DE19528808A1

DE19528808A1 - Spreizdübel

Info

Publication number: DE19528808A1
Application number: DE19528808A
Authority: DE
Inventors: Markus Hartmann
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1995-08-05
Filing date: 1995-08-05
Publication date: 1997-02-06
Also published as: US5931619A; FR2737543B1; GB9616153D0; KR970011453A; JPH09158925A; GB2304166A; FR2737543A1; GB2304166B

Description

Die Erfindung betrifft einen Spreizdübel gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die gattungsgemäßen Spreizdübel weisen eine Spreizhülse mit einer Durchgangsbohrung und einen in der Durchgangsbohrung axial verschiebbaren Spreizkörper auf. Die Spreizhülse besitzt einen mit wenigstens einem Längsschlitz versehenen Spreizbereich, der sich zum setzrichtungseitigen Ende der Spreizhülse erstreckt. Vielfach sind im Spreizbereich vier durch Längschlitze voneinander getrennte Spreizlappen vorgesehen. Die Durchgangsbohrung ist in dem an den Spreizbereich anschließenden Teil der Spreizhülse, der dem Lastangriff dient, zylindrisch ausgebildet. Im Spreizbereich kann die Durchgangsbohrung gleichfalls zylindrisch ausgebildet sein; oft verjüngt sie sich jedoch konisch zum setzrichtungseitigen Ende des Spreizbereiches. Der Spreizkörper ist üblicherweise in einer Ausgangslage in der Durchgangsbohrung unverlierbar gehalten. Dabei kann der Spreizkörper über seine Längserstreckung zylindrisch, zylindrisch mit anschließendem Konusteil, konisch oder auch ballig ausgebildet sein.

Das Verspreizen des Spreizdübels in einer Aufnahmebohrung erfolgt durch axiales Verschieben des Spreizkörpers in der Durchgangsbohrung aus seiner Ausgangslage in eine Endlage. Dabei wird der Spreizbereich aufgeweitet bzw. werden die Spreizlappen gegen die Wandung der Aufnahmebohrung gepreßt. Zu diesem Zweck werden spezielle Setzwerkzeuge verwendet, mit deren Hilfe der Spreizkörper durch axiale Schläge in seine vorbestimmte Endposition getrieben wird. Die axialen Schläge werden üblicherweise direkt auf den Spreizkörper ausgeübt, wodurch dieser unter Aufweiten des Spreizbereiches in der Durchgangsbohrung vorgetrieben wird. Es kann aber auch die Spreizhülse über ein an ihrem setzrichtungseitigen Ende vorstehendes Spreizteil übergeschlagen werden.

