DE19744605A1 - Steckdübel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckdübel gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Steckdübel bestehen im allgemeinen aus einem Grundkörper und Klemmelementen, die derart am Grundkörper beweglich angeordnet sind, daß sie zwar ein Einführen des Dübels in ein Bohrloch erlauben, ein Herausziehen des Dübels jedoch verhindern, indem sie den Dübel im Bohrloch verklemmen.

Aus der österreichischen Patentschrift 356 860 ist ein gattungsge­ mäßer Dübel bekannt, bei dem der Grundkörper aus kegelstumpfartigen Segmenten besteht und die Klemmelemente als Ringfedern ausgebildet sind, die auf den Kegelstumpfflächen angeordnet sind.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 064 768 ist ein gattungsgemäßer Kunststoffdübel bekannt, bei dem durch unterschied­ lich geneigtem Einschnitt im Grundkörper statische und bewegliche Lamellen gebildet werden. Die sich zur Dübelachse hin verjüngenden beweglichen Lamellen bilden dabei die Klemmelemente, während die sich zur Dübelachse hin verbreiternden statischen Lamellen den Auslenkungswinkel der beweglichen Lamellen begrenzen und diese in geklemmtem Zustand abstützen.

Ein solcher Dübel hat den Nachteil, daß zumindest ein Teil der Kraft von den beweglichen Lamellen über einen Gelenkbereich - der Bereich, in dem das verjüngte Lamellenende in den Grundkörper übergeht - in den Grundkörper eingeleitet wird. Da aber sowohl eine hohe Anpas­ sungsfähigkeit des Dübels an das Bohrloch, d. h. eine hohe Beweglich­ keit der Klemmelemente, wie auch eine hohe mechanische Stabilität erwünscht ist, ist im Gelenkbereich stets ein Kompromiß nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steckdübel zu schaffen, bei dem einerseits die Krafteinleitung vom Klemmelement in den Grundkörper über einen Gelenkbereich vermieden oder zumindest minimiert wird und andererseits eine hohe Anpassungsfähigkeit des Dübels an die Gegebenheiten des Bohrlochs erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Steckdübel mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist im Grundkörper für jedes Klemmelement eine Ausnehmung vorgesehen, in welche jeweils ein Teil des Klemmelements hineinragt und dort beweglich gehalten ist. Im geklemmten Zustand (bei äußerer Zugbeanspruchung) wird die Kraft ganz oder teilweise vom Klemmelement über eine zur Längsachse des Grundkörpers geneigte Gleitfläche der Ausnehmung in den Grundkörper eingeleitet. Je nach Ausführung kann auf eine gelenkige Verbindung zwischen Klemmelement und Grundkörper ganz verzichtet werden, oder das Gelenk bleibt zumindest weitgehend unbelastet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nun anhand von Zeich­ nungen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1A-1D Darstellungen der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckdübels beim Einschieben in ein Bohrloch,

Fig. 2A-2D Darstellungen entsprechend Fig. 1 des Steck­ dübels nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei äußerer Last,

Fig. 3A, 3B Darstellungen des zweiten Ausführungs­ beispiels des Steckdübels ohne äußere Bean­ spruchung (Herstellungszustand),

Fig. 4A, 4B Darstellungen des Steckdübels nach dem zweiten Ausführungsbeispiel unter äußerer Last.

Die Figuren zeigen in Ansicht- und Schnittdarstellungen zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steckdübels, wobei der Steckdübel in unbelastetem Zustand gezeigt wird (Fig. 3), beim Einführen in ein Bohrloch B mit der Einschlagkraft F (Fig. 1) und bei Einwirken einer äußeren Last L, die versucht, den Steckdübel aus dem Bohrloch B herauszuziehen (Fig. 2 und 4).

