способ образования высокопрочного элемента анкерного крепления в сплошной стене

Формула изобретения

1. Способ образования высокопрочного элемента анкерного крепления в сплошной стене, включающий образование отверстия с заранее заданным диаметром в сплошной стене, полное введение анкера в виде плотной пластмассовой пробки трубчатой формы, имеющей первоначальную длину в отверстие, вкручивание винта в анкер, отличающийся тем, что в качестве пластмассы используют материал, способный экструдировать под действием увеличивающихся давления и температуры, создаваемых винтом, и имеющий высокую прочность при срезе, при этом диаметр отверстия больше диаметра анкера не менее чем 0,5 мм (0,02"") и диаметр анкера больше диаметра винта не менее чем 0,5 мм (0,02""), что обеспечивает высокую степень сжатия пластмассы между соседними витками резьбы винта, образование сильно сжатой пленки из пластмассы вокруг значительной части внешних кромок витков резьбы винта и выпрессовывание пластмассы в изъяны в поверхности стенки отверстия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстие выполняют глубиной по меньшей мере на 30% больше, чем первоначальная длина пластмассовой пробки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют винт, который имеет острый конец, благодаря чему он проходит сквозь пластмассовую пробку, а не проталкивает пробку по направлению к основанию отверстия.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют винт с шестигранной головкой для облегчения его ввинчивания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют пластмассу, выбираемую из группы, состоящей из полипропилена, полиэтилена и сополимера полипропилена и полиэтилена.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пластмассовую пробку дополнительно включают средство для предотвращения ее вращения при ввинчивании винта.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что средство для предотвращения вращения выполняют с двумя или больше небольших удлиненных ребер на периферийном краю анкера в виде пластмассовой пробки, в которую вводят винт, причем ребра приспособлены для заклинивания между пробкой и стенкой отверстия при введении пробочного анкера в отверстие.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что заклинивающие ребра дополнительно обеспечивают средство для предотвращения погружения анкера внутрь стены, вызываемого давлением от введения винта.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что пробочный анкер дополнительно включает в себя продольные расщепления, по существу, посредством которых вводимый винт направляется, по существу, по центру внутри упомянутой пробки и которые позволяют пластмассе, по существу, охватить винт по периферии.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что расщепления содержат границу раздела между продольными элементами пробочного анкера, которые сопрягаются друг с другом, образуя, по существу, плотную пластмассовую пробку обычно трубчатой формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается анкеров в сплошной стене и, в частности анкеров в сплошной стене в виде пластмассовых пробок.

В [1] описан анкер в сплошной стене, который, имея общий внешний вид наподобие пули или пробки, состоит из сопрягающихся участков, которые образуют твердую пробку из пластмассы, т.е. с начальным отверстием для винта, но без отверстия в середине. При введении винта твердость анкера позволяет ему удерживать значительно больший вес, чем другие аналогичные, но с просверленными отверстиями анкеры вследствие увеличения плотности материала в данном диаметре отверстия. Эти анкеры обеспечивают силу удержания большую или по крайней мере сопоставимую с многими типами металлических анкеров аналогичного диаметра.

Техническим результатом изобретения является обеспечение недорогого способа, предназначенного для существенного увеличения силы удержания пластмассовых анкеров в сплошной стене.

Другим результатом изобретения является обеспечение уникального сочетания пластмассы и винта, которое создает очень высокую прочность элемента анкерного крепления.

На фиг. 1 представлено: а-изометрическое изображение, b вид сбоку вертикальной проекции анкера, описанного в упомянутом патенте, в открытом и закрытом положениях, соответственно, c другой вариант осуществления показанного на фиг. 1a и 1b анкера; на фиг. 2 вид сбоку вертикальной проекции показанного на фиг. 1a и 1b анкера при использовании его в соответствии с известным способом, и извлеченного из стены; на фиг. 3 вид сбоку вертикальной проекции показанного на фиг. 2 анкера при использовании его в соответствии со способом, предлагаемым настоящим изобретением и изъятого из стены; на фиг. 4 вид сбоку вертикальной проекции, показанного на фиг. 1a и 1b анкера, когда диаметр вводимого винта чрезмерно превышает диаметр анкера, извлеченного из стены.

