DE102013109647A1 - Screw - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schraubanker zur Verankerung in einem Verankerungsgrund, der ein führendes Ende und ein gegenüberliegendes hinteres Ende umfasst und der weiterhin ein Gewinde mit einer führenden Flankenfläche (22) und mit einer hinteren Flankenfläche (24) umfasst. Die führende Flankenfläche (22) weist in Richtung auf das führende Ende und die hintere Flankenfläche (24) weist in Richtung auf das hintere Ende. Das Gewinde umfasst einen ersten und einen zweiten Gewindeabschnitt (38, 30), wobei der erste Gewindeabschnitt (38) dichter am führenden Ende liegt als der zweite Gewindeabschnitt (30). Auf dem zweiten Gewindeabschnitt (30) ist die hintere Flankenfläche (24) zumindest abschnittsweise in Richtung auf das führende Ende gegenüber einer virtuellen Flankenfläche (32) versetzt, die der hinteren Flankenfläche einer gedachten periodischen Fortsetzung des Gewindes des ersten Gewindeabschnitts (38) entspricht.The invention relates to a screw anchor for anchoring in an anchoring base, which comprises a leading end and an opposite rear end and further comprising a thread with a leading flank surface (22) and with a rear flank surface (24). The leading flank surface (22) points towards the leading end and the rear flank surface (24) points towards the rear end. The thread includes first and second threaded portions (38, 30), wherein the first threaded portion (38) is closer to the leading end than the second threaded portion (30). On the second threaded portion (30), the rear flank surface (24) is at least partially offset toward the leading end opposite a virtual flank surface (32) corresponding to the trailing flank surface of an imaginary periodic continuation of the thread of the first threaded portion (38).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verankerungstechnik. Insbesondere betrifft sie einen Schraubanker zur Verankerung in einem Verankerungsgrund. The present invention is in the field of anchoring technology. In particular, it relates to a screw anchor for anchoring in an anchoring ground.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Um Lasten in einem Verankerungsgrund, beispielsweise in einer Mauer oder einer Wand aus Beton, zu verankern, werden im Stand der Technik verschiedene Verankerungselemente eingesetzt. Zur Verankerung werden die Verankerungselemente in den Verankerungsgrund eingebracht und bilden mit dem Verankerungsgrund einen Verbund. In order to anchor loads in an anchoring ground, for example in a wall or a wall of concrete, various anchoring elements are used in the prior art. For anchoring the anchoring elements are introduced into the anchoring ground and form a bond with the anchoring ground.
Beispiele für Verankerungselemente sind Anker, wie Schraubanker und Spreizanker. Schraubanker weisen ein Gewinde auf und werden in den Verankerungsgrund eingeschraubt. Bei einer Zugbelastung des Schraubankers wird über das Gewinde eine Spannung in den Verankerungsgrund eingebracht.Examples of anchoring elements are anchors, such as screw anchors and expansion anchors. Screw anchors have a thread and are screwed into the anchoring ground. During a tensile load of the screw anchor, a tension is introduced into the anchoring ground via the thread.
Im Unterschied zu Schraubankern haben Spreizanker kein Gewinde, sondern übertragen die Zugspannung über eine hinterschneidende, radial vorstehende Fläche am führenden Ende des Spreizankers auf den Verankerungsgrund.In contrast to screw anchors, expansion anchors have no thread, but transmit the tensile stress via an undercutting, radially projecting surface at the leading end of the expansion anchor on the anchoring ground.
Wenn der Zug an einem Verankerungselement einen bestimmten Wert übersteigt, kann der Verankerungsgrund um das Verankerungselement ausbrechen und/oder das Verankerungselement kann aus dem Verankerungsgrund gezogen werden. Bei einem Schraubanker und einem Spreizanker geht ein solches Ausziehen üblicherweise mit einem Abscheren des Gewindes bzw. der hinterschnittenen Fläche einher. If the tension on an anchoring element exceeds a certain value, the anchoring ground may break around the anchoring element and / or the anchoring element may be pulled out of the anchoring ground. In the case of a screw anchor and an expansion anchor, such an extraction is usually accompanied by a shearing off of the thread or of the undercut surface.
