КРЕПЕЖНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
FASTENING ELEMENT

Изобретение относится к крепежному элементу с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Крепежный элемент такого типа для закрепления в поднутренном отверстии известен из выложенной заявки DE 4011229 A1. Крепежный элемент, представленный в этом документе, пригоден, в частности, для того, чтобы конструктивные элементы в форме плит, например плиты из природного строительного камня, закреплять на конструкции, несущей нагрузку. Крепежный элемент образован в виде монтируемого в поднутрении анкера и имеет стержневой участок и распорный элемент. На стержневом участке, на его находящемся со стороны ввода переднем конце, расположен конический распорный корпус, с помощью которого может разжиматься распорный элемент, выполненный в виде кольца или же в виде втулки. Стержневой участок имеет к тому же на задней части средство для приложения нагрузки. Распорный элемент образован металлическим кольцом в виде втулки, которое выполнено в форме крыши, в виде односкатной крыши или же с несколькими участками, изогнутыми в форме крыши.
На стержневом участке крепежного элемента расположена к тому же распорная втулка. Если эта втулка перемещается в направлении конического распорного корпуса в осевом направлении вдоль стержневого участка, то распорная втулка давит на распорный элемент через коническое, разжимающееся в направлении ввода распорное тело, благодаря чему кольцо распирается таким образом, что оно по меньшей мере частично заполняет поднутренное отверстие. Благодаря разжиманию распорного тела крепежный элемент закрепляется в отверстии с геометрическим замыканием. Тем самым посредством крепежного элемента могут передаваться усилия от конструктивного элемента, выполненного в форме плиты, на несущую конструкцию, с которой крепежный элемент соединен с помощью средства для приложения нагрузки, выполненного в виде наружной резьбы.
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать альтернативный крепежный элемент.
Эта задача согласно изобретению решается с помощью крепежного элемента с признаками п.1 формулы изобретения. Крепежный элемент согласно изобретению для закрепления в поднутренном отверстии включает в себя стержневой участок и распорный элемент. Стержневой участок имеет распорное тело для разжимания распорного элемента, а также средство для приложения нагрузки. Распорное тело образовано, в частности, в виде конического участка, который расширяется в направлении ввода и который расположен на переднем со стороны ввода конце стержневого участка. Средство приложения усилия образовано, например, в виде наружной резьбы. Распорный элемент выполнен в форме втулки, причем термин «в форме втулки» означает, что распорный элемент в сущности окружает стержневой участок в окружном направлении. В частности, распорный элемент замкнут в окружном направлении. Под термином «направление ввода» или «со стороны ввода» подразумевается направление или сторона, в котором или которой крепежный элемент вводится в отверстие.
Отличительным для крепежного элемента согласно изобретению является специальное образование распорного элемента. Распорный элемент имеет кольцеобразное основное тело, на котором со стороны ввода расположен по меньшей мере один распорный язычок. Кольцеобразное основное тело расположено, в частности, на заднем в направлении ввода конце распорного элемента. Предпочтительно кольцеобразное основное тело является замкнутым. Под «распорным язычком» подразумевается элемент, который при разжимании (распирании) распорного элемента перемещается радиально наружу, от кольцеобразного основного тела. Если крепежный элемент находится в поднутренном отверстии и распорный элемент, например, посредством распорной втулки прижимается к распорному телу, распорный язычок перемещается радиально наружу посредством конически расширенного распорного тела таким образом, что распорный язычок входит в поднутрение и заполняет его по меньшей мере частично. Распорный язычок имеет отверстие в форме проема, огражденного (замкнутого) со всех сторон, который, в частности, расположен таким образом, что он уменьшает поперечное сечение распорного язычка в области его присоединения к кольцеобразному основному телу. При этом отверстие расположено внутри распорного язычка, так что при распирании распорного язычка отверстие перемещается наружу, в сущности, вместе с распорным язычком. Отверстие может быть расположено, в частности, у области распорного язычка, обращенной к основному телу, так что отверстие окружено распорным язычком и основным телом. Благодаря этому на распорном язычке создается определенное подобное шарниру место сгиба с уменьшенным поперечным сечением, у которого легко согнуть распорный язычок. Распорный элемент может поэтому очень легко разжиматься (распираться), так что необходимо лишь небольшое осевое усилие, чтобы распорный элемент в (просверленном) отверстии разжался в поднутрение. Благодаря этому крепежный элемент согласно изобретению можно вставлять даже в очень тонкие конструктивные элементы, не разрушая конструктивный элемент из-за разжимания распорного элемента. Остальная часть распорного язычка может быть сформирована массивной, так чтобы она, по возможности, полно и плоско заполнила поднутрение, а распорный язычок сам по себе был настолько стабильным, чтобы посредством распорного элемента могли передаваться большие усилия от закрепляемого конструктивного элемента в несущую конструкцию.
