TW201520435A - 具有局部高強度之脹開匣的脹開錨 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種脹開錨，其包含螺栓及至少一包圍該螺栓的脹開匣，其中在該螺栓上佈置有脹開錐體，其在被拉入該脹開匣的情況下將該脹開匣徑向擴展。根據本發明指定，該脹開匣在其朝向該脹開錐體之前端的區域內具有大於350HV的維氏硬度，其中，該脹開匣之硬度朝該脹開匣之後端逐漸減小。本發明亦有關於一種針對此種脹開錨的製造方法。

Description

具有局部高強度之脹開匣的脹開錨

本發明係有關於一種如申請專利範圍第1項之前言所述的脹開錨。此種脹開錨配設有螺栓及至少一包圍該螺栓的脹開匣，其中在該螺栓上佈置有脹開錐體，其在被拉入該脹開匣的情況下將該脹開匣徑向擴展，特別是徑向朝外壓迫。本發明更進一步有關於一種針對此種脹開錨的製造方法。

舉例而言，US 2010/0135743 A1揭露過同類型之脹開錨。其用於將部件錨定在堅固基板(如混凝土)中的鑽孔上。此種習知的脹開錨具有一長條形螺栓，該螺栓之前端區域內設有一脹開錐體。脹開錐體朝該前端，即在反向於拔出方向的方向上逐漸變寬。就拔出方向而言，在螺栓上以與脹開錐體錯開的方式佈置有一脹開匣。此脹開匣以可朝螺栓之前端對著脹開錐體移動的方式支承於螺栓上。脹開匣具有若干外側徑向突出之突起，用於將脹開匣卡在位於基板中之鑽孔的內壁上。在反向於拔出方向的方向上將脹開錨的第一末端釘入鑽孔，再沿拔出方向將螺栓自鑽孔拉出一段距離。將脹開錨釘入後，脹開匣卡在鑽孔的內壁上，從而阻止鑽孔中的螺栓被拔出。透過上述方案將螺栓之脹開錐體拉入脹開匣，其中脹開匣因脹開錐體之直徑的增大而被擴展。在此過程中，脹開錨藉其脹開匣夾緊在基板中，從而將拉力傳遞至基板。此種基本原理較佳地亦可在本發明中實現。

根據上述US 2010/0135743 A1係提出一種由維氏硬度約為218HV至290HV之材料構成的脹開元件，及一種由維氏硬度約為218HV至約290HV之材料構成的套管。

本發明之目的在於提供一種具有極佳負荷值之特別可靠的脹開錨，其製造起來同樣非常簡單。本發明之另一目的在於提供一種特別簡單、節約且可靠的製造此種脹開錨的方法。

本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具有申請專利範圍第1項之特徵的脹開錨及一種具有申請專利範圍第8項之特徵的製造方法。該脹開錨的較佳實施方式參閱附屬項。

根據本發明之脹開錨之特徵在於，該脹開匣在其朝向該脹開錐體之前端的區域內具有大於350HV的維氏硬度，其中，該脹開匣之硬度朝該脹開匣之後端逐漸減小。特定言之，該脹開匣之硬度自350HV出發朝該脹開匣之後端逐漸減小。

可在一特別的硬度曲線中發現本發明之基本理念，在該硬度曲線中，脹開匣之在脹開錨之釘入過程中受到脹開錐體徑向壓迫且與周圍的鑽孔壁擠壓在一起的前區域，至少局部，較佳連續式地具有高強度，即具有大於350HV的硬度，且在該硬度曲線中，脹開匣之後區域具有低強度。實驗及模擬顯示，如此便能獲得一種脹開錨，其特別是在開裂的混凝土中亦具極佳之負荷性能而且易於製造且製造成本較低。

故本發明認識到，開裂混凝土中的良好之負荷性能可能源於剩餘預應力，該剩餘預應力在脹開錨所處之裂紋張開一定距離(如0.3mm至0.5mm)後在預張之錨件的錨件螺栓中產生。採用前匣區域之硬度為80HV至300HV的傳統脹開錨時，此種裂紋張開會顯著降低預緊力，甚至降至零。而選用前匣區域之硬度大於350HV的本發明之脹開錨時，可獲得顯 著增大的剩餘預應力。此種根據本發明之在裂紋張開後有所增大的剩餘預應力可增強在鑽孔中的錨定效果，故與脹開匣之頂端硬度較小的脹開錨相比，本發明之脹開錨在裂紋張開及拉力較大的情況下在鑽孔中的移動幅度小得多。有鑒於此，本發明能在開裂的混凝土中實現極佳的負荷性能。

