DE102021130720B3

DE102021130720B3 - Verfahren zur Herstellung eines Schraubfundamentes

Info

Publication number: DE102021130720B3
Application number: DE102021130720.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rudert; Lukasz Starzec
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Foundation Screw Sp Z OO Pl
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2041-11-25
Also published as: WO2023094395A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubfundamentes (1) zur Befestigung von Elementen in einem Untergrund, bei welchem wenigstens ein erstes zylindrisches Rohr (5) als erste Ausgangsform bereitgestellt wird und das erste Rohr (5) angrenzend an ein vorderes Einführende (1b) wenigstens bereichsweise mit einer gewindeartigen Außenkontur (4) zum Einschrauben in den Untergrund versehen wird, wobei in ein hinteres Ende (1a) des ersten Rohres (5) durch Umformen eine Kontur (2) für ein Einschraubwerkzeug eingeformt wird.Dabei ist vorgesehen, dass das hintere rohrförmige Ende (1a) des ersten Rohres (5) unter Ausbildung einer sternförmigen, eine Innen- und Außenverzahnung (2a,2b) aufweisenden Kontur (2) ohne innere Gegenform radial von außen eingeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubfundamentes zur Befestigung von Elementen in einem Untergrund, bei welchem wenigstens ein erstes zylindrisches Rohr als erste Ausgangsform bereitgestellt wird und das erste Rohr angrenzend an ein vorderes Einführende wenigstens bereichsweise mit einer gewindeartigen Außenkontur zum Einschrauben in den Untergrund versehen wird, wobei in ein hinteres Ende des ersten Rohres durch Umformen eine Kontur für ein Einschraubwerkzeug eingeformt wird.
Schraubfundamente sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie können am hinteren Ende zum Einstecken von Pfählen oder Stäben ausgebildet sein oder alternativ am hinteren Ende einen platten- bzw. flanschartigen Befestigungsansatz aufweisen, an den andere Elemente, z.B. Rahmen od. dgl., befestigt werden können.
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus DE 10 2019 128 030 B3 bekannt. Bei diesem Verfahren zur Herstellung eines Schraubfundamentes zur Befestigung von Elementen im Erdreich wird ein zylindrisches Rohr als Ausgangsform bereitgestellt, an das spanlos ein zu einer Einführspitze zulaufender konischer Vorderabschnitt angeformt wird. Dabei wird der Vorderabschnitt wenigstens bereichsweise mit einer gewindeartigen Außenkontur zum Einschrauben in das Erdreich versehen. Wesentlich ist bei diesem Verfahren, dass in ein hinteres Ende des Rohres durch Drückwalzen eine Innenkontur für ein Einschraubwerkzeug eingeformt wird und dass der Vorderabschnitt und die gewindeartige Außenkontur ausschließlich durch Drückwalzen geformt werden. Das Schraubfundament wird somit allein durch Drückwalzen hergestellt, wodurch der Herstellaufwand gering ist und präzise und reproduzierbare Bauteile erzeugt werden können. Dabei kann entweder zunächst die Innenkontur und danach der Vorderabschnitt und die gewindeartige Außenkontur geformt werden oder umgekehrt. Als Ausgangsform kann ein gezogenes oder geschweißtes Rohr verwendet werden.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass bei einem so hergestellten Schraubfundament das vom Einschraubwerkzeug auf die Innenkontur des Schraubfundamentes übertragbare Drehmoment begrenzt ist, so dass das Schraubfundament bei bestimmten Bodenverhältnissen oder bei besonders großer Eindringtiefe weniger geeignet ist.
Aus den Druckschriften AT 16 939 U1 , DE 85 30 749 U1 , DE 202 20 515 U1 , DE 10 2007 001 833 A1 , DE 20 2019 105 845 U1 und EP 2 003 270 A2 sind weitere Ausgestaltungen von Schraubfundamenten bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein einfach herstellbares Schraubfundament schafft, das für beliebige Bodenverhältnisse und bevorzugt beliebige Eindringtiefen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das hintere rohrförmige Ende des ersten Rohres ohne innere Gegenform radial von außen derart eingeformt wird, dass die Kontur sternförmig, eine Innen- und Außenverzahnung aufweisend ausgebildet wird.