Gegenüber Spreizankern haben Schraubanker den Vorteil, dass sie durch einfaches Einschrauben in den Verankerungsgrund eingebracht und in diesem verankert werden können. Ein Nachteil der Schraubanker ist jedoch, dass der Ausbruchswiderstand oder die Ausbruchslast bei einem gegebenen Verankerungsgrund und bei gleicher Verankerungstiefe üblicherweise geringer als bei einem Spreizanker ist.Compared with expansion anchors screw anchors have the advantage that they can be introduced by simply screwing into the anchoring ground and anchored in this. However, a disadvantage of the screw anchors is that the breakout resistance or the breakout load is usually lower for a given anchoring ground and for the same anchoring depth than for a spreading anchor.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubanker mit einem verbesserten Ausbruchs- und Ausziehwiderstand zur Verfügung zu stellen. The present invention has for its object to provide a screw anchor with an improved escape and Ausziehwiderstand available.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Aufgabe wird durch einen Schraubanker nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a screw anchor according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments are specified in the independent claims.
Der erfindungsgemäße Schraubanker weist ein führendes Ende und ein gegenüberliegendes hinteres Ende auf und umfasst ein Gewinde mit einer führenden Flankenfläche und mit einer hinteren Flankenfläche. Die führende Flankenfläche weist in Richtung auf das führende Ende und die hintere Flankenfläche weist in Richtung auf das hintere Ende. Das Gewinde des erfindungsgemäßen Schraubankers weist weiterhin einen ersten und einen zweiten Gewindeabschnitt auf, wobei der erste Gewindeabschnitt dichter am führenden Ende liegt als der zweite Gewindeabschnitt. Auf dem zweiten Gewindeabschnitt ist die hintere Flankenfläche zumindest abschnittsweise in Richtung auf das führende Ende gegenüber einer virtuellen Flankenfläche versetzt, die der hinteren Flankenfläche einer gedachten periodischen Fortsetzung des Gewindes des ersten Gewindeabschnitts entspricht. The screw anchor according to the invention has a leading end and an opposite rear end and comprises a thread with a leading flank surface and with a rear flank surface. The leading flank faces towards the leading end and the rear flank faces toward the rear end. The thread of the screw anchor according to the invention further comprises a first and a second threaded portion, wherein the first threaded portion is closer to the leading end than the second threaded portion. On the second threaded portion, the rear flank surface is offset, at least in sections, toward the leading end against a virtual flank surface corresponding to the trailing flank surface of an imaginary periodic continuation of the thread of the first threaded portion.
Aufgrund des Versatzes der hinteren Flankenfläche auf dem zweiten Gewindeabschnitt entsteht zwischen der hinteren Flankenfläche und dem von der hinteren Flankenfläche hinterschnittenen Verankerungsgrund ein Zwischenraum, der umso größer ausfällt je weiter die hintere Flankenfläche gegenüber der virtuellen periodischen Fortsetzung der hinteren Flankenfläche des ersten Gewindeabschnittes versetzt ist. Beim Anlegen einer geringen Zuglast an den Schraubanker wird diese Last daher vorwiegend auf dem ersten Gewindeabschnitt über die hintere Flankenfläche auf den Verankerungsgrund übertragen. Im Gegensatz dazu trägt der versetzte hintere Flankenflächenabschnitt auf dem weniger tief liegenden zweiten Gewindeabschnitt bei geringer Zugbelastung nicht oder allenfalls geringfügig zur Lastübertragung oder Lasteinleitung in den Verankerungsgrund bei. Die Lastübertragung über die versetzte hintere Flankenfläche setzt erst ein, wenn der Schraubanker durch die Zugbelastung so weit gestreckt oder gedehnt wird, dass der versetzte hintere Flankenflächenabschnitt oder ein Teil davon in Kontakt mit dem hinterschnittenen Verankerungsgrund tritt.Due to the offset of the rear flank surface on the second threaded portion is formed between the rear flank surface and the undercut of the rear flank surface anchoring base, a gap which is the greater the farther the rear flank surface is offset from the virtual periodic continuation of the rear flank surface of the first threaded portion. When applying a low tensile load on the screw anchor this load is therefore transferred mainly on the first threaded portion on the rear flank surface on the anchoring ground. In contrast, the offset rear flank surface portion on the less deep second threaded portion at low tensile load does not or at most slightly contributes to load transfer or load introduction into the anchoring ground. The load transfer via the offset rear flank surface only starts when the screw anchor is stretched or stretched by the tensile load so far that the offset rear flank surface portion or a part thereof comes into contact with the undercut anchoring ground.