В предпочтительном варианте выполнения крепежного элемента согласно изобретению отверстие сформировано таким образом, что оно проходит через распорный язычок в значительной части его поверхности, так что распорный язычок состоит лишь из кольцеобразной стенки, которая включает в себя две перемычки и переднюю в направлении ввода зацепляющую область. Стенка очень тонка, что означает, что ее толщина небольшая по отношению к величине отверстия. При соответственно большом отверстии толщина материала стенки настолько мала, что распорный язычок может сам по себе относительно легко деформироваться. В частности, при установке крепежного элемента в узкие (просверленные) отверстия способность деформироваться кольцеобразной стенки распорного язычка приводит к снижению давления, оказываемого распорным элементом на стенку отверстия. Если распорный язычок своим свободным концом, зацепляющей областью, упирается в стенку отверстия, то стенка распорного язычка сминается и деформируется, благодаря чему крепежный элемент по сравнению с крепежным элементом с распорным язычком с лишь небольшим отверстием можно установить более просто. Для способности деформироваться особенно предпочтительно, если перемычки стенки, которые соединяют кольцеобразное основное тело с передней образующей свободный конец зацепляющей областью стенки выполнены максимально тонкими и, таким образом, легко сминаемыми. Тонкость перемычек, которая определена отношением их длины к их ширине, находится предпочтительно в порядке величин 1-4, предпочтительно между 1,5 и 3,0.
В предпочтительной форме выполнения крепежного элемента зацепляющая область, которая соединяет между собой перемычки на их переднем конце, противоположном кольцеобразному основному телу, сформирована по существу дугообразной. «Дугообразно» в этой взаимосвязи означает, в частности, что зацепляющая область является частью круглого кольца, т.е. имеет поверхность, заключенную между двумя концентрическими кругами. Термин «дугообразно» описывает любой вид соединения, который приводит к тому, что зацепляющая область выполнена стабильно благодаря своего рода свода. Если зацепляющая область, выполненная по типу свода, попадает на стенку отверстия, то она легко деформируется, в частности отводит нажимное усилие, воздействующее на зацепляющую область, посредством воздействия свода на перемычки, которые изгибаются, соответственно, сминаются, благодаря чему давление, оказываемое на стенку отверстия, снижается. В частности, при тонких перемычках, которые относительно легко и при определенном усилии изгибаются, соответственно, сминаются, это приводит к определенной деформации распорного язычка, так что конструктивный элемент защищен от разрушения давлением при установке крепежного элемента.
В предпочтительном варианте выполнения крепежного элемента согласно изобретению распорный язычок сформирован таким образом, что он сужается в направлении своего свободного конца. Это имеет преимущество в том, что распорный язычок при попадании на стенку (просверленного) отверстия может легче деформироваться. Если распорный язычок имеет, например, перемычки, то они вследствие сужения наклонены относительно стенки (просверленного) отверстия. Если свободный конец распорного язычка попадает на стенку отверстия, то вследствие наклона перемычки подвергаются не только нажимным усилиям, но и изгибающему моменту, благодаря чему перемычки деформируются уже при меньшем нажимном усилии. Вследствие этого снижаются напряжения, которые возникают в стенке отверстия благодаря установке крепежного элемента, когда распорный язычок прижимается к основанию (просверленного) отверстия. Особенно предпочтительно для свойств деформации, если также сужается отверстие в направлении свободного конца распорного выступа, в частности, если сужение отверстия соответствует сужению распорного язычка. Благодаря этому, например, перемычки могут выполняться относительно тонкими.
