Крепёжный элемент с покрытием, содержащим частицы
FASTENER WITH A PARTICLES CONTAINING COATING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к крепежному элементу, предпочтительно распорному анкеру, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Крепежный элемент этого типа оснащен болтом и фиксирующим элементом, расположенным на болте, для создания растягивающих усилий в болте, при этом болт имеет первую металлическую фрикционную поверхность, а фиксирующий элемент имеет вторую металлическую фрикционную поверхность, связанную с первой фрикционной поверхностью.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Документ EP3104025 A1 и Европейская заявка на патент № 16179695.8 описывают распорные анкеры, у которых предусмотрены покрытия между болтами и распорным элементом. Документы EP1900945 A1 и JP57083710 A2 описывают винтовые соединительные элементы, которые имеют оболочку в области резьбы.
Проблема, решаемая данным изобретением, заключается в предоставлении особенно эффективного и надежного крепежного элемента, особенно простого в изготовлении.
Указанная проблема решается согласно данному изобретению с помощью крепежного элемента, имеющего особенности по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Крепежный элемент согласно данному изобретению отличается тем, что покрытие, включающее частицы, предпочтительно твердые частицы, расположено по меньшей мере на одной из двух фрикционных поверхностей.
Можно считать, что основной принцип данного изобретения заключается в том, что между двумя смежными металлическими фрикционными поверхностями предусмотрено покрытие, при этом покрытие содержит частицы, предпочтительно твердые частицы. В результате фрикционные свойства указанных двух фрикционных поверхностей можно модифицировать, что в свою очередь может благоприятно сказываться на эффективности, в частности, на несущей способности крепежного элемента. Таким образом, например, можно особенно простым способом противодействовать нежелательному заеданию и/или износу, можно улучшить сопротивление истиранию и/или можно селективно изменять, в частности, увеличивать коэффициент трения, что в целом может приводить к улучшению эффективности, в частности, несущей способности в статических или динамических ситуациях. В частности, переменные фрикционные свойства также можно обеспечить особенно простым способом. Например, фрикционные свойства сначала могут определяться матрицей покрытия, в частности, при низком усилии давления, а затем частицами, в частности, при высоком усилии давления, причем частицы могут стать основным фактором процесса, если покрытие нагружено соответствующим образом.
Можно считать, как обычно в данной области техники, что болт представляет собой продолговатую, подобную стержню деталь. Указанная деталь может иметь резьбу, но не обязательно. Фиксирующий элемент подходит для создания растягивающих усилий, то есть, направленных в осевом направлении усилий в болте, при этом указанные растягивающие усилия могут представлять собой также удерживающие усилия, которые могут удерживать болт на месте, что может происходить, в частности, если фиксирующий элемент, как объяснено ниже, представляет собой распорный элемент, который прижимается болтом к перфорированной стенке. Болт может быть изготовлен в виде одной части или состоять из нескольких отдельных компонентов.
казанные две фрикционные поверхности изготовлены из металла, то есть, каждая из них образована на металлическом элементе. Таким образом, болт и фиксирующий элемент образованы из металлического материала, по меньшей мере, в области своей конкретной фрикционной поверхности, предпочтительно также полностью. На указанных двух фрикционных поверхностях болты трутся друг о друга во время планируемой установки крепежного элемента. Таким образом, указанные две фрикционные поверхности образуют пару фрикционных поверхностей.
По меньшей мере на одной из фрикционных поверхностей или на обеих фрикционных поверхностях в каждом случае может быть предусмотрено по меньшей мере одно дополнительное покрытие в дополнение, например, к слою противокоррозионного покрытия. В частности, указанное покрытие может покрывать дополнительное покрытие, то есть, дополнительное покрытие расположено под покрытием на конкретной фрикционной поверхности. В дополнение к упомянутым частицам, покрытие может содержать также дополнительные частицы, которые имеют другие свойства.
Предпочтительно крепежный элемент может представлять собой распорный анкер.
Особенно предпочтительно, чтобы фиксирующий элемент представлял собой распорный элемент, и чтобы болт имел область расширения для распорного элемента. Соответственно, таким образом, покрытие согласно данному изобретению, содержащее частицы, предусмотрено на распорном механизме распорного анкера. Применение в этой области может быть благоприятным, в частности, для распорных анкеров с цилиндрической нагрузкой. В частности, область расширения может образовывать клин, толкающий распорный элемент в радиальном направлении наружу, когда болт сдвигается относительно распорного элемента в направлении вытягивания. Распорный элемент может представлять собой, в частности, распорную гильзу и/или область расширения может представлять собой распорный конус.
