Spreizelement der Hülse
eingetrieben, wodurch das Spreizelement gespreizt und das Befestigungselement
reibschlüssig verankert wird.
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Zur
Erhöhung der von einem derartigen Einschlaganker aufnehmbaren
Kraft wird in der Druckschrift
DE 37 01 074 A1 vorgeschlagen, die Hülse des
Befestigungselements nicht zu schlitzen, sondern mit Queröffnungen
in Form von Bohrungen zu versehen. Die Queröffnungen nehmen
je ein Spreizelement auf, das als zylinderförmiger Stift
mit Spitze ausgebildet ist, das durch den Spreizkörper
aus der Queröffnung gedrückt und mit der Spitze
voran in den Verankerungsgrund gepresst wird. Das Befestigungselement
ist in diesem Fell nicht nur reibschlüssig, sondern auch
formschlüssig mit dem Verankerungsgrund verbunden. Nachteilig
an dieser Lösung ist, dass die Montage der zylinderförmigen
Stifte aufwändig und somit teuer ist. Zudem besteht die
Gefahr, dass die Stifte, insbesondere bei hochfesten Verankerungsgründen,
nicht in den Verankerungsgrund gepresst werden, sondern dass sie
beim Eintreiben des Spreizkörpers abscheren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes
Befestigungselement vorzuschlagen, das große Kräfte
aufnehmen kann und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Befestigungselement
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße
Befestigungselement mit einer Hülse, einem Spreizelement und
einem Spreizkörper weist eine Hülse mit einer ersten
axialen Öffnung und einer Queröffnung auf. In die
erste axiale Öffnung ist der Spreizkörper eintreibbar,
während die Queröffnung das Spreizelement aufnimmt.
Am Befestigungselement ist ein Lastangriffsmittel angeordnet, beispielsweise
in Form eines Innengewindes in der ersten axialen Öffnung.
Die erste axiale Öffnung und die Queröffnung können beispielsweise
als zylindrische Bohrungen ausgeführt sein, wobei die Queröffnung
im Wesentlichen orthogonal zur Achse der ersten axialen Öffnung
ist. Das Befestigungselement kann auch mehrere Queröffnungen
zur Aufnahme mehrerer Spreizelemente aufweisen. Kennzeichnend für
das erfindungsgemäße Befestigungselement ist,
dass das Spreizelement eine Kugel ist. Durch die Verwendung einer
Kugel als Spreizelement kann das Befestigungselement große Kräfte
aufnehmen, da sich die Kugel in den Verankerungsgrund eindrücken
kann und eine formschlüssige Verbindung herstellt. Der
besondere Vorteil der Kugel ist, dass sie formbedingt unabhängig
von ihrer Ausrichtung in die Queröffnung eingebracht werden kann.
Sie ist somit einfach zu montieren und das Befestigungselement kann
kostengünstig hergestellt werden.
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Um
zu erreichen, dass die auf den Spreizkörper aufgebrachte
Kraft möglichst in vollem Umfang zum Eintreiben der Kugel
in den Verankerungsgrund genutzt wird, entspricht bei einer bevorzugten
Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements
der Durchmesser der Queröffnung im Wesentlichen dem Durchmesser
der Kugel. Somit kann die Kugel praktisch reibungsfrei in der Queröffnung gleiten
beziehungsweise rollen. Zur Sicherung der Kugel in einer vormontierten
Nichtgebrauchsstellung, also vor dem Eintreiben des Spreizkörpers,
kann die Kugel beispielsweise in der Queröffnung durch
eine Klebung fixiert und dadurch gegen Herausfallen aus der Queröffnung
gesichert werden. Alternativ kann die Queröffnung durch
ein an der Außenseite der Hülse angebrachtes Band,
beispielsweise ein Klebeband, verschlossen und somit die Kugel vor
einem Herausfallen gesichert werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen
Befestigungselements sieht vor, dass der Durchmesser der Queröffnung
kleiner als der Durchmesser der Kugel ist. Vorzugsweise wird die
Queröffnung nur lokal verengt. Beispielsweise weist die
Queröffnung an ihrem zur ersten axialen Öffnung
hin weisenden Ende einen Durchmesser auf, der größer
oder im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kugel ist, so dass
die Kugel im Wesentlichen reibungsfrei in der Queröffnung
gleiten beziehungsweise rollen kann. Das der ersten axialen Öffnung
abgewandte Ende der Queröffnung dagegen ist lokal verengt,
so dass nur ein Teil der Kugel aus der Queröffnung austreten
kann. Somit ist die Kugel in der Queröffnung gegen Herausfallen
gesichert. Die lokale Verengung kann beispielsweise durch Materialumformung
hergestellt werden. Da die Queröffnung auch einen nicht-kreisförmigen
Querschnitt aufweisen kann, ist unter „Durchmesser der
Queröffnung” der Durchmesser zu verstehen, den
ein den Querschnitt umschreibender Kreis aufweisen würde.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Befestigungselements sieht einen Spreizkörper vor, mit
einem in Eintreibrichtung vorderen Bereich, einem ersten zylindrischen
Bereich und mit einem Bund. Der erste zylindrische Bereich ist zwischen
dem vorderen Bereich und dem Bund angeordnet. Der Durchmesser des
Spreizkörpers nimmt vom vorderen Bereich zum Bund hin zu, so
dass der Spreizkörper beim Eintreiben die Kugel in die
Queröffnung drückt. Durch die spezielle Ausgestaltung
des Spreizkörpers wird ein einfaches Eintreiben des Spreizkörpers
in die Hülse sowie nach dem Eintreiben ein sicheres Verbleiben
des Spreizkörper in der Hülse gewährleistet.