本發明還認識到，根據本發明之脹開錨所具有的較高的剩餘預應力及在開裂混凝土中的良好錨定效果以及極佳的負荷性能，可能源於脹開匣之前端區域與周圍的混凝土材料進行相互作用。該前端區域在錨件釘入後藉由脹開錐體而與周圍的鑽孔壁擠壓在一起。若本發明為該前端區域選用大於350HV，特別是大於400HV的硬度，則該匣材料在建築業常見之邊界條件下通常不會發生塑化，或者充其量僅發生輕微塑化，因此，特別是在裂紋張開且脹開匣與混凝土間的接觸面有所減小的情況下，該脹開系統之堅固程度較高。此種效果能顯著改善負荷性能。

最後，本發明還認識到，大於350HV的較高匣硬度除能在開裂的混凝土中產生上述優點外，還可能(例如)在脹開匣之製造以及/或者在錨件在其他負荷情形中的負荷性能方面產生不利影響。舉例而言，較高的匣硬度可能給包含彎曲步驟(特別是捲繞步驟)的常見製造工藝造成困難，且在此過程中產生非圓形之匣橫截面的概率亦會增大，此類匣橫截面又可能對負荷性能造成負面影響。此外，較高的匣硬度會對脹開匣的脹開操作具有潛在影響。最後，較高的匣硬度還可能加重腐蝕度。

本發明透過以下方式來解決此種兩難困境：僅局部，即在前匣區域內，設置較高的匣硬度，該前匣區域係藉由脹開錐體之負荷而與周圍的鑽孔壁擠壓在一起，從而使得該較高的匣硬度在開裂的混凝土中產生前述之在負荷性能方面的優點。而在本發明之脹開匣後部之後匣區域內，設置較低的硬度。由於在該後匣區域內設置此種較低的硬度，該脹開匣能夠以非常簡單及可靠的方式脹開。此外還能透過將金屬板彎曲來以非常簡 單的方式製造脹開匣，即使在該彎曲步驟前就已存在硬度局部有所提高的情況下。亦能以非常簡單的方式實現後續感應硬化。最後，還能顯著改善腐蝕性能，因為脹開匣之朝向鑽孔口的區域較軟。後部區域內的較低強度通常不會對在開裂混凝土中的負荷性能造成負面影響，因為前述機制僅作用於匣前端。如此便能根據本發明而獲得一種脹開錨，其在多種不同情形下非常有效而且能以非常可靠且簡單的方式製造出來。

在專業術語中，以HV為單位的硬度係指維氏硬度。本發明中的硬度尤指正常脹開匣的表面硬度。特定言之，本發明之硬度係針對未脹開之脹開匣而言，即針對處於初始狀態之脹開錨而言，其脹開錐體尚未拉入脹開匣。硬度大於350HV之該高強度區域較佳可圍繞該脹開匣的整個周邊環形延伸，充其量因所設之脹開縫隙而有所中斷。該高強度區域亦可較小且僅局部覆蓋該脹開匣的周邊。亦可在該脹開匣的前端上設置多個獨立的高強度區域。該脹開匣之在本發明中就其硬度而言逐漸減小的後端，軸向反向於該前端以及/或者遠離該脹開錐體。

根據本發明，該脹開匣以可沿該螺栓移動的方式佈置，特別是固定在該螺栓上。特定言之，本文所提及之“徑向”、“軸向”及“周向”皆針對螺栓之縱軸，特別是對稱軸及/或中軸線而言。該脹開錨較佳地可為一力控式脹開之脹開錨。該脹開匣及/或該螺栓較佳地由一金屬材料構成，其例如亦可經塗佈處理以便對摩擦力針對性地產生影響。例如可透過軋製及/或感應硬化來在脹開匣之前區域內實現高硬度。該脹開匣較佳可由不鏽鋼，特別是由型號為1.4401及/或A4及/或型號為1.4301及/或A2之不鏽鋼構成。在此情況下，較佳可透過軋製來在脹開匣之前區域內實現高硬度。在該脹開匣替代地採用CS鋼材的情況下，例如可透過感應硬化來在脹開匣之前區域內獲得高硬度。

根據本發明，當該脹開錐體沿該螺栓之拔出方向相對該脹開 匣進行軸向移動時，該脹開錐體之傾斜表面將該脹開匣徑向朝外壓迫並壓緊在基板中的鑽孔壁上。從而將該脹開錨錨定在該鑽孔中。該拔出方向較佳地平行於該螺栓之縱軸以及/或者自該鑽孔脫出。根據有利方案，該脹開錐體之表面與該螺栓之縱軸的距離在反向於拔出方向的方向上逐漸增大，即隨著與負荷承受裝置之距離的增大而逐漸增大。該脹開錐體的表面可呈嚴格錐形，但非必要之舉。

