DE202009013641U1 - fastener - Google Patents
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Abstract
Befestigungselement (1) zum Befestigen eines Bauteils an einem Verankerungsgrund,
– wobei das Befestigungselement (1) einen Schaft (3) mit einem Lastangriffsmittel (5), einen Spreizkörper (6), ein Spreizelement (9) und eine Hülse (10) aufweist, und
– wobei die Hülse (10) aus einem Kunststoff hergestellt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hülse (10) zumindest teilweise aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist.Fastening element (1) for fastening a component to an anchoring base,
- wherein the fastening element (1) has a shaft (3) with a load engagement means (5), an expansion body (6), an expansion element (9) and a sleeve (10), and
- wherein the sleeve (10) is made of a plastic,
characterized,
that the sleeve (10) is made at least partially of a carbon fiber reinforced plastic.
Description
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fastener with the features of the preamble of claim 1.
Befestigungselemente zum Befestigen eines Bauteils an einem Verankerungsgrund, die einen Schaft mit einem Lastangriffsmittel, einen Spreizkörper, ein Spreizelement und eine Hülse aufweisen, sind in der Befestigungstechnik allgemein bekannt. Insbesondere handelt es sich hierbei um so genannte Hinterschnittanker, die in ein zylindrisches Bohrloch eingebracht werden, das im Bereich des Bohrlochsgrundes konisch erweitert ist. Das Bohrloch kann im Verankerungsgrund oder im zu befestigenden Bauteil eingebracht sein. Das Befestigungselement wird in einer derartigen Hinterschnittbohrung verankert, indem das Spreizelement durch den Spreizkörper radial nach außen in den konischen Bereich des Bohrlochs verdrängt wird, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen Verankerungsgrund und Befestigungselement geschaffen wird. Beispielsweise wird durch Eindrücken der Hülse in das Bohrloch das Spreizelement auf den mit dem Schaft verbundenen Spreizkörper geschoben, der konisch ausgestaltet ist. Beim Aufschieben des Spreizelements auf den konischen Spreizkörper wird das Spreizelement radial nach außen bewegt und somit in den Hinterschnitt gespreizt. Alternativ kann der Schaft des Befestigungselements als Schraube ausgebildet sein, die in die als Hohlzylinder mit Innengewinde ausgebildete Hülse eingeschraubt wird. Die Schraube ist gleichzeitig der Spreizkörper, der das an der Hülse angeordnete Spreizelement in den Hinterschnitt verspreizt.Fasteners for attaching a component to an anchoring base having a shaft with a load engagement means, an expander, a spreader, and a sleeve are well known in the fastening art. In particular, these are so-called undercut anchors, which are introduced into a cylindrical borehole, which is flared in the region of the borehole bottom. The borehole can be introduced in the anchoring ground or in the component to be fastened. The fastener is anchored in such an undercut bore by the spreader is displaced radially outwardly by the spreader in the conical region of the borehole, creating a positive connection between the anchoring ground and fastener is created. For example, by pushing the sleeve into the borehole, the expansion element is pushed onto the expansion body connected to the shaft, which is configured conically. When pushing the expansion element onto the conical expansion body, the expansion element is moved radially outwards and thus spread in the undercut. Alternatively, the shaft of the fastener may be formed as a screw which is screwed into the formed as a hollow cylinder with internal thread sleeve. The screw is also the spreader, which spreads the arranged on the sleeve spreader in the undercut.
Die Offenlegungsschrift
Das Befestigungselement überträgt für gewöhnlich Kräfte vom zu befestigenden Bauteil in den Verankerungsgrund. Die Kräfte können als Zug- bzw. Druckkräfte in Achsrichtung wirken oder als Querkräfte senkrecht zur Achsrichtung. Die Achsrichtung des Befestigungselements wird durch eine Achse bestimmt, die in Längsrichtung durch den Schaft des Befestigungselements verläuft. Bei einem Schaft mit kreiszylindrischem Grundkörper verläuft die Achse des Schafts durch die Mittelpunkte der Grund- und der Deckfläche des den Grundkörper bildenden Kreiszylinders.The fastener usually transfers forces from the component to be fastened in the anchoring ground. The forces can act as tensile or compressive forces in the axial direction or as transverse forces perpendicular to the axial direction. The axial direction of the fastener is determined by an axis extending longitudinally through the shank of the fastener. In the case of a shaft with a circular-cylindrical basic body, the axis of the shaft extends through the center points of the base and the top surface of the circular cylinder forming the basic body.