В другом предпочтительном формировании крепежного элемента согласно изобретению на стержневом участке, предпочтительно на распорном теле стержневого участка, расположена первая часть средства для предохранения против проворачивания. Эта первая часть средства для предохранения против проворачивания выполнена, в частности, в форме носикообразного возвышения. Это возвышение соответствует подвергнутому распиранию распорному элементу таким образом, что невозможно проворачивание подвергнутого распиранию распорного элемента относительно стержневого участка и в его окружном направлении. Когда крепежный элемент распирается в поднутренном (просверленном) отверстии, то трение между стенкой отверстия и разжатым распорным элементом препятствует проворачиванию распорного элемента относительно (просверленного) отверстия, а первая часть средства для предохранения против проворачивания препятствует проворачиванию стержневого участка относительно распорного элемента и, таким образом, относительно отверстия или конструктивного элемента. Таким образом, можно, например, без проблем навинтить гайку на средство для приложения нагрузки, выполненное в виде наружной резьбы, например, чтобы закрепить крепежный элемент на несущей конструкции, не вращая крепежный элемент при навинчивании гайки вместе с нею. Например, на кольцеобразном основном теле распорного элемента может быть выполнен кольцеобразный паз, который соответствует носикообразному возвышению. Для того чтобы увеличить трение между распорным элементом и стенкой отверстия, на распорном элементе может быть расположен элемент, создающий шероховатость. Элементом, создающим шероховатость, может быть, например, выступ в виде носика или зуба, рифление или пазоподобное углубление.
Предпочтительно отверстие распорного язычка выполнено таким образом, что оно соответствует первой части средства для предохранения против проворачивания и с нею образует средство для предохранения против проворачивания. Первая часть средства для предохранения против проворачивания, например носикообразное возвышение, входит в отверстие распорного язычка, которое в этом случае образует вторую часть средства для предохранения против проворачивания и предохраняет стержневой участок против проворачивания в окружном направлении с помощью соединения с геометрическим замыканием с распорным элементом. Отверстие в этом случае выполняет двойную функцию: оно позволяет легкое распирание распорного элемента и в данном случае деформацию распорного язычка и образует к тому же вторую часть средства для предохранения против проворачивания. В качестве второй части средства для предохранения против проворачивания, таким образом, не нужна никакая дополнительная деталь.
В предпочтительном варианте выполнения крепежного элемента согласно изобретению на основном теле распорного элемента расположены по меньшей мере два распорных язычка, которые отделены друг от друга в окружном направлении выемкой. Расположение нескольких распорных язычков на кольцеобразном основном теле позволяет, чтобы геометрия распорного язычка оптимально соответствовала геометрии поднутрения (просверленного) отверстия, а отверстие может быть образовано таким образом, чтобы была возможной оптимальная передача сил и распирание распорного элемента с помощью небольших осевых усилий. В частности, благодаря расположению нескольких распорных язычков, размещенных с равномерным распределением по периметру на кольцеобразном основном теле, может снизиться до минимума кривизна распорного язычка в окружном направлении, необходимая для (просверленных) отверстий, выполненных в форме круга. Если распорный язычок сильно изогнут в окружном направлении, то это препятствует легкому распиранию распорного элемента, так как распорный язычок должен загнуться в себя при распирании.
Предпочтительно выемка между по меньшей мере двумя распорными язычками сформирована таким образом, что выемка соответствует первой части средства для предохранения против проворачивания. Выемка альтернативно образует в этом случае вторую часть средства для предохранения против проворачивания. Предпочтительно, в частности, образование двух различных и альтернативных вторых частей средства для предохранения против проворачивания. Так, например, на одном или нескольких распорных язычках может быть предусмотрено отверстие, а между распорными язычками могут находиться выемки. Таким образом, обеспечено, что первая часть средства для предохранения против проворачивания уже после небольшого поворота стержневого участка в окружном направлении входит в контакт со второй частью средства для предохранения против проворачивания, которая соответствует первой части и вместе с нею образует совместно средство для предохранения против проворачивания.