В общем изобретение включает в себя способ высокопрочного сжимающего крепления пластмассовой пробки в сплошной стене или другом основании, которая образует элемент анкерного крепления.

Изобретение включает в себя использование по существу твердой пробки из пластмассового материала, имеющего особые механические свойства, в которую ввинчивают винт определенных размеров. Изобретение далее включает в себя уникальное сочетание пластмассы и винта, которое обеспечивает элемент анкерного крепления очень высокой прочности.

В соответствии с изобретением плотную, обычно трубчатую пластмассовую пробку вводят в отверстие, образованное в сплошной стене и другой твердой подложке. Отверстие имеет начальную глубину, достаточную для превышения длины пластмассовой пробки на величину, которая обеспечивает размещение экструзивного удлинения пробки, вызываемого введением винта, и для обеспечения возможности полного зацепления винта. Для оптимальной рентабельности глубина отверстия должна быть по крайней мере примерно на 30% а предпочтительно по крайней мере на 50% больше, чем первоначальная длина пробки. Однако винт не должен быть длиннее, чем объединенная глубина отверстия и толщина подлежащего закреплению предмета.

Пластмассовая пробка предпочтительно имеет неизменный диаметр или поперечное сечение вдоль значительной части ее длины и она вводится в отверстие на глубину над основанием отверстия, достаточную для экструзивного удлинения. Диаметр пластмассовой пробки по существу эквивалентен диаметру отверстия. На практике сверла, в частности, для каменной кладки и бетона, образуют отверстия лишь немного больше /на 0,01-0,02 дюйма, 1/4-1/2 мм/, чем номинальный указанный диаметр, для осуществления введения предметов, имеющих этот диаметр, без крепления.

Винт, имеющий по существу такой же диаметр, без крепления, / 0,02 дюйма, (1/2 мм)/, ввинчивают пластмассовую пробку для обеспечения элемента анкеровки. Винтом может служить винт для скрепления тонколистного металла, винт для дерева /шуруп/, шуруп с квадратной головкой под ключ /например, самонарезающие винты типа AB и BP марки ANST/ASME B18.6.4; винты для дерева марки ANST/ASME B18.6.1; и шурупы с квадратной головкой под ключа марки ANST/ASME B18.2.1 /или другие подобные винты, способные самостоятельно нарезать резьбу в пластмассовой пробке и имеющие резьбу достаточной длины для сцепления со всей удлиненной пробкой с целью достижения оптимальной силы удержания. Обычно для максимального удержания винт должен иметь длину резьбового участка по крайней мере на 30% а предпочтительно на 50% больше первоначальной длины пробки. Глубину отверстия следует подбирать соответствующим образом. Самонарезающие винты, имеющие несколько большее количество ниток резьбы на дюйм, и винты с большими сечениями по впадинам резьбы обеспечивают большие сжатие и силу удержания. Желательно, чтобы винт имел головку, пригодную для создания большого крутящего момента, типа шестигранной головки, для обеспечения ввинчивания в пробку.

Кроме того, предпочтительна более прочная головка для того, чтобы выдержать очень тяжелые нагрузки, которые способны удерживать анкер. Винт должен иметь также относительно острый кончик для быстрого и легкого вхождения в пластмассу пробки, а не вдавливания анкера в отверстие. Тупой кончик из-за очень большого диаметра винта стремится вдавливать пробку в установочное отверстие до сцепления винта с пробкой.

Пластмассовая пробка предпочтительно имеет по существу однородные внешние размеры вдоль ее длины введения по существу для согласования с однообразными размерами установочного отверстия. В случае высокоэкструзивных материалов пластмассовую пробку вначале можно несколько оставлять за пределами окружности отверстия, если она соответствует отверстию с введенным винтом. Пластмассовая пробка также по существу полностью твердая в поперечном сечении вдоль существенной части ее длины.