Im Vergleich zu herkömmlichen Schraubankern, kann mit dem erfindungsgemäßen Schraubanker die Verteilung der Verbundspannung derart verändert werden, dass die Verbundspannung in größerer Tiefe erhöht und in geringerer Tiefe reduziert wird. Compared to conventional screw anchors, with the screw anchor according to the invention, the distribution of the composite stress can be changed so that the composite tension increases in greater depth and is reduced to a lesser depth.
Dadurch können mit dem erfindungsgemäßen Schraubanker bei einer gegebenen Verankerungstiefe die Ausbruchslast und der Ausziehwiderstand erhöht werden.This can be done with the screw anchor according to the invention for a given Anchoring depth the excavation load and the pull-out resistance are increased.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schraubankers ist die führende Flankenfläche auf dem zweiten Gewindeabschnitt gegenüber der führenden Flankenfläche der gedachten periodischen Fortsetzung des ersten Gewindeabschnitts zumindest abschnittsweise im Wesentlichen unversetzt. „Im Wesentlichen unversetzt“ bedeutet dabei, dass der Versatz zumindest nicht mehr als die Hälfte des Versatzes der hinteren Flankenfläche auf dem zweiten Gewindeabschnitt beträgt. Vorzugsweise entspricht aber die führende Flankenfläche im zweiten Gewindeabschnitt genau der periodischen Fortsetzung der führenden Flankenfläche im ersten Gewindeabschnitt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Querschnittsfläche der Gewindegänge zwischen dem ersten und dem zweiten Gewindeabschnitt ändert. Würde nämlich die führende Flankenfläche im selben Maße in Richtung auf das führende Ende versetzt wie die hintere Flankenfläche, um die gleiche Querschnittsfläche der Gewindegänge beizubehalten, würde das Einschrauben erheblich erschwert oder gar unmöglich. In an advantageous embodiment of the screw anchor according to the invention, the leading flank surface on the second threaded portion with respect to the leading edge surface of the imaginary periodic continuation of the first threaded portion is at least partially substantially untransposed. "Substantially unequal" means that the offset is at least not more than half the offset of the rear flank surface on the second threaded portion. Preferably, however, the leading flank surface in the second threaded section exactly corresponds to the periodic continuation of the leading flank surface in the first threaded section. This means in particular that changes the cross-sectional area of the threads between the first and the second threaded portion. In fact, if the leading flank surface were offset to the same extent towards the leading end as the trailing flank surface to maintain the same cross-sectional area of the threads, screwing in would be much more difficult or even impossible.
In einer weiteren Ausführungsform hat das Gewinde auf dem ersten Gewindeabschnitt eine im Wesentlichen konstante Gewindesteigung, wobei „im Wesentlichen konstant“ bedeutet, dass die Gewindesteigung nicht mehr als 5 %, vorzugsweise nicht mehr als 2 %, insbesondere nicht mehr als 1 % von ihrem Mittelwert abweicht. In a further embodiment, the thread has a substantially constant thread pitch on the first thread section, where "substantially constant" means that the thread pitch is not more than 5%, preferably not more than 2%, in particular not more than 1% of its mean differs.