Bei den bekannten Spreizdübeln ist die Durchgangsbohrung im unverspreizten Zustand des Spreizdübels rotationssymmetrisch. Die Krümmungsradien der ungespreizten Spreizhülse und des Spreizkörpers sind im Anlagebereich in der Ausgangsstellung des Spreizkörpers aufeinander abgestimmt. Der auf diese Weise in der Durchgangsbohrung unverlierbar in seiner Ausgangslage gehaltene Spreizkörper ist von der Wandung der Durchgangsbohrung vollständig umgriffen und besitzt in seiner Ausgangslage im Anlagebereich üblicherweise einen flächigen Kontakt mit der Wandung der Durchgangsbohrung. Durch das axiale Verschieben des Spreizkörpers in seine Endlage werden die Spreizlappen auseinandergepreßt. Die Durchgangsbohrung verliert dabei ihre rotationssymmetrische Form. Da der Spreizkörper jedoch nach wie vor eine rotationssymmetrische Außenkontur besitzt, hat er in seiner Endlage im Anlagebereich mit den Spreizlappen im wesentlichen nur einen linienförmigen Kontakt. Der hohe Spreizdruck muß über die sehr kleinen Anlagebereiche übertragen werden und es entstehen lokal sehr hohe Flächenpressungen, welche zu einer geringfügigen Anpassung der Krümmungsradien der Spreizlappen und des Spreizkörpers im Anlagebereich führen. Die dafür erforderliche Energie muß zusätzlich aufgewendet werden und trägt nicht zur Verspreizung bei. Beim Verschieben des Spreizkörpers aus seiner Ausgangslage in seine Endlage müssen hohe Reibungskräfte überwunden werden, was die erforderliche Eintreibenergie erhöht. Durch die hohen Reibungskräfte kann eine gegebenenfalls auf den Spreizkörper aufgebrachte Beschichtung, beispielsweise um den Spreizkörper vor Korrosion zu schützen, abgekratzt und dadurch nutzlos werden. Bei rostfreien Materialien kann es wegen der hohen Reibungskräfte sogar zu einer Kaltverschweißung während des Verschiebens des Spreizkörpers kommen. Die Spreizhülse wird dabei jedoch nur unvollständig aufgespreizt und der Befestigungspunkt kann nicht die geforderten Lastwerte erzielen oder muß völlig aufgegeben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den vorstehenden Nachteilen des Standes der Technik abzuhelfen. Insbesondere soll ein Spreizdübel geschaffen werden, welcher zuverlässig gesetzt werden kann. Die erforderliche Eintreibenergie soll gering gehalten werden. Aufgebrachte Beschichtungen sollen während des Verschiebens des Spreizkörpers unbeschädigt bleiben. Eine Kaltverschweißung von rostfreien Materialien soll vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einem Spreizdübel, welcher die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Varianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Insbesondere wird durch die Erfindung ein Spreizdübel geschaffen, der eine Spreizhülse mit einer axialen Durchgangsbohrung und einen, mit wenigstens einem Längsschlitz versehenen Spreizbereich aufweist, und einen Spreizkörper umfaßt, der in der Durchgangsbohrung unter Aufspreizen des Spreizbereiches axial von einer Ausgangslage in eine Endlage verschiebbar ist. Die Durchgangsbohrung weist in einem Abschnitt ihrer Längserstreckung, welcher in der Endlage des Spreizkörpers an die Hüllfläche des Spreizkörpers angrenzt, Krümmungsradien auf, welche im wesentlichen mit den Krümmungsradien der Hüllfläche des Spreizkörpers übereinstimmen.

Indem die Krümmungsradien der Durchgangsbohrung der Spreizhülse und des Spreizkörpers in dessen Endlage im Anlagebereich übereinstimmen, wird ein linienförmiger Kontakt zwischen der Spreizhülse und dem Spreizkörper vermieden. Während des Verschiebens des Spreizkörpers in der Durchgangsbohrung besteht zwischen der Spreizhülse und dem Spreizkörper Flächenkontakt. Dadurch kommt es zu niedrigeren Flächenpressungen beim Aufspreizen der Spreizhülse. Die zu überwindenden Reibungskräfte sind verringert und die erforderliche Eintreibenergie ist gegenüber den bekannten Spreizdübeln reduziert. Aufgrund der niedrigeren Reibung wird eine gegebenenfalls vorhandene Beschichtung nicht mehr verletzt. Die Gefahr einer Kaltverschweißung von rostfreien Materialien bei der Verschiebung des Spreizkörpers in der Durchgangsbohrung der Spreizhülse ist verringert. Dadurch wird vermieden, daß der Spreizkörper unzureichend verschoben wird und die Spreizhülse unvollständig aufgespreizt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Spreizdübels muß die Spreizhülse beim Verschieben des Spreizkörpers kaum mehr plastisch verformt werden, was das Verschieben des Spreizkörpers erleichtert.

Aus Gründen der Symmetrie und aufgrund der verbesserten Aufspreizbarkeit ist es vorteilhaft, wenn der Spreizbereich vier durch Längschlitze getrennte Spreizlappen aufweist, deren die Durchgangsbohrung begrenzende Innenflächen im Anlagebereich Krümmungsradien mit dem in seine Endlage verschobenen Spreizkörper aufweisen, welche im gespreizten Zustand in der Axialprojektion Segmente eines Kreisumfanges bilden.