Nach dem Eintreiben des Spreizkörpers, also in Gebrauchsstellung
des Befestigungselements, liegt der erste zylindrische Bereich tangential
an der Kugel an, wodurch von der Kugel keine Kraft auf den Spreizkörper übertragen
werden kann, die den Spreizkörper aus der ersten axialen Öffnung
der Hülse des Befestigungselement bewegen würde.
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Der
Spreizkörper kann einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, er kann jedoch auch nicht-kreisförmig sein.
Mit „Durchmesser des Spreizkörpers” ist
daher der Durchmesser eines den Querschnitt des Spreizkörpers
umschreibenden Kreises gemeint. Der Durchmesser des Spreizkörpers
kann, muss aber nicht kontinuierlich bis zum Bund hin zunehmen.
Er kann abschnittsweise gleich bleiben, wie beispielsweise im ersten
zylindrischen Bereich, aber auch kontinuierlich oder sprunghaft
zunehmen. Auch kann er eine Nut oder dergleichen aufweisen.
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Vorzugsweise
entspricht der Durchmesser des Bundes im Wesentlichen dem Durchmesser
der ersten axialen Öffnung. Der Bund des Spreizkörpers verhindert
ein Herausfallen der Kugeln aus der ersten axialen Öffnung.
Zudem kann er als Verliersicherung für den Spreizkörper
selbst wirken, da er beispielsweise mit seinem Umfang mit den Flanken
des als Innengewinde ausgebildeten Lastangriffsmittels in Eingriff
steht. Alternativ oder zusätzlich kann am Bund ein Element
zur Verliersicherung, beispielsweise ein Gummiring, angeordnet sein.
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Der
vordere Bereich des Spreizkörpers liegt in der vormontierten
Nichtgebrauchsstellung an der Kugel an, so dass die Kugel nicht
vollständig aus der Queröffnung in die erste axiale Öffnung
herausrollen kann.
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Um
zu verhindern, dass die Kugel den Spreizkörper gegen die
Eintreibrichtung aus der ersten axialen Öffnung herausdrückt,
ist bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen
Befestigungselements der vordere Bereich des Spreizkörpers
zylindrisch, so dass keine Kräfte von der Kugel in das
Spreizelement eingeleitet werden können, die in axialer
Richtung des Befestigungselements wirken.
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Zum
Eintreiben der Kugel ist vorzugsweise zwischen dem vorderen Bereich
und dem ersten zylindrischen Bereich ein Übergangsbereich
angeordnet, der beispielsweise konisch ausgebildet ist, mit dem
die Kugel in radialer Richtung in die Queröffnung hineingedrückt
wird. In der Gebrauchsstellung ist die Kugel dann so weit in die
Queröffnung hineingedrückt und der Spreizkörper
so weit in die erste axiale Öffnung eingetrieben, dass
nun der erste zylindrische Bereich an der Kugel anliegt, wodurch
unter Belastung keine Kräfte von der Kugel auf den Spreizkörper übertragen
werden können, die zu einer Verschiebung des Spreizkörpers
entgegen der Eintreibrichtung und somit zum Versagen des Befestigungselements
führen könnten.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsform sieht
vor, dass die Hülse eine zweite axiale Öffnung
aufweist, die in Einbringrichtung der Hülse in einem Bohrloch
vor der ersten axialen Öffnung angeordnet wird. Vorzugsweise
weist der in Eintreibrichtung vordere Bereich des Spreizkörpers
einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem Durchmesser der zweiten
axialen Öffnung entspricht. Somit kann der vordere Bereich
des Spreizkörpers in die zweite axiale Öffnung
eingeführt werden, wodurch der Spreizkörper gegen
Verkippen gesichert ist.
