РАСПОРНЫЙ ДЮБЕЛЬ С ПОКРЫТИЕМ ИЗ ЦИНКОВОГО СПЛАВА
EXPANSION DOWEL WITH ZINC ALLOY COATING

Изобретение относится к распорному дюбелю согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Предлагаемый в изобретении распорный дюбель включает по меньшей мере один корпус дюбеля, предпочтительно выполненный в виде распорной втулки, и болт, который имеет расширяющий элемент, предпочтительно распорный конус, причем расширяющий элемент при смещении относительно корпуса дюбеля в направлении вытягивания оказывает на корпус дюбеля радиально направленное наружу давление, и причем расширяющий элемент прежде всего в зоне контакта с корпусом дюбеля снабжен антикоррозионным защитным слоем и улучшающим скольжение слоем, покрывающим антикоррозионный защитный слой. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления указанного распорного дюбеля, представленному в пункте 8 формулы изобретения.
Распорные дюбели известны, например, из ЕР 0514342 А1. Подобный распорный дюбель вставляют в сверленое отверстие в строительной детали, например, перегородке или перекрытии. При втягивании распорного конуса, которым снабжен болт, внутрь выполненного в виде распорной втулки корпуса дюбеля, корпус дюбеля расширяется, оказывая радиально направленное наружу давление, благодаря чему распорный дюбель закрепляется в основании. Согласно ЕР 0514342 А1 в зоне контакта распорного конуса с корпусом дюбеля предусмотрено снижающее трение покрытие.
ЕР 0429880 А2 касается способа нанесения противокоррозионного покрытия на дюбели, в частности, на забивные дюбели, предназначенные для облицовки фасадов, причем способ предусматривает нанесение цинксодержащего защитного слоя и включает следующие стадии: механическую очистку поверхности дюбеля и/или нанесение грунта на поверхность дюбеля и его сушку, механическое нанесение по меньшей мере одного слоя цинксодержащего органического материала, сушку каждого из нанесенных цинксодержащих слоев, нанесение органического защитного слоя и его сушку.
Европейская заявка на патент с регистрационным номером 15171632.1 относится к распорному анкеру с предусмотренным в зоне расклинивания двухслойным покрытием, которое включает внутренний слой и находящийся поверх него наружный слой, причем наружный слой характеризуется коэффициентом трения относительно смежного элемента, превышающим коэффициент трения внутреннего слоя относительно смежного элемента.
В US 8491244 В2 описан распорный дюбель, распорная втулка которого снабжена покрытием из олова-цинка.
В ЕР 0523298 В1 описан болт из аустенитной нержавеющей стали с формируемым в виде азотированного слоя поверхностным слоем, на который затем наносят металлическое, например, никельцинковое покрытие.
В US 4746408 А описано многослойное покрытие для болтов, в частности, включающее слой цинка-никеля и органический верхний слой.
В DE 202004001155 U1 описан болт для крепления автомобильных колесных дисков, который имеет наружную поверхность, образованную гальванически нанесенным слоем сплава цинка с никелем, а также улучшающее скольжение дополнительное силикатное покрытие.
В DE 3924133 А1 описан распорный дюбель с распорными элементами, оцинкованными горячим способом.
В US 2008050195 А описан распорный дюбель с распорной втулкой, шероховатость поверхности которой возрастает в направлении к тыльному концу распорного дюбеля.
В DE 4225869 А1 описан дюбель из нержавеющей стали, подверженные контактному давлению поверхности которого снабжены противодействующим блокированию покрытием. Покрытие, в частности, может быть сформировано посредством оцинковывания или азотирования и при необходимости нанесения дополнительного слоя лака, воска или жира, улучшающего скольжение.
В DE 10118374 А1 описан способ изготовления распорного анкера, передний конец которого имеет конус, снабженный улучшающим скольжение покрытием, причем перед нанесением этого покрытия поверхность конуса подвергают обработке стальной щеткой, в результате которой образуются параллельные бороздки.
В немецком патенте DE 19716926 А1 описан распорный анкер, снабженный покрытием в виде усаживающегося рукава.
