DE2556581A1

DE2556581A1 - Verfahren zum verankern eines befestigungselements in einem material und organ zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2556581A1
Application number: DE19752556581
Authority: DE
Inventors: Rolf Roggen
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1976-07-01
Also published as: IT1051385B; JPS5186211A; SE7514330L; AT342282B; US4034567A; SE406099B; ATA946075A; CH590983A5; GB1526238A; FR2295286A1; BE836810A; CA1046305A

Description

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BERLIN-DAHLEM 33 -'PODBIELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 . WIDENMAYERSTRASSE 49

BERLIN: DtPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER

BATTELLE MEMORIAL INSTITUTE _{MÜNCHEN! DIPL}.._ING. _HANS._H. _WEY .

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Berlin, den 12. Dezember 1975

Verfahren zum Verankern eines Befestigungselements in einem Material und Organ zur Durchführung dieses Verfahrens

Die außerordentlich schnelle Entwicklung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens und insbesondere im Hochbau sowie die ständige Verbesserung der Konstruktionstechniken haben die Notwendigkeit wirksamer Verfahren entstehen lassen, die es ermöglichen Dübel oder Ankerbolzen insbesondere mit großem Durchmesser auf schnelle und wirtschaftliche Weise in harten Wänden, z.B. Stahlbeton unterzubringen.

Die bis zur Stunde bekannten Verfahren ermöglichen aber nur, in sehr unvollkommener Weise dieses Ergebnis zu erzielen. Dabei ist erforderlich, eine ganze Reihe von Vorgängen auszuführen, um einen Befestigungsdübel entsprechend den raditionellen Verfahren verankern zu könnens Bohren eines Loches mittels allgemein mechanischer Mittel, Reinigen dieses Loches, Eintreiben des Befestigungsdübels und schließlich Vergießen des Dübels durch geeignete Mittel.

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BERLIN: TELEFON (OSO) 831 2O88 MÜNCHEN! TELEFON (O811) 2ä 55 88

KABEL: PROPINDUS -TELEX O1840S7 KABEL: PROPINDUS · TELEX OO 24244

Es ist vorgeschlagen worden, den Dübel selbst mit Bohrzähnen zu versehen, so daß er, angebracht am Ende eines Werkzeugs, selbst auf mechanische Weise das Loch bohrt, in dem er dann verankert werden soll. Diese Vorgänge bilden jedoch keine Vereinfachung, da es weiterhin unerläßlich bleibt, den Dübel nach dem Bohren wieder herauszuziehen, um das Loch säubern zu können, bevor die geeigneten Mittel eingeführt werden, die die nachfolgende Verankerung des Dübels gewährleisten können. Außerdem ist ein derartiges Verfahren relativ aufwendig und schließt die allen mechanischen Bohrverfahren innewohnenden Mangel nicht aus, die sowohl mit der geometrischen Form des verwendeten Werkzeugs als auch mit der Schwierigkeit zusammenhängen, zusammengesetzte Materialien zu bohren.

Die Bearbeitung von zusammengesetzten Materialien mit mechanischen Mitteln stellt in der Tat vor besondere Probleme, die mit der unterschiedlichen Natur der Bestandteile zusammenhängen, aus denen diese Materialien zusammengesetzt sind. So erfordert z.B. das mechanische Bohren eines durch Stahlstangen verstärkten Betons grundsätzlich ein Auswechseln einer Werkzeugart gegen eine andere je nach dem ob man im Augenblick des Bohrens sich in Gegenwart des Betons oder des Stahls befindet. In der Praxis ist ein solches Verfahren einfach nicht durchführbar sowohl wegen des Zeitverlustes als auch wegen des Risikos, Werkzeugköpfe zu beschädigen.

Man hat auf anderem Wege ein Verfahren zum Verankern von Dübeln in einem feuerfesten Material vorgeschlagen, das in der Verwendung von Vibrationsenergie besteht, die durch einen mechanischen Vibrator erzeugt wird, um das Bohren durch den Dübel selbst durchführen zu lassen, wobei der Dübel dann mittels einer besonderen Legierung in dem Bohrloch vergossen wird, die

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man um den Dübel herum erkalten läßt, nachdem man sie dank der durch Reibung erzeugten Hitze hat schmelzen lassen. Ein solches Verfahren ist jedoch relativ verwickelt durchzuführen und bleibt ausschließlich beschränkt auf die Bohrung von feuerfesten Materialien unter Ausnahme von zusammengesetzten Materialien.