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Alternativ
ist der Durchmesser des vorderen Bereichs des Spreizkörpers
zumindest lokal größer als der Durchmesser der
zweiten axialen Öffnung. Eine lokale Vergrößerung
des Durchmessers kann beispielsweise durch eine Erhöhung
und/oder in Form eines Widerhakens ausgeführt sein. Denkbar ist
auch eine Presspassung des vorderen Bereichs des Spreizkörpers
und der zweiten axialen Öffnung. Durch die lokale Vergrößerung
des Durchmessers des vorderen Bereichs des Spreizkörpers
wird über Reibschluss mit der zweiten axialen Öffnung
verhindert, dass sich der Spreizkörper entgegen der Eintreibrichtung
aus der ersten axialen Öffnung bewegen kann. Dies ist beispielsweise
bei einer Überkopfmontage des Befestigungselements, bei
der das Eigengewicht des Spreizkörpers ein Herausfallen
des Spreizkörpers aus der ersten axialen Öffnung
verursachen könnte, von Bedeutung.
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Zudem
ist bevorzugt, dass der Durchmesser der Kugel größer
als der Durchmesser der zweiten axialen Öffnung ist, wodurch
verhindert wird, dass die Kugel durch die zweite axiale Öffnung
aus der Hülse herausfallen kann.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Befestigungselements ist zwischen der ersten axialen Öffnung
und der zweiten axialen Öffnung eine Schulter ausgebildet.
Sie dient zum einen als Anschlag für den Spreizkörper,
der in Gebrauchsstellung beispielsweise mit dem Übergangsbereich
an der Schulter anliegt. Vorzugsweise befindet sich die Queröffnung
im Bereich der ersten axialen Öffnung, so dass die Schulter
zum anderen auch als Auflager für die Kugel dient, so dass
die Kugel beim Eintreiben des Spreizkörpers nicht in Eintreibrichtung
bewegt werden kann. Zudem verhindert die Schulter, dass die Kugel
durch die beim Eintreiben durch den Spreizkörper auf die
Kugel aufgebrachte Scherkraft abschert.
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Vorzugsweise
wird die Hülse des erfindungsgemäßen
Befestigungselements aus Metall durch Kaltumformung, insbesondere
durch Kaltmassivumformung, hergestellt, was eine kostengünstige
Herstellung des Befestigungselements ermöglicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Befestigungselement in einer
unverspreizten Nichtgebrauchsstellung in einem Längsschnitt;
und
-
2 das
erfindungsgemäße Befestigungselement in verspreizter
Gebrauchsstellung in einem Verankerungsgrund in einem Längsschnitt.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Befestigungselement 1 in
einer unverspreizten Nichtgebrauchsstellung. Das Befestigungselement 1 weist eine
Hülse 2, Spreizelemente 3 in Form von
Kugeln 4, sowie einen Spreizkörper 5 auf,
der eintreibbar in einer ersten axialen Öffnung 6 der
Hülse 2 angeordnet ist. Die Hülse 2 ist
unterteilt in einen vorderen Bereich 7 am in Einbringrichtung
vorderen Ende 8 des Befestigungselements 1, in
einen Spreizbereich 9 und in einen hinteren Bereich 10.
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Im
hinteren Bereich 10 der Hülse 2 ist die erste
axiale Öffnung 6 zylindrisch ausgeführt
und weist ein Lastangriffsmittel 11 in Form eines Innengewindes 12 auf.
In das Innengewinde 12 ist eine nicht dargestellte Schraube
einschraubbar, mit der ein ebenfalls nicht dargestelltes Anbauteil
am Befestigungselement 1 befestigbar ist. Die erste axiale Öffnung 6 verläuft über
den hinteren Bereich 10 hinaus zylindrisch im Spreizbereich 9 und
endet am vorderen Bereich 7 der Hülse 2.
