DE19536786A1 - Befestigungselement mit Spreizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit am hinteren Ende angeordnetem Haltemittel zur Verspannung eines Gegenstandes gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Aus der DE-OS 29 14 739 ist ein Befestigungselement bekannt, das im Bereich seiner vorderen Stirnseite einen Spreizbereich hat, der durch eine zum vorderen Stirnende eine ansteigende Grundfläche aufweisenden Längsnut mit einem in der Längsnut eingesetz­ ten Spreizelement gebildet ist. Die Verankerung eines solchen Befestigungselementes erfolgt in der Weise, daß nach dem Eintreiben des Schaftes in ein vorgebohrtes Bohr­ loch eines Bauteils beim Verspannen des zu befestigenden Gegenstandes am Bauteil der Schaft axial gegenüber dem sich in der Bohrlochwandung verkrallenden Spreizele­ ment verschoben wird. Aufgrund der ansteigenden Grundfläche der das Spreizelement aufnehmenden Längsnut wird das Spreizelement radial nach außen gedrückt und damit das Befestigungselement im Bohrloch verkeilt. Nachteilig bei dem bekannten Befesti­ gungselement ist jedoch, daß das Spreizelement an seiner Außenfläche Zähne aufweist, die quer zur Längsrichtung über den Schaft hinausragende gerade Kanten bilden. Diese die gesamte Breite des Spreizelementes einnehmenden Kanten bilden beim Eintreiben des Befestigungselementes in das Bauteil einen hohen Widerstand, der insbesondere bei einem aus Beton bestehenden Bauteil neben dem hohen und wenig montagefreund­ lichen Eintreibwiderstand auch zu die Verankerungsfunktion beeinträchtigenden Be­ schädigungen des Befestigungselementes führen kann. Des weiteren wird beim Ein­ treiben vom Spreizelement Material von der Bohrlochinnenwandung abgeschabt. Dieses Material sammelt sich in der Längsnut und führt unter Umständen zu einer Verklem­ mung des Spreizelementes in der Längsnut. Dadurch wird die Verschiebbarkeit des Spreizelementes in der Längsnut soweit beeinträchtigt, daß ein Nachspreizen nach der Verankerung bei einer Erweiterung des Bohrloches durch Rißbildung nicht mehr mög­ lich ist. Aufgrund dieser Beeinträchtigung ist das bekannte Befestigungselement für einen Einsatz in der Zugzone, in der Risse auftreten, nicht geeignet. Ein weiterer Grund für die Nichteignung in der Zugzone und relativ geringe Haltewerte auch in ungerisse­ nem Beton ergibt sich bei dem bekannten Befestigungselement durch die Begrenzung der Längsnut zum vorderen Stirnende des Befestigungselementes hin durch eine An­ schlagfläche. Damit ist einerseits nur ein geringer Ansteigwinkel für die Grundfläche der Längsnut erreichbar und andererseits muß auch die Länge des Spreizelementes gegen­ über der Länge der Längsnut erheblich verkürzt werden, um einen ausreichenden Ver­ schiebeweg zur Verankerung zu erhalten. Kommt desweiteren noch eine Bohrloch­ erweiterung durch Rißbildung hinzu, besteht die Gefahr, daß das Spreizelement an der vorderen Anschlagfläche der Längsnut anstößt und keine weitere Spreizmöglichkeit bietet. Dieses Situation kann beispielsweise auch dann eintreten, wenn das vorzuboh­ rende Bohrloch für das Befestigungselement bei der Erstellung des Bohrloches etwas größer ausfällt.

Schließlich ergibt sich durch die plane Grundfläche der Längsnut und plane Auflageflä­ che des Spreizelementes beim Aufspreizvorgang eine hohe Flächenpressung, die zum Kaltverschweißen führen kann. Dadurch wird ebenfalls das Nachspreizen und damit die Eignung in der Zugzone beeinträchtigt.

Aus der DE 33 34 754 C2 ist ein Spreizdübel bekannt, dessen Dübelkörper hülsenförmig mit einem Innengewinde für eine Schraube oder Gewindestange ausgebildet ist. Das keilförmige Spreizelement dieses Spreizdübels ist ein Teil des Dübelkörpers und über einen zwischen Einschnitten verbleibenden, als Solchbruchstelle wirkenden Steg mit dem Dübelkörper verbunden. Die Einschnitte sind so gelegt, daß einerseits eine zum vorderen Ende des Dübelkörpersansteigende Schrägfläche und andererseits die Keilform des Spreizelementes entsteht. Um am Spreizelement eine Angriffsfläche für ein Spreizwerkzeug zu schaffen, ist am Spreizelement ein in die Hülsenbohrung des Dübelkörpers ragender Anschlag angeformt.