Der erste Gewindeabschnitt kann auch zum Furchen eines Gewindes in einen Verankerungsgrund verwendet werden. Der Verankerungsgrund kann beispielsweise Beton sein. The first threaded portion can also be used to ream a thread in an anchoring ground. The anchoring ground may be concrete, for example.
Vorzugsweise ist der Versatz zwischen der hinteren Flankenfläche des Gewindes und der hinteren Flankenfläche der gedachten periodischen Fortsetzung des ersten Gewindeabschnitts auf dem zweiten Gewindeabschnitt nicht konstant, sondern verändert sich. Insbesondere kann dieser Versatz in Richtung auf das hintere Ende zunehmen. Preferably, the offset between the trailing edge surface of the thread and the trailing edge surface of the imaginary periodic continuation of the first thread portion on the second thread portion is not constant, but varies. In particular, this offset may increase towards the rear end.
Dadurch hat die hintere Gewindeflankenfläche in einem Bereich, der näher an der Oberfläche des Verankerungsgrunds liegt, einen größeren Abstand zum hinterschnittenen Verankerungsgrund, wenn der Schraubanker nicht oder nur gering belastet ist. Wenn die Zuglast auf den Schraubanker erhöht wird, treten zunächst diejenigen Abschnitte der hinteren Flankenfläche mit dem hinterschnittenen Verankerungsgrund in Kontakt, die tiefer im Verankerungsgrund liegen. Die Tiefe, bis zu der die hintere Flankenfläche nicht mit dem hinterschnittenen Verankerungsgrund in Kontakt steht, verringert sich mit zunehmender Zuglast. Dementsprechend wirkt eine geringe Zuglast hauptsächlich in relativ großer Verankerungstiefe am führenden Ende des Schraubankers auf den Verankerungsgrund. Bei einer Erhöhung der Zuglast vergrößert sich der Bereich, in dem Zuglast auf den Verankerungsgrund übertragen wird. Mit zunehmender Last wird dabei auch zunehmend in geringerer Tiefe ein Teil der Zuglast in den Verankerungsgrund eingeleitet. Gleichwohl bleibt die eingeleitete Last in der Nähe der Oberfläche des Verankerungsgrundes stets geringer als bei einem Schraubanker mit einem "normalen", d.h. periodisch fortgesetzten Gewinde.As a result, the rear thread flank surface in a region which is closer to the surface of the anchoring base, a greater distance from the undercut anchoring ground when the screw anchor is not or only slightly loaded. When the tensile load on the screw anchor is increased, first those portions of the trailing flank face contact the undercut anchoring ground deeper in the anchoring ground. The depth to which the rear flank surface does not contact the undercut anchoring ground decreases with increasing tensile load. Accordingly, a low tensile load acts mainly in relatively large anchoring depth at the leading end of the screw anchor on the anchoring ground. Increasing the tensile load increases the area where tensile load is transferred to the ground. As the load increases, part of the tensile load is also increasingly introduced at a lesser depth into the anchoring ground. However, the load applied near the surface of the ground of anchoring always remains less than that of a screw anchor with a "normal", ie. periodically continued thread.
Um den Versatz zwischen der hinteren Flankenfläche und dem Verankerungsgrund auf dem zweiten Gewindeabschnitt bereitzustellen und zu verändern, sind unterschiedliche Ausführungsformen mit Gewindemodifikationen auf dem zweiten Gewindeabschnitt vorgesehen, die beliebig kombiniert werden können und im Folgenden angegeben werden. In order to provide and change the offset between the rear flank surface and the anchoring ground on the second threaded portion, different embodiments with thread modifications on the second threaded portion are provided, which can be arbitrarily combined and given below.