Из ЕР 2876312 А1 известен распорный анкер, причем коэффициент трения между расширяющим элементом и корпусом дюбеля зависит от направления.
В ЕР 2339186 В1 описан анкерный болт с клиновым элементом, выполненным из материала с твердостью по Виккерсу в примерном диапазоне от 218 до 290 HV, и втулкой, выполненной из материала с твердостью по Виккерсу в примерном диапазоне от 218 до 290 HV.
Согласно DE 102007057160 А1 в кольцевой уступ распорного анкера в месте перехода от хвостовика к расширяющему элементу предлагается вкладывать улучшающее скольжение кольцо, что позволяется избежать заедания распорной втулки на расширяющем элементе.
В DE 10248664 А1 описан распорный анкер из специальной стали, распорная зона которого по меньшей мере местами имеет лунки.
В DE 19522026 А1 описан распорный анкер с промежуточным слоем между расширяющим элементом и корпусом дюбеля, сформированным из полосы гладкой фольги и закрепленным между расширяющим элементом и корпусом дюбеля без возможности выпадения.
В основу настоящего изобретения была положена задача предложить простой в изготовлении и вместе с тем особенно надежный и мощный распорный дюбель с возможностью его разностороннего применения, а также способ изготовления указанного распорного дюбеля.
Указанная задача согласно изобретению решается с помощью распорного дюбеля, отличительные признаки которого приведены в пункте 1 формулы изобретения, и способа изготовления распорного дюбеля, отличительные признаки которого приведены в пункте 8 формулы изобретения. Предпочтительные варианты конструктивного исполнения распорного дюбеля представлены в соответствующих зависимых пунктах.
Предлагаемый в изобретении распорный дюбель отличается тем, что антикоррозионным защитным слоем является никельцинковое (Zn/Ni) или железоцинковое (Zn/Fe) покрытие.
Согласно изобретению в качестве антикоррозионного защитного слоя используют покрытие из цинкового сплава, в частности, никельцинковое или железоцинковое покрытие, причем в связи с более подходящей твердостью предпочтительным, прежде всего, может являться никельцинковое покрытие. Соответствующие эксперименты неожиданно показывают, что антикоррозионные защитные слои указанного типа позволяют значительно улучшить функциональную способность распорных дюбелей благодаря двум следующим положительным эффектам.
Во-первых, в случае мягких антикоррозионных защитных слоев при повышенных значениях контактного давления, которые могут иметь место для находящихся под нагрузкой дюбелей, часто наблюдается своего рода смятие этих слоев и сопровождающий подобное смятие износ, обусловленный своего рода оттеснением улучшающих скольжение слоев, расположенных выше защитных слоев, что может стать причиной нежелательного фрикционного поведения дюбеля. В отличие от этого антикоррозионные защитные слои, которые согласно настоящему изобретению выполнены в виде никельцинкового, соответственно железоцинкового покрытия, обладают относительно высокой твердостью. В частности, в отличие от гальванических покрытий из чистого цинка, твердость которых нередко составляет менее 100 HV, твердость предлагаемых в изобретении никельцинковых покрытий может достигать значений, находящихся, например, в диапазоне от 350 до 500 HV (предпочтительно около 425 HV), то есть в диапазоне, который, в частности, соответствует твердости стали, обычно используемой для снабжаемого антикоррозионным защитным слоем расширительного элемента, или может превышать ее. Благодаря сравнительно высокой твердости никельцинкового, соответственно железоцинкового покрытия, находящейся в диапазоне значений, характерных для основы, на которую наносят подобное покрытие, или превышает эти значения, выполненные согласно изобретению антикоррозионные защитные слои позволяют просто и эффективно противодействовать упомянутым выше явлениям нежелательного вдавливания и смещения, что допускает возможность особенно простого изготовления особенно надежных и мощных дюбелей. Таким образом, создаваемые согласно изобретению антикоррозионные защитные слои представляют собой особенно твердую и износостойкую основу для расположенных поверх них функциональных покрытий.