In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spreizdübels sind im gespreizten Zustand des Spreizbereiches die Krümmungsradien im Anlagebereich des Spreizkörpers konstant. In einer Variante des erfindungsgemäßen Spreizdübels nehmen im gespreizten Zustand des Spreizbereiches die Krümmungsradien zum setzrichtungseitigen Endes des Anlagebereiches des Spreizkörpers hin ab. Im Falle eines ballig ausgebildeten Spreizkörpers sind die Krümmungsradien des Spreizbereiches im Anlagebereich der balligen Außenkontur des in seiner Endlage befindlichen Spreizkörpers angeglichen.

Die Ausbildung der Krümmungsradien der Durchgangsbohrung ist mit Vorteil derart gewählt, daß die Begrenzungsflächen der Durchgangsbohrung mit der Hüllfläche des Spreizkörpers in seiner Ausgangslage axial verlaufende, im wesentlichen linienförmige Anlagebereiche besitzen. Auf diese Weise ist der Spreizkörper unverlierbar in der Durchgangsbohrung gehalten. Die auf den Spreizkörper im Anlagebereich wirkenden Kräfte sind im noch unverspreizten Zustand der Spreizhülse gering. Der Spreizkörper kann daher bei Bedarf relativ leicht verschoben werden. Während der Verschiebung geht der axiale Linienkontakt in einen flächigen Kontakt über, wodurch die bei der Verspreizung auftretenden Flächenpressungen und die Reibungskräfte gering gehalten werden.

In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Spreizdübels sind die linienförmigen Anlagebereiche in Setzrichtung vor dem Abschnitt des Spreizbereiches mit an die Hüllfläche des Spreizkörpers angeglichenen Krümmungsradien angeordnet. Bei dieser Art von Spreizdübeln wird der Spreizkörper durch axiale Schläge in Richtung des Bohrlochgrundes in der Durchgangsbohrung vorgetrieben, bis er seine Endlage erreicht hat. Der Spreizdübel kann unabhängig von der Tiefe der Aufnahmebohrung verspreizt werden. Ein geeignet ausgebildetes Setzwerkzeug definiert die exakte Endlage des Spreizkörpers in der Durchgangsbohrung.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Spreizdübels erfolgt die Anpassung der Krümmungsradien des an die Hüllfläche des in seiner Endlage befindlichen Spreizkörpers angrenzenden Teilbereiches des Spreizbereiches an die Krümmungsradien des Spreizkörpers durch Kalibrierung der Durchgangsbohrung, vorzugsweise mit einem gehärteten Stempel. Der Kalibriervorgang mit einem gehärteten Stempel ist schnell und einfach durchführbar und erlaubt eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Spreizdübel.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beispielsweisen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Dübelachse eines Anlagebereiches eines Spreizdübels des Standes der Technik mit in seiner Endlage befindlichem Spreizkörper;

Fig. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Dübelachse eines erfindungsgemäßen Spreizdübels mit in der Ausgangslage befindlichem Spreizkörper; und

Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zur Dübelachse eines erfindungsgemäßen Spreizdübels mit in der Endlage befindlichem Spreizkörper.

In Fig. 1 ist ein Spreizdübel der allgemein bekannten Art im Querschnitt dargestellt. Derartige Spreizdübel sind beispielsweise aus dem europäischen Patent Nr. EP-B-0,216,233 bekannt. Der gesamthaft mit dem Bezugszeichen D versehene Spreizdübel weist eine Spreizhülse H mit einer sich in Setzrichtung konisch verjüngenden, axialen Durchgangsbohrung B und einem Spreizbereich auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Spreizbereich von vier durch Schlitze S getrennte Spreizlappen L gebildet. Ein Spreizkörper K ist in der Durchgangsbohrung B gehalten und aus einer Ausgangslage unter Aufspreizen der Spreizlappen L in eine Endlage verschiebbar. In der Darstellung in Fig. 1 verläuft die Schnittebene senkrecht zur Dübelachse und ist durch den Anlagebereich des in seiner Endlage befindlichen Spreizkörpers K und der Innenwandung A der Spreizlappen L gelegt. Aus der gewählten Darstellung ist deutlich ersichtlich, daß die Innenflächen A der Spreizlappen L einen anderen Krümmungsradius aufweisen als die Hüllfläche F des Spreizkörpers K. Dies resultiert daraus, daß die Krümmungsradien der Durchgangsbohrung B auf den Spreizkörper K in seiner Ausgangslage abgestimmt sind. Während des Aufspreizens der Spreizlappen L verliert die Durchgangsbohrung B ihre rotationssymmetrische Form. Dadurch kommt es im Anlagebereich der Durchgangsbohrung B zwischen den Innenflächen A der Spreizlappen L und der Hüllfläche F des Spreizkörpers zu keiner flächigen Berührung sondern jeder Spreizlappen L berührt die Hüllfläche F des Spreizkörpers K im wesentlichen nur entlang zweier axial verlaufender Geraden C.