Im Spreizbereich 9 sind Queröffnungen 13 zur
Aufnahme der Kugeln 4 angeordnet, wobei die Queröffnungen 13 im
Wesentlichen orthogonal auf der Achse der ersten axialen Öffnung 6 stehen.
Die Kugeln 4 sind in den Queröffnungen 13 bewegbar.
Damit sie relativ leicht zu bewegen sind, ist der Durchmesser der
Queröffnung 13 im Wesentlichen gleich dem Durchmesser
der Kugeln 4. Alternativ kann er auch größer
sein. Die Queröffnungen 13 sind an ihrem der ersten
axialen Öffnung 6 abgewandten Ende durch einen
umlaufenden bundförmigen Rand 14 lokal verengt.
Durch diese lokale Verengung ist der Durchmesser der Queröffnung 13 in
diesem Bereich kleiner als der Durchmesser der Kugeln 4.
Der bundförmige Rand 14 wirkt somit als Verliersicherung
für die Kugeln 4. Damit die Kugeln 4 in
der Nichtgebrauchsstellung zunächst unbeweglich sind, sind
sie mit einem nicht dargestellten Klebstoff stoffschlüssig
an einer Schulter 15 fixiert, die vom vorderen Bereich 7 der
Hülse 2 gebildet wird.
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Der
vordere Bereich 7 der Hülse 2 weist eine zweite
axiale Öffnung 16 auf, die im Wesentlichen zylindrisch
ist, mit einer konischen Erweiterung 24 in ihrem an den
Spreizbereich 9 grenzenden Teil. Die zweite axiale Öffnung 16 ist
derart gestaltet, dass der Durchmesser der Kugeln 4 größer
ist als der Durchmesser der Öffnung 16, so dass
die Kugeln 4 nicht in die Öffnung 16 eindringen
oder gar durch diese aus der Hülse 2 herausfallen
können.
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Der
Spreizkörper 5 weist einen zylindrisch ausgestalteten
und an seiner Spitze abgerundeten vorderen Bereich 17,
einen Übergangsbereich 18, einen ersten zylindrischen
Bereich 19 sowie einen Bund 20 auf. Dabei entspricht
der Durchmesser des Bunds 20 im Wesentlichen dem Durchmesser
der ersten axialen Öffnung 6 und ist damit größer
als der Durchmesser des ersten zylindrischen Bereichs 19, der
wiederum einen größeren Durchmesser aufweist als
der vordere zylindrische Bereich 17 des Spreizkörpers 5.
In der Nichtgebrauchsstellung befindet sich der vordere Bereich 17 des
Spreizkörpers 5 axial zwischen den Kugeln 4.
Durch die zylindrische Ausgestaltung des vorderen Bereichs 17 liegt
dieser Bereich des Spreizkörpers 5 tangential
an den Kugeln 4 an, so dass zwischen den Kugeln 4 und
dem vorderen Bereich 17 des Spreizkörpers 5 nur
solche Kräfte übertragen werden können,
deren Wirkungslinie orthogonal auf der Achse des Befestigungselements 1 steht.
Somit werden von den Kugeln 4 keine Kräfte auf
den Spreizkörper 5 übertragen, die diesen
entgegen der Eintreibrichtung aus der ersten axialen Öffnung 6 hinaus
bewegen könnten. Der Spreizkörper 5 wird
zudem durch einen am Bund 20 angeordneten O-Ring 21 aus
Gummi in dieser Stellung gehalten. Der O-Ring 21 ist in
einer Nut 22 eingelegt und wirkt als Verliersicherung für
den Spreizkörper 5, in dem er mit dem Innengewinde 12 in
Eingriff steht und somit ein Herausfallen des Spreizkörpers 5 aus
der ersten axialen Öffnung 6 verhindert.
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Ist
das Befestigungselement 1 in ein in einem Verankerungsgrund 23 eingebrachtes
Bohrloch 26 eingebracht, so werden die Kugeln 4 durch
das Eintreiben des Spreizkörpers 5 in die erste
axiale Öffnung 6 mit dem konischen Übergangsbereich 18 in die
Queröffnungen 13 gedrückt, wodurch sie über den
Umfang der Hülse 2 überstehen und formschlüssig
in den Verankerungsgrund 23 gepresst werden, wie es in 2 dargestellt
ist. Das Befestigungselement befindet sich nun in der Gebrauchsstellung.