Во-вторых, неожиданно было обнаружено, что в случае использования предлагаемых в изобретении никельцинковых, соответственно железоцинковых антикоррозионных защитных слоев в отличие от гальванических цинковых покрытий может иметь место особенно незначительная разница между значениями динамического коэффициента трения расширительного элемента относительно расширяющего элемента и статического коэффициента трения расширительного элемента относительно расширяющего элемента. Данное обстоятельство может являться фактором, оказывающим благоприятное влияние на поведение дюбеля под нагрузкой. Дело в том, что в случае близких значений статического и динамического коэффициентов трения имеет место лишь незначительное сопротивление смещению расширяющего элемента относительно расширительного элемента, а, следовательно, дюбель особенно хорошо пригоден для последующего расклинивания: то есть изменение воздействующей на дюбель нагрузки и/или геометрических параметров сверленого отверстия (например, в случае, если дюбель помещен в растянутый бетон) может сопровождаться надежным дополнительным расклиниванием дюбеля. Данное обстоятельство также обусловливает особую надежность и мощность предлагаемых в изобретению дюбелей, в частности, при их использовании в растянутом бетоне. Таким образом, предлагаемые в изобретении антикоррозионные защитные слои являются фрикционными основами, особенно подходящими в случае определенных коэффициентов трения и высоких значений контактного давления.
Улучшающий скольжение слой расположен поверх антикоррозионного защитного слоя, то есть антикоррозионный защитный слой находится между улучшающим скольжение слоем и расширительным элементом, служащим основой для обоих указанных слоев. Антикоррозионный защитный слой может находиться на расширительном элементе непосредственно, то есть без промежуточного слоя. Однако между антикоррозионным защитным слоем и расширительным элементом могут быть предусмотрены также один или несколько промежуточных слоев. Улучшающий скольжение слой может находиться на антикоррозионном защитном слое непосредственно, то есть без промежуточного слоя. Однако между улучшающим скольжение слоем и антикоррозионным защитным слоем может быть предусмотрен также один или несколько промежуточных слоев. В частности, на той стороне антикоррозионного защитного слоя, которая обращена к улучшающему скольжению слою, может находиться пассивирующий слой, предпочтительно пассивирующий слой, содержащий хром(III).
Содержание никеля в никельцинковом покрытии, соответственно содержание железа в железоцинковом покрытии предпочтительно составляет от 8 до 18% масс., в частности, от 10 до 16% масс.. Слишком высокое содержание никеля, соответственно железа может обусловливать хрупкость соответствующего покрытия, а, следовательно, ухудшение адгезионных свойств. Слишком низкое содержание может ухудшать защиту от коррозии.
Согласно изобретению расширяющий элемент расположен на болте, в частности, закреплен на нем с возможностью перемещения вдоль него. Используемые ниже определения направления «радиальное» и «аксиальное» прежде всего относятся к направлению относительно продольной оси болта и/или распорного дюбеля, причем продольная ось, в частности, может являться осью симметрии и/или центральной осью болта, соответственно распорного дюбеля. Распорный дюбель прежде всего может являться распорным дюбелем с контролируемым усилием расклинивания.
Согласно изобретению расширяющий элемент оказывает на корпус дюбеля радиально направленное наружу давление и при аксиальном перемещении относительно корпуса дюбеля в направлении вытягивания болта прижимает корпус дюбеля к стенкам выполненного в основании отверстия. В результате осуществления данной операции, которому, в частности, способствует скошенная поверхность расширяющего элемента и при котором корпус дюбеля, предпочтительно выполненный в виде распорной втулки, способен расширяться, распорный дюбель закрепляется в сверленом отверстии. Вытягивание болта из сверленого отверстия предпочтительно осуществляют в направлении, параллельном продольной оси болта. Расстояние от поверхности расширяющего элемента до продольной оси болта, в частности, возрастает в направлении, противоположном направлению вытягивания болта.