Zur Verankerung des Spreizdübels wird das Spreizelement mit einem Spreizwerkzeug zunächst an der Sollbruchstelle abgerissen und danach zum vorderen Ende des Dübel­ körpers hin verschoben. Schon das Abreißen der Sollbruchstelle erfordert eine Schub­ kraft, die eine Abstützung des bekannten Spreizdübels am Bohrlochgrund erforderlich macht. Des weiteren ist zur Überbrückung des die beiden Gleitflächen des Dübelkörpers und des Spreizelementes trennenden Einschnittes bereits eine größere axiale Verschie­ bung des Spreizelementes erforderlich, um eine Spreizwirkung zu erzielen. Da ferner so­ wohl das Spreizelement als auch der Dübelkörper aus dem gleichen Material bestehen, besteht die Gefahr, daß bei der Verspreizung die beiden Gleitflächen durch Kaltver­ schweißen und Fressen derart beschädigt werden, daß keine Nachspreizung eintritt.

Damit ist der bekannte Spreizdübel nicht für einen Einsatz in der Zugzone geeignet, in der Bohrlocherweiterungen durch Risse auftreten können, die einen Ausgleich durch Nachspreizen erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement der eingangs ge­ nannten Gattung derart zu verbessern, daß das Befestigungselement bei geringem Widerstand eintreibbar und in einfacher Weise in einem Bauteil verankerbar ist, und durch günstiges Nachspreizverhalten hohe Haltewerte auch dann aufweist, wenn durch Rißbildung eine Bohrlocherweiterung eintritt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale er­ reicht. Bei der durch Prägung hergestellten Längsnut mit einem trapezförmigen Quer­ schnitt entstehen im Winkel zueinander stehende Gleitflächen, die an ihrer Oberfläche verdichtet sind. Durch die Verdichtung wird das Gleitverhalten begünstigt und damit die Neigung zum Kaltverschweißen und Fressen bei der Verschiebung des Spreizelementes in der Längsnut während des Aufspreizvorganges vermindert. Eine weitere Minderung der Freßneigung wird durch die Reduzierung der Flächenpressung aufgrund der beiden im Winkel zueinander stehenden Gleitflächen erreicht, die gleichzeitig auch die Seiten­ führung des Spreizelementes bei dessen Verschiebung übernehmen.

Durch die an der Außenfläche des, Spreizelementes angeordneten, dachförmig ausge­ bildeten und mit einem Teil ihrer Höhe den Schaft überragenden Zähnen wird beim Ein­ treiben des Befestigungselementes in das vorbereitete Bohrloch nur eine Riefe ausge­ schabt. Da nur der Scheitelpunkt des gezahnten Spreizelementes sich in die Bohr­ lochwandung eingräbt, ist ein geringer Widerstand beim Eintreiben des Befestigungs­ elementes zu überwinden.

Nach dem Eintreiben halten die am Spreizelement angeordneten Zähne diesen unver­ rückbar im Bohrloch, während der Schaft beim Verankerungsvorgang gegenüber dem Spreizelement axial verschoben wird. Durch die ansteigende Längsnut wird das Spreiz­ element radial nach außen in die Bohrlochwandung gedrückt, wobei durch die Dachform der Zähne der Eindringwiderstand der Außenfläche des Spreizelementes in die Bohr­ lochwandung reduziert wird. Demzufolge wird für die Verankerung nur ein geringes Ein­ drehmoment benötigt. Da desweiteren die ansteigende Grundfläche der Längsnut in einem Abstand zum vorderen Stirnende am Außenumfang des Schaftes ausläuft, kann zum einen ein längeres Spreizelement mit größerer Preßfläche verwendet werden und zum anderen durch den steileren Ansteigwinkel der Grundfläche bei kleineren axialen Verschiebungen eine größere radiale Aufspreizung erzielt werden.

Als besonders vorteilhaft sowohl für das Gleitverhalten als auch für die Herstellung der Längsnut hat sich erwiesen, wenn die beiden Gleitflächen in einem Winkel von 100°-120° zueinander stehen und die Breite der Bodenfläche der beiden Gleitflächen gerin­ ger ist als die Breite der Bodenfläche der beiden Auflageflächen des Spreizelementes. Letzteres stellt sicher, daß das Spreizelement mit seinen Auflageflächen ausschließlich auf den Gleitflächen aufliegt.

