DE19944602A1 - Verfahren zum Eindrehen einer gewindeschneidenden Schraube in ein Bohrloch und gewindeschneidende Schraube zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Eine Schraube (1) wird abgedichtet in ein Bohrloch (6) in einem festen aber porösen Material (7), insbesondere Beton, eingesetzt, indem eine Patrone (17) in das Bohrloch (6) eingeschoben und anschließend die gewindeschneidende Schraube (1) eingedreht wird. In der Patrone (17) enthaltenes Abdichtmittel (19) wird unter Druck in einem zwischen der Bohrlochwand (16) und dem Kern (2) der Schraube (1) ausgebildeten Kanal (21) und das umliegende Material (7) gepreßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine gewindeschneidende Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruches 6.

Zum Einschrauben in festes, aber in gewissem Umfang poröses Material, insbesondere in Beton, geeignete gewindeschneidende Schrauben, soge­ nannte Beton-Schrauben, sind vielfältig bekannt, beispielsweise aus EP 0 916 030 A und EP 0 905 389 A. Derartige Schrauben können aus korrosi­ onsfestem Stahl bestehen, wenn dies aus Gründen des Korrosionsschutzes gefordert wird. Insbesondere Beton weist Armierungen auf, die ausschließ­ lich aus nichtkorrosionsfestem Stahl bestehen. Wenn die die erwähnten Schrauben aufnehmenden Bohrlöcher bis in die Nähe von Armierungen gebohrt werden, dann ist die Gefahr nicht völlig auszuschließen, daß über das Bohrloch Feuchtigkeit bis zu den Armierungsstählen des Betons ge­ langt mit der Folge, daß diese korrodieren können.

Aus der EP 0 199 671 B1 ist es bekannt, zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern Patronen einzusetzen, die 2-Komponentensysteme auf Acrylatharzbasis enthalten: Der Einsatz derartiger Patronen ist aus dem Prospekt W 2285 1198 20-d 9 aus dem Jahre 1998 der Hilti Deutschland GmbH mit dem Titel "Verbundankersystem HILTI HVZ" bekannt. Hier wird die die Komponenten enthaltende Patrone in ein Bohrloch eingesetzt und anschließend eine Ankerstange, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Bohrlochs, in das zuvor vom Bohrmehl durch Ausblasen befreite Bohrloch eingeschoben. Danach wird die Ankerstange unter Schlag-Drehen in das Bohrloch eingeschoben. Hierbei wird die Pa­ trone zerstört und deren Inhalt vermischt und im Bohrloch verteilt. An­ schließend erfolgt ein Aushärten. Während dieser Zeit darf naturgemäß die Ankerstange nicht berührt werden, da sie keine eigene Festigkeit bzw. Halterung im Bohrloch aufweist. Wenn das Schlag-Drehen über das Ein­ schieben hinaus erfolgt, besteht die Gefahr, daß das Abdichtmittel aus dem Bohrloch heraus gefördert wird.

Aus dem Fach "Befestigungstechnik" von Eligehausen, Mallée und Rehm, Sonderdruck aus dem Beton-Kalender 1997, Verlag Ernst & Sohn, Seiten 8 und 9 ist es bekannt, sogenannte Verbunddübel zu setzen, indem Kunst­ harz-Bindemittel in Form einer Glaspatrone oder eines Kunststoffschlau­ ches in ein Bohrloch eingegeben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsge­ mäßen Art so weiterzubilden, daß eine zuverlässige Abdichtung des ge­ samten Bohrloches und des umgebenden Materials erreicht wird und eine gewindeschneidende Schraube zur Durchführung des Verfahrens so auszu­ bilden, daß sie diese Aufgabe besonders gut erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch den hohen Druck, der beim Ein­ schrauben der Schraube auf das Abdichtmittel ausgeübt wird, wird dieses durch den im Gewindegang ausgebildeten Kanal gepreßt und wegen des hohen Druckes radial nach außen in das umgebende Material gedrückt.