Es sind schließlich Verankerungsverfahren von Dübeln mit Hilfe von Sprengmitteln bekannt. Diese Verfahren sind jedoch auf die Verankerung von Dübeln mit geringem Durchmesser beschränkt, im allgemeinen unter 8 mm.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die vorstehend genannten Schwierigkeiten mittels eines Verankerungsverfahrens zu beseitigen, das auf Prozesse thermischer Natur zurückkommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher bei einem Verfahren zum Verankern eines Befestigungselements in einem Material erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Ende eines Organs von länglicher Form abstützend gegen das Material gehalten wird,wobei an diesem Ende eine geeignete Verbrennung hervorgerufen wird, die eine ausreichende Wärmemenge erzeugen kann, um mindestens den Teil des Materials nahe diesem Ende auf eine Temperatur zu bringen, die mindestens gleich der Schmelztemperatur des Materials ist, um das Organ in das Material zum Eindringen zu bringen in dem Masse der Schmelzung des Materialteils, der nahe dem Ende des Organs liegt, und daß, sobald das Organ mit einer gewünschten Tiefe in das Material eingedrungen ist, die Verbrennung unterbrochen und das Organ in der dieser Tiefe entsprechenden Stellung belassen wird, wobei die Schmelz- und/oder Verbrennungsprodukte die Ver-

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ankerung in dom Miiterial gewährleisten, indem κίο or nt/in <·η, so daß das derart verankerte Organ dann das Befestigungselement bildet.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird weiterhin vorgeschlagen, daß das fragliche Organ einen im wesentlichen länglichen Körper aufweist, von dem zumindest das Ende, das mit dem zu bohrenden Material in Verbindung gebracht werden soll, eine Brennstoffladung darstellt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um ein Verbrennungsmittel in enge Berührung mit dieser Ladung zu bringen, um die Verbrennung dieses Endes zu ermöglichen; und dadurch, daß das andere Ende des Körpers eine Befestigungseinrichtung darstellt, um die Aufhängung von Gegenständen an dem Material zu ermöglichen, sobald die Verankerung des Organs in dem Material durchgeführt worden ist.

Um das Verankerungsverfahren entsprechend der Erfindung durchzuführen, wird zurückgegriffen auf ein und dasselbe Element, das ein erstes Mal verwendet wird, um eine thermische Bohrung in einem gegebenen Material zu bewirken und das dann nach Beendigung der Bohrung als zum Verbleib in dem Material verankerter Befestigungsdübel dient. Ein solcher selbstbohrender Dübel muß vorzugsweise drei wesentliche Teile enthalten, nämlich: Einen Kopf, der aus einem thermischen Werkzeug besteht? einen Körper, der die Verankerung des Dübels in den Materialien gewährleisten soll; und ein Endstück, um nach der Verankerung die gewünschten Gegenstände am Material zu befestigen. Das thermische Bohrwerkzeug, das den Kopf eines solchen Dübels bildet, kann jedes thermische Werkzeug bekannter Art sein. In besonders

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vorteilhafter Weise kann der "thermische Kopf" aus einem sich selbst verbrauchenden Werkzeug des Typs "thermische Sauerstoff-Lanze" bestehen. Auf einen thermischen Kopf dieser Art wird in der folgenden Beschreibung im besonderen Bezug genommen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von zwei in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausführungsforraen und ihrer Abwandlungen im folgenden näher erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform; Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend dem der Fig. 1 einer Abwandlung dieser ersten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2; Fig. 4 einen Längsschnitt der Abwandlung in einer zweiten Ärbe it s stellung j

Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform; Fig. 6 einen Längsschnitt dieser zweiten Ausführungsform in

einer zweiten Arbeitsstellung; Fig. 7 einen teilweisen Längsschnitt einer ersten Abwandlung dieser zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 einen Längsschnitt einer zweiten Abwandlung, und Fig. 9 einen der Fig. 6 entsprechenden Schnitt einer dritten Abwandlung.