Als zweckmäßig hat sich eine Ausbildung erwiesen, bei der die Längsnut an ihrem zum hinteren Stirnende des Befestigungselementes weisenden Ende mindestens einen dem halben Durchmesser des Schaftes entsprechende Tiefe aufweist und der Ansteigwinkel der Grundfläche zwischen 11° und 13° liegt.

Damit das Spreizelement beim Einschlagen des Befestigungselementes abgestützt wird, ist ein halbrund ausgebildeter Anschlag an der zum hinteren Ende des Befestigungs­ elementes weisenden Begrenzung der Längsnut vorgesehen, an dem das Spreiz­ element an seiner tiefsten Position anliegt.

Weiterhin kann ein Halteelement, beispielsweise ein Gummiring, Prägesicken oder dergleichen, das Spreizelement verschiebbar in der Längsnut vor dem Einschlagen des Befestigungselementes in das Bohrloch festhalten, damit das Spreizelement nicht unbe­ absichtigt aus der Längsnut herausfällt. Eine gute Sperrwirkung der Zähne bei geringem Einschlagwiderstand wird dadurch erreicht, daß die Zähne unterschiedliche Zahnflanken aufwiesen, wobei die kürzere Zahnflanke in Richtung zum vorderen Stirnende ange­ ordnet ist.

Um das Eintreiben zu erleichtern, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung am vor­ deren Ende des Spreizelementes eine bis zur Spitze des ersten Zahnes sich erstreckende Anlaufschräge angeordnet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Befestigungselement an seinem hinteren Ende ein Innengewinde aufweisen, so daß mittels einer Schraube, Gewinde­ stange oder dgl. ein Gegenstand an dem im Mauerwerk verankerten Befestigungsele­ ment befestigbar ist. Durch die am Dübelkörper angreifende Gewichtsbelastung ergibt sich eine geringfügige Verschiebung zwischen dem Dübelkörper und dem festsitzenden Spreizelement, die aufgrund der ansteigenden Grundfläche der Längsnut zu einer Ver­ stärkung der Verspreizung führt. Aufgrund der guten Gleiteigenschaften der Gleitflächen tritt eine axiale Verschiebung zwischen Spreizelement und Dübelkörper auch dann ein, wenn durch Rißbildung eine Bohrlocherweiterung entsteht.

In manchen Fällen ist die Verschiebung des Dübelkörpers gegenüber dem Spreizele­ ment unerwünscht, da dadurch auch eine Verschiebung der Schraube bzw. Gewinde­ stange eintritt. Um eine solche Verschiebung zu vermeiden, ist in einer weiteren zweck­ mäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß sich an das Innengewinde eine Bohrung an­ schließt, die sich über die Anschlagschulter hinaus in die Längsnut erstreckt und diese mit einem Teil Ihres Querschnitts schneidet, und daß das Spreizelement mit der Schraube, Gewindestange oder einem Einschlagwerkzeug zum vorderen Ende hin zur Verankerung des Befestigungselementes verschiebbar ist.

Zwischen dem Spreizelement und der einzudrehenden Schraube bzw. Gewindestange kann des weiteren ein elastisches Element, vorzugsweise eine Druckfeder, angeordnet sein. Durch eine solche elastische Verspannung des Spreizelementes wird bei einer Bohrlocherweiterung durch Rißbildung das Spreizelement nachgeschoben, so daß zum Nachspreizen keine axiale Verschiebung des Dübelkörpers erforderlich ist. Als elasti­ sches Element kann auch ein Gummibolzen verwendet werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 das in einem Bohrloch eines Bauteils eingesetzte Befestigungselement mit in einer Längsnut seines Spreizbereiches einliegendem Spreizele­ ment,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt des Befestigungselementes von Fig. 1 in veran­ kerter Position,

Fig. 3 einen Querschnitt des Befestigungselementes nach Fig. 2 gemäß der Schnittlinie A-A,

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Befestigungselementes mit Innengewinde beim Verankerungsvorgang mit einem Einschlagwerkzeug und

Fig. 5 das Befestigungselement gemäß Fig. 4 mit eingedrehter Gewindestange und einem zwischen Spreizelement und Gewindestange angeordnetem elastischen Element.

Das in Fig. 1 dargestellte Befestigungselement 1 hat einen Schaft 2 mit einem Außen­ gewinde 3 am hinteren Ende 4 und einen Spreizbereich, der durch eine Längsnut 5 mit trapezförmigem Querschnitt und einem in dieser Längsnut 5 einliegenden Spreizelement 6 gebildet ist. Das in der Längsnut 5 leicht verschiebbare Spreizelement 6 wird durch ein Halteelement 7 - im Ausführungsbeispiel ein Gummiring - gehalten.