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Beim
Eintreiben des Spreizkörpers 5 dient der bundförmige
Rand 14 mit dem O-Ring 21 als Führung,
die ein Kippen des Spreizkörpers 5 verhindert.
Zur Überführung in die Gebrauchsstellung wird der
Spreizkörper 5 so weit in die erste axiale Öffnung 6 eingetrieben,
bis der konische Übergangsbereich 18 an der konischen
Erweiterung 24 der zweiten axialen Öffnung 16 der
Hülse 2 anliegt. Um dies zu ermöglichen,
entspricht der Durchmesser der zweiten axialen Öffnung 16 im
Wesentlichen dem Durchmesser des vorderen Bereichs 17 des
Spreizkörpers 5 und der Durchmesser beziehungsweise
die Form des konischen Übergangsbereichs 18 dem
der konischen Erweiterung 24 der zweiten axialen Öffnung 16.
Allerdings weist der Spreizkörper 5 an seinem vorderen Bereich 17 wellenförmige
Erhöhungen 25 auf, wodurch der Durchmesser des
vorderen Bereichs 17 lokal größer ist
als der Durchmesser der zweiten axialen Öffnung 16.
Beim Eintreiben des Spreizkörpers 5 führt
dies zu einem Reibschluss zwischen dem vorderen Bereich 17 des
Spreizkörpers 5 und der zweiten axialen Öffnung 16 der
Hülse 2. Dieser Reibschluss wirkt wie der O-Ring 21 als
Verliersicherung für den Spreizkörper 5,
was insbesondere bei einer Überkopfmontage des Befestigungselements 1 ein
Herausfallen des Spreizkörpers 5 aus der ersten
axialen Öffnung 6 verhindert.
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Im
verspreiztem Gebrauchszustand liegen die Kugeln 4 am bundförmige
Rand 14 und dem ersten zylindrischen Bereich 19 des
Spreizkörpers 5 an, wobei zwischen dem zylindrischen
Bereich 19 des Spreizkörpers 5 und den
Kugeln 4 auf Grund der tangentialen Anlage nur solche Kräfte übertragen
werden können, deren Wirkungslinie orthogonal zur Achse
des Befestigungsmittels 1 ist. Somit können über die
Kugeln 4 keine Kräfte auf den Spreizkörper 5 übertragen
werden, die den Spreizkörper 5 aus der ersten
axialen Öffnung 6 bewegen würden, was
zu einem Versagen des Befestigungselements 1 führen könnte.
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Die
Hülse 2 ist ein aus Metall durch Kaltmassivumformung
hergestelltes Bauteil, das kostengünstig erzeugt werden
kann. Durch die Verwendung der Kugeln 4 als Spreizelemente 3 ist
eine einfache Montage der Einzelteile Hülse 2,
Kugeln 4 und Spreizkörper 5 des Befestigungselements 1 möglich,
da das Einbringen der Kugeln 4 in die erste axiale Öffnung 6 und
eine Positionierung in den Queröffnungen 13 unabhängig
von ihrer Orientierung möglich ist. Ein aufwändiges
Ausrichten der Spreizelemente 3 entfällt konstruktionsbedingt.
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- 1
- Befestigungselement
- 2
- Hülse
- 3
- Spreizelement
- 4
- Kugel
- 5
- Spreizkörper
- 6
- erste
axiale Öffnung der Hülse 2
- 7
- vorderer
Bereich der Hülse 2
- 8
- vorderes
Ende des Befestigungselements 1
- 9
- Spreizbereich
der Hülse 2
- 10
- hinterer
Bereich der Hülse 2
- 11
- Lastangriffsmittel
- 12
- Innengewinde
- 13
- Queröffnung
- 14
- bundförmiger
Rand
- 15
- Schulter
- 16
- zweite
axiale Öffnung der Hülse 2
- 17
- vorderer
Bereich des Spreizkörpers 5
- 18
- Übergangsbereich
des Spreizkörpers 5
- 19
- erster
zylindrischer Bereich des Spreizkörpers 5
- 20
- Bund
des Spreizkörpers 5
- 21
- O-Ring
- 22
- Nut
- 23
- Verankerungsgrund
- 24
- konische
Erweiterung
- 25
- wellenförmige
Erhöhung
- 26
- Bohrloch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4022482
A1 [0002]
- - DE 3701074 A1 [0003]