Der selbstbohrende Dübel entsprechend Fig. 1 umfaßt eine röhrenförmige Leitung 1 mit veränderlichem Querschnitt, die in drei Hauptteile unterteilt ist: Einen röhrenförmigen Mittelteil oder "Körper" 2, der äußerlich mit ringförmigen Ausbuchtungen 3 versehen ist, die in gleichmäßigen Abständen entlang diesem Körper angeordnet sind, einen Kopf 4, der aus einem

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mit Eisen- oder Stahlstiften 6 gefüllten Rohr 5 besteht, und ein Endstück 7, das außen mit einem Aussengewinde 8 versehen ist. Der äußere Querschnitt der Ausbuchtungen 3 ist so gewählt, daß er merklich größer ist als der äußere Querschnitt des Kopfes 4. Ein ringförmiges flaches Teil 9 mit einem deutlich größeren äußeren Durchmesser als dem des Kopfes 4, ist um die röhrenförmige Leitung 1 herum zwischen dem Körper 2 und dem Endstück 7 befestigt. Das Rohr 5 sowie die Stifte 6 bestehen vorzugsweise aus Eisen oder Stahl mit schwachem Kohlenstoffgehalt. Eine nicht dargestellte Verbindung ermöglicht es, das Ende des Endstücks 7 mit einer (nicht dargestellten) äußeren Sauerstoffquelle unter Druck zu verbinden.

Der beschriebene selbstbohrende Dübel arbeitet in folgender Weise: Wenn die Verbindung zu der unter Druck stehenden Sauerstoffquelle gewährleistet und mindestens ein Teil des freien Endes des Kopfes 4 mit irgendeinem geeigneten Mittel, z.B. einem Schweißbrenner oder durch Hinzufügen einer entflammbaren Substanz am Ende des Kopfes, rotglühend gemacht worden ist, führt man Sauerstoff unter Druck in das Innere der Leitung und drückt den Kopf 4 gegen die Wand 11 des Materials 12, in dem man diesen Dübel verankern will. Die Ankunft des Sauerstoffs auf dem rotglühenden Ende des Kopfes 4 hat zur Folge, daß das diesen Kopf bildende Eisen schnell verbrennt. Die intensive örtliche Hitze aufgrund dieser stark exothermischen Oxidation verursacht dann das Schmelzen des vor dem Kopf 4 des Dübels 1 befindlichen Materials 12. Dabei sammeln sich die Schmelzprodukte in dem Maße wie sich der Dübel in das Material hineinbohrt, in dem freien Raum zwischen der röhrenförmigen Leitung und der Wand des sich bildenden Loches» und der Überschuß staut sich außerhalb des Loches. Wenn das angebohrte Material Gesteine oder Elemente auf der Basis von Silikaten oder Alumina ten enthält, wird der Schmelzvorgang noch durch die

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Gegenwart der durch die Verbrennung gebildeten Eisenoxide verstärkt, Oxide, die, indem sie sich mit diesen Gesteinen oder diesen Elementen verbinden, die Wirkung haben, daß sich der Schmelzpunkt und die Viskosität senkt. Wenn der Körper des Dübels 1 vollkommen in das Material 12 eingetrieben ist, d.h. wenn das Stück 9 gegen die Wand 11 zu stoßen kommt, beendet man die Verbrennung des Kopfes 4, indem man den Sauerstoffzufluß absperrt. Man läßt dann die in Schmelzung befindlichen Laven sich abkühlen, wobei ihre Erstarrung die Einschmelzung des Dübels in dem Material 12 gewährleistet. Wenn der Dübel erst einmal eingegossen ist, kann man ganz nach Wunsch Gegenstände aller Art an der Wand 11 befestigen, z.B. mittels des Aussengewindes 8, das aus dieser Wand vorsteht.

Während des gesamten Bohrvorganges reguliert man die Durchflußmenge des Sauerstoffs so, daß vorzugsweise die völlige Verbindung des in jedem Augenblick ankommenden Sauerstoffs am Kopf 4 mit dem Eisen gewährleistet ist. Man vermeidet auf diese Weise das Vorquellen von schmelzenden Lavamengen außerhalb des Bohrlochs durch einen Überschuß an unter Druck stehendem Sauerstoff.