Hierdurch wird eine außerordentlich intensive und dauerhafte Abdichtung herbeigeführt. Auch reine Abdichtmittel, wie Silikonkautschuk, üben eine so große Reibungskraft auf die Schraube aus, daß diese auch bei Wechsel­ beanspruchungen gegen Rückdrehen ausreichend gesichert ist. Außer rei­ nen Abdichtmitteln können naturgemäß auch die üblichen bekannten Bin­ demittel eingesetzt werden, die gleichzeitig abdichtend wirken, nämlich die geeigneten Kunstharze. Ein unbeabsichtigtes Herausfördern des Abdicht­ mittels aus dem Bohrloch kann nicht stattfinden, da die Schraube nur bis auf den Bohrloch-Grund geschraubt, aber darüber hinaus nicht gedreht werden kann. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.

Die gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 6 weist den Vorteil auf, daß die an der Stirnseite ausgebildete Schneide zum einen die das Kunst­ harzbindemittel bzw. den Silikonkautschuk oder vergleichbare Abdicht­ mittel enthaltende Patrone einerseits leicht zerstört und zum anderen sehr schnell eine Durchmischung von Bohrmehl, Abdichtmittel und ggf. Split­ tern oder Teilstücken der Patrone bewirkt und das Gemisch in den Kanal zwischen den Gewindegängen fördert. Dadurch wird der angestrebte Druckaufbau sehr schnell erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis 9.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine gewindeschneidende Schraube zu Beginn des Einschraubens in ein Bohrloch,

Fig. 2 die Schraube kurz vor Abschluß des Einschraubens in das Bohrloch,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schraube,

Fig. 4 eine Teilansicht einer gewindeschneidenden Schraube im Bereich ihres Einführendes in einer gegenüber den Fig. 1 bis 2 abgewandel­ ten Ausführungsform und

Fig. 5 eine Stirnansicht der Schraube gemäß dem Sichtpfeil V in Fig. 4.

Die in der Zeichnung dargestellte Schraube 1 weist einen zylindrischen Kern 2 auf, der im Bereich des Einführendes 3 der Schraube 1 angefast sein kann. Am entgegengesetzten Ende des Kerns 2 ist ein beliebig ausgebilde­ ter Schraubenkopf 4 vorgesehen. Auf dem Kern 1 ist ein stegartig ausgebil­ detes Gewinde 5 ausgeformt, dessen Außendurchmesser D 1,0 bis 2,5 mm größer ist als der Nenndurchmesser Dn eines Bohrloches 6, in das die Schraube 1 eingesetzt werden soll. Der Nenndurchmesser Dn eines Bohr­ loches 6 ist international genormt, beträgt also 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, . . . mm. Das Bohrloch 6 ist in festes Material 7, beispielsweise Beton, einge­ bracht.

Der Kern 2 weist entlang eines Abschnitts 8, der sich vom Einführende 3 über einen Teil der Länge des Gewindes 5 erstreckt, drei Aufnahme-Nuten 9 mit rechteckigen Querschnitt und größerer Tiefe a als Breite b auf. Diese Nuten 9 verlaufen im wesentlichen parallel zur Mittel-Längs-Achse 10 der Schraube 1 und sind radial nach außen offen. Jeweils benachbarte Aufnah­ me-Nuten 9 sind in gleichen Winkelabständen c von 120° angeordnet. Der Kern 2 mit Schraubenkopf 4 und Gewinde 5 sind einteilig aus einem korro­ sionfesten Stahl, insbesondere VA-Stahl, ausgebildet.

Die Schraube 1 weist entsprechend der Zahl der Aufnahme-Nuten 9 Schneid-Elemente 11 mit jeweils einer Schneid-Einsatz-Leiste 12 auf, die im wesentlichen entlang der Einschraub-Drehrichtung 13 der Schraube 1 formschlüssig und kippstabil in jeweils einer Aufnahme-Nut 9 gehalten ist. Der Querschnitt der Schneid-Einsatz-Leiste 12 ist dem Querschnitt der Aufnahme-Nut 9 angepaßt. Sie ist in radialer Richtung durch Reibschluß oder durch Einkleben in der Aufnahme-Nut 9 gehalten. Radial von der Mittel-Längs-Achse 10 nach außen abstehend sind einteilig mit der Schneid-Einsatz-Leiste 12 ausgebildete Schneidköpfe 14 vorgesehen, die jeweils im Gewinde 5 angeordnet sind. Die Schneidköpfe 14 weisen eine jeweils in Einschraub-Drehrichtung 13 vornliegende Schneidkante 15 auf. Die Schneid-Einsatz-Leiste 12 und die Schneidköpfe 14 bestehen in der Regel aus einem gehärteten nichtkorrosionsfesten Stahl.