Предлагаемые в изобретении антикоррозионный защитный слой и слой, улучшающий скольжение, предусмотрены по меньшей мере в зоне контакта между расширяющим элементом и корпусом дюбеля, то есть прежде всего в той зоне, в которой корпус дюбеля прилегает к расширяющему элементу таким образом, что расширяющий элемент может оказывать на корпус дюбеля давление, отжимающее последний в радиальном направлении наружу. Предлагаемые в изобретении слои могут также выходить за пределы указанной зоны контакта и простираться вдоль всего болта, что, в частности, позволяет достичь определенных технологических преимуществ. Используемыми согласно изобретению слоями, в частности, может быть снабжено также воспринимающее нагрузку тыльное приспособление, в частности, наружная резьба на заднем конце болта.
Твердость антикоррозионного защитного слоя особенно предпочтительно находится в диапазоне от 350 до 500 HV. Указанные выше позитивные явления особенно эффективны при находящейся в этом диапазоне твердости прежде всего в том случае, если расширяющий элемент выполнен из стали.
Никельцинковое покрытие, в частности, может являться никельцинковым покрытием, осажденным из щелочного электролита. Речь при этом идет о возможности особенно простьм методом получать покрытие, которое обладает особенно равномерной толщиной, что, в свою очередь, может являться благоприятным фактором для особенно однородных фрикционных свойств.
Корпус дюбеля и/или болт, прежде всего расширяющий элемент болта, предпочтительно выполнены из металлического материала, в частности, из стали. Таким образом, расширяющий элемент особенно предпочтительно выполнен из стали, предпочтительно из углеродистой стали.
В предпочтительном варианте улучшающим скольжение слоем может являться улучшающий скольжение лак на водной основе, в частности, алкидный лак.
В особенно предпочтительном варианте корпусом дюбеля является распорная втулка, которая по меньшей мере частично окружает болт, и/или расширяющим элементом является распорный конус. Благодаря этому достигают особенно равномерного распределения усилий в окружном направлении. Угол раствора распорной втулки относительно продольной оси болта предпочтительно составляет по меньшей мере 270°. Согласно изобретению распорный конус предназначен для расклинивания распорной втулки, то есть для ее радиального расширения. Может быть предусмотрен один корпус дюбеля или несколько корпусов дюбеля и соответствующее количество расширяющих элементов. Распорный конус может иметь математически строгую коническую поверхность, однако не обязательно обладает подобной поверхностью.
Согласно изобретению болт может иметь воспринимающее нагрузку приспособление, в частности, в виде наружной резьбы, внутренней резьбы или головки. Воспринимающее нагрузку приспособление предназначено для прикладывания к распорному дюбелю растягивающих усилий, которые ориентированы в направлении вытягивания болта. В предпочтительном варианте расширяющий элемент расположен в первой концевой части болта, а воспринимающее нагрузку приспособление в его противоположной второй концевой части. Вектор вытягивания болта может быть ориентирован, в частности, в направлении от расширяющего элемента к воспринимающему нагрузку приспособлению. Расстояние от поверхности расширяющего элемента до продольной оси болта по мере удаления от воспринимающего нагрузку приспособления предпочтительно возрастает.
Предлагаемый в изобретении распорный дюбель предпочтительно является распорным дюбелем типа болта. При закреплении распорного дюбеля подобного типа расширяющий элемент вследствие аксиального перемещения болта относительно корпуса дюбеля втягивается внутрь корпуса дюбеля. Болт распорного дюбеля данного типа предпочтительно выполнен монолитным, то есть расширяющий элемент и соседние части болта выполнены как одно целое. Болт предпочтительно может быть снабжен упором, например, в виде кольцевого буртика, ограничивающего перемещение корпуса дюбеля в направлении от расширяющего элемента.
В качестве альтернативы распорный дюбель может являться распорным дюбелем втулочного типа. В данном варианте конструктивного исполнения распорного дюбеля болт имеет обособленный от расширяющего элемента анкерный стержень, причем расширяющий элемент предпочтительно соединен с анкерным стержнем посредством ответной резьбы. Втягивание расширяющего элемента внутрь корпуса дюбеля при закреплении дюбеля в данном случае предпочтительно по меньшей мере частично может быть реализовано благодаря вращению анкерного стержня относительно расширяющего элемента, которое посредством винтового привода, образуемого соответствующими друг другу резьбами, преобразуется в аксиальное перемещение расширяющего элемента относительно анкерного стержня. В частности, в случае распорного дюбеля втулочного типа корпус дюбеля, который может состоять также из нескольких частей, может простираться до устья сверленого отверстия.