Das Spreizelement 6 weist an seiner Außenfläche Zähne 8 auf, die im Querschnitt dachförmig ausgebildet sind (siehe Fig. 3). Beim Eintreiben des Befestigungselemen­ tes 1 in das Bohrloch 9 des Bauteiles 10 befindet sich das Spreizelement 6 in seiner tiefsten Position, bei der die hintere, halbrund geformte Stirnseite 11 des Spreizelemen­ tes 6 an der ebenfalls halbrund geformten und als Anschlag 12 dienenden Begrenzung der Längsnut 5 anliegt. In dieser Position überragen die Zähne 8 mit einem Teil ihrer Höhe den Schaft 2 des Befestigungselementes.

Das Befestigungselement 1 wird durch den zu befestigenden Gegenstand 16 hindurch in das Bohrloch eingetrieben. Durch Aufdrehen der Mutter 17 auf den überstehenden Ge­ windeabschnitt 3 wird der Schaft 2 gegenüber dem Spreizelement 6 axial in Richtung Bohrlochmündung verschoben, so daß das Spreizelement 6 durch die ansteigende Grundfläche 18 der Längsnut 5 radial nach außen gedrückt wird (siehe Fig. 2). Dabei graben sich die Zähne 8 des Spreizelementes 6 in die Bohrlochwandung ein und bewir­ ken die Verankerung des Befestigungselementes. Die Zähne 8 weisen ein sägezahn­ förmiges Profil auf, wobei die Zahnflanke 19 zum vorderen Stirnende 14 hin zur Redu­ zierung des Eintreibwiderstandes abgeschrägt ist. Ferner weist das Spreizelement 6 eine Anlaufschräge 28 auf, die sich vom vorderen Ende des Spreizelementes bis zur Spitze des ersten Zahnes erstreckt.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt gemäß der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie A-A. Die dachförmige Ausbildung des Zahns 8 begünstigt ein tiefes Eindringen des Spreiz­ elementes 6 in die Bohrlochwandung des Bauteils 10. In Fig. 3 ist auch der trapezför­ mige Querschnitt der Längsnut 5 erkennbar. Durch die Trapezform entstehen zwei im Winkel zueinander stehende Gleitflächen 22, 23 auf denen das Spreizelement 6 mit seinen beiden Auflageflächen 24, 25 aufsitzt. Der von den beiden Gleitflächen bezie­ hungsweise Auflageflächen eingeschlossene Winkel β beträgt vorzugsweise 100°-120°. Um ein Gleiten der Auflageflächen 24, 25 auf den Gleitflächen 22, 23 sicherzustellen, ist der die Breite der Bodenfläche 26 zwischen den beiden Gleitflächen etwas geringer als die Breite der Bodenfläche 27 zwischen den beiden Auflageflächen 24, 25 des Spreiz­ elementes 6.

Das in Fig. 4 dargestellte Befestigungselement 1a weist an seinem hinteren Ende ein Innengewinde 30 zur Aufnahme einer Schraube oder einer Gewindestange auf. An das Innengewinde 30 schließt sich eine im Durchmesser gegenüber dem Kerndurchmesser des Innengewindes reduzierte Bohrung 31 an, die sich über die Anschlagschulter 12 hinaus in die Längsnut 5 erstreckt und diese mit einem Teil ihres Querschnitts schneidet. Dadurch ragt das Spreizelement 6 mit seinem hinteren Ende in die Bohrung 31, so daß der Dorn 32 des Einschlagwerkzeuges 33 am hinteren Ende des Spreizelementes 6 an­ stößt. Mit dem Einschlagwerkzeug 33 kann nunmehr das Spreizelement 6 auf der an­ steigenden Grundfläche 18 der Längsnut 5 in Richtung Bohrlochgrund verschoben wer­ den. Dabei verkeilt sich das Spreizelement 6 im Bohrloch 9 des Bauteiles 10 und bewirkt die Verankerung des Befestigungselementes. Die axiale Verschiebung des Spreiz­ elementes 6 kann auch mit der in das Innengewinde 30 einzudrehenden Schraube oder Gewindestange direkt erfolgen. In diesem Fall kann entweder das Innengewinde 30 über die Anschlagschulter 12 hinaus verlängert werden, oder an der Stirnseite der Schraube bzw. Gewindestange ein der Bohrung 31 entsprechender reduzierter Abschnitt angeord­ net sein.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist in das Innengewinde 30 des Befestigungselemen­ tes 1b eine Gewindestange 34, beispielsweise zur Abhängung von Rohren, Decken oder dgl., eingedreht. Zwischen dem Spreizelement 6 und der Gewindestange 34 ist eine Druckfeder 35 als elastisches Element angeordnet. Die Druckfeder 35 kann entweder nach der Verankerung des Befestigungselementes 1b mittels eines Einschlagwerk­ zeuges eingeschoben und mit der Gewindestange 34 verspannt werden, oder unmittel­ bar zur axialen Verschiebung des Spreizelementes 6 mittels der Gewindestange 34 ver­ wendet werden. Die Druckfeder übt auf das Spreizelement 6 nach dem Eindrehen einer Schraube oder der Gewindestange einen ständigen Druck aus, so daß einerseits das Spreizelement 6 bei einer Bohrlocherweiterung durch Rißbildung nachgeschoben und andererseits gleichzeitig eine Vibrationssicherung für die Gewindestange 34 erreicht wird.