Die Höhe e der Schneidköpfe 14 ist - bezogen auf den Außenumfang des Kernes 2 - derart gewählt, daß die Schneidköpfe 14 gegenüber dem Außen­ umfang des Gewindes 5 um ungefähr 0,05 bis 0,4 mm, insbesondere 0,1 bis 0,2 mm, überstehen. Die Tiefe a der Aufnahme-Nut 9 ist in Bezug auf den Durchmesser d des Kerns 2 derart gewählt, daß die jeweiligen Nut-Grunde der Aufnahme-Nuten 9 ausreichend voneinander beabstandet sind, so daß die Gesamtstabilität des Kerns 2 durch die Nuten nicht beeinträchtigt wird. Die Länge f des Abschnitts 8 ist derart gewählt, daß sich die Schneid- Einsatz-Leiste 12 über etwa drei Gewindegänge erstreckt und somit drei Schneidköpfe 14 aufweist.

Weitere Einzelheiten der Ausgestaltung der Schraube 1 ergeben sich aus der deutschen Patentanmeldung 198 52 338.6, auf die insoweit ausdrück­ lich verwiesen wird.

Beim Eindrehen der Schraube 1 in das Bohrloch 6 kommen die Schneid­ kanten 15 der Schneidköpfe 14 in schneidenden Eingriff mit der Wand 16 des Bohrlochs. Sie schneiden eine gewindeartige Nut in das Material 7, in dem die Schraube 1 befestigt werden soll. Das im Vergleich zu den Schneidköpfen 14 weiche Gewinde 5 verformt sich beim Einschrauben ge­ ringfügig und wird an dem Material 7 abgerieben. Aufgrund der größeren Härte der Schneidköpfe 14 ist deren Abnutzung erheblich geringer, so daß ihre Schneidwirkung bis zum vollständigen Einschrauben der Schraube 1 in das Bohrloch 6 erhalten bleibt.

Um eine vollständige Abdichtung des Bohrlochs 6 gegenüber dem es um­ gebenden Material 7 zu erreichen, und zwar um insbesondere eine Ab­ dichtung von zum Bohrloch 6 benachbarten Armierungen aus nichtrostfrei­ em Stahl zu erreichen, wird das Material 7 in der Umgebung des Bohrlochs 6 unter hohem Druck mit einem Abdichtmittel 19 imprägniert. Hierzu wird eine Patrone 17, die aus Glas, bevorzugt aber aus einer Folie besteht und die ein geeignetes Abdichtmittel 19 enthält, vor dem Einsetzen der Schrau­ be 1 in das Bohrloch 6 in dieses hinein geschoben. Nach einem Teil- Einschrauben der Schraube 1 in das Bohrloch 6, wie es etwa in Fig. I dar­ gestellt ist, wird die Patrone 17 zwischen dem Bohrlochgrund 18 und dem Einführ-Ende 3 der Schraube 1 zusammengedrückt und zerstört. Das in ihr enthaltene, durch Punkte dargestellte Abdichtmittel 19 wird in dem Bereich 20 des Bohrlochs 6 zwischen Einführ-Ende 3 und Bohrlochgrund 18 beim zunehmenden Einschrauben der Schraube 1 in das Bohrloch 6 komprimiert und unter Druck gesetzt. Es wandert durch den engen Kanal 21, der zwi­ schen dem Gewinde 5 einerseits und dem Kern 2 und der Bohrlochwand 16 andererseits ausgebildet wird, in Richtung zum Schraubenkopf 4. Da dieser Kanal aufgrund der geschilderten Größenverhältnisse sehr eng ist, und er zu einem nicht unerheblichen Teil mit beim Einschrauben zermahlenem Material 7 gefüllt ist, bildet er einen hohen Strömungswiderstand, d. h. es baut sich ein erheblicher Druck in dem verbleibenden Bereich 20 und dem Kanal 21 auf. Dies hat zur Konsequenz, daß das Abdichtmittel 19, das fließfähig ist, in das Material 7 gepreßt wird und den Bereich um das Bohrloch 6 imprägniert. Es erfolgt also eine Druckimprägnierung. Die ra­ diale Weite g des Kanals 21 beträgt 0,4 bis 0,7 mm und bevorzugt etwa 0,5 mm.

