ФОРМИРУЮЩИЙ РЕЗЬБУ ШУРУП С ОТДЕЛЬНОЙ РЕЗЬБОВОЙ СПИРАЛЬЮ И РАЗНЫМИ ЧАСТИЧНЫМИ УГЛАМИ ПРОФИЛЯ
THREAD-FORMING SCREW WITH SEPARATE THREADED SPIRAL AND DIFFERENT PARTIAL ANGLES OF PROFILE

Изобретение относится к формирующему резьбу шурупу, в частности, резьбонарезному шурупу(саморезу) согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Подобный шуруп снабжен стержнем, который имеет в передней части вершину для введения в отверстие в основе, в тыльной части стержня - привод для передачи на стержень крутящего момента, а также спиралевидную канавку; и с резьбовой спиралью, которая вставлена в спиралевидную канавку, причем спиралевидная канавка имеет переднюю боковую поверхность и расположенную напротив нее тыльную боковую поверхность.
Из US 20110142569 А1 известен шуруп для бетона с двумя резьбовыми участками. Первый, тыльный резьбовой участок образует со стержнем монолит, в то время как второй, передний резьбовой участок образован резьбовой спиралью, которая помещена в спиралевидную канавку в стержне. При этом оба резьбовые участка образуют единую непрерывную резьбу.
Из DE 102010063682 А1 известен шуруп для бетона со снабженным резьбой стержнем и режущей пружиной, которая по меньшей мере частично ввернута в резьбу стержня. Режущая пружина может обладать, например, каплевидным поперечным сечением.
В DE 102007042977 А1 и ЕР 2185829 В1 и ЕР 2390516 А1 описан винтовой анкер для крепления строительных деталей в бетоне или кирпичной кладке, соответственно снабженный стержнем с наружной резьбой, которая образована отдельной от стержня резьбовой спиралью, закрепленной на стержне соответствующими разными способами.
В DE 102008016866 В4 описан шуруп, включающий стержневую деталь из цельного материала и смежную со стержневой деталью, присоединенную резьбовую деталь, навитую из профилированной металлической полосы.
В ЕР 1498618 А2 предложен шуруп, стержень которого с накатанной резьбой выполнен из коррозионностойкого металла. В области переднего конца указанного стержня выфрезерована находящаяся в винтовой линии выемка, в которую вставлен вкладыш из закаленного металла. Вкладыш на его наружной стороне имеет режущую конструкцию, содержащую несколько находящихся в винтовой линии пильных зубов.
Другие крепежные элементы с независимыми спиральными системами описаны в US 1181971 A, DE 8713708 U1 и US 20040258502 А1.
В ЕР 0905389 А2 описан шуруп для бетона, причем резьбовой участок, находящийся спереди в направлении ввертывания, выполнен из закаленной стали, в то время как резьбовой участок, находящийся сзади в направлении ввертывания, выполнен из коррозионностойкой стали.
В основу настоящего изобретения была положена задача предложить простой в изготовлении формирующий резьбу шуруп с независимой от стержня резьбовой спиралью, подходящий для особенно разностороннего применения, а также обладающий особенно высокой надежностью и способностью к восприятию особенно высоких нагрузок.
Указанная задача согласно изобретению решается с помощью шурупа, отличительные признаки которого приведены в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах.
Предлагаемый в изобретении шуруп отличается тем, что передняя боковая поверхность спиралевидной канавки по меньшей мере участками имеет другой частичный угол профиля, чем тыльная боковая поверхность спиралевидной канавки.
Основная идея настоящего изобретения состоит в том, что спиралевидная канавка, предусмотренная для размещения независимой от стержня резьбовой спирали, обладает асимметричным профилем. В частности, две противолежащие боковые поверхности спиралевидной канавки расположены под разными частичными углами профиля. При этом под частичным углом профиля обычно подразумевают угол между соответствующей боковой поверхностью и перпендикуляром к оси резьбы на осевом сечении. В соответствии с изобретением обнаружено, что в случае шурупа указанного в начале описания типа с независимой резьбовой спиралью боковые поверхности спиралевидной канавки, или, соответственно, резьбовой спирали могут образовывать клиновой приводной механизм, способный преобразовывать воздействующую на стержень осевую нагрузку в радиальный силовой и кинематический компонент в резьбовой спирали. Выполняемое согласно изобретению целенаправленное варьирование соответствующего частичного угла профиля позволяет с низкими затратами придавать шурупу дополнительные функции, например, достигаемую благодаря последующему расклиниванию сейсмостойкость.