In einer Ausführungsform ist der Gewindeaußendurchmesser auf dem zweiten Gewindeabschnitt zumindest abschnittsweise kleiner als der Gewindeaußendurchmesser auf dem ersten Gewindeabschnitt. Beispielsweise kann bei einem kleineren Gewindeaußendurchmesser die Form des Gewindeprofils, d.h. die Flankenwinkel des Gewindes, im Wesentlichen gleich bleiben, wobei die führende Gewindeflanke mit der führenden Gewindeflanke des periodisch fortgesetzten ersten Gewindeabschnitts im Wesentlichen übereinstimmt. In diesem Fall entsteht mit abnehmendem Gewindeaußendurchmesser ein zunehmender Versatz zwischen der tatsächlichen hinteren Gewindeflankenfläche und der periodisch fortgesetzten hinteren Gewindeflankenfläche des ersten Gewindeabschnittes. Die Querschnittsform des Gewindeprofils muss jedoch nicht notwendigerweise erhalten bleiben, sondern kann sich auf dem Abschnitt mit kleinerem Gewindeaußendurchmesser auch von der Gewindeprofilform auf anderen Gewindeabschnitten unterscheiden. In one embodiment, the outer thread diameter on the second threaded portion is at least partially smaller than the outer thread diameter on the first threaded portion. For example, with a smaller outer thread diameter, the shape of the thread profile, i. the flank angles of the thread remain substantially the same, the leading thread flank substantially coinciding with the leading thread flank of the periodically continued first thread section. In this case, as the thread outer diameter decreases, there is an increasing offset between the actual rear thread flank face and the periodically continued rear thread flank face of the first thread section. However, the cross-sectional shape of the thread profile does not necessarily have to be preserved, but may also differ on the smaller thread outer diameter portion from the thread profile shape on other thread portions.
Der Gewindeaußendurchmesser kann zudem auf dem zweiten Gewindeabschnitt in Richtung auf das hintere Ende abnehmen. Dadurch kann eine Zunahme des Versatzes der hinteren Flankenfläche in Richtung auf das hintere Ende erzeugt werden. The outer thread diameter may also decrease on the second threaded portion towards the rear end. Thereby, an increase in the offset of the trailing edge surface toward the trailing end can be generated.
In einer anderen Ausführungsformen ist die hintere Flankenfläche auf dem zweiten Gewindeabschnitt gegenüber der hinteren Flankenfläche der gedachten periodischen Fortsetzung des ersten Gewindeabschnitts zumindest abschnittsweise in Richtung der Flankenflächennormalen versetzt. Mit anderen Worten kann die hintere Flankenfläche zumindest abschnittsweise annähernd parallel zur periodisch fortgesetzten hinteren Flankenfläche versetzt sein, sodass ein Abstand zwischen dem hinteren Flankenflächenabschnitt und dem hinterschnittenen Verankerungsgrund beim eingeschraubten Schraubanker besteht. Ebenso wie die oben genannte Ausführungsform mit abnehmenden Gewindeaußendurchmesser kann auch diese Ausführungsform mit anderen Ausführungsformen, bei denen der Versatz anders erreicht wird, kombiniert werden. In another embodiment, the rear flank surface on the second threaded portion opposite the rear flank surface of the imaginary periodic continuation of the first threaded portion is at least partially offset in the direction of the Flankenflächennormalen. In other words, the rear flank surface may be at least partially offset approximately parallel to the periodically continued rear flank surface, so that a distance between the rear flank surface portion and the undercut Anchoring ground when screwed screw anchor exists. As well as the above-mentioned embodiment with decreasing outer thread diameter, this embodiment can also be combined with other embodiments in which the offset is achieved differently.
Für eine Zunahme des Versatzes in Richtung auf das hintere Ende kann der Versatz in Richtung der Flankenflächennormalen auch in Richtung auf das hintere Ende zunehmen. For an increase in the offset toward the rear end, the offset in the direction of the flank surface normal may also increase towards the rear end.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Versatz dadurch hergestellt, dass der Flankenwinkel auf dem zweiten Gewindeabschnitt zumindest abschnittsweise kleiner als auf dem ersten Gewindeabschnitt ist. In a further embodiment, the offset is produced in that the flank angle on the second threaded portion is at least partially smaller than on the first threaded portion.