В дальнейшем предпочтительном варианте выполнения крепежного элемента согласно изобретению на кольцеобразном основном теле распорного элемента расположен упорный поясок, направленный радиально вовнутрь. Он обеспечивает заданную упорную точку распорного элемента в распорное тело стержневого участка. Предпочтительно на распорном теле образован упорный выступ (заплечик), соответствующий упорному пояску. Упорный выступ с упорным пояском действует в качестве упорного элемента и ограничивает осевое относительное перемещение между распорным элементом и распорным телом. Упорный элемент препятствует, таким образом, тому, чтобы распорный элемент с помощью осевых усилий не проник слишком далеко в отверстие и/или в поднутрение, из-за чего возникают вредные напряжения в области стенки отверстия, которые могут повредить конструктивный элемент.
Предпочтительно распорный элемент крепежного элемента согласно изобретению является штампованной деталью, в частности деталью, изготовленной из металла посредством гибки в штампе. Это делает возможным простое и экономичное изготовление распорного элемента и крепежного элемента согласно изобретению.
Изобретение поясняется далее более подробно на основе примера выполнения, представленного в чертежах, на которых:
Фиг.1 - крепежный элемент согласно изобретению в неразжатом состоянии на виде спереди;
Фиг.2 - изображение в разрезе фиг.1;
Фиг.3 - крепежный элемент согласно изобретению в первом разжатом состоянии, вид в перспективе;
Фиг.4 - крепежный элемент согласно изобретению во втором разжатом состоянии, вид в перспективе;
Фиг.5 - распорный элемент в виде штампованной детали в неизогнутом состоянии, вид в перспективе;
Фиг.6 - распорный язычок штампованной детали из фиг.5 на виде сверху.
На фиг.1 и 2 представлен крепежный элемент 1 согласно изобретению в неразжатом состоянии, так, как он может вводиться в направлении E ввода в непоказанное отверстие с поднутрением. Направление E ввода параллельно продольной оси A крепежного элемента 1. Крепежный элемент 1 образован в виде монтируемого в поднутрении анкера для закрепления в непоказанном поднутренном отверстии. Крепежный элемент 1 состоит из стержневого участка 2, распорного элемента 3 и разжимной втулки 4.
Стержневой участок 2 представляет собой конический болт с цилиндрическим участком 5 и примыкающим к нему на стороне ввода коническим участком 6, который образует передний конец стержневого участка 2. Цилиндрический участок 5 имеет средство 7 для приложения нагрузки в форме наружной резьбы. Средство 7 для приложения нагрузки служит, например, для закрепления крепежного элемента 1 на также непоказанной несущей конструкции. Конический участок 6 образует распорное тело 8, диаметр которого увеличивается в направлении E ввода. С помощью распорного тела 8 разжимается распорный элемент 3, когда он перемещается в направлении E ввода на конический участок 6. На переходе между цилиндрическим участком 5 и коническим участком 6 конический участок 6 имеет диаметр, который больше диаметра цилиндрического участка 5, вследствие чего возникает круглая кольцевая поверхность, выступающая в радиальном направлении за цилиндрический участок 5, которая образует упорный выступ 9. На передней со стороны ввода части конического участка 6 расположено носикообразное возвышение 10 в качестве первой части 11 средства предохранения против проворачивания. Возвышение 10 выступает в виде утолщения в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно продольной оси A, по боковой поверхности 12 конического участка 6, выполненного в виде конуса.
