DE3331097A1

DE3331097A1 - Vorspannbarer duebel

Info

Publication number: DE3331097A1
Application number: DE19833331097
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Balzers Vollmer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1983-08-29
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3331097C2

Description

Vorspannbarer Dübel
Die Erfindung betrifft einen unter axialer Vorspannung in einem Aufnahmematerial verankerbaren Dübel, bei dem, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines zu befestigenden Bauteils, ein Widerlager gegen das Aufnahmematerial gespannt wird.
Dübel für höhere Beanspruchung werden meist nach der Verankerung im Aufnahmematerial in axialer Richtung vorgespannt. Dieses Vorspannen ist weitgehend unabhäncig davon, ob die Verankerung des Dübels im Aufnahmematerial durch einen Spreizvorgang, durch Kleben oder durch einen formschlüssigen Eingriff erfolgt. Das Vorspannen ist insbesondere dann von grosser Bedeutung, wenn starke dynamische Kräfte über die Anschlusskonstruktion auf die Dübel einwirken, oder wenn zur Aufnahme von Querkräften die zwischen dem Aufnahmematerial und der Anschlusskonstruktion auftretende Reibung mitgenutzt werden soll.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die nach dem Setzen des Dübels aufgebrachte Vorspannung innerhalb kurzer Zeit um einen wesentlichen Teil reduziert wird. Diese Reduktion der Vorspannung, die auf ein "Fliessen" bzw Relaxieren des Aufnahmematerials zurückzuführen ist, kann 30 bis 40 % der ursprünglich aufgebrachten Vorspannung betragen. Die Reduktion setzt unmittelbar nach dem Aufbringen der Vorspannung ein, beträgt nach etwa zwei Stunden ca 25 % und erreicht nach etwa sieben Tagen rund 33 %. In der Praxis bedeutet dies, dass die Dübel um rund 50 % über die vorgesehene Gebrauchslast hinaus vorgespannt werden müssen, um zu verhindern, dass die Vorspannung unter die empfohlene Gebrauchs last abfällt und damit die Befestigung nicht mehr sichergestellt ist. Das Vorspannen des Dübels auf das 1,5-fache der empfohlenen Gebrauchslast ist jedoch nur in Einzelfällen beherrschbar.
Eine weitere bisher praktizierte Methode zur Vermeidung dieser nachteiligen Erscheinung besteht darin, den Dübel nach dem Absinken der Vorspannung um einen bestimmten Wert nachzuspannen.
Dieses Nachspannen ist sehr zeit- und kostenaufwendig und lässt sich relativ schlecht kontrollieren. Ausserdem ist die Zugänglichkeit der Befestigung nach ausgeführter Montage oft sehr eingeschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dübel zu schaffen, bei dem eine sich auf die Verankerung schädlich auswirkende Reduktion der Vorspannung nicht auftritt.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen Widerlager und Aufnahmematerial bzw zu befestigendem Bauteil wenigstens ein Federelement angeordnet ist, dessen maximale Spannkraft den Betrag der zulässigen Gebrauchs last des Dübels übersteigt.
Das erfindungsgemäss in die Kette der durch das Vorspannen beanspruchten Teile eingefügte Federelement gleicht Entspannungserscheinungen des Aufnahmematerials aus, so dass die aufgebrachte Vorspannung im wesentlichen erhalten bleibt. Für eine richtige Wirkung des Federelementes ist es wichtig, dass dessen maximale Spannkraft den Betrag der zulässigen Gebrauchslast des Dübels übersteigt. Ist dies nicht der Fall, dh ist die maximale Spannkraft des Federelementes kleiner als der Betrag der zulässigen Gebrauchslast des Dübels, so ist der Federweg des Federelementes aufgebraucht bevor die Vorspannung die zulässige Gebrauchslast des Dübels erreicht hat. In diesem Fall ergibt das Federelement bezüglich der Aufrechterhaltung der Vorspannung keinen Nutzen.