Die Länge des verbrennbaren Teils des Dübels wird durch die für seine Verankerung erforderliche Tiefe bestimmt. Man wählt z.B. eine Länge von 30 cm, um eine Bohrtiefe von 10 cm zu erhalten.

Die Abwandlung des Dübels, wie sie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wesentlich durch Hinzufügen von

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zusätzlichen mechanischen Mitteln, die die Verankerung dieses Dübels verbessern sollen. Dieser Dübel (Fig. 2 und 3) umfaßt eine röhrenförmige Leitung 15 mit veränderlichem Querschnitt, die aus einem Mittelstück oder "zylindrischen Körper" 16 besteht, einem Endstück 17, das einen größeren Querschnitt als der Körper 16 hat und sich mit diesem mittels eines ringförmigen Ansatzes 18 verbindet, und einem Kopf 19, der aus einem zylindrischen Rohr 20 besteht, das einen größeren Querschnitt hat als der Körper 16 und mit dem letzteren mittels eines röhrenförmigen Zwischenstückes 21 von außen kegelstumpf förmigerForm verbunden ist. Das Endstück 17 ist außen mit einem Außengewinde 22 versehen, während das Rohr 2O entsprechend dem Rohr 5 der Fig. 1 mit Eisenstiften 23 gefüllt ist. Eine nicht dargestellte Verbindung ermöglicht es, das Ende des Endstücks 17 mit einer nicht dargestellten äußeren, unter Druck stehenden Sauerstoffquelle zu verbinden. Um den Körper 16 herum ist eine Hülse 24 angebracht, die außen mit ringförmigen in gleichmäßigen Abständen über ihre gesamte Länge angeordneten Ausbuchtungen 25 versehen ist, und die frei auf dem Körper 16 gleiten kann.

Das Ende 24a dieser Hülse 24, das auf der Seite des Kopfes 19 liegt, hat eine kegelstumpfartige Innenwand, deren Form der des kegelstumpfartigen Zwischenstücks 21 zugeordnet ist, das den Körper 16 mit dem Kopf 19 verbindet, während ihr anderes Ende 24b, das auf der Seite des Endstücks 17 liegt, eine innere Schulter 26 hat, deren Form der des Ansatzes 18 des Endstücks 17 zugeordnet ist. Dieses Ende 24b ist außerdem von einem Flansch 27 umgeben, dessen äußerer Querschnitt wesentlich größer ist als der des Kopfes 19. Die Hülse 24 ist außerdem durch Längsspalte 30 in eine Mehrzahl von länglichen Segmenten 29 zerschnitten, und diese Spalte erstrecken sich von einer Stelle nahe dem Ende 24b bis zu dem anderen Ende 24a.

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Die Art des Einschmelzens dieses Dübels in irgendein Material 31 (Fig. 4) entspricht im wesentlichen der oben beschriebenen.

Die Gegenwart der mit ihren länglichen Segmenten 29 versehenen Hülse 24 soll die Verankerung des Dübels in dem Material 31 verbessern. Angenommen, man wünscht, irgendeinen Gegenstand z.B. eine mit einem Loch 34 durchbohrte Scheibe 33 mittels einer mit dem Aussengewinde 22 zusammenwirkenden Schraubenmutter 35 an der Wand 32 zu befestigen. Das Pressen der Schraubenmutter 35 gegen das Element 33 hat dann die Wirkung, daß einerseits die Hülse 24 in dem Material 31 eingegossen gehalten wird, indem der Plansch 27 gegen die Wand 32 gedrückt wird, und daß andererseits die röhrenförmige Leitung 15 nach rückwärts gezogen wird (in der durch den Pfeil F in der Zeichnung angezeigten Richtung), so daß das kegelstumpfförmige Element 21 die länglichen Segmente 29 von der Achse des Dübels weg und mittels der Ausbuchtungen 25 gegen die Wand des gebohrten Loches drückt. Man überlagert auf diese Weise eine mechanische Verankerung vom Typ "Expansion" mit der Verankerung thermischen Typs, die vorher dank der Erstarrung der Schmelz- und Verbrennungsprodukte durchgeführt wurde.