Das Spreizelement 6 kann entweder aus Temperguß im Druckgußverfahren oder durch Kaltumformung in einem Stanz- und Biegewerkzeug hergestellt werden. Ein aus Temperguß hergestelltes Spreizelement weist aufgrund des Graphitgehalts im Temper­ guß sehr gute Gleiteigenschaften auf.

Claims (12)

1. Befestigungselement mit am hinteren Ende angeordnetem Haltemittel zur Ver­ spannung eines Gegenstandes an einem Bauteil, und wenigstens einem vom vorderen Stirnende ausgehenden und in Längsrichtung über einen Teil der Länge des Schaftes des Befestigungselementes verlaufenden Spreizbereich, der durch eine zum vorderen Stirnende eine ansteigende Grundfläche aufweisenden Längsnut mit in der Längsnut eingesetztem und verschiebbaren Spreizelement gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (5) durch eine Prägung gebildet ist und einen trapezförmigen Querschnitt mit zwei in einem Winkel zuein­ ander stehenden und zum vorderen Stirnende (14) hin radial ansteigenden Gleit­ flächen (22, 23) aufweist, und daß das Spreizelement (6) zwei auf den Gleit­ flächen (22, 23) aufsitzende Auflageflächen (24, 25) hat und an seiner Außen­ fläche mit dachförmig ausgebildeten Zähnen (8) versehen ist, die den Schaft (2) zumindest mit einem Teil ihrer Höhe überragen.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Gleitflächen (22, 23) der Längsnut (5) in einem Winkel von 100°-120° zu­ einander stehen.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Bodenfläche (26) zwischen den beiden Gleitflächen (22, 23) geringer ist als die Breite der Bodenfläche (27) zwischen den beiden Auflageflächen (24, 25) des Spreizelementes (6).

4. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (5) an ihrem zum hinteren Stirnende (4) des Befestigungselementes (1) weisenden Ende mindestens eine dem halben Durchmesser des Schaftes (2) entsprechende Tiefe aufweist und der Ansteigwinkel (α) der Grundfläche (18) zwischen 11° und 13° liegt.

5. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizelement (6) an der zum hinteren Ende (4) des Befestigungselementes wei­ senden Begrenzung der Längsnut (5) an einer halbrund ausgebildeten An­ schlagschulter (12) anliegt.

6. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spreizelement (6) ein Gummiring als Halteelement (7) angreift, welches das Spreizelement (6) lösbar in der Längsnut (5) festhält.

7. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (8) unterschiedliche Zahnflanken aufweisen, wobei die kürzere Zahnflanke (19) in Richtung zum vorderen Stirnende (14) angeordnet ist.

8. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am vor­ deren Ende des Spreizelementes (6) eine Anlaufschräge (28) angeordnet ist, die sich bis zur Spitze des ersten Zahnes (8) erstreckt.

9. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am hin­ teren Ende des Befestigungselementes (1a, 1b) ein Innengewinde (30) für eine Schraube, Gewindestange (34) oder dgl. angeordnet ist.

10. Befestigungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Innengewinde (30) eine Bohrung (31) anschließt, die sich über die Anschlag­ schulter (12) hinaus in die Längsnut (5) erstreckt und diese mit einem Teil ihres Querschnitts schneidet, und daß das Spreizelement (6) mit der Schraube, Ge­ windestange (34) oder einem Einschlagwerkzeug (33) zum vorderen Ende hin zur Verankerung des Befestigungselementes (1a, 1b) verschiebbar ist.

11. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizelement (6) aus Temperguß hergestellt ist.

12. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizelement (6) aus einer Blechplatine hergestellt ist, wobei die Ränder der Blechplatine dachförmig nach innen eingebogen und die Zähne (8) eingeprägt sind.