Bei beiden Ausführungsbeispielen besteht der Steckdübel aus einem im wesentlichen zylindrischen Grundkörper 10 zum Beispiel aus Kunststoff, in dessen Umfangsbereichen seitlich versetzt Ausnehmungen 20, 30 eingeformt sind, die mit Klemmelementen 40, 50 zusammenwirken, deren Aufbau und Funktion im Zusammenhang mit den folgenden Erläuterungen deutlich wird; die beiden bevorzugten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in Art, Aufbau und Zusammenwirken der Klemmelemente und der Ausnehmungen des Grundkörpers:
Bei dem in den Fig. 1 und 2 in zwei Funktionszuständen dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind in den Grundkörper 10 mehrere Ausnehmungen 20 eingeformt, in denen separate Klemmelemente 40 unverlierbar gehalten sind. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich jeweils auf eine Ausnehmung 20 mit zugehörigem Klemmkörper 40:
Der Klemmkörper 40 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoffteil mit in der Zeichenebene V-förmigem Querschnitt, so daß ein innerer Schenkel 41 und ein äußerer Schenkel 42 gebildet werden. Der innere Schenkel 41 ragt in seine zugeordnete Ausnehmung 20 im Grundkörper 10 des Steckdübels hinein und ist zwischen einem Boden 20A und einem gegenüberliegenden Anschlag 23 der Ausnehmung 20 schräg zur Längsachse X-X verschiebbar gehalten. Hierbei ist die innere Wandung 21 als Gleitfläche mit einer Profilierung P zur Führung des Klemmkörpers ausgebildet. Diese Gleitfläche bildet einen ersten spitzen Winkel α mit der besagten Längsachse X-X des Grundkörpers 10, die äußere Wandung 22 der Ausnehmung 20 einen zweiten spitzen Winkel β, so daß die Seitenwände der Ausnehmung nach innen mit einem Öffnungswinkel γ=β-α aufeinander zulaufen und sich die Ausnehmung 20 dementsprechend verjüngt.

Die beiden entsprechenden Außenwandungen 41A, 41B des inneren Schenkels 41 des Klemmkörpers 40 weisen den gleichen Öffnungswinkel γ auf, so daß bei der in Fig. 1 dargestellten Position die jeweiligen Seitenwandungen 21/41A bzw. 22/41B plan aneinander liegen. Damit ist eine Zwischenposition des Klemmkörpers 40 im Grundkörper 10 definiert, die bei äußerer Belastung beim Einschieben bis maximal zur Endposition am Boden 20A unter Aufweitung der Ausnehmung 20 in eine erste Endposition übergeht.

Der äußere Schenkel 42 ragt im unbelasteten Zustand über die Umfangsfläche 11 (bzw. deren Projektion über die Ausnehmung 20) hinaus, so daß diese Abschnitte der Klemmkörper folglich aus der Umfangsfläche des Steckdübels in den durch die Ausnehmungen vorgegebenen Abständen schuppenartig herausstehen. Zwischen den beiden Schenkeln 41 und 42 ist ein ausreichender Abstand gelassen, so daß sich der äußere Schenkel 42 bei äußerer Beanspruchung gegen den inneren Schenkel 41 elastisch verschwenken läßt. Das Kunststoffmaterial des Klemmkörpers 40 ist so gewählt, daß sich im Bereich der Spitze des Klemmkörpers, also im Übergangsbereich zwischen äußerem Schenkel 42 und innerem Schenkel 41 eine Art Gelenk ausbildet, die diese Verschwenkung des äußeren Schenkels 42 gegenüber dem inneren Schenkel 41 gestattet.

An seinen nach außen gewandten Bereichen weist der äußere Schenkel 42 eine Profilierung beispielsweise in der dargestellten Sägezahn­ form auf, die zum Zusammenwirken mit der Wandung des Bohrlochs B von Bedeutung ist, wie dies weiter unten erläutert wird.

Die funktionelle Bedeutung der oben geschilderten konstruktiven Maßnahmen ist wie folgt:
Beim Einstecken des Steckdübels in das (nicht dargestellte) Bohrloch mit einer Einschlagkraft F (Fig. 1) paßt sich der äußere Schenkel 42 weitgehend dem zur Verfügung stehenden, in Fig. 1 nur minimalen, Zwischenraum zwischen dem Umfangsbereich 11 des Grundkörpers 10 und der Bohrlochwandung an, wobei im wesentlichen zwei Effekte auftreten, die sich überlagern:

• a) Durch die elastische Ausbildung des Gelenkbereichs zwischen den beiden Schenkeln 41 und 42 kann der äußere Schenkel durch Einknicken oder Einschwenken gegenüber dem inneren Schenkel unter der äußeren Beanspruchung durch die Wandung des Bohrlochs so weit nachgeben, daß das Maß, um das der äußere Schenkel 42 in unbe­ lastetem Zustand aus der Umfangsfläche 11 herausragt, beim Einschlagen des Steckdübels reduziert wird,
• b) der innere Schenkel 41 (und damit das gesamte Klemmelement) wird unter der Einschlagkraft F so weit in Richtung des Bodens 20A der Ausnehmung 20 gedrückt, wie dies unter elastischer Verformung des Kunststoffmaterials des Grundkörpers 10 möglich ist, dadurch tritt eine Verklemmung des Klemmkörpers in der Ausnehmung ein; mit dieser Bewegung wird ebenfalls infolge der Radialkomponente dieser Einschiebbewegung eine Verringerung des Maßes des Heraus­ ragens des äußeren Schenkels 42 im unbelasteten bzw. eingeknickten Zustand bewirkt werden.

Diese Effekte haben zur Folge, daß sich der Steckdübel beim Einschlagen auch unregelmäßigen Verläufen der Innenwandung des Bohrloches optimal anpassen kann und durch die umfangsmäßige und axiale Versetzung der Ausnehmungen 20 auch ein gewisser Zentriereffekt erreicht wird, der einer möglichen Verkantung oder Verklemmung des Steckdübels beim Einschlagen entgegenwirkt.

Beim Einschlagen des Steckdübels "versteckt" sich der Klemmkörper 40 also weitgehend im Grundkörper 10 und bietet nur einen sehr geringen Reibungswiderstand.

Im Gegensatz hierzu steht seine Funktion, wenn der Steckdübel gesetzt ist und unter äußerer Last L steht (Fig. 2):
Durch den Kontakt der Außenfläche des äußeren Schenkels 42 mit der Innenwandung des Bohrloches B, der durch das elastische Federungs­ verhalten sichergestellt ist, ist unter äußerer Last ein Herauszie­ hen des Steckdübels aus dem Bohrloch B nur um ein sehr geringes Maß möglich, bis der Verbindungsbereich der beiden Schenkel 41 und 42 mit seiner Stirnseite 43 den Anschlag 23 erreicht hat.

Beim beginnenden Herausziehen des Steckdübels um ein Maß ΔX ergibt sich durch das Festkrallen der profilierten Außenseite des äußeren Schenkels 42 im Bohrloch B eine Radialbewegung des Klemm­ körpers um ein entsprechendes Maß Δr=ΔX.tan α, d. h., die innere Wandung 21 der Ausnehmung 20 bildet eine schiefe Ebene mit der Wirkung, daß mit zunehmender Last L von den Klemmkörpern eine zunehmende Kraft auf die Wandung des Bohrlochs B ausgeübt wird, die bereits nach sehr geringen Werten von Verschiebungen so groß wird, daß die zunehmende Verklemmung ein weiteres Heraus­ ziehen des Steckdübels verhindert. In einer solchen Klemmposition wird die gesamte Last L in die inneren Wandungen sämtlicher Ausnehmungen 20 in den Grundkörper 10 eingeleitet.

Das Maß ΔX hängt somit im wesentlichen vom Spiel des Steckdübels im Bohrloch ab; stößt bei relativ großem Bohrloch schließlich die Stirnfläche 43 an den Anschlag 23 (Fig. 2), so ist eine weitere axiale und radiale Verschiebung des Klemmkörpers 40 durch Herausziehen des inneren Schenkels 41 aus seiner Ausnehmung 20 (Pfeil P1) nicht mehr möglich (zweite Endposition). Eine weitere Einwirkung der Last L führt folglich zu dem in Fig. 2 dargestellten Endzustand, bei dem sich die verzahnte Außenprofilierung des äußeren Schenkels 42 am Bohrloch "aufstützelt", so daß ein Kippeffekt entsteht (Pfeil P2), bis die Innenfläche 41b des Innenschenkels 41 an der gegenüberliegenden Wandung 22 der Ausnehmung 20 anliegt. Die hierbei kräftemäßig beanspruchten Bereiche der Wandung des Grundkörpers 10 sind in der Detaildarstellung Y der Fig. 2B eng schraffiert dargestellt; man erkennt daraus, daß auch in dieser Endposition die über die Bohrlochwandung einwirkende Reaktionskraft sicher in den Grundkörper 10 eingeleitet wird.