Wenn entsprechend der Darstellung in Fig. 2 die Schraube 1 zu mehr als ¾ in das Bohrloch 6 eingeschraubt ist, dann ist der Kanal 21 bereits bis in die Nähe der dem Schraubenkopf 4 zugewandten Außenseite 22 des Materials 7 gefüllt. Die Menge des in der Patrone 17 befindlichen Abdichtmittels 19 wird auf jeden Fall so gewählt, daß nach dem vollständigen Einschrauben der Schraube 1 in das Bohrloch 6 Abdichtmittel 19 zwischen der Außen­ seite 22 und dem Schraubenkopf 4 aus dem Bohrloch 6 gepreßt wird. Das Einschrauben der Schraube 1 in das Bohrloch 6 erfolgt mittels einer einfa­ chen stetigen oder in Drehrichtung pulsierender Dreh- bzw. Schraubbewe­ gung, also mittels einer sogenannten Ratsche oder mittels eines Schlag­ schraubers und nicht mittels eines axial wirkenden Hammerbohrers oder dergleichen, der außer einem Drehmoment noch eine pulsierende Kraft in Richtung der Achse 10 ausübt. Die Tiefe des Bohrlochs 6 wird der Ein­ schraubtiefe angepaßt, beispielsweise durch bekanntes Anschlagbohren. Durch die Abstimmung der Tiefe des Bohrlochs 6 auf die durch den Schraubenkopf 4 festgelegte maximale Einschraubtiefe wird sichergestellt, daß in allen Bereichen der Schraube 1 und des Bohrlochgrundes 18 ausrei­ chend Abdichtmittel 19 vorhanden ist.

Als Abdichtmittel 19 können in der üblichen Weise Kunstharz-Bindemittel, nämlich ungesättigte Polyester, Vinylester, Epoxydharz mit geeignetem Härter, insbesondere Silikonkautschuk aber auch Wasserglas verwendet werden.

Anstelle der geschilderten gewindeschneidenden Schraube, bei der es sich um eine sogenannte Beton-Schraube handelt, können auch andere für den gleichen Einsatz weitbekannte Schrauben verwendet werden, wie sie bei­ spielsweise aus EP 0 933 539 A, EP 0 930 438 A, EP 0 930 437 A, EP 0 916 030 A und EP 0 905 389 A bekannt sind.

In den Fig. 4 und 5 ist eine sogenannte Beton-Schraube 1' teilweise darge­ stellt, wie sie aus den EP 0 0933 539 A, EP 0 930 438 A und EP 0 930 437 A bekannt ist. Sie weist ein Gewinde 5' auf, das im Bereich des Einführen­ des 3 über etwa zwei bis drei Gewindegänge mit Schneidelementen 11' ver­ sehen ist, die durch im Gewinde ausgebildete Schneidkerben 23 gebildet werden. Die Ausgestaltung dieser Schneidkerben 23 ist aus den vorer­ wähnten Veröffentlichungen bekannt. Wie insbesondere Fig. 5 erkennen läßt, weist das Gewinde 5' am Einführende 3 einen sich etwa über einen halben Gewindegang erstreckenden Gewinde-Abschnitt 24 auf, der vom Kern 2' kommend bis zur normalen Höhe des Gewindeganges ansteigt. Auch dies ist aus den vorerwähnten Veröffentlichungen bekannt.