Кроме того, изобретение относится к способу изготовления предлагаемого в изобретении распорного дюбеля, согласно которому антикоррозионный защитный слой осаждают гальванически, в частности, из щелочного электролита. Непосредственно после гальванического осаждения антикоррозионного защитного слоя можно наносить улучшающий скольжение слой, для чего, используют, например, метод окунания, в частности, метод погружного центрифугирования. После гальванического осаждения антикоррозионного защитного слоя и перед нанесением слоя, улучшающего скольжение, антикоррозионный защитный слой предпочтительно подвергают пассивированию, в частности, пассивированию с использованием хрома(Ш).
Настоящее изобретение более подробно поясняется на примерах его предпочтительного осуществления, которые схематически представлены на прилагаемых к описанию чертежах, причем отдельные отличительные признаки изобретения в принципе могут быть реализованы по отдельности или в любой комбинации. На чертежах показано:
на фиг. 1 частичный продольный разрез предлагаемого в изобретении распорного дюбеля, вставленного в бетонное основание, в первом варианте конструктивного исполнения,
на фиг. 2 фрагмент показанного на фиг. 1 распорного дюбеля (заключенная в кружок зона контакта расширяющего элемента с корпусом дюбеля),
на фиг. 3 вид сбоку болта распорного дюбеля в показанном на фиг. 1 и 2 варианте конструктивного исполнения,
на фиг. 4 частичный продольный разрез предлагаемого в изобретении распорного дюбеля, вставленного в бетонное основание, в другом варианте конструктивного исполнения, и
на фиг. 5 фрагмент показанного на фиг. 4 распорного дюбеля (заключенная в кружок зона контакта расширяющего элемента с корпусом дюбеля).
Одинаковые элементы или элементы, выполняющие одинаковую функцию, обозначены на чертежах одинковыми позициями.
На фиг. 1 и 2 показан первый пример конструктивного исполнения предлагаемого в изобретении распорного дюбеля. В частности, на фиг. 1 показан распорный дюбель, который включает болт 10 и окружающий его корпус дюбеля 20, выполненный в виде распорной втулки. Болт 10 имеет шейку 11 с постоянным поперечным сечением, к которой в передней концевой части болта 10 примыкает расширяющий элемент 12 для корпуса дюбеля 20, выполненный в виде распорного конуса со скошенной поверхностью 13. Скошенная поверхность 13 в данном случае характеризуется вращательной симметрией. Ширина расширяющего элемента 12 в соответствии с конфигурацией скошенной поверхности 13 возрастает в направлении от шейки 11 к переднему концу болта 10. На удаленной от расширяющего элемента 12 стороне шейки 11 болт 10 имеет упор 17 (например, в виде кольцевого буртика) для выполненного в виде распорной втулки корпуса дюбеля 20. Болт 10 на тыльной концевой стороне, противоположной расширяющему элементу 12, снабжен наружной резьбой 18 для навинчивания гайки 8.
Как показано на фиг. 1, для закрепления распорного дюбеля болт 10 вставляют в выполненное в основании 5 отверстие расширяющим элементом 12 вперед в направлении, противоположном направлению вытягивания 101 болта 10 и параллельном его продольной оси 100. При этом в связи с наличием упора 17 внутри сверленого отверстия оказывается также корпус дюбеля 20, выполненный в виде распорной втулки. Затем болт 10 понемногу вытягивают из сверленого отверстия в направлении 101, параллельном продольной оси 100, для чего, например, затягивают гайку 8. При этом имеет место отставание выполненного в виде распорной втулки корпуса дюбеля 20, обусловленное его трением о стенки сверленого отверстия, соответственно смещение болта 10 относительно корпуса дюбеля 20. При смещении болта 10 расширяющий элемент 12 все глубже проникает внутрь корпуса дюбеля 20, что обусловливает расширение корпуса дюбеля 20 в радиальном направлении и его прижим к стенкам сверленого отверстия. Результатом описанной выше операции является закрепление распорного дюбеля в основании 5. Распорный дюбель во вставленном в основание 5 положении, в котором осуществляют его последующее закрепление, показан на фиг. 1. Монтажную деталь 6 можно крепить к основанию 5 посредством гайки 8.