Die Ausführungsform der Fig. 5 und 6 zielt darauf ab, eine neuartige Verbesserung für die Verankerung des Dübels zu schaffen, wobei die Fig. 5 den Dübel vor der Verankerung und Fig. 6 den Dügel nach der Verankerung zeigt. Der selbstbohrende Dübel entsprechend Fig. 5 umfaßt eine Stahlstange 4O, durch die axial ein Kanal 41 verläuft. Diese Stange 40 ist an einem ihrer Enden 4Oa mit einem Gewinde 42 versehen und nahe ihrem anderen Ende 40b mit einem ringförmigen Ansatz 43. Auf diesem letzteren Ende 40b ist eine röhrenförmige Leitung aus Bisen oder Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt befestigt,

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die mit der Stange 40 fluchtet. Die röhrenförmige Leitung hat zwei klare Abschnitte 45 und 46, d.h. einen ersten Abschnitt 45, dessen äußerer Querschnitt wesentlich gleich dem des ringförmigen Ansatzes 43 ist, und einen zweiten Abschnitt 46, dessen äußerer Querschnitt kleiner ist als der des ersten Abschnitts 45 und mit diesem über ein rohr— förmiges Zwischenstück 47 in Kegelstumpfform verbunden ist (wobei der Abschnitt 46 in der Zeichnung nur teilweise dargestellt ist). Der zweite Abschnitt 46 ebenso wie das Zwischenelement 47 und der untere Teil 45a des ersten Abschnitts 45 sind mit Stiften 48 aus Eisen oder Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt gefüllt. Dieses Ganze soll eine Sauerstofflanze mit unterschiedlichem Querschnitt darstellen. Zu diesem Zweck werden die Stärke der rohrförmige Leitung 44 ebenso wie der Querschnitt der Stifte 48 und ihre Lage im Inneren dieser Leitung in an sich bekannter Weise so gewählt, daß die erreichte Wirkung der der üblichen Sauerstoff lanzen entspricht. Der obere Teil 45b des ersten Abschnitts 45 ist mit einem körnigen Stoff 49 gefüllt, der vorzugsweise gleichzeitig gute Verbrennungseigenschaften im Sauerstoff hat und einen Schmelzpunkt, der niedriger liegt als der des Eisens selbst und/oder durch Legierung mit dem Eisen. Weiterhin und in besonders vorteilhafter Weise wählt man einen körnigen Stoff, dessen Oxide die mechanische Festigkeit der Laven in festem Zustand noch erhöhen können. Die Körnung des Stoffes 49 wird ausreichend groß gewählt, um jegliche Verstopfung der die verschiedenen Stifte 48 trennenden kleinen Zwischenräume durch Körnchen aus diesem Stoff zu verhindern. Als Stoff 49 wählt man vorteilhafterweise ein Ferrosilizium (z.B. Fe₃Si), das in erhöhtem Maße die genannten Eigenschaften hat. Als weiteren Stoff, der gleiche Eigenschaften haben kann, kann man auch

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z.B..Ferromangane, Mischungen von Kieselerde und Metallpulvern, Mischungen thermitischer Art oder sogar Gußeisen verwenden.

Bei einer nicht dargestellten Abwandlung ersetzt man die Masse 49 aus losen Körnchen durch einen kompakten Körper gleicher chemischer Natur, der derart angeordnet ist, daß er den Durchlauf des Sauerstoffs in Richtung zum auf der Zeichnung unteren Ende des Dübels ermöglicht.

Dieser Dübel wird in folgender Weise verwendet. Angenommen, man fertigt eine senkrechte Bohrung in der aus einem bestimmten Material 51 bestehenden horizontalen Wand 52 an. Das Endstück 40a des Dübels wird dann mit einer Sauerstoffquelle unter Druck verbunden, und der Kopf 46a des Dübels wird rotglühend gemacht. Dann läßt man Sauerstoff in das Innere des Dübels eindringen, so daß die Verbrennung des Kopfes 46a beginnt. Daraufhin drückt man diesen Kopf 46a gegen die aus dem Material 51 bestehende Wand 52, wobei man einen leichten Druck auf den Dübel ausübt, so daß er nach und nach in den Stoff eindringt in dem Maße, wie die Verbrennungswärme, die er freigibt, zum Schmelzen des Materials hinter dem Kopf führt. Die Geschwindigkeit des Eintreibens des Dübels in das Material ist höher als die Geschwindigkeit des Bohrens, weil der Dübel nach und nach aufgebraucht wird.