Die Kontur am hinteren Ende des Schraubfundamentes wird somit von außen spanlos eingeformt, wobei sowohl eine Innen- als auch eine Außenverzahnung gebildet wird. Die Außen- und die Innenverzahnung dienen zur drehfesten Verbindung mit einem Einschraubwerkzeug mit komplementärer Verzahnungskontur, die Innenverzahnung ist zur drehfesten Aufnahme eines rohrförmigen Verlängerungselementes geeignet, wodurch ein wenigstens zweiteiliges Schraubfundament entsteht. Außerdem ist die Innenverzahnung zur Aufnahme eines platten- bzw. flanschartiger Befestigungsansatz geeignet, wobei der Befestigungsansatz mit einer der sternförmigen Kontur entsprechenden Kontur ausgerüstet ist. Durch die sternförmige Kontur lassen sich große Drehmomente übertragen, welche ein Einschrauben in Untergründe mit beliebigen Bodenverhältnissen ermöglichen. Die sternförmige Kontur kann so ähnlich gestaltet sein wie ein Schraubenmitnahmeprofil mit der Normbezeichnung Innensechsrund bzw. Außensechsrund, wobei die Zähneanzahl aber beliebig ist.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das hintere Ende des ersten Rohres von mehreren auf einem gemeinsamen Umfang angeordneten und gleichmäßig radial zustellbaren Umformwerkzeugen eingeformt wird. Die Umformwerkzeuge können z.B. Drück- oder Presswerkzeuge sein.
In den meisten Anwendungsfällen ist vorgesehen, dass an das erste Rohr spanlos ein zu einer Einführspitze zulaufender konischer Vorderabschnitt angeformt wird, wobei der Vorderabschnitt wenigstens bereichsweise mit der gewindeartigen Außenkontur zum Einschrauben in den Untergrund versehen wird. Alternativ kann die Einführspitze auch entfallen und der vordere Rand mit einer Schneidkante ähnlich einem Hohllochbohrer versehen werden. In beiden Fällen wird beim Einschrauben durch die länger oder kürzer ausgebildete gewindeartige Außenkontur das Untergrundmaterial nach außen verdrängt und verdichtet, was den Halt des Schraubfundamentes im Untergrund verbessert. Wenn die Einführspitze offen ist, dringt je nach Untergrundbeschaffenheit auch Untergrundmaterial in den vorderen Bereich des Schraubfundamentes ein und drückt die Mantelfläche des Schraubfundamentes nach außen, wodurch noch eine bessere Verankerung im Untergrund stattfindet.
Zur Vereinfachung der Herstellung ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Vorderabschnitt und die gewindeartige Außenkontur ausschließlich durch Drückwalzen geformt werden.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass während des Drückwalzens die Kontur am hinteren Ende des ersten Rohres eingespannt wird. Dabei weist das Einspannwerkzeug eine zur sternförmigen Kontur des hinteren Endes komplementäre Kontur auf. Die Festigkeit und Formung der Kontur am hinteren Rohrende wird durch das Nachdrücken bei der Einspannung noch verbessert, wobei das Einspannwerkzeug bevorzugt einen komplementär gestalteten Innendorn aufweist.
In ganz besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens ein zweites zylindrisches Rohr als zweite Ausgangsform bereitgestellt wird und dass die beiden rohrförmigen Enden des zweiten Rohres jeweils unter Ausbildung einer sternförmigen, eine Innen- und Außenverzahnung aufweisenden Kontur ohne innere Gegenform radial von außen eingedrückt werden, wobei die Kontur an einem Ende des zweiten Rohres der Kontur am hinteren Ende des ersten Rohres entspricht und die Kontur am anderen Ende des zweiten Rohres so ausgebildet ist, dass das andere Ende des zweiten Rohres kraft- und/oder formschlüssig in oder auf das hintere Ende des ersten Rohres steckbar ist. Das Schraubfundament besteht dann vorteilhaft aus wenigstens zwei Teilen, nämlich dem aus dem ersten Rohr hergestellten Element und wenigstens einem rückseitig in das vorgenannte Element drehfest einsteckbaren Verlängerungselement. Das zweite Rohr wird darüber hinaus ebenfalls bevorzugt wenigstens bereichsweise mit einer gewindeartigen Außenkontur zum Einschrauben in den Untergrund versehen, z.B. durch Drückwalzen.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die ineinander gesteckten Enden des ersten und des zweiten Rohres durch wenigstens bereichsweises radiales Eindrücken im Bereich der Konturen aneinander gesichert werden. So können z.B. mit einem geeigneten ringförmigen Werkzeug Kugeln, Halbkugeln oder ähnliche geometrische Körper in die Außenverzahnung der äußeren Kontur eingedrückt werden, welche in beiden ineinander gesteckten sternförmigen Konturen nach innen gerichtete Sicken ausbilden, welche die beiden Bauteile formschlüssig aneinander sichern, wodurch die Zug-Druckbelastung des Schraubfundamentes erhöht wird.
