DE3924133C2 - Spreizdübel mit reibungsarmem Konus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spreizdübel, bestehend aus einer einzelne Schalen oder Segmente aufweisenden metallischen Spreizhülse und einem die Spreizhülse durchsetzenden Schraubbolzen, dessen dem Bohrlochgrund zugewandtes Ende einen in die Spreizhülse hineinragenden Schraubkonus trägt, wobei mindestens der Schraubkonus aus Edelstahl besteht.

Ein derartiger Spreizdübel ist aus dem Firmenprospekt "IMPEX Zwangs­ spreizanker" (6500 1.81 C.W.) der Firma Impex, Ansbach, bekannt. Der bekannte Zwangsspreizanker umfaßt eine Spreizhülse aus zwei Hülsenscha­ len und einen die Spreizhülse durchsetzenden Schraubbolzen, an dessen dem Bohrlochgrund zugewandtem Ende ein Schraubkonus vorgesehen ist, der in die Spreizhülse hineinragt. Der bekannte Zwangsspreizanker ist galvanisch verzinkt oder besteht aus nichtrostendem Stahl.

Die bei bekannten Spreizdübeln auf einem Gewindestab oder einen Schraubbolzen aufgeschraubte Konusmutter ragt in die aus mehreren Scha­ lenelementen bestehende Spreizhülse hinein, die beispielsweise durch eine oder mehrere ringförmige Federn zusammengehalten wird. Anstelle von Schalenelementen kann die Spreizhülse auch durch von einem Ende aus in ein Metallrohr eingebrachte Axialschlitze bestimmter Länge gebildet sein. Beim Aufweiten des einen Endes der Spreizhülse mit Hilfe des sich einwärts bewegenden Konus bleibt das andere Ende der Spreizhülse am Umfang des Schraubbolzens anliegend oder diesem benachbart.

Um eine tragende Wand, an der ein Werkstück mit Hilfe eines Spreizdübels befestigt werden soll, nicht Überbeanspruchungen auszusetzen, bringt man tiefere Wandbohrungen an, damit die durch die Spreizhülse erzeugten Druckbeanspruchungen vom Bohrlocheingang ferngehalten werden. Zu diesem Zweck ist es üblich, zwischen dem rückwärtigen Ende der Spreizhülse und der Bohrlochmündung ein Distanzelement, z. B. eine Distanzhülse vorzusehen.

Der funktionsgerechte Aufweitvorgang der Spreizhülse ist von verschiedenen, nicht eindeutig beherrschbaren Einflußgrößen abhängig, beispielsweise von der Rauhigkeit der Bohrlochwand, vom Steigungswinkel des Konus oder vom Reibungsfaktor zwischen Konus und der Innenseite der die Spreizhülse bildenden Spreizelemente. Zur Beseitigung dieser nachteiligen Einflüsse hat man bereits versucht, die Oberflächen von Konus und Spreizelementen zu schmieren und bestimmte Konuswinkel nicht zu überschreiten.

Andererseits werden im praktischen Betrieb Bedingungen angetroffen, unter denen in der Wandbohrung bei der Montage oder später Risse, z. B. sog. Kreuzrisse auftreten, die von der Wandbohrung in das Wandmaterial hinein verlaufen. Im Fall der unbeabsichtigten Erweiterung der Wandbohrung durch nachträglich auftretende Risse kann der Spreizdübel mit der an ihm hängenden oder ziehenden Last seinen Halt verlieren, sobald sich die auf Zug belastete Spreizhülse lockert und in der aufgeweiteten Wandbohrung in Richtung zur Bohrlochmündung keinen Widerstand mehr findet.

Zur Beseitigung dieser Gefahren dienen bauaufsichtliche Bestimmungen, nach denen Dübelsysteme nur dann zum Einsatz kommen dürfen, wenn sie in der Lage sind, bei Entstehen eines oder mehrerer durch das Bohrloch verlaufender Risse weiterhin die Traglast in den Untergrund abzuleiten.

Spreizdübel bzw. nach deren Prinzip funktionierende Schwerlastanker finden überwiegend Anwendung bei der Befestigung von Werkstücken an Betonwänden oder -decken. Eine Betondecke unterliegt auf Grund ihres Eigengewichtes und der auf ihr ruhenden Last einer bestimmten Durchbiegung, wie auch Decken aus anderem Material. An einem senkrechten Schnitt durch die Betondecke mißt man in ihrer oberen konkaven Zone Druckspannungen und in ihrer unteren konkaven Zone (Zugzone) Zugspannungen, wobei dazwischen natürlich eine neutrale Zone existiert. Auf Grund der relativ geringen Zugfestigkeit von Beton besteht die Gefahr, daß in der unteren sog. Zugzone bevorzugt dann Risse entstehen, wenn durch eine Wandbohrung schon eine örtliche Schwächung des Gefüges der betrachteten Decke eingetreten ist. Folglich werden die Risse stets von der Wandbohrung ausgehen und dann zu der gefürchteten, oben beschriebenen Durchmesservergrößerung führen.