Theoretisch genügt es, wenn die maximale Spannkraft des Federelementes den Betrag der zulässigen Gebrauchs last des Dübels geringfügig übersteigt. Für ein zuverlässiges Funktionieren ist es jedoch zweckmässig, dass die maximale Spannkraft des Federelementes das 1,2- bis 1,5-fache der zulässigen Gebrauchslast des Dübels beträgt. Da auch bei Verwendung eines Federelementes die aufgebrachte Vorspannung teilweise abgebaut werden kann, ist damit sichergestellt, dass die Vorspannung nicht unter die zulässige Gebrauchs last des Dübels absinkt.
Bei grosser Einspannlänge, dh beispielsweise wenn sich die Verankerung des Dübels tief im Aufnahmematerial befindet, kann das Mass der Ermüdung des Aufnahmematerials relativ gross sein. Um auch in diesem Fall eine zu starke Reduktion der Vorspannung zu vermeiden, ist es zweckmässig, wenn das Federelement einen grossen Federweg aufweist. Um dies zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, dass das Federelement aus mehreren axial hintereinander angeordneten Federn besteht. Durch das Hintereinanderanordnen der Federn kann eine relativ "weiche" Federkennlinie erreicht werden.
Da die Platzverhältnisse meist sehr beschränkt sind, ist vorzugsweise das Federelement als Tellerfedern ausgebildet. Tellerfedern ermöglichen eine kompakte Bauweise bei grossen Federkräften und für den vorliegenden Anwendungsfall ausreichenden Federweg. Durch entsprechendes Aufeinanderschichten von Tellerfedern lässt sich praktisch jede beliebige Federkennlinie erreichen. Bei einer allfälligen Ueberbelastung von Tellerfeadern werden diese flachgedrückt, jedoch nicht beschädigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform besteht darin, dass das Federelement als Ringfedern ausgebildet ist. Ringfedern sind ebenfalls bekannte, im Handel erhältliche und daher sehr preiswerte Bauelemente. Die Bauweise von Ringfedernpaketen ist ebenfalls kompakt und somit für die vorliegende Anwendung geeignet.
Neben Teller- und Ringfedern können selbstverständlich auch andere Federelemente, wie beispielsweise schraubenlinienförmige Druckfedern, verwendet werden. Diese benötigen bei vergleichbaren Federkräften jedoch wesentlich mehr Raum. Bei Anwendungen, in denen dieser Raum zur Verfügung steht, können ohne weiteres solche Druckfedern verwendet werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemässen Dübel, vorgespannt, nach dem Setzen, Fig. 2 den Dübel gemäss Fig. 1 nach erfolgter, teilweiser Relaxation des Aufnahmematerials, Fig. 3 einen weiteren erfindungsgemässen Dübel mit Mitteln zur Erhaltung der Vorspannung.
Aus den Figuren 1 und 2 ist ein erfindungsgemässer, durch einen Spreizvorgang verankerbarer Dübel ersichtlich. Dieser besteht aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Ankerbolzen, der an seinem rückwärtigen Ende einen als Widerlager dienenden Sechskantkopf la aufweist und in seinem vorderen Bereich mit einem Gewinde lb versehen ist. Der Ankerbolzen 1 ist von einer insgesamt mit 2 bezeichneten Dübelhülse umgeben. Die Dübelhülse 2 weist von ihrem vorderen Ende ausgehende, sich über einen Teil ihrer Länge erstreckende Längsschlitze 2a auf. Die Längsschlitze 2a erleichtern das durch Einziehen eines Spreizkörpers 3 mittels des Ankerbolzens 1 erfolgende radiale Aufweiten dem Dübelhülse 2. Zwischen dem rückwärtigen Ende der Dübelhülse 2 und dem Schraubenkopf la ist eine Unterlagscheibe 4 angeordnet.
Der Dübel ist durch einen Spreizvorgang in einem Bohrloch 5a eines insgesamt mit 5 bezeichneten Aufnahmematerials veranl:ert.
Der Dübel dient zur Befestigung eines insgesamt mit 6 bezeichneten Bauteils auf dem Aufnahmematerial 5. Das Bauteil 6 weist zu diesem Zweck eine im wesentlichen dem Aussencurchmesser der Dübelhülse 2 entsprechende Durchgangsbohrung 6a auf. Zwischen dem als Widerlager dienenden Sechskantkopf la bzw der nterlaoscheibe 4 und dem Bauteil 6 ist ein Paket von mehreren Tellerfedern 7 angeordnet. Die Tellerfedern 7 sind je paarweise aufeinander geschichtet und diese Tellerfedernpaare wechselweise nach dem vorderen und dem rückwärtigen Ende des Dübels gerichtet.