Am Einführende 3 ist am ansonsten zylindrischen Kern 2' eine Fase 25 ausgebildet. Desweiteren sind am Einführende 3 in der Stirnseite 26 des Kerns 2' ausgebildete Schneid-Ausnehmungen 27 mit sich in die Stirnseite 26 hinein erstreckenden Schneiden 28 angeordnet. Die Schneiden 28 sind, wie den Fig. 4 und 5 entnehmbar ist, bezogen auf die Einschraub- Drehrichtung 13 derart angestellt, daß sie einen von innen, also von der Achse 10 her nach außen ziehenden Schnitt ausüben. Die - bezogen auf die Drehrichtung 13 - vor den Schneiden 28 liegenden Ausnehmungen 27 münden in den der Stirnseite 26 unmittelbar benachbarten Kanal 21'. In Richtung zur Achse 10 erstrecken sie sich über die Fase 25 hinaus.

Beim Einschrauben der Schraube 1' in ein Bohrloch 6, wie es beispielswei­ se in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, trifft zuerst die Stirnseite 26 der Schraube 1' auf die Patrone 17. Die Schneiden 28 zerstören die Patrone 17 und bewirken eine intensive Mischung des im Bohrloch 6 vorhandenen Bohrmehls mit dem Inhalt der Patrone 17. Durch die Schneid- Ausnehmungen 27 wird das Gemisch aus Bohrmehl und Abdichtmittel 19 und Teilstücken der Patrone 17 leichter in den unmittelbar benachbarten Kanal 21' gefördert, wobei die Fase 25 diese Anfangsförderung in den Ka­ nal 21' unterstützt. Die oben geschilderte Kompression bleibt auch hierbei erhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zum Eindrehen einer gewindeschneidenden Schraube (1) in ein einen Bohrlochgrund (18) und eine Bohrlochwand (16) aufweisen­ des Bohrloch (6) in einem festen aber porösen Material (7), insbeson­ dere in Beton, unter Verwendung einer Schraube (1) mit einem auf ei­ nem Kern (2) ausgebildeten Gewinde (5), mit einem zwischen dem Gewinde (5') ausgebildeten Gewinde-Gang (29), dem Schneidkanten (15) zum Schneiden einer schraubenlinienförmigen, das Gewinde (5) aufnehmenden Nut in dem Material (7) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Patrone (17) mit einem Abdichtmittel (19) in das Bohrloch (6) geschoben wird,
daß die Schraube (1) mit ihrem Einführ-Ende in das Bohrloch (6) ein­ geführt wird,
daß die Schraube (1) in das Material (7) unter Schneiden der das Ge­ winde (5) aufnehmenden Nut eingeschraubt wird,
daß die Patrone (17) in einem Bereich (20) zwischen dem Einführ- Ende (3) und dem Bohrlochgrund (18) zerdrückt wird,
daß das Abdichtmittel (19) in dem Bereich (20) komprimiert wird und
daß das Abdichtmittel (19) unter Druck in einen Kanal (21) zwischen dem Gewinde (5), dem Kern (2) und der Bohrlochwand (16) einströmt und in das Material (7) gedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (21) eng ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (21) mit einer Weite (g) von 0,4 bis 0,7 mm und bevor­ zugt 0,5 mm ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Abdichtmittel (19) Silikonkautschuk oder Kunstharz- Bindemittel oder Wasserglas eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Patrone (17) aus einer Folie besteht.

6. Gewindeschneidende Schraube zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
mit einem Kern (2') mit einer Mittel-Längs-Achse (10)
mit einem auf dem Kern (2') ausgebildeten Gewinde (5')
mit dem Gewinde (5') zugeordneten Schneidelementen (11')
mit einem Kanal (21) zwischen dem Kern (2') und dem Gewinde (5')
mit einer Stirnseite (26) an einem Einführende (3), dadurch gekennzeichnet,
daß an der Stirnseite (26) mindestens eine Schneid-Ausnehmung (27) mit einer Schneide (28) ausgebildet ist.

7. Gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens eine Schneid-Ausnehmung (27) in den Kanal (21') einmündet.

8. Gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Einführende (3) eine Fase (25) ausgebildet ist.

9. Gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schneid-Ausnehmung (27) mit der Schneide (28) sich zur Mittel-Längs-Achse (10) hin über die Fase (25) hinaus erstreckt.