Damit ein gesetzter Spreizdübel auch nach dem Entstehen solcher Risse die zu tragende Last weiterhin in die Betonwand oder -decken bzw. von dort in den Untergrund ableiten kann, muß er eine erhöhte Reaktivität aufweisen. Unter Reaktivität versteht man die Fähigkeit des Spreizdübels, auf eine Rißöffnung, d. h. auf die damit einhergehende Durchmesserver­ größerung der Wandbohrung durch einen Nachspreizvorgang zu reagieren. Ob eine Reaktion eintritt, ist eine Frage der Reibwerte zwischen der Bohrlochwand und der Spreizhülse sowie zwischen dem Konus und der Innenseite der Spreizelemente.

Je größer die Reaktivität, desto geringer ist der Schlupf des Dübels in der Wandbohrung, desto besser kann er auf eine Durchmesservergrößerung der Wandbohrung reagieren und desto weniger besteht die Gefahr, daß der Dübel aus dem Bohrloch herausfällt.

Das aus Gewindebolzen, Konusmutter, Spreizelementen bestehende Dübelsystem steht nach dem Anziehen unter Zugspannung, die wirksam ist zwischen dem an der Bohrlochwand anliegenden Ende der aufgeweiteten Spreizhülse einerseits und dem Schraubenkopf, der Unterlegscheibe oder dem an der Wand befestigten Werkstück andererseits. Die zwischen diesen beiden Punkten des Gewindebolzens bzw. des ganzen Dübelsystems gespeicherte Zugspannung (= Vorspannung) setzt sich beim Aufweiten der Wandbohrung auf Grund von Rissen teilweise um in einen Nachspreizvorgang, d. h. in die zum Nachspreizen der Spreizelemente notwendige Kraft. Die ursprüngliche Energiezufuhr ist dadurch gewährleistet, daß man den in die Wandbohrung eingesetzten Dübel mit einem bestimmten Drehmoment anzieht.

Damit die Vorspannung des Dübelsystems, die bei einer Erweiterung des Bohrloches zum Teil abgebaut und in die Bewegung für den Nachspreizvorgang zwischen dem Konus und den Spreizelementen umgesetzt werden soll, in der beabsichtigten Art und Weise ausgenutzt wird, kommt es darauf an, daß der äußere Reibewert, mit dem die Spreizelemente noch an der Bohrlochwand anhaften, größer ist als der innere Reibwert zwischen Konusfläche und Spreizelementen. Nur wenn diese Bedingungen erfüllt sind, handelt es sich um einen Dübel, der zum Einsatz in der gefährdeten Zugzone tauglich ist. Je größer die Reibung ist zwischen Konus und der Spreizhülse, desto mehr Energie wird aus der Vorspannung zur Überwindung dieser Reibung verbraucht, so daß beim Nachspreizen wertvolle Energie verlorengeht, die man eigentlich zum Erhalt der Verankerung des Dübels benötigt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in einem Dübelsystem den Energieanteil, der beim Nachspreizen zur Überwindung der inneren Reibung zwischen Konus und Spreiz­ elementen verbraucht wird, soweit wie möglich zu verringern.

Der von der Vorspannung des Dübelsystems zehrende Energie­ verbrauch, der klein gehalten werden soll, konnte nach dem Stand der Technik bisher nur durch eine Gleitbeschichtung reduziert werden. Bei aus Normalstahl bestehenden verzinkten Dübeln wird die erwünschte höhere Reaktivität entweder durch Verwendung kaltgeschlagener Bauteile oder durch Beschichtung mit Gleitmitteln erzielt. Aus Normalstahl bestehende Bauteile besitzen jedoch nicht immer die durch Ausschreibungen festgelegte Korrosionsbeständigkeit und auch Festigkeit. Andererseits führt die Verwendung von Gleitmitteln zu Problemen, da diese Gleitschichten durch den auftretenden Druck weggepreßt werden können und da ihr Langzeitverhalten auf Grund einer zu befürchtenden Verharzung sowie ihre Reaktion in Verbindung mit Betonstaub (Bohrmehl) nicht eindeutig abgeschätzt werden kann.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe schlägt die Erfindung ein kraftkontrolliertes spreizendes Dübelsystem aus Edelstahl vor, das sich kennzeichnet durch einen durch Druckwalzen vorbehandelten Schraubkonus, wodurch nunmehr Spreizdübel auch aus Edelstahl im Bereich der gerissenen Zugzone einer Betonwand eingesetzt werden können.