Typischerweise besteht die Hülse des Befestigungselements aus Metall, insbesondere Stahl beziehungsweise Edelstahl, wobei aus den Drucksschriften
Die Hülse dient aber nicht nur zum Verspreizen des Spreizelements. Zur Übertragung von Querkräften, die durch das Befestigungselement vom Anbauteil auf den Verankerungsgrund übertragen werden müssen, ist die Hülse des Befestigungselements von entscheidender Bedeutung, da die Querkräfte über die Hülse auf die Bohrlochwand übertragen werden. Die Hülse liegt hierzu an der Bohrlochwand an. Nachteilig an den bekannten Befestigungselementen mit Hülsen aus Metall ist, dass sie auf Grund der zum Verspreizen mit einem Setzwerkzeug notwendigen Druckfestigkeit der Hülsen, eine geringere Querkraft in den Verankerungsgrund abtragen können, als Hülsen aus relativ weichem Kunststoff. Eine harte Hülse mit hoher Druckfestigkeit, die beispielsweise aus Stahl hergestellt ist, liegt an der Bohrlochwand, auf Grund des im Regelfall vorhandenen Spiels zwischen Bohrlochwand und Hülse, nur punkt- bzw. linienförmig und nicht flächig an. Die Kraft wird nicht über eine Fläche verteilt, wodurch es zu Spannungsspitzen kommt, die schon bei einer relativ geringen Querkraft zum Versagen des Verankerungsgrunds führen. Ist die Hülse dagegen aus einem relativ weichen Material wie Kunststoff gefertigt, so verformt sich die Hülse unter der Einwirkung der Querkraft derart, dass sie vollflächig am Verankerungsgrund anliegt. Somit entstehen keine Spannungsspitzen, sondern es entsteht eine relativ gleichmäßige Pressung des Verankerungsgrundes, wodurch das Befestigungselement größere Kräfte in den Verankerungsgrund übertragen kann, als ein Befestigungselement mit einer Hülse aus Stahl.However, the sleeve is not only used for spreading the expansion element. To transfer transverse forces that have to be transmitted by the fastening element from the attachment to the anchoring base, the sleeve of the fastening element is of crucial importance, since the transverse forces are transmitted to the borehole wall via the sleeve. The sleeve abuts against the borehole wall. A disadvantage of the known fasteners with sleeves made of metal that they due to the pressure required for spreading with a setting tool of the sleeves, a lower transverse force in the anchoring ground can erode than sleeves made of relatively soft plastic. A hard sleeve with high compressive strength, which is made for example of steel, is located on the borehole wall, due to the usually existing game between the borehole wall and sleeve, only punctiform or linear and non-planar. The force is not distributed over a surface, resulting in voltage peaks that lead to failure of the anchoring ground even with a relatively low lateral force. If, on the other hand, the sleeve is made of a relatively soft material, such as plastic, then the sleeve deforms under the action of the transverse force in such a way that it bears against the anchoring base over its entire surface. Thus, no stress peaks, but there is a relatively uniform pressure of the anchoring ground, whereby the fastener can transmit greater forces in the anchoring ground, as a fastener with a sleeve made of steel.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein derart verbessertes Befestigungselement zu schaffen, das einfach zu montieren ist und trotzdem relativ große Querkräfte aufnehmen kann.Based on the described prior art, it is an object of the invention to provide such an improved fastener that is easy to assemble and yet can absorb relatively large lateral forces.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Befestigungselement weist eine Hülse aus Kunststoff auf, wobei kennzeichnend ist, dass die Hülse zumindest teilweise aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist (im Folgenden CFK genannt). Insbesondere kann die gesamte Hülse aus einem CFK bestehen. Eine aus einem CFK gefertigte Hülse ist relativ hart, deutlich härter als eine aus unverstärktem oder mit Glasfasern verstärkten Kunststoff. Allerdings ist die mit Kohlenstofffasern verstärkte Hülse nicht so hart beziehungsweise druckfest, wie eine Hülse aus Stahl oder Edelstahl. Erwartungsgemäß sollte ein erfindungsgemäßes Befestigungselement mit einer mit Kohlenstofffasern verstärkten Hülse eine Querkraft übertragen können, die größer ist, als wenn die Hülse aus Stahl oder Edelstahl wäre, aber kleiner ist, als wenn die Hülse aus einem unverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Es wurde aber überraschend festgestellt, dass ein erfindungsgemäßes Befestigungselement deutlich größere Querkräfte übertragen kann, als dies mit einem Befestigungselement mit einer unverstärkten Hülse möglich wäre; und dies, obwohl das erfindungsgemäße Befestigungselement, auf Grund der Druckfestigkeit der aus CFK hergestellten Hülse, schlagend, also durch Schläge auf oder durch ein Setzgerät, in einem Hinterschnittbohrloch verspreizt werden kann. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Befestigungselement anwenderfreundlich als einfach zu montierende Montageeinheit einsetzbar.This object is achieved by a fastener with the features of claim 1. The fastening element according to the invention has a sleeve made of plastic, wherein it is characteristic that the sleeve is made at least partially of a plastic reinforced with carbon fibers (called CFK in the following). In particular, the entire sleeve may consist of a CFRP. A made of a CFK sleeve is relatively hard, much harder than one made of unreinforced or reinforced with glass fibers plastic. However, the carbon fiber reinforced sleeve is not as hard or pressure resistant as a sleeve made of steel or stainless steel. As expected, a fastener according to the invention with a sleeve reinforced with carbon fibers should be able to transmit a transverse force which is greater than if the sleeve were made of steel or stainless steel, but smaller than if the sleeve were made of an unreinforced plastic. However, it was surprisingly found that a fastener according to the invention can transmit significantly greater transverse forces than would be possible with a fastener with an unreinforced sleeve; and this, although the fastener according to the invention, due to the compressive strength of the sleeve made of CFK, striking, so by impact on or by a setting tool, can be spread in an undercut well. As a result, the fastener according to the invention is user-friendly as easy to install mounting unit used.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements ist der CFK ein Polyamid, vorzugsweise ein Polyamid PA6 oder PA 6.6. Erfindungsgemäße Befestigungselemente mit Hülsen aus diesen Kunststoffen zeigten ein sehr gutes Setzverhalten bei gleichzeitig guten Eigenschaften hinsichtlich der Übertragung von Querkräften.In a preferred embodiment of the fastening element according to the invention, the CFRP is a polyamide, preferably a polyamide PA6 or PA 6.6. Inventive fasteners with sleeves made of these plastics showed a very good setting behavior with good properties in terms of the transmission of shear forces.
Insbesondere hat sich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements als vorteilhaft erwiesen, bei der der Gewichtsanteil der Kohlenstofffasern an dem verstärkten Kunststoff der Hülse 15% bis 25%, insbesondere 20%, beträgt. Hierbei sind die Prozentangaben mit einer Toleranz von +/– zwei Prozentpunkten zu verstehen.In particular, an embodiment of the fastening element according to the invention has proven to be advantageous in which the weight fraction of the carbon fibers on the reinforced plastic of the sleeve is 15% to 25%, in particular 20%. Here, the percentages are to be understood with a tolerance of +/- two percentage points.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In
Der Hinterschnittanker
Zudem weist der Hinterschnittanker
Während der Schaft
Versuche haben ergeben, dass die Hülse
Bei Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Befestigungselement
Die in Tabelle 1 aufgeführten Versuche wurden in einem als Granit klassifizierten Naturwerkstein mit Handelsnamen Verde Vittoria durchgeführt. Der erfindungsgemäße Hinterschnittanker
Für die Versuche wurden Hülsen
Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Hülse
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Befestigungselementfastener
- 22
- HinterschnittankerUndercut anchor
- 33
- Schaftshaft
- 44
- Außengewindeexternal thread
- 55
- LastangriffsmittelLoad application means
- 66
- Spreizkörperspreader
- 77
- Spreizabschnittspreading
- 88th
-
vorderes Ende des Befestigungselements
1 front end of the fastener1 - 99
- Spreizelementspreader
- 1010
- Hülseshell
- 1111
- wellenförmiger Spreizringwavy spreader ring
- AA
-
Achse des Befestigungselements
1 Axis of the fastener1 - DD
-
Außendurchmesser des Befestigungselements
1 Outer diameter of the fastener1 - Ee
-
Einbringrichtung des Befestigungselements
1 in ein nicht dargestelltes BohrlochInsertion direction of the fastener1 in a not shown hole - HH
-
Höhe der Hülse
10 des Befestigungselements1 Height of thesleeve 10 of the fastener1
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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