Wenn der Abschnitt 46 des Dübels völlig aufgebraucht ist, erhält man so ein Bohrloch 53 (Fig. 6) mit bestimmtem Querschnitt und bestimmter Tiefe, die jeweils abhängen von dem äußeren Querschnitt und der Länge des Abschnitts 46 (der Querschnitt des Loches bleibt jedoch stets größer

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als der des Abschnitts 46 wegen der sowohl seitlich als auch längsseits ausgeübten Wirkung der Verbrennungswärme}. Es ist zu bemerken, daß der äußere Durchmesser des Abschnitts 45 geringfügig kleiner sein soll als der Durchmesser des Loches, das durch die Verbrennung des Abschnitts 46 gebohrt werden kann, wobei dieser Durchmesser in direkter Beziehung zum Durchmesser dieses Abschnitts 46 steht, und zwar derart, daß dieser Abschnitt 45 in das Loch eindringen kann. Die Erweiterung des Querschnitts des Dübels hat in dem Maße wie die Verbrennung stattfindet zur Folge, daß nicht nur eine Vertiefung des Bohrloches stattfindet, sondern daß überhaupt eine Erweiterung des Bodenteils dieses Loches hervorgerufen wird, Fig. 6 zeigt in schematischer Weise die von dem erweiterten Bodenteil dieses Loches angenommene Seitenansicht (wobei der erweiterte Bodenteil auf der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet ist), nachdem der untere Teil 45a des Abschnitts 45 völlig durch Verbrennung verbraucht worden ist. Den erweiterten Bodenteil dieses Loches füllt der obere mit Ferrosilizium-Granulaten gefüllte Teil 45b des Abschnitts 45 aus. Von diesem Moment an verringert man die Durchflußmenge an Sauerstoff in dem Dübel derart, daß die Materialien des Dübels größtenteils schmelzen und sich im übrigen durch Verbrennung des Restes verbrauchen. Das geschmolzene Ferrosilizium, das eine höhere Dichte hat als die geschmolzenen Laven, füllt nach und nach den erweiterten Boden 54 des Bohrlochs aus. Die entsprechenden Längen des unteren Teils 45a und des oberen Teils 45b des Abschnitts 45 werden derart gewählt, daß eine geeignete Erweiterung des Bohrlochbodens erreicht wird und eine praktisch vollständige Füllung dieses erweiterten Bodens mit den Schmelzprodukten. Man sperrt die Sauerstoffzufuhr ab, sobald dieser obere Teil 45b völlig verbraucht ist. Das

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metallische Bad erstarrt schnell um den Kopf 40b und um den Ansatz 43 der Stange 4O (Fig. 6) herum um so auf dem Boden des Loches 54 die Verankerung für den Dübel zu bilden. Die Laven 56, die den Rest des Loches ausfüllen, erstarren ebenfalls schnell, und die Stange 40 ist dann fest in dem Material 51 verschmolzen.

Durch Zugproben an dieser Stange 40 z.B. mittels eines Hydraulikzylinders konnte gezeigt werden, daS, wenn die Stange 4O widerstandsfähig genug war, das das Bohrloch unmittelbar umgebende Material 51 brach und nicht die Verbindung zwischen dieser Stange und dem Stopfen 55. Diese Versuche durch Zugbeanspruchung äußern sich tatsächlich am häufigsten durch ein fortschreitendes Zerbröckeln der Ränder des Bohrloches.

Beispielsweise stellt man einen selbstbohrenden Dübel mit den folgenden Eigenschaften her:

Zylindrische Stange 40 : Durchmesser: 10 mm

Erster Abschnitt 45 Zweiter Abschnitt 46

Länge : 350 mm

Durchmesser: 13 mm

Länge des oberen Teils 45b : 200 mm

Länge des unteren"Teils 45a: 300 mm

Durchmesser: 6 mm Länge : 20OO mm.