Bei Edelstahl kann, bedingt durch die größere Zähigkeit des Ausgangsmaterials, der Gewindekonus nicht im Kaltform­ verfahren hergestellt werden, sondern erfordert eine spanabhebende Fertigung. Es ist bekannt, daß bei Verbindungs­ teilen aus Edelstahl mit Gewinde eine spanabhebende Fertigung zu einem "Fressen" durch Kaltverschweißen führen kann, was den Reibwert zwischen solchen Werkstücken ganz erheblich erhöht. Ein spanabhebend gefertigter Gewindekonus würde aus der bisherigen Kenntnis heraus zu einer Reduzierung der Reaktivität des Spreizdübels für den Fall des Entstehens der oben beschriebenen, durch das Bohrloch verlaufenden Risse führen und daher den Spreizdübel aus Edelstahl für die gerissene Zugzone des Betons untauglich machen. Andererseits wären Dübel aus Edelstahl auf Grund ihrer Korrosionsbeständigkeit für Montagen in Feuchträumen und im Außenbereich sehr erwünscht und zweckmäßig.

Unter Überwindung der vorbeschriebenen Meinung der Fachwelt schlägt die Erfindung für ein Dübelsystem die Verwendung eines aus Edelstahl bestehenden spanabhebend gefertigten Schraubkonus vor, der nach der Drehbearbeitung auf seiner Spreizfläche druckgewalzt wird. Dieses Druckwalzen führt zu einer erheblichen Reduzierung der Rauhtiefe und damit zu der erwünschten Verringerung der Reibung mit den Spreiz­ elementen. Gleichzeitig wird dabei die Konusoberfläche verdichtet und damit eine Härte erreicht, welche mit den Härtewerten kaltgeschlagener Teile aus Normalstahl vergleichbar ist.

Die Verwendung von druckgewalzten Konusmuttern ermöglicht eine Reaktivität des Spreizsystems, die auch für den Bereich der gerissenen Zugzone befriedigende Ergebnisse zuläßt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die mit der Außenfläche des Gewindekonus zusammenwirkenden, geneigten Innenflächen der zur Spreizhülse gehörenden, aus Edelstahl bestehenden Spreizelemente ebenfalls druckgewalzt. An statt dessen können jedoch auch kaltgeschlagene oder kaltverformte Spreizelemente aus Normalstahl mit dem Gewindekonus aus Edelstahl gepaart werden, wobei im Fall der Anwendung des Dübelsystems in Feuchträumen die Spreizelemente verzinkt sein können. Dabei wirkt die aufgetragene Zinkschicht als ein den Nachspreizvorgang begünstigendes Gleitmittel.

Der mit dem erfindungsgemäß angewendeten Druckwalzen (Druckrollen) erzielte Erfolg ist teilweise darauf zurückzuführen, daß dadurch die von der spanabhebenden Bearbeitung her auf dem Konus vorhandene Rauhtiefe wesentlich verringert wird. Die bei der Rauhtiefe in der mikroskopischen Vergrößerung eines geschliffenen Schnittbildes erkennbaren Spitzen werden durch die beim Druckwalzen benutzten kleinen gehärteten Werkzeugrollen teilweise abgeflacht und dabei verbreitert, so daß die zwischen den Spitzen befindlichen Vertiefungen ganz merklich verschmälert werden und dementsprechend der tragende Anteil der Oberfläche vergrößert wird. - Die Erfindung bezieht sich auch auf die beschriebene verfahrensmäßige Bearbeitungsfolge des Konus eines Dübelsystems.

Claims (3)

1. Spreizdübel, bestehend aus einer einzelne Schalen oder Segmente aufwei­ senden metallischen Spreizhülse und einem die Spreizhülse durchsetzenden Schraubbolzen, dessen dem Bohrlochgrund zugewandtes Ende einen in die Spreizhülse hineinragenden Schraubkonus trägt, wobei mindestens der Schraubkonus aus Edelstahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Schraubkonus an seiner Außenfläche eine im Anschuß an eine spanabhebende Bearbeitung durch Druckwalzen behandelte bzw. geglättete Oberfläche aufweist.

2. Spreizdübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Außenfläche des Schraubkonus zusammenwirkenden, geneigten Innenflä­ chen der zur Spreizhülse gehörenden, aus Edelstahl bestehenden Spreizele­ mente ebenfalls durchgewalzt sind.

3. Spreizdübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Außenfläche des Schraubkonus zusammenwirkenden geneigten Innenflächen der zur Spreizhülse gehörenden, aus Normalstahl bestehenden Spreizelemen­ te durch Kaltschlagen geformt und geglättet und insbesondere feuerverzinkt sind.