Durch die elastische Ausbildung des Verbindungsbereichs zwischen äußerem Schenkel 42 und innerem Schenkel 41 ist auch ein Aufstell­ effekt des äußeren Schenkels gewährleistet, der die beschriebene Funktion auch bei der in Fig. 2 angedeuteten, häufig vorkommenden Struktur der abrupten Aufweitungen des Bohrloches bei Hohlkammer­ steinen sicherstellt.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsbei­ spiel des erfindungsgemäßen Steckdübels sind die konstruktiven und funktionellen Merkmale im wesentlichen gleich, so daß hier lediglich noch auf die Unterschiede eingegangen werden soll:
Anstelle eines separaten Klemmkörpers sind hier Klemmkörper 50 und Grundkörper 10 einstückig gefertigt, wobei jeder Klemmkörper 50 über einen bandähnlichen Gelenkbereich 34 im Eingangsbereich 33 seiner zugeordneten Ausnehmung 30 gehalten ist. Durch diese Halterung ist die Unverlierbarkeit des Klemmkörpers 50 sichergestellt, so daß die Dimensionierung der anderen Bereiche, insbesondere der Ausnehmung 30 und des inneren Schenkels 51 auf die Erfüllung dieses Erfordernisses keine Rücksicht zu nehmen braucht. Dementsprechend sind die Abstände der Innenwandungen 31, 32 der Ausnehmung 30 wesentlich größer gewählt als die Dicke des inneren Schenkels 51, so daß hier eine Schwenkbewegung um ein größeres Ausmaß möglich ist als beim ersten Ausführungsbeispiel.

Auch hier gewährleistet der elastische Gelenkbereich zusammen mit der weiten Ausnehmung 30, daß sich beim (nicht dargestellten) Einschlagen des Steckdübels der äußere Schenkel 52 weitgehend nach innen bewegt, wobei die erste Endposition dann erreicht ist, wenn die Außenwandung des inneren Schenkels 51 an der Wandung 32 anliegt.

Da hier die Klemmkörper 50 aus dem gleichen mehr oder weniger harten Kunststoffmaterial des Grundkörpers 10 gebildet sind, wird die nötige Beweglichkeit des Klemmkörpers vorrangig durch die schmale Dimensionierung des Gelenkbereichs 34 übernommen und erst danach durch eine Verkippung oder Verschwenkung der beiden Schenkel 51 und 52 gegeneinander.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Situation der Zugbelastung unter der Last L stellt sich ebenfalls der beschriebene Effekt der schiefen Ebene durch die Neigung der inneren Wandung 32 und zusätzlich der Aufstelleffekt des Klemmkörpers 50 ein, so daß mit zunehmender Last L und Weg ΔX auch die Klemmkraft zunimmt. Reicht dies nicht aus, um den Steckdübel festzusetzen gegen die äußere Last L, wird schließlich der Gelenkbereich 34 an den zugehörigen Anschlag 35 gedrückt, wobei dann noch eine Verschwenkung des Klemmkörpers 50 eintritt, bis die untere Innenkante des inneren Schenkels 51 an der Wandung 31 der Ausnehmung anliegt und dort die restliche Krafteinleitung erfolgt.

Die Gemeinsamkeiten der beiden beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele sind also im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Gelenkbereich definiert wird, der nicht stationär relativ zum Grundkörper 10 ist, sondern über eine schiefe Ebene seinerseits axial und radial veränderlich ausgestaltet ist, je nach Art und Stärke der äußeren Beanspruchung (Einschlagkraft F bzw. Last L). Diese variable Gestaltung des Gelenkbereichs, sei es durch entsprechende Elastizität des Kunststoffmaterials beim ersten Ausführungsbeispiel, sei es durch größenmäßige Dimensionierung des Gelenkbereichs 34 beim zweiten Ausführungsbeispiel, optimiert den Kompromiß zwischen möglichst geringem Widerstand beim Einschlagen des Steckdübels und möglichst hoher Grenzlastbeanspruchung bei Einwirken einer äußeren Last L. Hierbei wird die Gelenkfunktion sowohl bei der Einschlagbewegung des Steckdübels als auch bei Einwirken der äußeren Last L eingesetzt, die Kraftüberleitung von der Bohrlochwandung in den Grundkörper 10 erfolgt aber bei beiden Funktionszuständen nur mit geringer Beanspruchung der Gelenkbereiche.