Der hohe Spreizdruck muß über die sehr kleinen Anlagebereiche C übertragen werden und es entstehen lokal sehr hohe Flächenpressungen, welche zu einer geringfügigen Anpassung der Krümmungsradien der Spreizlappen L und des Spreizkörpers K im Anlagebereich C führen. Die dafür erforderliche Energie muß zusätzlich aufgewendet werden und trägt nicht zur Verspreizung bei. Beim Verschieben des Spreizkörpers K aus seiner Ausgangslage in seine Endlage müssen hohe Reibungskräfte überwunden werden, was die erforderliche Eintreibenergie erhöht. Durch die hohen Reibungskräfte kann eine gegebenenfalls auf den Spreizkörper K aufgebrachte Beschichtung, beispielsweise um den Spreizkörper K vor Korrosion zu schützen, abgekratzt und dadurch nutzlos werden. Bei rostfreien Materialien kann es wegen der hohen Reibungskräfte sogar zu einer Kaltverschweißung während des Verschiebens des Spreizkörpers K kommen. Die Spreizhülse H wird dabei jedoch nur unvollständig aufgespreizt und der Befestigungspunkt kann nicht die geforderten Lastwerte erzielen oder muß völlig aufgegeben werden.

In Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spreizdübels dargestellt. Der Spreizdübel ist gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen und umfaßt eine Spreizhülse 2 mit einer Durchgangsbohrung 9 und mit einem Spreizbereich. Der Spreizbereich ist von vier durch axiale Schlitze 5 getrennten Spreizlappen 3 gebildet. Ein Spreizkörper 6 ist in der Durchgangsbohrung 9 aus einer Ausgangslage in eine Endlage verschiebbar, wobei die Spreizhülse 2 aufgeweitet wird bzw. die Spreizlappen 3 nach außen gegen eine Bohrlochwandung gedrückt werden. Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Spreizdübel 1 in einer Querschnittdarstellung senkrecht zur Dübelachse im Anlagebereich zwischen der die Durchgangsbohrung 9 begrenzende Innenwandung 4 der Spreizlappen 3 und der Hüllfläche 7 des in seiner Ausgangsstellung unverlierbar gehaltenen Spreizkörpers 6, während Fig. 3 eine analoge Querschnittdarstellung mit dem Spreizelement 6 in seiner Endlage und mit aufgespreizten Spreizlappen 3 ist.

Aus Fig. 2 ist deutlich ersichtlich, daß die Innenflächen 4 der Spreizlappen 3 einen größeren Krümmungsradius aufweisen als die Hüllfläche 7 des Spreizelementes 6. Dadurch liegt die Hüllfläche 7 des Spreizkörpers 6 in seiner Ausgangslage nur in axial verlaufenden, im wesentlichen linienförmigen Bereichen 8 an den die Durchgangsbohrung 9 begrenzenden Innenflächen 4 der Spreizlappen 3 an. Durch axiales Verschieben des Spreizkörpers 6 in der Durchgangsbohrung 9 werden die Spreizlappen 3 nach außen gegen die Bohrlochwandung gepreßt und die Längsschlitze 5 aufgeweitet. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die Durchgangsbohrung 9 im Anlagebereich zwischen der Innenwandung 4 der Spreizlappen 3 und der Hüllfläche 7 des in seiner Endlage befindlichen Spreizkörpers 6 einen Krümmungsradius a auf, der mit dem der Hüllfläche übereinstimmt. Insbesondere sind die Krümmungsradien a der Durchgangsbohrung 9 im Anlagebereich über die gesamte Längserstreckung des Spreizelementes 6 an die Krümmungsradien der Hüllflächen 7 des Spreizkörpers 6 angepaßt. Dabei kann der Spreizkörper 6 eine zylindrische, eine konische oder auch eine ballige Kontur aufweisen.