В соответствии с изобретением пластмасса, из которой состоит анкер, должна быть материалом экструзивным или текучим под действием увеличенного давления и температуры, создаваемых винтом. Это свойство противоположно свойству таких материалов, как нейлон или поливинилхлорид многих побочных анкеров, которые просто несколько растягиваются и слегка разрезаются вводимым винтом.

Кроме того, пластмассовый материал должен также иметь высокое сопротивление срезу на молекулярной основе и высокую сжимаемость для обеспечения возможности удержания. Примерами таких материалов являются полипропилен, полиэтилен высокой плотности и их сополимеры. Желательно для облегчения введения винта, чтобы пластмасса была самосмазывающаяся, такая, как полипропилен. Нейлон и поливинилхлорид обычных побочных анкеров не обладают этими качествами и существует устойчивая тенденция введенных винтов крепить неправильно, в частности, если они имеют большие размеры в пределах конкретного диапазона.

Соответствующий изобретению способ /включающий в себя использование пробки из пластмассы, имеющей описанные характеристики, с очень большим винтом определенного размера относительно величины пробки/ действует так, чтобы выполнять необходимое высокопрочное компрессионное крепление следующим уникальным образом. При введении винта с помощью вращательного движения нитки резьбы винта оказывают огромное давление на весьма замкнутую пластмассу при достаточном увеличении температуры для осуществления протекания пластмассы и изменения своей формы в точном соответствии с поверхностью стенки отверстия. Пластмасса спиральным образом вдавливается под действием давления во множество изъянов в поверхности стенки.

Кроме того, пластмасса между витками резьбы винта почти полностью заключена между витками резьбы и примыкающей поверхностью стенки отверстия и очень сильно сжимается при экструзии относительно поверхности стенки.

Только очень небольшое количество пластмассы может просочиться из этого пространства. Небольшое количество пластмассы становится тонкой пленкой с очень сильным сжатием между внешней периферией витков резьбы винта и поверхностью стенки отверстия. Следует отметить, что передние витки резьбы винта выравниваются во время введения с пластмассовой пленкой, покрывающие выровненные витки резьбы. В случае винтов с чрезмерно большим размером витки резьбы проходят сквозь пластмассу до выравнивания, сводя тем самым на нет пользу от анкера. Оставшаяся пластмасса вытесняется впереди винта. Из-за высоких экструзивных давлений пробка удлиняется до 50% от ее первоначальной длины. Продольные разделения или расщепления в виде тонких линий в пластмассе служат направляющими для винта, гарантируя, что пластмасса вытесняется поверх значительной периферии витков резьбы вводимого винта. В частности, чередующиеся зубцы анкера, показанного в упомянутом патенте, ведут по существу к полному окружению и блокированию винта в нужном основном направлении. Поскольку остатки пластмассы способны изменять свою форму в соответствии с винтом, анкер можно использовать повторно без потери усилия удержания, если из анкера вывернуть первоначальный винт.

Возможность обеспечения полезной анкеровки с помощью установочного отверстия, пробного анкера и винта, имеющих по существу одинаковые диаметры или поперечные сечения в нетекучем материале типа бетона, не рассматривалась. Предполагали, что либо винт нельзя ввернуть из-за недостаточного пространства для винта, или, если его ввести, то нельзя будет повернуть, и он "блокируется", в результате чего происходит срезание винта. В качестве альтернативы ожидается, что увеличение давления без его отпускания приведет к расщеплению подложки со значительной потерей мощности удержания. В случае обычных пробочных анкеров, сделанных из неэкструзивных материалов типа нейлона или поливинилхлорида, винты, если они способны ввинчиваться, действительно блокируются и срезаются или создают трещины в подложке с целью обеспечения пространства для расширения, даже если пробки уже имеют центральные пустоты, которые могут иметь тенденции несколько ослаблять давление.