Schließlich ist vorteilhaft vorgesehen, dass das erste Rohr und/oder das wenigstens eine zweite Rohr aus Corten-Stahl bestehen. Das Schraubfundament ist dann besonders korrosionsbeständig.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

1 eine perspektivische Darstellung eines Schraubfundamentes,
2 eine vergrößerte Darstellung des hinteren Endes des Schraubfundamentes nach 1,
3 eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen Rohres als erste Ausgangsform,
4 eine Seitenansicht auf das hintere Rohrende des Schraubfundamentes mit radial zustellbaren Umformwerkzeugen vor der Umformung,
5 eine der 4 entsprechende Darstellung während der Umformung,
6 eine perspektivische Darstellung eines rohrförmigen Verlängerungselementes zur Bildung eines zweiteiligen Schraubfundamentes,
7 eine perspektivische Darstellung des vorderen Endes des Verlängerungselementes nach 6,
8 eine perspektivische Darstellung des hinteren Endes des Verlängerungselementes nach 6,
9 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiteiligen Schraubfundamentes vor dem Zusammenfügen,
10 ein vergrößertes Detail der 9,
11 eine perspektivische Darstellung des zweiteiligen Schraubfundamentes,
12 in perspektivischer Darstellung den Verbindungsbereich des zweiteiligen Schraubfundamentes nach 11 und in
13 den Verbindungsbereich nach 12 mit zusätzlichen Arretiermitteln.

Ein einteiliges Schraubfundament ist in 1 allgemein mit 1 bezeichnet. Dieses Schraubfundament 1 weist beim Ausführungsbeispiel nach 1 ein hinteres Ende 1a und ein vorderes Ende 1b auf. In das hintere, rohrförmige Ende 1a ist eine nachfolgend näher beschriebene sternförmige Kontur 2 eingeformt. Axial angrenzend an diese sternförmige Kontur 2 weist das Schraubfundament 1 einen zylindrischen Bereich 1c und daran nach vorne angrenzend einen zu einer Einführspitze 3 am vorderen Ende 1b konisch zulaufenden Vorderabschnitt 1d auf.
Sowohl der Vorderabschnitt 1d als auch der zylindrische Bereich 1c sind zumindest bereichsweise mit einer gewindeartigen Außenkontur 4 versehen, welche vorzugsweise ausschließlich durch Drückwalzen geformt wird. Zur näheren Erläuterung wird hierzu auf die Druckschrift DE 10 2019 128 030 B3 verwiesen.
Zur Herstellung des insoweit beschriebenen Schraubfundamentes 1 wird ein erstes zylindrisches Rohr 5 als erste Ausgangsform bereitgestellt. Dieses Rohr 5 kann ein gezogenes oder geschweißtes Rohr aus Metall sein.
Verfahrensmäßig wird zunächst in das eine Ende des Rohres 5, welches das hintere Ende 1a des Schraubfundamentes 1 bildet, die sternförmige Kontur 2 eingeformt, und zwar derart, dass es eine Innenverzahnung 2a und eine Außenverzahnung 2b aufweist. Dazu wird das hintere Ende des ersten Rohres 5 in eine geeignete Umformeinrichtung eingeführt, welche mehrere, auf einem gemeinsamen Umfang angeordnete und gleichmäßig radial zustellbare Umformwerkzeuge 6 aufweist (4). Diese Umformwerkzeuge 6 werden gleichmäßig auf das Ende des ersten Rohres 5 nach innen verfahren, so dass ohne innere Gegenform sich die sternförmige, eine Innenverzahnung 2a und eine Außenverzahnung 2b aufweisende Kontur 2 ausbildet. Dabei ändert sich die Wandstärke des ersten Rohres 5 im Wesentlichen nicht. Anders als in 4 schematisch dargestellt, entspricht die Außenkontur der Umformwerkzeuge 6 im Wesentlichen der Kontur der zu bildenden Außenverzahnung 2a der sternförmigen Kontur 2.