Die Krümmungsradien a der Innenflächen 4 der Spreizlappen 3 sind in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spreizdübels 1 derart gewählt, daß die Durchgangsbohrung 9 im aufgespreizten Zustand einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Innenflächen 4 der Spreizlappen 3 in der Axialprojektion Segmente des Umfangskreises bilden.

Die Anpassung der Krümmungsradien der Innenflächen 4 der Spreizlappen 3 an die Krümmungsradien der Hüllflächen 7 des Spreizkörpers 6 erfolgen beispielsweise durch Kalibrierung der Durchgangsbohrung 9 der Spreizhülse 2 im Bereich der vorgesehenen Endlage des Spreizkörpers 6 mit Hilfe eines gehärteten Stempels. Diese Art der Anpassung der Krümmungsradien der Durchgangsbohrung 9, welche dabei ihren kreisförmigen Querschnitt verliert, kann bei spanend- oder kaltgeformten Spreizhülsen 2 angewendet werden. Dabei wird die Spreizhülse 2 im Spreizbereich kaltverfestigt, was sich beim späteren Verschieben des Spreizkörpers 6 als vorteilhaft erweist, indem sich die Hülse nicht so leicht plastisch verformt.

Claims

1. Spreizdübel mit einer Spreizhülse (2), die eine axiale Durchgangsbohrung (9) und einen, mit wenigstens einem Längsschlitz (5) versehenen Spreizbereich aufweist, und einem Spreizkörper (6), der in der Durchgangsbohrung (9) unter Aufspreizen des Spreizbereiches (3) axial von einer Ausgangslage in eine Endlage verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (9) in einem Abschnitt (4) ihrer Längserstreckung, welcher in der Endlage des Spreizkörpers (6) an die Hüllfläche (7) des Spreizkörpers (6) angrenzt, Krümmungsradien (a) aufweist, welche im wesentlichen mit den Krümmungsradien der Hüllfläche (7) des Spreizkörpers (6) übereinstimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizbereich vier durch Längsschlitze (5) getrennte Spreizlappen (3) aufweist, deren die Durchgangsbohrung (9) begrenzende Innenflächen (4) im Anlagebereich (4, 7) mit dem in seine Endlage verschobenen Spreizkörper (6) Krümmungsradien (a) aufweisen, welche im gespreizten Zustand in der Axialprojektion Segmente eines Umfangskreises bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im gespreizten Zustand des Spreizbereiches (3) die Krümmungsradien (a) im Anlagebereich (4, 7) des Spreizkörpers (6) konstant sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im gespreizten Zustand des Spreizbereiches (3) die Krümmungsradien (a) zum setzrichtungsseitigen Ende des Anlagebereiches (4, 7) des Spreizkörpers (6) hin abnehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (a) des Spreizbereiches (3) im Anlagebereich (4, 7) des in seiner Endlage befindlichen Spreizkörpers (6) einer balligen Außenkontur des Spreizkörpers (6) angeglichen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsflächen (4) der Durchgangsbohrung (9) mit der Hüllfläche (7) des Spreizkörpers (6) in seiner Ausgangslage axial verlaufende, im wesentlichen linienförmige Anlagebereiche (8) besitzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die linienförmigen Anlagebereiche (8) in Setzrichtung vor dem Abschnitt (4) des Spreizbereiches (3) mit an die Hüllfläche (7) des Spreizkörpers (6) angeglichenen Krümmungs radien (a) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Krümmungsradien (a) des an die Hüllfläche (7) des in seiner Endlage befindlichen Spreizkörpers (6) angrenzenden Teilbereiches (4) des Spreizbereiches (3) an die Krümmungsradien des Spreizkörpers (6) durch Kalibrierung der Durchgangsbohrung, vorzugsweise mit einem gehärteten Stempel, erstellbar ist.