Все винтовые анкеры как для монолитных стен, так и для стен с воздушной прослойкой, продают на рынке с инструкциями по использованию винтов, имеющих меньшие диаметры, чем диаметр установочного отверстия. Однако было установлено, что в случае анкеров из таких материалов, как полипропилен, и анкеров, сделанных в соответствии с предположениями патента США N 4.752.170, положения которого включены здесь с помощью ссылок, по существу совпадающий размер винта / 0,02 дюйма (1/2 мм)/ с диаметром анкера в отверстии, номинально имеющим такой же диаметр /до +0,02 дюйма (1/2 мм)/, как у анкера, обеспечивает неожиданно высокую прочность анкеровки без проблемы, связанных с введением винта, срезанием или растрескиванием подложки. При таком использовании анкер претерпевает уникальную трансформацию, при которой анкер становится значительно длиннее, область между витками резьбы винта полностью заполняется материалом в очень сильно сжатой форме, и тонкая пленка пластмассы покрывает значительную часть внешних кромок витков резьбы винта. Тонкая пленка пластмассы, такой как полипропилен, также заполняет смежные пустоты стенок установочного отверстия в плотных материалах типа бетона. Однако использование винтов с большим диаметром /на более, чем минимальную величину/, чем диаметр установочного отверстия и анкера, приведет к разрезанию материала анкера резьбой винта и значительному снижению мощности удержания.

В случае анкеров, имеющих сопряженный винт, и которые удалены из бетонного основания, диаметр анкера оказывается примерно на 10-20% больше, чем первоначальный диаметр анкера и диаметр отверстия. В соответствии с этим, когда анкер находится внутри отверстия, полипропилен сжимается до этой степени, обеспечивая тем самым очень высокую прочность сжатия на молекулярном уровне. Мощность удержания соответствующего изобретению элемента анкерного крепления при высокопрочном удержании и сильном сжатии значительно превышает мощность удержания металлических анкеров аналогичных размеров и эквивалентна или даже лучше, чем у дорогих анкеров с химической связью. Плотные материалы, имеющие маленькую способность к пластической деформации, такие как нейлон, из которых обычно делают пробочные анкеры, не обеспечивают такого экстенсивного сжатия. Использование пластмассовых пробок из таких материалов с согласованными по размеру винтами приводит к невозможности полностью ввести винт, при этом винт блокируется в таком положении, что дополнительное давление вызывает срезание самого винта. В качестве альтернативы в случае пробок из таких материалов введение с усилием винта приводит к растрескиванию основания, даже из такого высокоплотного материала, как бетон.

В дополнение к упомянутым характеристикам обнаружено, что соответствующие изобретению элементы анкерного крепления с пластмассовыми пробками можно использовать повторно без существенной потери мощности удержания. Экструдируемая пластмасса при повторном экструдировании просто меняет свою форму на близкую к форме вводимого винта с таким же сжатием пластмассы и образованием пленки даже после приложения значительной нагрузки. Другие пластмассовые анкеры просто измельчаются повторно вводимыми винтами.

Очень важно также, чтобы пластмассовая пробка удерживалась на месте способом, достаточным для предотвращения вращения или вдавливания пробки к основанию установочного отверстия. Очень большие винты при первоначальном введении с наибольшей вероятностью способны вызывать вредное вращение, которое делает дальнейшее введение винта трудным, если не невозможным. Однако крайне прочная граница разделена между пластмассовой пробкой и стенкой отверстия в первый момент предотвращает введение пробки в отверстие. В соответствии с этим предпочитают, чтобы на внешнем конце пробки было обеспечено противовращательное средство с минимальными размерами типа двух или более маленьких периферических ребер, которые заклиниваются относительно поверхности стенки отверстия и тем самым фиксируют пластмассовую пробку в положение для вращательного введения винта без прокручивания или утопления.

На фиг. 1a изображен анкер 10 типа пластмассовой пробки с плечами 4 в их формованном растянутом состоянии. Каждая поверхность плеч 4 сделана в форме двух рядов /a и b/ последовательных волнообразных гребней 10a и 10b и впадин 11a и 11b, которые простираются в направлении, параллельном длинам плеч 4. Ряды волнообразных гребней и впадин расположены в шахматном порядке относительно друг друга так, что волнообразные гребни 10a на каждом плече оказываются на одной линии в поперечном направлении со впадинами 11b, а гребни 10b точно также оказываются на одной линии в поперечном направлении с впадинами 11b, по всей ширине плеча. Таким образом волнообразные гребни к впадинам на каждом плече 4 расположены в заклинивающейся связи с впадинами и волнообразными гребнями на другом плече так, что когда плечи сгибают вместе, как показано на фиг. 1b, гребни 10a плеча сопрягаются с впадинами 11a другого плеча, а гребни 10b каждого плеча сопрягаются с впадинами 11b другого плеча. Таким образом, над основанием 1 анкер 10 оказывается по существу полностью сплошным в поперечном сечении.