Распорный элемент 3 имеет на своем заднем конце кольцеобразное основное тело 13, которое кольцеобразно охватывает цилиндрический участок 5 стержневого участка 2 в виде замкнутой втулки. На основном теле 13 со стороны ввода расположены четыре распорных язычка 14, которые в окружном направлении расположены на расстоянии друг от друга посредством выемок 15. На кольцеобразном основном теле 13 на его заднем конце образован направленный радиально вовнутрь упорный поясок 16, который вместе с упорным выступом 9 стержневого участка 2 действует в качестве упорного элемента. Распорные язычки 14 имеют соответственно отверстие 17 в форме сквозного проема, огражденного со всех сторон, который расположен приблизительно по центру в соответствующем распорном язычке 14. Благодаря отверстию 17 на распорном язычке 14 возникает кольцеобразная стенка 21 с передней зацепляющей областью 18 для ввода в непоказанное поднутрение также непоказанного просверленного отверстия и с двумя перемычками 22, которые с помощью соответственно одного подобного шарниру места 19 сгиба соединяют между собой зацепляющую область 18 и основное тело 13. Из-за отверстия 17 подобные шарниру места 19 сгиба образованы так, что их легко сгибать. Таким образом, достаточно относительно небольшой осевой нагрузки, приложенной в направлении E ввода, чтобы распорный язычок 14 с отверстием 17 и стенкой 21, благодаря надвиганию распорного элемента 3 на конический участок 6 стержневого участка 2, разжать радиально наружу. Зацепляющая область 18 выполнена настолько массивной и стабильной, что через нее могут передаваться большие усилия между стенкой просверленного отверстия и крепежным элементом 1.
Благодаря относительно большому отверстию 17, которое включает в себя значительную часть поверхности распорных язычков 14, стенка 21 относительно тонка и, таким образом, легко деформируема. Стенка 21 имеет форму кольца с перемычками 22, которые соединены между собой с помощью дугообразной зацепляющей области 18. Перемычки 22 относительно тонкие, что хорошо видно на фиг.5 и 6. Тонкость перемычек 22 благоприятствует их пластичности. Благодаря дугообразному выполнению области 18 нажимное усилие, которое воздействует на зацепляющую область 18 при соприкосновении переднего конца распорного язычка 14 со стенкой отверстия, отводится на перемычки 22 через зацепляющую область. В перемычках действует нажимное усилие и благодаря расстоянию в окружном направлении между зацепляющей областью 18 и перемычками 22, а также благодаря наклону перемычек 22 в перемычках 22 дополнительно действует изгибающий момент. Ввиду дугообразного выполнения зацепляющей области 18, которая выполнена в виде части круглого кольца с наружным радиусом R, зацепляющая область 18 действует как свод (выгиб), который относительно стабилен. Под воздействием нажимного усилия зацепляющая область 18 слегка деформируется, а нажимное усилие отводится главным образом на перемычки 22, которые из-за их тонкого (стройного) выполнения деформируются под относительно небольшой и относительно точно задаваемой нагрузкой. Это имеет то преимущество, что через распорные язычки 14 не могут передаваться на отверстие никакие действующие в направлении продольной оси A большие усилия, которые могут возникнуть, например, при расширении распорного элемента 3.
Как распорный язычок 14, так и отверстие 17 сужаются в направлении свободного конца распорного язычка 14, т.е. при несогнутой показанной на фиг.5 и 6 штампованной детали в радиальном направлении к зацепляющейся области 18. Угол α при вершине для сужений составляет 30°, причем, в общем, предпочтителен угол 20°-40°. При этом ширина B перемычек 22 остается, в сущности, постоянной. Длина L перемычек 22 в этом случае упрощенно устанавливается равной  высоте H отверстия 17 в радиальном направлении, так что тонкость перемычек 22, т.е. отношение высоты H к ширине B, составляет приблизительно 2,2. Это способствует деформируемости распорного язычка 14. Благодаря сужению круглой кольцевой зацепляющей область 18 относительно мала и стабильна, вследствие чего перемычки являются относительно длинными. Под воздействием нажимного усилия действующая как свод зацепляющая область 18 отводит это нажимное усилие непосредственно на перемычки 22 и в перемычках 22 создается изгибающий момент. Перемычки 22 легко сминаемы и деформируются определенным образом. Крепежный элемент согласно изобретению может поэтому вставляться в очень тонкие конструктивные элементы, не разрушая конструктивный элемент при разжимании распорного элемента 1.