Wenn das Ende dieses Dübels rotglühend ist, versorgt man den Dübel mit Sauerstoff in einer Durchflußmenge von etwa 1 Nl/sec . Sobald der Sauerstoff-Lanzenteil des Dübels völlig verbraucht ist,verringert man den Druck des Sauer-

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Stoffs so, daß das Schmelzen des verbliebenen verbrauchbarcri Restteils verursacht wird. Sobald dieser Teil völlig verbraucht ist, sperrt man die Sauerstoffzufuhr ab und läßt erkalten. Der gesamte Vorgang dauert etwa 5O Sekunden. Die Tiefe des erhaltenen Loches beträgt etwa 180 mm. Nach dem Abkühlen des Ganzen kann ein derartiger fest in einem üblichen Beton befestigter Dübel nur durch Anwendung einer Dauerzugkraft in der Größenordnung von etwa 4 bis 5 Tonnen herausgerissen werden.

In der Abwandlung nach Fig. 7 liegt das Perrosilizium in Form eines Mantels 58 um den Dübel herum, anstatt im Inneren eines Teils des Dübels angeordnet zu sein.

In der Abwandlung nach Fig. 8 ist der Abschnitt 45 mit grösserem Querschnitt weggelassen, und das Endstück 40b der Stange 40, das mit einem kegelstumpf förmxgen Ansatz versehen ist, ist unmittelbar mit dem Abschnitt 46 verbunden. Der an die Stange 40 angrenzende Teil des Abschnitts 46 ist durch einen Mantel aus Ferrosilizium 60 verdeckt, der einen äußeren Querschnitt hat, der im wesentlichen gleich dem maximalen Querschnitt des kegelstumpfförmxgen Ansatzes 59 ist. In dieser Abwandlung hat der Mantel aus Ferrosilizium eine doppelte Aufgabe: Der untere Teil dieses Mantels der der Verbrennung unterliegt (Aufrechterhaltung eines starken Sauer stoff drucks), hat die Aufgabe, die Erweiterung des Bohrloches sicherzustellen, während der obere Teil dieses Mantels, der im wesentlichen der Schmelzung unterliegt (Aufrechterhaltung eines schwachen Sauerstoffdrucks), die Aufgabe hat, die Bildung des metallischen Stopfens in dem erweiterten Lochboden zu gewährleisten.

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Die Tiefe des Bohrloches wird im wesentlichen durch die Art des zu durchbohrenden Materials bestimmt. Dies kann in bestimmten Fällen, in denen man eine ganz genaue Stellung des Dübels wünscht, zu Problemen führen. Diese Probleme können jedoch auf verschiedene Weise gelöst werden, wie dies z.B. in einer abgewandelten Form entsprechend Fig. 9 dargestellt ist. Diese Abwandlung umfaßt eine Stange 40, deren Endstück 40a innen mit einem Gewinde 62 versehen ist und deren Gesamtlänge wesentlich kürzer ist als die mittlere Tiefe der beabsichtigten Bohrung, wobei diese Stange bei der Bohrung in das Innere des Loches eingesenkt werden soll. Die Befestigung eines Gegenstandes irgendwelcher Art (in der Zeichnung schematisch angedeutet durch einen Teil einer Scheibe 63 mit einem Loch 64) an der Wand 52 aus dem Material 51 kann dann z.B. mittels eines Gewindebolzens 65 und eines Zentrierkegels 66 durchgeführt werden.

Da der Dübel entsprechend der Erfindung im Gegensatz zu den Bohrverfahren bekannter Art nicht die Anwendung einer Drehbewegung für das sichere Eintreiben erfordert, ist es nicht erforderlich, daß der Querschnitt dieses Dübels kreisförmig ist. Dieser Querschnitt kann im Gegenteil irgendeine beliebige Form haben, z.B. elliptisch oder polygonal sein, was den Vorteil hat, eine bessere Verschmelzung zu gewährleisten, indem verhindert wird, daß der Dübel sich im Inneren des Materials dreht.

Man kann schließlich auch den den "thermischen Kopf" begründenden Materialien Zusätze wie Quellmittel zufügen, die ein mögliches Schwinden der Laven im Moment ihrer Erstarrung ausgleichen sollen, oder Ladungen vom "Thermit"-Typ.