Анкер 10 из пластмассовой пробки имеет центральное ребро 15, образованное на каждом плече 4 с помощью разнесения друг от друга в поперечном направлении рядов волнообразных гребней и впадин на каждом плече. Очень тонкая прорезь или расщепление между наложенными друг на друга участками центрального ребра 15 /где высота каждого участка ребра равна половине высоты от волнообразной впадины до волнообразного гребня /служит для обеспечения узкой направляющей для введения винта 16. Таким образом, после введения винта он благодаря этому оказывается ориентированным по центру между рядами волнообразных гребней 10a и 10b. Кроме того, за исключением очень узкой щели между наложенными друг на друга участками ребра 15 перед продвигающимся винтом находится по существу плотный материал. Как показано на фиг. 1b, обеспечены противовращательные ребра 6, которые служат двойной цели. Они предотвращают вращение при введении винта в анкер через отверстие 2 начального введения, а также заклиниваются относительно стенок отверстия для предотвращения оседания, когда винт оказывает давление на анкер.

На фиг. 1c представлен альтернативный вариант осуществления показанного на фиг. 1a и 1b анкера, в котором плечи 4" подсоединены к фланцу основания 5". Как и в случае, показанного на фиг. 1a и 1b анкера, волнообразные гребни точно входят во впадины соответственно, обеспечивая по существу полностью плотную пробку.

Как показано на фиг. 2, из стены извлечен неповрежденный соответствующий фиг. 1b анкер с введенным винтом нормального размера, используемый в известной технике. Анкер показан до некоторой степени удлиненным. Причем внешняя поверхность анкера осталась приблизительно цилиндрической, по существу такой же конфигурации, какую имел анкер первоначально. В противоположность этому анкер на фиг. 3, в котором винт сопряжен как с анкером, так и с отверстием, удлинился и образовалась тонкая пленка с кольцеобразными вмятинами на узких участках винтов резьбы витка. Такая пленка покрывает кромки витков резьбы винта. Из-за сильного сжатия тонкая пленка в таких местах становится просвечивающей и почти прозрачной. Выпуклые участки между кольцеобразными вмятинами становятся чрезвычайно сжатыми и, как правило, их диаметр примерно на 15% больше диаметра отверстия, из которого был извлечен анкер.

Как показано на фиг. 4, использование винта с чрезмерно большим диаметром по сравнению с анкером приводит на кромках витков резьбы винта к разрезанию анкера, причем материал анкера остается только внутри витков резьбы винта. Получается существенная потеря мощности удержания, поскольку эффективность анкера сводится на нет из-за его деления на сегменты. Винт на месте удерживается только остаточными участками между витками резьбы винта и стенкой отверстия.

Для более полного понимания сущности изобретения представлены примеры. Понятно, что примеры по характеру являются лишь иллюстративными и что содержащиеся в них детали нельзя интерпретировать в качестве ограничений изобретения.

Пример 1A /прототип/. Полипропиленовый анкер, как показано на фиг. 1b, с внешним диаметром 8 мм и длиной 39 мм введен в 8-миллиметровое отверстие /имеющее глубину, превышающую 60 мм/ в бетонном блоке 24,1 H/мм² /3500 фунтов на квадратный дюйм/. 6-миллиметровый винт /рекомендуемый метрический размер/ ввинчивают в анкер и к головке винта прикладывают увеличивающееся растягивающее усилие. Анкер начинает отпускаться при нагрузке примерно 563 кг. На фиг. 2 представлен чертеж этого анкера с введенным винтом.