採用所謂之“螺栓錨”時，該脹開錐體可軸向固設在該螺栓上。在此情況下，藉由該螺栓與該脹開錐體之相對該脹開匣的同一軸向運動來將該脹開錐體拉入該脹開匣。該脹開錐體較佳與該螺栓一體成形。替代地採用所謂之“套管錨栓”時，該脹開錐體係一獨立於該螺栓的部件且較佳透過對應之螺紋與該螺栓連接。在此情況下，將脹開錐體拉入脹開匣，此項操作可至少部分地藉由螺栓相對脹開錐體進行旋轉來實現，此種旋轉被該等對應之螺紋所形成的一螺桿傳動轉換為該脹開錐體之相對螺栓的軸向運動。

該脹開匣較佳為具有至少兩個透過一連接片相連之脹開區段。在此情形下特定言之，該等脹開區段中的至少一個可在其前端之區域內具有大於350HV的硬度，其中，該脹開區段之硬度朝該脹開區段之後端逐漸減小。該脹開匣亦可具有三個或三個以上脹開區段。該脹開錨亦可具有不止一個脹開匣及相應不止一個脹開錐體。

根據尤佳方案，該脹開匣在其朝向該脹開錐體之前端的區域內具有大於350HV且小於500HV的硬度。此種實施方式考慮到以下情況：硬度大於500HV時，匣材料會變得非常易碎，從而無法實現脹開匣的可用脹開。

根據此目的可設計，該脹開匣在至少一後部區域內具有小於340HV，較佳為小於300HV的硬度。如前所述，在後部區域採用相對較低 的硬度後，能夠非常簡單且可靠地圍繞螺栓安裝脹開匣且達到極佳的脹開特性，且就腐蝕性能而言特別有利。相對於硬度大於350HV之該前區域而言，硬度小於340HV或300HV的該後部區域與該脹開錐體的距離較佳地可更大。硬度小於340HV或小於300HV的該後部區域較佳地可與該脹開匣的一連接片軸向重疊，亦即，該後部區域特別是可至少局部位於所謂的“結合區域”內，該結合區域係用於將脹開匣固定在螺栓上。該結合區域內的硬度較佳可小於340HV，特別是小於300HV，因為在圍繞螺栓對脹開匣進行捲繞時，該區域通常會大幅變形。該脹開匣在該連接片上較佳可具有小於340HV，特別是小於300HV的硬度。此段落中所描述之連接片尤指將兩個脹開區段連接在一起的連接片。

在脹開錨的脹開狀態下，脹開匣與鑽孔壁通常僅在脹開匣之最靠前的3至5mm處發生接觸，因此，硬度大於350HV之該前區域之軸向長度較佳地可小於10mm。

根據另一有利方案，該脹開匣之壁厚至少局部地朝其前端逐漸減小。藉此便能進一步改善脹開特性。該脹開匣較佳為具有一變細區域，在該變細區域內，該脹開匣之壁厚朝其前端逐漸減小；及一連接該變細區域之後部的具有大致恆定之壁厚的區域，其中有利地，該變細區域內的硬度至少局部大於350HV以及/或者該具有大致恆定之壁厚的區域內的硬度至少局部小於340HV，特別是小於300HV。此點就製造技術而言特別有利，因為可在一個軋製步驟中減小壁厚及增大硬度。

特定言之，該脹開匣可具有至少一脹開縫隙。該脹開縫隙可將兩個相鄰的脹開區段隔開以及/或者該連接片可構建於該脹開縫隙的軸向延長度中。該脹開縫隙以該脹開匣之前端為出發點且有助於該脹開匣的變形。

根據本發明，該螺栓可具有一負荷承受裝置，其尤其構建為 外螺紋或內螺紋。該負荷承受裝置用於將沿拔出方向定向的拉力引入該螺栓。根據此目的，該脹開錐體佈置在該螺栓的第一端區，該負荷承受裝置佈置在該螺栓之相對的第二端區。特定言之，該拔出方向之方向向量可自該脹開錐體指向該負荷承受裝置。