Damit kann erreicht werden, dass die hintere Flankenfläche auf diesem Abschnitt gegenüber der hinteren Flankenfläche des periodisch fortgesetzten Gewindes geneigt und dadurch ebenfalls versetzt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass ein "Versatz der hinteren Flankenfläche" nicht bedeuten muss, dass die gesamte Flankenfläche versetzt ist, sondern es ist bereits ausreichend, dass Teile der Flankenfläche versetzt sind, wie unten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wird. Für einen zunehmenden Versatz kann der Flankenwinkel auf dem zweiten Gewindeabschnitt in Richtung auf das hintere Ende auch abnehmen.It can thus be achieved that the rear flank surface on this section is inclined with respect to the rear flank surface of the periodically continued thread and is thus also offset. It should be noted that an "offset of the rear flank surface" does not have to mean that the entire flank surface is offset, but it is already sufficient that parts of the flank surface are offset, as will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. For an increasing offset, the flank angle on the second threaded portion towards the rear end may also decrease.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand von Figuren näher erläutert. Further advantages and features of the invention will be explained in more detail in the following description with reference to figures.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Auch wenn in
Wenn eine Last an dem Schraubanker
In einer theoretischen Betrachtung werden innerhalb des Verankerungsgrunds
Bei einem herkömmlichen Schraubanker
Wenn die Zugbelastung eine bestimmte Schwelle übersteigt, kann die Verankerung auf unterschiedliche Arten versagen: Ein Versagensmechanismus besteht darin, dass der Verankerungsgrund
Um bei gleichbleibender Verankerungstiefe Tv die Gefahr eines Ausbruchs des Verankerungsgrunds
Gleichzeitig wird die Belastung der hinteren Flankenfläche
Mit anderen Worten erlaubt es ein abschnittsweiser Versatz der hinteren Flankenfläche die Spannungsverteilung entlang des Verbundes zu beeinflussen. Insbesondere kann durch einen veränderlichen und in Richtung auf das hintere Ende
Wenn der erfindungsgemäße Schraubanker in den Verankerungsgrund
Bei der in
Man erkennt in
Die
Bei den Ausführungsformen gemäß den
In den
In the
Bei dem erfindungsgemäß modifizierten Spitzgewinde aus
Es wird darauf hingewiesen, dass die erläuterten Ausführungsformen als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend anzusehen sind. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen in beliebiger Kombination von Bedeutung sein können und dass die verschiedenen Möglichkeiten, um den beschriebenen Versatz der hinteren Flankenfläche zu erreichen, beliebig miteinander kombiniert werden können.It should be noted that the illustrated embodiments are to be considered as purely exemplary and not limiting the invention. In particular, it is pointed out that the described features and embodiments can be of importance in any combination and that the various possibilities for achieving the described offset of the rear flank surface can be combined as desired.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Schraubanker Screw
- 1212
- Verankerungsgrund anchorage ground
- 1414
- führendes Ende leading end
- 1616
- hinteres Ende rear end
- 1818
- Längsachse longitudinal axis
- 2020
- Gewinde thread
- 2222
- führende Flankenfläche leading edge surface
- 2424
- hintere Flankenfläche rear flank surface
- Tv T v
- Verankerungstiefe embedment depth
- 2626
- Verankerungsloch anchoring hole
- ZZ
- Zugrichtung tensile direction
- 2828
- Druckkegel pressure cone
- 3030
- zweiter Gewindeabschnitt second threaded section
- 3232
- hintere Flankenfläche des gedachten periodisch fortgesetzten Gewindes rear flank surface of the imaginary periodically continued thread
- 3434
- führende Flankenfläche des gedachten periodisch fortgesetzten Gewindes leading flank surface of the imaginary periodically continued thread
- α α
- Flankenwinkel flank angle
- 3636
- hinterschnittene Fläche im Verankerungsgrund undercut surface in the anchoring ground
- SS
- Flächenschwerpunkt einer Querschnittsfläche durch einen Gewindegang Centroid of a cross-sectional area through a thread
- 3838
- erster Gewindeabschnitt first threaded section
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