Nach Einformung der sternförmigen Kontur 2 wird das erste Rohr 5 bevorzugt mit seinem hinteren Ende mit der sternförmigen Kontur 2 in ein komplementär gestaltetes Einspann- und Haltewerkzeug einer Drückwalzmaschine eingesetzt. Anschließend wird das erste Rohr 5 bevorzugt durch Drückwalzen in die in 1 dargestellte Form des fertigen Schraubfundamentes 1 umgeformt, wobei für die Ausführung der Drückwalzvorgänge auf die Druckschrift DE 10 2019 128 030 B3 Bezug genommen wird. Dabei kann das Rohr 5 ggf. zunächst abgestreckt werden, auf ein Abstrecken kann aber auch verzichtet werden. Nach dem Ende des Drückwalzens wird die Einführspitze 3 bevorzugt auf geeignete Weise verschlossen.
Alternativ kann das Schraubfundament 1 auch über seiner gesamten Länge zylindrisch sein, d.h. keine Einführspitze 3 aufweisen.
Die sternförmige Kontur 2 am hinteren Endes 1a des Schraubfundamentes 1 weist eine doppelte Funktion auf. Die Außenverzahnung 2b dient zur Verbindung mit einem entsprechend komplementär gestalteten, nicht dargestellten Einschraubwerkzeug. Die Innenverzahnung 2a dient demgegenüber zur kraft- und/ oder formschlüssigen Aufnahme eines rohrförmigen Verlängerungselementes 7 zur Bildung eines zweiteiligen Schraubfundamentes 1.
Zur Herstellung des rohrförmigen Verlängerungselementes 7 wird ein zweites zylindrisches Rohr als zweite Ausgangsform bereitgestellt. Sowohl in das vordere Ende 7a als auch in das hintere Ende 7b des Verlängerungselementes 7 wird in gleicher Weise wie in den 4 und 5 dargestellt, eine sternförmige Kontur 8, 9 jeweils mit einer Innenverzahnung 8a, 9a und einer Außenverzahnung 8b, 9b durch radiales Eindrücken von außen ohne innere Gegenform ausgebildet.
Dabei ist die Kontur 8 am vorderen Ende 7a des Verlängerungselementes 7 so dimensioniert, dass das vordere Ende 7a kraft- und/oder formschlüssig in das hintere Ende 1a des Schraubfundamentes 1 eingeführt werden kann. Demgegenüber entspricht die sternförmige Kontur 9 am hinteren Ende 7b der sternförmigen Kontur 2 des Schraubfundamentes 1, so dass das hintere Ende 7b des Verlängerungselementes 7 dazu geeignet ist, einerseits mit dem Einschraubwerkzeug gekoppelt zu werden oder andererseits ein weiteres Verlängerungselement 7 aufzunehmen.
Der zylindrische Bereich 7c zwischen den beiden Enden 7a und 7b des Verlängerungselementes 7 wird bevorzugt ebenfalls durch Drückwalzen mit einer gewindeartigen Außenkontur 10 versehen.
Wenn ein zwei- oder mehrteiliges Schraubfundament 1 eingesetzt werden soll, das aus dem Schraubfundament 1 nach 1 und wenigstens einem Verlängerungselement 7 besteht, wird am Einsatzort das vordere Ende 7a des Verlängerungselementes 7 gemäß der Abfolge der 9 bis 12 in das hintere Ende 1a des Schraubfundamentes 1 form- und/oder kraftschlüssig eingesteckt.
Um eine sichere Verbindung zu erreichen, kann gemäß 13 vorgesehen werden, dass mit einem geeigneten ringförmigen Werkzeug Kugeln 11 oder Halbkugeln oder ähnliche geometrische Körper in die Außenverzahnung 2a des Schraubfundamentes 1 eingedrückt werden, welche sowohl in der sternförmigen Kontur 2 als auch in der sternförmigen Kontur 8 nach innen gerichtete Sicken ausbilden, welche die beiden Bauteile formschlüssig aneinander sichern, wodurch die Zug-Druckbelastung des Schraubfundamentes erhöht wird.