Шуруп является формирующим резьбу изделием, то есть шуруп и прежде всего его резьбовая спираль выполнены таким образом, что при ввертывании в цилиндрическое отверстие в основе они могут формировать сопряженную резьбу. Под основой прежде всего подразумевается минеральный строительный материал, предпочтительно бетон, то есть шуруп предпочтительно может являться шурупом по бетону. В случае если в настоящем описании речь идет о продольном, радиальном и/или окружном направлении, это прежде всего может относиться к продольной оси стержня и/или шурупа. При этом определения «передний» и «тыльный(задний)» равным образом можно использовать, в частности, например, как для обозначения переднего участка стержня, который предшествует тыльному участку стержня в том же направлении, так и для обозначения передней боковой поверхности спиралевидной канавки, которая предшествует тыльной боковой поверхности спиралевидной канавки. Определения направления «переднее» и «тыльное», в частности, могут относиться к продольной оси шурупа, то есть к направлению ввертывания шурупа. Между обеими боковыми поверхностями спиралевидной канавки может находиться также, например, плоское, выпуклое или вогнутое дно впадины.
В предпочтительном варианте стержень выполнен из металлического материала. Дополнительно, или в качестве альтернативы, резьбовая спираль также может быть выполнена из металлического материала. Резьбовая спираль и стержень, в частности, могут быть выполнены из разных материалов, что может быть благоприятным, например, для несущей способности и/или коррозионной стойкости.
Приводом может являться, например, наружный многоугольник или внутренний многоугольник, причем привод прежде всего может быть выполнен в виде головки шурупа (болта). Поскольку вершина шурупа по бетону обычно не должна вытеснять материал, она предпочтительно может представлять собой торец, обладающий по меньшей мере почти плоской формой. Однако стержень у вершины, например, может заканчиваться также острием.
В предпочтительном варианте частичный угол профиля, характерный для передней боковой поверхности спиралевидной канавки, отличается от частичного угла профиля, характерного для тыльной боковой поверхности спиралевидной канавки, по меньшей мере на 2° или 5°, предпочтительно по меньшей мере на 10°. Благодаря этому оказывается возможным существенное расширение диапазона сфер применения шурупа.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления изобретения передняя боковая поверхность спиралевидной канавки по меньшей мере участками имеет больший частичный угол профиля, чем тыльная боковая поверхность спиралевидной канавки. Данный вариант особенно предпочтителен в случае использования шурупов в сейсмоопасных условиях. Причина этого состоит в том, что в случае землетрясения при известных обстоятельствах может происходить расширение выполненного в основе отверстия, в котором находится шуруп, что обусловлено раскрытием проходящей через это отверстие трещины. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения резьбовая спираль в подобной ситуации может скользить по сравнительно плоской передней боковой поверхности канавки и при радиальном расширении смещаться в радиальном направлении наружу. Таким образом, несмотря на раскрытие трещины геометрическое замыкание резьбовой спирали и основы сохраняется, а, следовательно, достигается особенно высокая остаточная несущая способность, прежде всего поскольку потеря несущей способности вследствие соответствующего уменьшения несущей поверхности стержня пренебрежимо мала, что обусловлено как правило сравнительно высокой прочностью металла при сжатии. Вместе с тем благодаря относительно большой крутизне тыльной боковой поверхности сжимающие нагрузки, воздействующие на стержень при затяжке шурупа, не приводят к преждевременному радиальному расширению резьбовой спирали, что способствует дополнительному повышению эксплуатационной надежности и воспринимаемой нагрузки.
Резьбовая спираль может иметь две наружные боковые поверхности, между которыми сформирована вершина профиля резьбы. При затяжке шурупа вершина профиля резьбы проникает в основу и образует поднутренный паз. Две наружные боковые поверхности предпочтительно могут иметь отличающиеся друг от друга частичные углы профиля, благодаря чему дополнительно расширяются функциональные возможности шурупа, в особенности улучшается его поведение при затяжке.
Кроме того, в предпочтительном варианте резьбовая спираль вставлена в спиралевидную канавку с возможностью скольжения вдоль канавки. Это может способствовать особенно эффективному радиальному расширению резьбовой спирали. Так, например, резьбовая спираль может быть закреплена на вершине стержня в продольном направлении относительно стержня. Для этой цели, например, может быть предусмотрен проходящий на вершине стержня в радиальном направлении фиксирующий паз, в который вставлен соответствующий конец резьбовой спирали. В частности, фиксирующий паз может простираться поперек всего поперечного сечения стержня.