Однако фиксирующий элемент может представлять собой также гайку, которая привинчивается к болту. В этом случае две фрикционные поверхности предусмотрены на винтовом соединении гайки. В результате целевое создание предварительного растяжения можно дополнительно улучшить. Если крепежный элемент представляет собой распорный анкер, покрытие согласно данному изобретению, содержащее частицы, может быть предусмотрено либо на распорном механизме, либо на присутствующей в качестве варианта гайке распорного анкера, или также и на распорном механизме, и на гайке.
Особенно предпочтительно, чтобы покрытие, которое включает частицы, было расположено по меньшей мере на первой фрикционной поверхности, то есть, на болте. Это может дополнительно упростить производство.
Может быть достаточно, чтобы покрытие было расположено именно на одной из двух фрикционных поверхностей, включающих частицы, что может быть благоприятно также с точки зрения производственных затрат. Указанная именно одна из двух фрикционных поверхностей может представлять собой, в частности, первую фрикционную поверхность, то есть, фрикционную поверхность болта.
В частности, покрытие может иметь меньшую твердость чем частицы. В результате многоступенчатые фрикционные свойства можно получить особенно простым способом, при этом в указанных свойствах сначала будет преобладать трение покрытия, а когда нагрузка увеличится, в частности, когда увеличится давление и/или истирание, будет преобладать трение частиц.
Предпочтительно покрытие может содержать полимер, в частности, полимер на водной основе. Например, полимер может содержать алкидную смолу, полиэфирную смолу и/или эпоксидную смолу.
Особенно предпочтительно, чтобы твердость частиц по шкале Мооса была более или равна 6. В частности, когда покрытие расположено на распорном элементе или на связанной с ним области расширения, в этом случае можно достигнуть определенного увеличения трения, которое может противодействовать нежелательному преждевременному вытягиванию области расширения из распорного элемента особенно эффективно. Твердость частиц по шкале Мооса может составлять менее 10, что может быть благоприятно, среди прочего, с точки зрения производственных затрат.
Например, частицы могут иметь твердость по шкале Мооса 7, абразивность по шкале Айнлехнера 25 и/или плотность от 2,2 г/см3 до 2,7 г/см3. В частности, частицы представляют собой твердые частицы, предпочтительно твердые минеральные частицы. Как обычно в данной области техники, твердыми частицами можно считать частицы, имеющие твердость по шкале Мооса выше 6.
Дополнительный предпочтительный вариант реализации данного изобретения заключается в том, что по меньшей мере часть всех частиц, в частности, часть, составляющая по меньшей мере 30% или 50% всех частиц, полностью окружена покрытием. Соответственно, по меньшей мере часть всех частиц полностью погружена в покрытие и не оказывается на поверхности покрытия. В результате можно достигнуть особенно селективных многоступенчатых фрикционных свойств.
Особенно предпочтительно, чтобы частицы имели размер D50 частиц от 0,1 мкм до 10 мкм, предпочтительно от 0,7 мкм до 3,0 мкм, в частности, 1,5 мкм, и/или чтобы частицы имели размер D97 частиц от 0,6 мкм до 60 мкм, предпочтительно от 3,0 мкм до 12 мкм, в частности, размер частиц 6,0 мкм. Как обычно в данной области техники, подразумевается, что значения D DXX указывают размер, которого не достигают XX% частиц, поскольку они меньше указанного размера. Таким образом, для D97 6 мкм 97% частиц меньше 6 мкм.