Die dargestellte Art der sternförmigen Konturen 2, 7 und 8 ist nur ein Ausführungsbeispiel. Die Anzahl der dargestellten Zähne kann auch anders gewählt werden.
In das hintere Ende 1a oder 7b kann auch ein nicht dargestellter platten- bzw. flanschartiger Befestigungsansatz eingesteckt und ggf. mittels Kugeln 11 verriegelt werden, wobei der Befestigungsansatz mit einer der sternförmigen Kontur 8 entsprechenden Kontur ausgerüstet ist. Der Befestigungsansatz mit sternförmiger Kontur kann z.B. durch Tiefziehen hergestellt werden. An einem solchen Befestigungsansatz können andere Elemente, z.B. Rahmen od. dgl., befestigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schraubfundament
1a: hinteres Ende
1b: vorderes Ende
1c: zylindrischer Bereich
1d: konischer Vorderabschnitt
2: sternförmige Kontur
2a: Innenverzahnung
2b: Außenverzahnung
3: Einführspitze
4: gewindeartige Außenkontur
5: erstes zylindrisches Rohr
6: Umformwerkzeuge
7: rohrförmiges Verlängerungselement
7a: vorderes Ende
7b: hinteres Ende
7c: zylindrischer Bereich
8: sternförmige Kontur
8a: Innenverzahnung
8b: Außenverzahnung
9: sternförmige Kontur
9a: Innenverzahnung
9b: Außenverzahnung
10: gewindeartige Außenkontur
11: Kugeln

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schraubfundamentes (1) zur Befestigung von Elementen in einem Untergrund, bei welchem wenigstens ein erstes zylindrisches Rohr (5) als erste Ausgangsform bereitgestellt wird und das erste Rohr (5) angrenzend an ein vorderes Einführende (1b) wenigstens bereichsweise mit einer gewindeartigen Außenkontur (4) zum Einschrauben in den Untergrund versehen wird, wobei in ein hinteres Ende (1a) des ersten Rohres (5) durch Umformen eine Kontur (2) für ein Einschraubwerkzeug eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere rohrförmige Ende (1a) des ersten Rohres (5) ohne innere Gegenform radial von außen derart eingeformt wird, dass die Kontur (2) sternförmig, eine Innen- und Außenverzahnung (2a,2b) aufweisend ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Ende (1a) des ersten Rohres (5) von mehreren auf einem gemeinsamen Umfang angeordneten und gleichmäßig radial zustellbaren Umformwerkzeugen (6) eingeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an das erste Rohr (5) spanlos ein zu einer Einführspitze (3) zulaufender konischer Vorderabschnitt (1d) angeformt wird, wobei der Vorderabschnitt (1d) wenigstens bereichsweise mit der gewindeartigen Außenkontur (4) zum Einschrauben in den Untergrund versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderabschnitt (1d) und die gewindeartige Außenkontur (4) ausschließlich durch Drückwalzen geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Drückwalzens die Kontur (2) am hinteren Ende (1a) des ersten Rohres (5) eingespannt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweites zylindrisches Rohr als zweite Ausgangsform bereitgestellt wird und dass die beiden rohrförmigen Enden (7a,7b) des zweiten Rohres jeweils unter Ausbildung einer sternförmigen, eine Innen- und Außenverzahnung (8a,8b,9a,9b) aufweisenden Kontur (8,9) ohne innere Gegenform radial von au-ßen eingedrückt werden, wobei die Kontur (9) an einem Ende (7b) des zweiten Rohres der Kontur (2) am hinteren Ende (1a) des ersten Rohres (5) entspricht und die Kontur (8) am anderen Ende (7a) des zweiten Rohres so ausgebildet ist, dass das andere Ende (7a) des zweiten Rohres kraft- und/oder formschlüssig in oder auf das hintere Ende (1a) des ersten Rohres (5) steckbar ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander gesteckten Enden (1a,7a) des ersten und des zweiten Rohres (5,7) durch wenigstens bereichsweises radiales Eindrücken im Bereich der Konturen (2,8) aneinander gesichert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohr (5) aus Corten-Stahl besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Rohr aus Corten-Stahl besteht.