Fig. 1 zeigt den Dübel unmittelbar nach Beendigung des Setzvorganges, wobei die Tellerfedern 7 bis in den Bereich ihrer maximalen Spannkraft vorgespannt sind.
In Fig. 2 ist die Relaxation des Aufnahmematerials 5 etwas übertrieben dargestellt. Die Tellerfedern 7 sind um das Mass "s" entspannt. Dieses Mass "s" ist jedoch in der Praxis meist so gering, dass durch die Tellerfedern 7 die vorhandene Vorspannung weitgehend erhalten bleibt. Ein Nachspannen des Dübels ist somit nicht erforderlich. Das erfindungsgemässe Anordnen von Tellerfedern 7 hat weiterhin den Vorteil, dass auch unterschiedliche Längenänderungen infolge von Temperaturunterschieden weitgehend ausgeglichen werden und nicht zu einer wesentlichen Veränderung der Vorspannung führen. Ein weiterer Vorteil der Tellerfedern 7 besteht darin, dass bei schockartiger Lasteinwirkung auftretende Belastungsspitzen geglättet" werden und ein Lockern oder eine Beschädigung des Dübels vermieden wird.
In Fig. 3 ist eine durch eine aushärtbare Nasse verankerbare, insgesamt mit 11 bezeichnete Ankerstange ersichtlich. Die Ankerstange 11 weist an ihrem vorderen Ende eine Mischschneide 112 auf und ist über ihre gesamte Länge mit einem Gewinde llb versehen. Der vordere Bereich der Ankerstange 11 ist von einer Verbundmasse 12 umgeben. Auf das rückwärtige Ende der Ankerstange 11 ist eine Sechskantmutter 13 aufgeschraubt. Die Sechskantmutter 13 stützt sich auf einer Unterlagscheibe 14 ab. Das insgesamt mit 15 bezeichnete Aufnahmematerial ist mit einem Bohrloch 15a versehen. Das Bohrloch 15a ist im Durchmesser etwas grösser als der Aussendurchmesser der Ankerstange 11. Anschliessend an das Aufnahmematerial 15 ist ein insgesamt mit 16 bezeichnetes, zu befestigendes Bauteil angeordnet. Das Bauteil 16 weist eine Durchgangsbohrung 16a für die Ankerstange 11 auf.
Der vordere Bereich der Ankerstange 11 ist durch die Verbundmasse 12 im Aufnahmematerial 15 verankert. Der rückwärtige Bereich der Ankerstange 11 ist dagegen frei und kann vorgespannt werden. Zwischen der sich an der Sechskantmutter 13 abstützenden Unterlagscheibe 14 und einer weiteren, sich auf dem Bauteil 16 abstützenden Unterlagscheibe 17 sind Ringfedern 18, 19, 20 angeordnet. Die Ringfedern 18, 19, 20 dienen demselben Zweck wie die Tellerfedern 7 in den Figuren 1 und 2. Beim Setzvorgang, bzw nach dem Aushärten der Verbundmasse 12 werden die Ringfedern 18, 19, 20 durch Aufbringen eines Drehmomentes an der Sechskantmutter 13 vorgespannt. Ein Relaxieren des Aufnahmematerials 15 wird dabei durch teilweises Entspannen der Ringfedern 18, 19, 20 weitgehend ausgeglichen. Das zu befestigende Bauteil 16 wird somit stets gegen das Aufnahmematerial 15 gespannt. Durch die entstehende Reibung zwischen Aufnahmematerial 15 und Bauteil 16 können aufzunehmende Querbelastungen von der Ankerstange 11 ferngehalten werden.

Claims

Patentansprüche 1. Unter axialer Vorspannung in einem Aufnahmematerial verankerbarer Dübel, bei dem, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines zu befestigenden Bauteils, ein Widerlager gegen das Aufnahmematerial gespannt wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , dass zwischen Widerlager (la, 13) und Aufnahmematerial (5, 15) bzw zu befestigendem Bauteil (6, 16) wenigstens ein Federelement angeordnet ist, dessen maximale Spannkraft den Betrag der zulässigen Gebrauchslast des Dübels übersteigt.
2. Dübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Spannkraft des Federelementes das 1,2-- bis 1,5-fache der zulässigen Gebrauchslast des Dübels beträgt.
3. Dübel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d2ss das Federelement aus mehreren axial hintereinander angeordneten Federn besteht.
4. Dübel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Tellerfedern (7) ausgebildet ist.
5. Dübel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Ringfedern (18, 19, 20) ausgebildet ist.