Claims (22)

1. Steckdübel zum Einführen in ein Bohrloch mit einem Grundkörper und mit am Grundkörper zwischen zwei Endpositionen beweglich gehaltenen Klemmelementen, welche bei einer am Grundkörper aus dem Bohrloch ziehenden Last den Grundkörper im Bohrloch verklemmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) über Ausneh­ mungen (20, 30) verfügt, in welche jeweils mindestens ein Klemmelement (40, 50) hineinragt.

2. Steckdübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (40, 50) über einen inneren und einen äußeren Schenkel (41, 42, 51, 52) verfügen, die V-förmig miteinander verbunden sind.

3. Steckdübel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schenkel (41, 51) in die zugeordneten Ausnehmungen (20, 30) hineinragt.

4. Steckdübel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schenkel (42, 52) im unbelasteten Zustand über die Umfangsfläche (11) des Grundkörpers (10) hinausragt.

5. Steckdübel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel (41, 42, 51, 52) elastisch gegeneinander drückbar sind.

6. Steckdübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und äußere Wandung (21, 22, 31, 32) der Ausnehmungen (20, 30) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

7. Steckdübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und/oder äußere Wandung der Ausnehmungen (20, 30) ebene Schnittflächen durch den Grundkörper (10) sind, die schräg zur Grundkörperachse (X-X) stehen.

8. Steckdübel nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (20, 30) linear verschiebbar in seiner zugeordneten Ausnehmung (40, 50) gehalten ist.

9. Steckdübel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (50) im Bereich seiner Spitze mit dem Grundkörper (10) im Bereich des Eingangs (33) der Ausnehmung (30) beweglich verbunden ist.

10. Steckdübel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur beweglichen Verbindung ein bandähnlicher Gelenkbereich (34) dient, der die axiale und radiale Beweglichkeit des Klemmelements (50) bei äußerer Beanspruchung erlaubt.

11. Steckdübel nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (31, 32, 35) der Ausnehmung (30) und die Dimensionierung des inneren Schenkels (51) die Beweglichkeit des Klemmelements (50) festlegen.

12. Steckdübel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (40) ein separates Bauteil ist, das in seiner zuge­ ordneten Ausnehmung (20) verschiebbar gehalten und mittels eines Anschlags (23) im Umfangsbereich (11) des Grundkörpers (10) und/oder einer Profilierung (P) auf einer der Wandungen der Ausnehmung gegen Herausfallen gesichert ist.

13. Steckdübel nach Anspruch 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung (21) der Ausnehmung (20) mit der Längsachse (X-X) des Grundkörpers (10) einen ersten spitzen Winkel (α) einschließt, so daß eine schiefe Ebene gebildet wird, auf der das Klemmelement (40) verschiebbar ist.

14. Steckdübel nach Anspruch 2 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandung (22) der Ausnehmung (20) mit der Längsachse (X-X) des Grundkörpers (10) einen zweiten spitzen Winkel (β) einschließt, wobei β<α ist, so daß sich die Ausnehmung (20) nach innen zu mit einem Öffnungswinkel γ verjüngt.

15. Steckdübel nach Anspruch 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schenkel (41) des Klemmelements (40) Seitenwandungen (41a, 41b) besitzt, die miteinander den Öffnungswinkel (γ) ein­ schließen.

16. Steckdübel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung (21) über den Anschlag (23) in die Umfangsfläche (11) des Grundkörpers (10) übergeht, dem eine Stirnfläche (43) des Klemmelements (40) im Bereich seiner Spitze zugeordnet ist, die bei äußerer Last L die Zugkraft zumindest teilweise über den Anschlag (23) in den Grundkörper (10) einleiten kann.

17. Steckdübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (20, 30) am Umfang des Grundkörpers (10) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

18. Steckdübel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein­ stückig aus Kunststoff ausgebildet ist.

19. Steckdübel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Grund­ körper (10) und Klemmelement (40) aus verschiedenen Kunststoff­ materialien ausgebildet sind.

20. Verfahren zur Herstellung eines Steckdübels nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Kunststoff-Grundkörper (Vorspritzling) gefertigt wird, und dann das Klemmelement derart angespritzt wird, daß es sich nicht mit dem Grundkörper verbindet.

21. Verfahren zur Herstellung eines Steckdübels nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper im MIM-Verfahren hergestellt wird und das Klemmelement ein Kunststoffspritzling ist.

22. Verfahren zur Herstellung eines Steckdübels nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und das Klemmelement in einem zweistufigen MIM-Verfahren hergestellt wird.