本發明較佳地可採用脹開匣並未到達鑽孔口的螺栓錨。特別是在此情形下，該螺栓可具止動件，其對該脹開匣脫離該脹開錐體之移動(即沿拔出方向之移動)進行限制。此種止動件能以非常簡單的方式確保該脹開匣可靠地連同該螺栓一起進入該鑽孔。該止動件較佳為環形肩，此點在製造技術上及就可靠性而言係有利之舉。特定言之，該止動件係軸向佈置在該脹開錐體與該負荷承受裝置之間。

本發明亦有關於一種製造方法，用於獲得本發明之脹開錨。根據該方法，在一軋製步驟中在該脹開匣之前端的區域內產生大於350HV的硬度。應用此種軋製步驟後，能夠同時產生該脹開匣之變細區域及該大於350HV的硬度。特定言之，在該軋製步驟中可採用某個軋製工具，其旋轉軸平行於至少一脹開縫隙以及/或者平行於該脹開錨之未來的縱軸以及/或者平行於該脹開匣之未來的縱軸。

1‧‧‧脹開錨

5‧‧‧基板

6‧‧‧附件

8‧‧‧螺母

10‧‧‧螺栓

11‧‧‧頸部區域

12‧‧‧脹開錐體

13‧‧‧斜面

17‧‧‧止動件

18‧‧‧負荷承受裝置

20‧‧‧脹開匣

21，21'，21"，21'''‧‧‧脹開區段

22，22'，22'''‧‧‧脹開縫隙

23，23'，23"‧‧‧連接片

27‧‧‧具有大致恆定之壁厚的區域

28‧‧‧變細區域

29‧‧‧前端

51‧‧‧前端，第一末端

52‧‧‧後端

88‧‧‧頭部

98‧‧‧壁部

99‧‧‧鑽孔

100‧‧‧縱軸

101‧‧‧拔出方向

圖1為一釘入混凝土基板的本發明之脹開錨的局部縱向剖面圖；圖2為圖1所示錨件之脹開匣之外表面的展開圖；圖3為圖2所示脹開匣的縱向剖面圖B-B，下方為沿該剖面的硬度曲線；及圖4為第二實施方式中的一釘入混凝土基板的本發明之脹開錨的局部縱向剖面圖。

圖1至3為本發明之脹開錨1的一實施例。如圖1所示，脹開錨1具有螺栓10及脹開匣20，其中該脹開匣20環形包圍該螺栓10。螺栓10在其前端51之區域內具有用於脹開匣20的脹開錐體12，其下游連續式連接頸部區域11。

螺栓10在其頸部區域11內具有大體上為恆定之圓柱形橫截面。在連接該頸部區域的脹開錐體12上，螺栓10之表面構建為斜面13，螺栓10之直徑自此處出發朝第一末端51逐漸增大，亦即，螺栓10在脹開錐體12上自頸部區域11出發朝其前面之第一末端51有所增寬。脹開錐體12上的該斜面13可呈嚴格數學意義上的錐形，但非必要之舉。

在頸部區域11之遠離脹開錐體12的一側，螺栓10具有例如構建為環形肩之用於脹開匣20的止動件17。螺栓10在其後端52之區域內具有用於將拉力引入螺栓10的負荷承受裝置18，其例如構建為外螺紋。該外螺紋上設有螺母8。

將脹開錨1釘入時，沿螺栓10之縱軸100方向將螺栓10之第一末端51推入基板5中的鑽孔99。由於止動件17對脹開匣20脫離脹開錐體12之移動進行限制，故脹開匣20亦被送入鑽孔99。隨後，例如透過擰緊螺母8來沿平行於縱軸100之拔出方向101將螺栓10自鑽孔99拉出一段距離。由於與鑽孔99之大體呈圓柱形的壁部98存在摩擦力，脹開匣20滯留在鑽孔99中且螺栓10相對脹開匣20發生移動。在此移動過程中，螺栓10之脹開錐體12的斜面13愈來愈深地侵入脹開匣20，使得脹開匣20之前端29區域被斜面13徑向擴展且與鑽孔99之壁部98擠壓在一起。利用此種機制將脹開錨1固設在基板5中。脹開錨1之固設在基板5中的釘入狀態參閱圖1。可利用螺母8將附件6固定在基板5上。

特別是如圖2所示，脹開匣20具有三個脹開區段21'、21"、21'''，其中，相鄰的脹開區段21被脹開縫隙22'、22"部分隔開。該等脹開縫 隙22以該前端29為出發點，亦即，以脹開匣20之朝向脹開錐體12的端面為出發點。在脹開縫隙22'、22"之延長度中各形成一連接片23'或23"，其中，該等連接片23分別將兩個相鄰之脹開區段21相連。