Распорная втулка 4 образована в виде полого цилиндрического тела. При этом полое пространство, образованное в виде цилиндрического отверстия 20, имеет внутренний диаметр, который, в сущности, соответствует наружному диаметру цилиндрического участка 5 стержневого участка 2. Когда распорная втулка 4 сдвигается в направлении E ввода с помощью осевого усилия, которое оказывается, например, непоказанным ударным агрегатом, то распорная втулка 4 оказывает давление на распорный элемент 3 посредством распорного корпуса 8 столь долго, пока упорный поясок 16 не натолкнется на упорный выступ 9 стержневого участка 2. Само увеличение осевого усилия затем не может перемещать распорный элемент 3 дальше в направлении E ввода. Таким образом, исключается слишком большое разжимание распорного элемента 3. Благодаря надвиганию распорного элемента 3 на распорное тело 8 распорные язычки 14 разжимаются радиально наружу и при этом сгибаются в области подобных шарниру мест 19 сгиба. Состояние распирания показано на фиг.3 и 4.
Для того чтобы при крепежном элементе 1, вставленном в отверстие и подвергнутом распиранию, можно было навинтить непоказанную гайку на средство приложения нагрузки, выполненное в виде наружной резьбы, не вращая вместе с нею в (просверленном) отверстии крепежный элемент 1, крепежный элемент 1 имеет средство для предохранения против проворачивания. В качестве первой части 11 средства для предохранения против проворачивания служит носикообразное возвышение 10 на коническом участке 6 распорного тела 8. Вторую часть средства для предохранения против проворачивания образует либо, как показано на фиг.3, отверстие 17, которое выполнено таким образом, что оно соответствует носикообразному возвышению 10, так что отверстие 17 и возвышение 10 в состоянии распирания могут приводиться между собой в контакт с геометрическим замыканием, или выемка 15 действует между двумя распорными язычками 14 в качестве второй части средства для предохранения против проворачивания, как это показано на фиг.4. Для этого выемка 15 сформирована таким образом, что она в состоянии распирания может приводиться в контакт с возвышением 10 также с геометрическим замыканием. Если крепежный элемент 1 распирается в отверстии, то возвышение 10 после распирания входит либо в отверстие 17, либо в выемку 15. В зависимости от ориентации распорного элемента 3 относительно стержневого участка 2 необходимо незначительное поворотное движение в окружном направлении крепежного элемента 1 до тех пор, пока первая часть 11 средства для предохранения против проворачивания не войдет во вторую часть средства для предохранения против проворачивания. После вхождения средство для предохранения против проворачивания передает вращающий момент, оказываемый гайкой, через распертый распорный элемент 3 благодаря фрикционному замыканию на непоказанную стенку (просверленного) отверстия. Совместное вращение крепежного элемента 1 в отверстии благодаря этому надежно предотвращается.
Распорный элемент 3 крепежного элемента 1 изготовлен в виде штампованной детали из металла. Стержневая часть 2 состоит также из металла и изготовлена экономично путем холодной объемной штамповки. Распорная втулка 4, напротив, состоит из усиленной волокном пластмассы и изготовлена способом литья под давлением. Крепежный элемент 1 согласно изобретению поэтому может изготовляться экономично и благодаря своему формированию может эффективно и легко монтироваться.
Перечень ссылочных позиций
1 крепежный элемент
2 стержневая часть
3 распорный элемент
4 распорная втулка
5 цилиндрический участок
6 конический участок
7 средство приложения нагрузки
8 распорный корпус
9 упорный выступ
10 носикообразное возвышение
11 первая часть средства для предохранения против проворачивания
12 боковая поверхность
13 основное тело
14 распорные язычки
15 выемка
16 упорный поясок
17 отверстие
18 зацепляющая область
19 подобное шарниру место сгиба
20 отверстие
21 стенка
22 перемычка
E направление ввода
A продольная ось
R наружный радиус зацепляющей области 18
B ширина перемычки 22
L длина перемычки 22
H высота отверстия 17
α угол при вершине