Согласно изобретению для спиралевидной канавки, а, следовательно, для резьбовой спирали может быть предусмотрен шаг резьбы, варьируемый в зависимости от сферы применения шурупа.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, причем отдельные признаки изобретения в принципе могут быть реализованы по отдельности или в любой комбинации. На чертежах схематически показано:
на фиг. 1 - перспективное изображение стержня предлагаемого в изобретении шурупа без резьбовой спирали,
на фиг. 2 - перспективное изображение шурупа с показанной на фиг. 1 частично смонтированной резьбовой спиралью,
на фиг. 3 - перспективное изображение шурупа с показанной на фиг. 1 резьбовой спиралью в готовом для эксплуатации состоянии,
на фиг. 4 - детальный вид прямоугольного фрагмента осевого сечения показанного на фиг. 3 шурупа, причем для пояснения соответствующих направлений дополнительно схематически представлены вершина и привод шурупа,
на фиг. 5 - детальный вид соответствующего фиг. 4 шурупа, показанного на фиг. 3, причем шуруп ввернут в выполненное в основе отверстие, и
на фиг. 6 - детальный вид, соответствующий фиг. 5, однако стенка отверстия удалена от стержня шурупа на большее расстояние, чем в показанном на фиг. 5 варианте, что обусловлено, например, раскрытием трещины вследствие землетрясения.
Пример исполнения предлагаемого в изобретении шурупа показан на чертежах. В частности, как показано на фиг. 1-3, шуруп имеет стержень (10) приблизительно цилиндрической формы, на переднем конце которого предусмотрена вершина (11) для введения в отверстие, а на противоположной переднему концу тыльной концевой части предусмотрен привод (12), посредством которого стержню (10) можно передавать крутящий момент. Привод (12) может обладать, например, структурой внутреннего многоугольника или наружного многоугольника. В соответствии с показанным на чертежах примером привод (12) выполнен в виде находящейся на конце стержня (10) головки болта, обладающего структурой наружного шестигранника. На боковой поверхности стержня (10) предусмотрена спиралевидная канавка (20), которая начинается у вершины (11) стержня (10).
Кроме того, шуруп снабжен резьбовой спиралью (30). Резьбовая спираль (30) имеет такой же шаг, как и спиралевидная канавка (20), причем в готовом смонтированном состоянии шурупа резьбовая спираль (30) располагается в спиралевидной канавке (20) (см. фиг. 3). Резьбовая спираль (30) образует самонарезающую резьбу, которая при ввертывании шурупа нарезает в основе сопряженную резьбу.
В частности, как показано на фиг. 1, на вершине (11) стержня (10) предусмотрен торцевой фиксирующий паз (19). В частности, как показано на фиг. 2, на переднем конце резьбовой спирали (30) имеется расположенное под углом фиксирующее перо (39), то есть на переднем конце резьбовой спирали (30) ее форма отличается от чисто спиральной. В частности, как показано на фиг. 3, фиксирующее перо (39) готового смонтированного шурупа вставлено в фиксирующий паз (19). Подобным образом резьбовую спираль (30) закрепляют у ее переднего конца на стержне (10) в продольном направлении относительно продольной оси (100) стержня (10). В остальном резьбовая спираль (30) располагается в спиралевидной канавке (20) таким образом, что возможно ее перемещение по винтовой спирали вдоль спиралевидной канавки (20) в прямом и обратном направлениях.
f
r.
f
r.
f
r
f
r.
f
r
f
r
f
r
В частности, как показано на фиг. 4, спиралевидная канавка (20) имеет две боковые поверхности, а именно переднюю боковую поверхность (21), которая на продольном разрезе шурупа обращена в сторону привода (12) и расположена ближе к вершине (11), и находящуюся напротив передней боковой поверхности (21) тыльную боковую поверхность (22), которая на продольном разрезе шурупа обращена в сторону вершины (11) и расположена ближе к приводу (12). Передняя боковая поверхность (21) имеет частичный угол профиля, равный α, тогда как тыльная боковая поверхность (22) имеет частичный угол профиля, равный αСогласно изобретению два указанных частичных угла профиля отличаются друг от друга, то есть справедливо соотношение α≠αВ частности, частичный угол профиля α передней боковой поверхности (21) больше частичного угла профиля α тыльной боковой поверхности (22), то есть справедливо соотношение α>αЧастичные углы профиля отличаются друг от друга предпочтительно по меньшей мере на 2°, по меньшей мере на 5° или по меньшей мере на 10°, то есть, в частности, справедливо соотношение α>α+2°, α>α+5° или α>α+10°. Под соответствующим частичным углом профиля обычно прежде всего подразумевается угол между соответствующей боковой поверхностью и перпендикуляром к продольной оси 100.