Пример 1B /прототип/. Четвертьдюймовый винт /6,35 мм/ /самый большой рекомендуемый размер UNC /унифицированная крупная резьба //водят во второй анкет диаметром 8 мм с теми же размерами анкера и отверстия. Это не дает значительного увеличения силы извлечения по сравнению с анкером в примере 1A.

Пример 1С /прототип/. Анкер с внешним диаметром 5 мм и длиной 24 мм в отверстие диаметром 5 мм /имеющее глубину по крайней мере 36 мм/ в том же блоке, а в анкер ввинчивают 4-миллиметровый винт. При приложении растягивающего усилия анкер начинает ослабляться при нагрузке примерно 360 кг.

Пример 2. Полипропиленовый анкер, как в примере 1A и 1B, с внешним диаметром 8 мм вводят в 8-миллиметровое отверстие в бетонный блок с плотностью 24,1 H/мм², 8-миллиметровый винт с шестигранной головкой легко вкручивают в анкер /отсутствует растрескивание блока или срезание винта/ и прикладывают увеличивающее растягивающее усилие. Анкер начинает ослабляться примерно при нагрузке 885 кг, увеличения мощность удержания почти на 60% по сравнению с анкерами в примерах 1A и 1B. фиг. 3 представляет фотографию этого анкера с введенным винтом.

Пример 2A /модифицированный прототип/. Анкер в виде нейлоновой пробки, имеющей прорезанную по центру полость и первоначальные размеры, эквивалентные анкеру в примере 2, вводят в 8-миллиметровое отверстие в бетонном блоке с плотностью 24,1 H/мм², 8-миллиметровый винт с шестигранной головкой ввинчивают в анкер и до того, как винт будет полностью установлен, он срезает пополам.

Пример 3. Полипропиленовый анкер, как в примере 1C, с внешним диаметром, равным 5 мм, вводят в 5-миллиметровое отверстие в бетонном блоке плотностью 24,1 H/мм², 5-миллиметровый винт ввинчивают и прикладывают увеличивающееся растягивающее усилие. Анкер начинает ослабляться при нагрузке примерно 500 кг, увеличив мощность удержания примерно на 40% по сравнению с анкером в примере 1C.

Пример 4. Полипропиленовый анкер, как в примере 2, с внешним диаметром, равным 8 мм, вводят в 8-миллиметровое отверстие в бетонном блоке плотностью 24,1 H/мм², 8-миллиметровый винт с шестигранной головкой ввинчивают в анкер и прикладывают возрастающее растягивающее усилие. При нагрузке 225 кг /примерно 1/4 от предельной нагрузки анкера в примере 3 для имитирования стандартного соотношения допустимой нагрузки 4:1/ нагрузку снимают и винт извлекают. Второй винт повторно ввинчивают в анкер и прикладывают вторую нагрузку. Анкер удерживает свыше 950 кг до начала ослабления.

Пример 5 /прототип/. Полипропилевый анкер, как показано на фиг. 1A, с внешним диаметром, равным 6 мм, и длиной 29 мм вводят в 6-миллиметровое отверстие /с глубиной 45 мм/ в бетонном блоке плотностью 24,1 H/мм², 5-миллиметровый винт ввинчивают в анкер и прикладывают увеличивающееся усилие. Анкер начинает ослабевать при нагрузке примерно 620 кг.

Пример 6. Полипропиленовый анкер, как в примере 5, с внешним диаметром 6 мм вводят в 6-миллиметровое отверстие в бетонном блоке плотностью 24,1 H/мм², четвертьдюймовый винт /6,35 мм/ ввинчивают в анкер и прикладывают увеличивающееся растягивающее усилие.

Анкер начинает ослабляться при нагрузке примерно 270 кг. Исследование анкера после извлечения из бетонного блока показало, что витки резьбы полностью прорезали пластмассу анкера, как лучше видно на фиг. 4.

Понятно, что приведенные примеры по своему характеру являются лишь иллюстративными и что можно осуществлять изменения материала и размеров, не выходя при этом за рамки изобретения, определяемого по следующей формуле изобретения.