Как, в частности, показано на фиг. 2, в зоне контакта скошенной поверхности 13 расширяющего элемента 12 с корпусом дюбеля 20 имеется двухслойное покрытие, состоящее из расположенного внутри антикоррозионного защитного слоя 61 и расположенного снаружи улучшающего скольжение слоя 62, причем антикоррозионный защитный слой 61 находится между улучшающим скольжение слоем 62 и расширяющим элементом 12, служащим основой для обоих слоев 61, 62, прежде всего основой, которая неразъемно соединена с этими слоями. При этом антикоррозионным защитным слоем 61 является никельцинковое или железоцинковое покрытие, а улучшающим скольжение слоем 62, например, улучшающий скольжение лак на водной основе.
Согласно показанному на фиг. 1 и 2 примеру осуществления изобретения двухслойное покрытие состоит из слоев 61 и 62, находящихся на расширяющем элементе 12 болта. На фиг. 3 в сильно увеличенном масштабе пунктирными линиями схематически показано двухслойное покрытие, которое состоит из слоев 61, 62 и включает также область шейки 11 или простирается дальше, охватывая весь болт 10 (последний вариант на фиг. 3 не показан).
Распорный дюбель согласно приведенным на фиг. 1-3 примерам является так называемым распорным дюбелем типа болта. На фиг. 4 и 5 приведен пример распорного дюбеля в другом конструктивном исполнении, а именно пример так называемого распорного дюбеля втулочного типа. В отличие от показанного на фиг. 1-3 распорного дюбеля, расширяющий элемент 12 которого аксиально жестко соединен с остальным болтом 10, в частности, выполнен как одно целое с ним, показанный на фиг. 4 и 5 болт 10 включает анкерный стержень 15, который отделен от расширяющего элемента 12, то есть анкерный стержень 15 и расширяющий элемент 12 являются двумя отдельными деталями. Расширяющий элемент 12 со скошенной поверхностью 13 снабжен внутренней резьбой, которая соответствует наружной резьбе, выполненной на анкерном стержне 15 болта 10. Кроме того, в случае показанного на фиг. 4 и 5 распорного дюбеля выполненный в виде распорной втулки корпус дюбеля 20, который может состоять также из нескольких частей, простирается до устья сверленого отверстия, причем в тыльной концевой части болта 10 расположена многогранная расширяющая головка 88, выполненная без возможности поворота относительно анкерного стержня 15.
Для закрепления показанного на фиг. 4 и 5 распорного дюбеля анкерный стержень 15 вращают предпочтительно посредством головки 88 вокруг продольной оси 100. Соответствующие друг другу резьбы преобразуют вращательное движение анкерного прута 15 в перемещение расширяющего элемента 12 относительно анкерного стержня 15, а, следовательно, относительно корпуса дюбеля 20, которое сопровождается втягиванием расширяющего элемента 12 со скошенной поверхностью 13 внутрь корпуса дюбеля 20.
В случае показанного на фиг. 4 и 5 распорного дюбеля расширяющий элемент 12 болта 10 в образованной на скошенной поверхности 13 зоне контакта с корпусом дюбеля 20 также снабжен двухслойным покрытием, состоящим из расположенного внутри антикоррозионного защитного слоя 61 и расположенного снаружи улучшающего скольжение слоя 62, причем антикоррозионным защитным слоем 61 является никельцинковое или железоцинковое покрытие, а улучшающим скольжение слоем 62, например, является улучшающий скольжение лак на водной основе.