Между обеими боковыми поверхностями (21) и (22) стержня (10) может находиться также не показанное на чертежах дно впадины резьбы, которое в продольном разрезе является, например, плоским, выпуклым или вогнутым.
Резьбовая спираль (30) имеет две, так называемые, боковые поверхности (31) и (32), обращенные в сторону спиралевидной канавки (20) и/или в сторону продольной оси (100) стержня (10), а именно переднюю боковую поверхность (31), которая на продольном разрезе шурупа расположена ближе к вершине (11), и тыльную боковую поверхность (32), которая на продольном разрезе шурупа расположена ближе к приводу (12). При этом передняя боковая поверхность (31) резьбовой спирали (30) смежна с передней боковой поверхностью (21) спиралевидной канавки (20) и, в частности, имеет по меньшей мере примерно такой же частичный угол профиля, как передняя боковая поверхность (21) спиралевидной канавки (20). Тыльная боковая поверхность (32) резьбовой спирали (30) смежна с тыльной боковой поверхностью (22) спиралевидной канавки (20) и, в частности, имеет по меньшей мере примерно такой же частичный угол профиля, как тыльная боковая поверхность (22) спиралевидной канавки (20).
f
r.
f
r.
f
t
f
r
f
r
f
r
Кроме того, резьбовая спираль (30) имеет две, так называемые, боковые поверхности (33) и (34), обращенные в сторону от спиралевидной канавки (20) и/или в сторону от продольной оси (100) стержня (10), а именно переднюю боковую поверхность (33), которая на продольном разрезе шурупа расположена ближе к вершине (11), и тыльную боковую поверхность (34), которая на продольном разрезе шурупа расположена ближе к приводу (12). Между обеими указанными боковыми поверхностями (33) и (34) образована вершина профиля (38) самонарезающей резьбы шурупа. Передняя боковая поверхность (33) резьбовой спирали (30) имеет частичный угол профиля равный δ, тогда как тыльная боковая поверхность (34) имеет частичный угол профиля равный δВ показанном на чертежах примере исполнения два указанных частичных угла профиля отличаются друг от друга, то есть справедливо соотношение δ≠δ В частности, частичный угол профиля δ передней боковой поверхности (33) больше частичного угла профиля δ тыльной боковой поверхности (34) (δ>δ) предпочтительно по меньшей мере на 5° или 10°, то есть справедливо соотношение δ>δ+5° или δ>δ+10°.
На фиг. 5 показан фрагмент шурупа после его ввертывания в выполненное в основе (90) отверстие. Шуруп является формирующим резьбу изделием, то есть шуруп и, в частности, его резьбовая спираль (30) выполнены таким образом, что при ввертывании шурупа в цилиндрическое отверстие в основе (90) он может формировать сопряженную резьбу. Основой (90), в частности, может быть минеральный строительный материал, предпочтительно бетон, то есть шуруп предпочтительно может являться шурупом по бетону.
z
f
r
f
r
На фиг. 6 представлен показанный на фиг. 5 фрагмент шурупа, однако в отличие от фиг. 5 стенка показанного на фиг. 6 отверстия находится на большем расстоянии от стержня шурупа. Показанная на фиг. 6 ситуация может возникнуть, например, в случае землетрясения, когда происходит раскрытие проходящей через отверстие в основе трещины, а, следовательно, локальное увеличение диаметра отверстия. Поскольку на стержень (10) шурупа воздействует растягивающее усилие F, показанное на фиг. 6 стрелкой, при раскрытии трещины передняя боковая поверхность (31) резьбовой спирали (30) скользит по передней боковой поверхности (21) спиралевидной канавки (20). При этом резьбовая спираль (30) предпочтительно обратимо перемещается относительно продольной оси (100) в радиальном направлении наружу при сохранении геометрического замыкания с основой (90), что способствует в основном полному сохранению несущей способности шурупа. Благодаря тому, что частичный угол профиля δ передней боковой поверхности (21) спиралевидной канавки (20) больше частичного угла профиля δ тыльной наружной боковой поверхности (34) резьбовой спирали (30), то есть справедливо соотношение α>δ, относительное смещение может быть целенаправленно сдвинуто от поверхности контакта основы (90) с резьбовой спиралью (30) к поверхности контакта резьбовой спирали (30) со стержнем (10).