特別是如圖3所示，特別是在縱向剖面圖中，脹開匣20之該等脹開區段21各具一區域27，其壁厚大致恆定。特別是在縱向剖面圖中，該具有大致恆定之壁厚的區域27之前端連接一變細區域28，在該變細區域內，脹開區段21之壁厚朝前端29逐漸減小。

自圖3還可看出，在具有大致恆定之壁厚的後部區域27內，該等脹開區段21中的至少一個至少局部，特別是沿徑向在該連接片23之高度上的硬度小於340HV，較佳小於300HV。此處之硬度較佳為200HV至300HV，特別是約為250HV。自此處出發，該硬度朝脹開區段21之前端29逐漸增大，並在變細區域28內，特別是在脹開區段21之最靠前的3至5mm處，達到大於350HV的硬度，特別是350HV至500HV的硬度。

在圖1至實施例中，脹開錨1實施為所謂的“螺栓錨”。圖4顯示另一實施例，其中該脹開錨1實施為所謂的“套管錨栓”(Hülsenanker)。圖1所示螺栓錨中，脹開錐體12軸向固設在螺栓10上且特定言之與螺栓10一體成形，而在圖4所示套管錨栓中，脹開錐體12係一獨立於螺栓10的部件。該脹開錐體具有對應於螺栓10上之外螺紋的內螺紋。此外就圖4所示套管錨栓而言，該亦可採用多組件方案之脹開匣20到達鑽孔口，且在螺栓10之後端上抗扭轉地佈置有一加寬的頭部88。

釘入圖4所示錨件時，透過頭部88使得螺栓10圍繞縱軸100發生旋轉。該等對應之螺紋將螺栓10的該旋轉運動轉換為脹開錐體12之相對螺栓10及相對脹開匣20的軸向運動，從而將脹開錐體12拉入脹開匣20。

根據本發明，圖4所示套管錨栓之脹開匣20的硬度曲線與 圖3相應，其中在圖4所示套管錨栓中，該具有大致恆定之壁厚的硬度較小之後部區域27的軸向長度通常大於圖3所示情形。

1‧‧‧脹開錨

5‧‧‧基板

6‧‧‧附件

8‧‧‧螺母

10‧‧‧螺栓

11‧‧‧頸部區域

12‧‧‧脹開錐體

13‧‧‧斜面

17‧‧‧止動件

18‧‧‧負荷承受裝置

20‧‧‧脹開匣

29‧‧‧前端

51‧‧‧前端，第一末端

52‧‧‧後端

98‧‧‧壁部

99‧‧‧鑽孔

100‧‧‧縱軸

101‧‧‧拔出方向

Claims (8)

1. 一種脹開錨(1)，包含一螺栓(10)及一包圍該螺栓(10)的脹開匣(20)，其中在該螺栓(10)上佈置有脹開錐體(12)，其在被拉入該脹開匣(20)的情況下將該脹開匣(20)徑向擴展，其特徵在於，該脹開匣(20)在其朝向該脹開錐體(12)之前端(29)的區域內具有大於350HV的硬度，其中，該脹開匣(20)之該硬度朝該脹開匣(20)之後端逐漸減小。
2. 如申請專利範圍第1項之脹開錨(1)，其特徵在於，該脹開匣(20)在其朝向該脹開錐體(12)之前端(29)的區域內具有大於350HV且小於500HV的硬度。
3. 如前述申請專利範圍中任一項之脹開錨(1)，其特徵在於，該脹開匣(20)在至少一較佳與該脹開匣(20)一連接片(23)軸向重疊的後部區域內，具有小於340HV，較佳小於300HV的硬度。
4. 如申請專利範圍第1或2項之脹開錨(1)，其特徵在於，該脹開匣(20)之壁厚至少局部地朝該脹開匣之前端(29)逐漸減小。
5. 如申請專利範圍第1或2項之脹開錨(1)，其特徵在於，該脹開匣(20)具有至少一脹開縫隙(22)。
6. 如申請專利範圍第1或2項之脹開錨， 其特徵在於，該螺栓(10)具有負荷承受裝置(18)，特別是螺紋，該負荷承受裝置適合於將拉力引入該螺栓(10)。
7. 如申請專利範圍第1或2項之脹開錨，其特徵在於，該螺栓(10)具止動件(17)，如環形肩，該止動件對該脹開匣(20)脫離該脹開錐體(12)之移動進行限制。
8. 一種製造方法，其中，獲得如前述申請專利範圍中任一項之脹開錨，且其中，在一軋製步驟中在該脹開匣(20)之前端的區域內產生大於350HV的硬度。