Кроме того, оказалось особенно благоприятное покрытие, имеющее толщину слоя от 0,2 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 0,5 мкм до 25 мкм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Данное изобретение объяснено более подробно далее со ссылкой на предпочтительные варианты реализации изобретения, которые показаны схематически на приложенных графических материалах, при этом отдельные особенности вариантов реализации изобретения, показанных далее, могут быть реализованы в принципе по отдельности или в любой желательной комбинации в пределах контекста данного изобретения. На графических материалах показаны схематически:
Фиг. 1 представляет собой вид частично в продольном разрезе крепежного элемента согласно первому варианту реализации изобретения, при этом крепежный элемент установлен в бетонном субстрате и выполнен в виде распорного анкера;
Фиг. 2 представляет собой укрупненный вид крепежного элемента по Фиг. 1 в точке, отмеченной кругом на Фиг. 1, в контактной области между распорным элементом и болтом;
Фиг. 3 представляет собой вид сбоку болта крепежного элемента по Фиг. 1;
Фиг. 4 представляет собой вид частично в продольном разрезе крепежного элемента согласно дополнительному варианту реализации изобретения, при этом крепежный элемент установлен в бетонном субстрате и выполнен в виде распорного анкера;
Фиг. 5 представляет собой укрупненный вид крепежного элемента по Фиг. 4 в точке, отмеченной кругом на Фиг. 4, в контактной области между распорным элементом и болтом;
Фиг. 6 представляет собой вид частично в продольном разрезе крепежного элемента согласно третьему варианту реализации изобретения, при этом крепежный элемент установлен в бетонном субстрате и выполнен в виде распорного анкера;
Фиг. 7 представляет собой укрупненный вид крепежного элемента по Фиг. 6 в точке, отмеченной кругом на Фиг. 6, в контактной области между распорным элементом и болтом; и
Фиг. 8 и 9 представляют собой схематические изображения промежутка между двумя фрикционными поверхностями по упомянутым ранее вариантам реализации изобретения, до процесса трения на Фиг. 8 и во время процесса трения на Фиг. 9.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1-3 показан первый вариант реализации крепежного элемента согласно данному изобретению. Как показано, в частности, на Фиг. 1, крепежный элемент выполнен в виде распорного анкера и содержит болт 10 и распорный элемент 20, который выполнен в виде распорной гильзы и охватывает болт 10. Болт 10 имеет область 11 шейки, имеющую постоянное поперечное сечение, и область 12 расширения для распорного элемента 20, следующую за областью 11 шейки в области переднего конца болта 10, при этом в области расширения поверхность болта сужается по направлению к задней части, предпочтительно в виде конуса. Область 12 расширения образует клин, который может толкать распорный элемент 20 в радиальном направлении наружу в случае растяжения болта в осевом направлении. На стороне области 11 шейки, обращенной по направлению от области 12 расширения, болт 10 содержит упор 17, который выполнен, например, в виде кольцевого фланца, для распорного элемента 20. На болте 10 в области его заднего конца, противоположной области 12 расширения, предусмотрена внешняя резьба 18, с помощью которой к болту 10 привинчена гайка 70.
Во время установки крепежного элемента болт 10 толкают областью 12 расширения вперед в отверстие в субстрате 5 по Фиг. 1 против направления 101 вытягивания параллельно продольной оси 100 болта 10. Благодаря упору 17, распорный элемент 20, который выполнен в виде распорной гильзы, также входит в отверстие. Затем болт 10 немного больше вытягивают из отверстия в направлении 101 вытягивания, проходящем параллельно продольной оси 100, например, путем затягивания гайки 70. Распорный элемент 20, который выполнен в виде распорной гильзы, остается позади по причине его трения о стенку отверстия, а болт 10 смещается относительно распорного элемента 20. Во время указанного смещения область 12 расширения болта 10 проникает все глубже в распорный элемент 20 таким образом, что распорный элемент 20 расширяется в радиальном направлении областью 12 расширения и прижимается к стенке отверстия, в результате чего крепежный элемент закрепляется в субстрате 5. Затем в болте 10 можно создать с помощью распорного элемента 20 растягивающего усилия, которые в качестве удерживающих усилий фиксируют болт 10 в отверстии в осевом направлении. Таким образом, распорный элемент 20 образует фиксирующий элемент. Установленное состояние крепежного элемента, в котором указанный элемент закреплен в субстрате 5, показано на Фиг. 1. Крепление 6 может быть закреплено на субстрате 5 с помощью гайки 70.
Следует отметить, что упор 17 необязателен, и что, например, может быть предусмотрен более длинный распорный элемент 20, который проходит до самого устья отверстия и продвигается от него в отверстие, например, с помощью гайки 70.
Болт 10 в своей области 12 расширения имеет первую фрикционную поверхность 19, а распорный элемент 20 имеет вторую фрикционную поверхность 29, распорный элемент 20 и болт 10 трутся друг о друга указанными двумя фрикционными поверхностями 19 и 29 во время установки крепежного элемента, в частности, когда распорный элемент 12 продвигают в распорный элемент 20.
Как можно увидеть, в частности, на Фиг. 2 и 3, первая фрикционная поверхность 19, то есть, фрикционная поверхность 19, связанная с болтом 10, содержит покрытие 60, в которое включены частицы 61, а эффект указанного покрытия будет объяснен подробно ниже в связи с Фиг. 8 и 9. Как показано на Фиг. 3, покрытие 60 (показано схематически в увеличенном виде на Фиг. 3 пунктирными линиями) может выходить также за пределы первой фрикционной поверхности 19 в область 11 шейки или в другом случае (не показан) проходить по всему болту 10, что может упростить производство.