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Der selbstbohrende Dübel entsprechend der Erfindung kann in sehr unterschiedlichen Materialien verankert werden: Diese können Mineralstoffe wie Fels oder Stein sein, feuerfeste Stoffe, Asphalt, armierter oder nicht armierter Beton, Metalle im allgemeinen und insbesondere Stahle. Die Verankerung eines solchen Dübels in Materialien auf der Basis von Eisen ist besonders vorteilhaft, da dieses Eisen selbst in dem Material vorhanden ist, das bei der Bohrung einen Teil der erforderlichen Energie für die Schmelzung des letzteren bildet.

Der beschriebene thermische Selbstbohr-Dübel kann auf zahlreichen Gebieten verwendet werden: Beispielsweise bei Arbeiten auf dem Gebiet des Bauingenieurwesens, bei Bergbau-Arbeiten, auf dem Hochbausektor, bei Unterwasserarbeiten. Diese letztere Verwendungsart ist besonders interessant wegen der relativen Einfachheit der Durchführung thermischer Bohrverfahren unter Wasser. Man kann auch die Anordnung von Verankerungsdubeln auf dem Meeresboden oder Seeboden zum Stauen unversenkbarer Strukturen ins Auge fassen.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Verankern eines Befestigungselements in einem Material, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende eines Organs von länglicher Form abstützend gegen das Material gehalten wird, wobei an diesem Ende eine geeignete Verbrennung hervorgerufen wird, die eine ausreichende Wärmemenge erzeugen kann, um mindestens den Teil des Materials nahe diesem Ende auf eine Temperatur zu bringen, die mindestens gleich der Schmelztemperatur des Materials ist, um das Organ in das Material zum Eindringen zu bringen in dem Maße der Schmelzung des Materialteils, der nahe dem Ende des Organs liegt und daß, sobald das Organ mit einer gewünschten Tiefe in das Material eingedrungen ist, die Verbrennung unterbrochen und das Organ in der dieser Tiefe entsprechenden Stellung belassen wird, wobei die Schmelz-und/ oder Verbrennungsprodukte die Verankerung in dem Material gewährleisten, indem sie erstarren, so daß das derart verankerte Organ dann das Befestigungselement bildet.
2. Organ zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß es einen im wesentlichen länglichen Körper (1) aufweist, von dem zumindest das Ende (4), das mit dem zu bohrenden Material (12) in Verbindung gebracht werden soll, eine Brennstoffladung darstellt, wobei eine Einrichtung (2) vorgesehen ist, um ein Verbrennungsmittel in enge Berührung mit dieser Ladung zu bringen, um die Verbrennung dieses Endes zu ermöglichen; und dadurch, daß das andere Ende (7) des Körpers eine Befestigungseinrichtung darstellt, um die Aufhängung von

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Gegenständen an dem Material zu ermöglichen, sobald die Verankerung des Organs in dem Material durchgeführt worden ist.
3. Organ nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffladung in dem länglichen Körper in dem Abschnitt untergebracht ist, der an der Seite des Verbrennungsendes liegt, wobei dieser Abschnitt dann verbrauchbar ist und der verbleibende Abschnitt des Körpers das Befestigungselement bildet.
4. Organ nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verbrauchbare Abschnitt (44) in drei Abschnitte unterteilt ist, nämlich einen ersten Abschnitt (46) mit bestimmtem äußeren Querschnitt, dessen Verbrennung die erforderliche Wärme für die Bildung eines Verankerungsloches (53) liefern soll; einen zweiten Abschnitt (45a) mit größerem äußeren Querschnitt als der erste Abschnitt, dessen Verbrennung die für die Verbreiterung des Bodenteils (54) des Verankerungsloches erforderliche Wärme liefern soll; und einen dritten Abschnitt (45b), in dem eine Substanz untergebracht ist mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das im ersten und im zweiten Abschnitt untergebrachte Brennstoffelement, wobei diese Substanz einen metallischen Stopfen (55) in dem erweiterten Boden des Verankerungsloches bilden soll.
5. Organ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Abschnitt aus Elementen vom Typ der Sauer stoff lanzen bestehen.

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6. Organ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem dritten Abschnitt untergebrachte Substanz aus Ferrosilizxum besteht.
7. Organ nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des verbleibenden Abschnitts des Körpers in der Nahe des verbrauchbaren Abschnitts eine ringförmige Ausbuchtung hat.

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