Другой вариант реализации крепежного элемента показан на Фиг. 4 и 5. В отличие от крепежного элемента по Фиг. 1 - 3, в котором болт изготовлен в виде одного элемента, и в частности, область 12 расширения указанного болта неподвижно соединена с остальной частью болта 10, болт 10 в варианте реализации изобретения по Фиг. 4 и 5 содержит анкерный стержень 15 и клиновый элемент 16, отдельный от анкерного стержня 15, при этом область 12 расширения для распорного элемента 20 образована на клиновом элементе 16. Клиновый элемент 16, имеющий область 12 расширения, содержит внутреннюю резьбу, которая соответствует внешней резьбе анкерного стержня 15 болта 10. Кроме того, в крепежном элементе по Фиг. 4 и 5 распорный элемент 20, который выполнен в виде распорной гильзы и может быть изготовлен также из нескольких частей, проходит до самого устья отверстия, а в области заднего конца болта 10 расширенная головка 88, имеющая внешнюю структуру многогранника, предпочтительно без возможности вращения закреплена на анкерном стержне 15.
Для того, чтобы установить крепежный элемент по Фиг. 4 и 5, анкерный стержень 15 вращают, предпочтительно с помощью головки 88, вокруг продольной оси 100. Соответствующая резьба преобразует указанное вращательное перемещение анкерного стержня 15 в осевое перемещение клинового элемента 16, имеющего область 12 расширения, относительно анкерного стержня 15 и, таким образом, относительно распорного элемента 20, вызывая продвижение области 12 расширения в распорный элемент 20 и закрепление крепежного элемента. Таким образом, распорный элемент тем самым образует фиксирующий элемент, с помощью которого в болте можно создать удерживающие усилия в форме растягивающих усилий.
Также в крепежном элементе по Фиг. 4 и 5 болт 10, в котором первая фрикционная поверхность 19 расположена в области 12 расширения указанного болта, содержит покрытие 60, содержащее частицы 61, при этом указанное покрытие расположено напротив второй фрикционной поверхности 29, образованной на распорном элементе 20, а распорный элемент 20 и болт 10 трутся друг о друга указанными двумя фрикционными поверхностями 19 и 29 во время установки крепежного элемента, в частности, когда распорный элемент 12 продвигают в распорный элемент 20. Эффект покрытия объяснен ниже в связи с Фиг. 8 и 9.
Фиг. 6 и 7 показывают дополнительный вариант реализации крепежного элемента. Крепежный элемент по Фиг. 6 и 7 по существу соответствует крепежному элементу по Фиг. 1 - 3, так что можно обратиться к связанному с ним описанию. В отличие от варианта реализации изобретения по Фиг. 1 - 3, в варианте реализации изобретения по Фиг. 6 и 7 вторая фрикционная поверхность 79 находится на гайке 70, а первая фрикционная поверхность 19, которая соответствует второй фрикционной поверхности 79, находится на внешней резьбе 18 болта, связанного с гайкой 70. Соответственно покрытие 60 согласно данному изобретению, содержащее частицы 61, расположено на гайке 70 и/или на внешней резьбе 18 болта 10. Таким образом гайка 70 может образовывать фиксирующий элемент для создания растягивающего усилия в болте 10. Эффект покрытия 60, в которое включены частицы 61, снова объяснен подробно ниже в связи с Фиг. 8 и 9.
Допустимы также варианты реализации изобретения, в которых покрытие согласно данному изобретению, содержащее частицы, расположено как между гайкой и болтом, так и между распорным элементом и, то есть, в частности, комбинация варианта реализации изобретения по Фиг. 1 - 3 с вариантом реализации изобретения по Фиг. 6 и 7.
Фиг. 8 и 9 схематически иллюстрируют механизм, действующий на фрикционные поверхности 19 и 29 или 79 по упомянутым ранее вариантам реализации изобретения. В качестве примера покрытие 60 в данном случае представляет собой относительно мягкую полимерную матрицу, имеющую низкий коэффициент трения, а частицы 61 в противоположность этому имеют значительно более высокую твердость. При низких контактных давлениях между фрикционными поверхностями 19 и 29, присутствующих в начале установки крепежного элемента, трение определяется сравнительно низким трением полимерной оболочки 60. При высоких давлениях и/или больших расстояниях трения, которые могут присутствовать во время поэтапной установки или под определенными нагрузками крепежного элемента, в частности, циклическими нагрузками, покрытие 60 с относительно малой несущей способностью удаляется, разрушается и/или отслаивается. Однако, сравнительно твердые и стойкие к истиранию частицы 61 остаются между фрикционными поверхностями 19 с одной стороны и 29 или 79 с другой стороны и, следовательно, могут определять фрикционные свойства. В частности, частицы 61 могут эффективно противодействовать заеданию и/или холодной сварке фрикционных поверхностей 19 с одной стороны и 29 или 79 с другой стороны и/или осуществлять целевое увеличение трения под высокой нагрузкой, в частности, если частицы 61 относительно твердые.