專利名稱：用于把錨栓錨固在錨固基材中的方法、錨栓及鉆機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于把錨栓錨固在錨固基材中的、具有權利要求1的前敘部分所述的特征的方法。此外，本發明還涉及一種適宜于根據發明的方法的、具有權利要求8的前敘部分所述的特征的錨栓和一種適宜于完成發明的方法的、具有權利要求18的前敘部分所述的特征的鉆孔。
本發明特別針對在作為錨固基材的混凝土、石頭、類似于石頭的物質、墻和類似的材料中的錨固，即針對在建筑工程中的錨固。公開的和常見的是，用沖擊式鉆機或鑿巖機鉆一個鉆孔作為錨栓孔于錨固基材中，并且隨后把一個錨栓置入和錨固到錨栓孔中。概念上的錨栓在本發明的意義上應較廣范圍地被理解，并且通常表示可在錨栓孔中錨固的，即可固定的并借助其可把一個物體固定在錨固基材中的構件。這樣的、也可被稱為(膨脹)螺釘的錨栓譬如是具有一個膨脹套筒和一個膨脹錐的膨脹錨栓，其中，膨脹套筒通過套到膨脹錐上或相反通過把膨脹錐拉入到膨脹套筒中是可張開的并據此是可錨固在一個鉆孔/錨栓孔中的。總之，在一個圓柱形的錨栓孔中的錨固主要是力鎖合連接的，通過孔壁的粗糙度或不規則性，附加地產生形狀鎖合連接。錨固孔也可具有一個擴張部位，該擴張部位形成一個被沉割錨栓形狀鎖合連接地撐緊的沉割。
本發明的任務在于提供一種其它可能的錨固方案。
按照發明，以上任務通過權利要求1、8和18的特征被解決。本發明的基本思想是，通過對錨固基材的高頻的振蕩加工建立用于錨固錨栓的錨栓孔并且在此把錨栓用作工具。其中，振蕩優選地是縱向振蕩，但是，橫向振蕩和/或扭轉振蕩也是附加地或排它性地可能的。
在根據發明的方法中，至少部分地通過用高頻的機械振蕩，特別是超聲范圍中的機械振蕩加工錨固基材在錨固基材中建立錨栓孔。高頻是指約10千赫或10千赫以上的振動頻率，超聲范圍可被定在約20千赫和1000兆赫之間。待錨固的錨栓本身形成一個用于高頻的、機械的振蕩加工錨固基材的工具，即用于建立錨栓孔的并可被稱為聲極的工具。也可以僅僅是錨栓的一部分，即譬如膨脹錨栓的膨脹套筒或膨脹錐形成工具。部分地建立錨栓孔可理解為，在譬如一個圓柱形的錨栓孔事先以傳統的方式用沖擊式鉆機或鑿巖機被鉆成之后，只有錨栓孔的擴張部位譬如通過高頻的振蕩加工被建立，該擴張部位形成一個用于形狀鎖合連接地錨固沉割膨脹錨栓的沉割。
本發明有若干優點，在這些優點中，一個或多個優點與本發明的實施有關。本發明的一個優點是，錨栓孔的建立和錨栓的錨固可在一個工序中完成，其中，錨栓孔可在建立錨栓孔期間通過抽吸“鉆屑”被凈化。錨栓在錨固基材中的錨固據此得以簡化和加速。本發明的另一優點是，只要求一個用于錨固的工具，即振蕩鉆機。總之，在錨栓孔完全通過振蕩加工被建立的情況下，上述兩個優點是存在的。本發明的另一優點是，通過高頻的振蕩加工建立錨栓孔不要求工具的旋轉運動，即被用作工具的錨栓的旋轉運動。據此，錨栓孔無需具有圓形的橫截面，而錨栓孔的本來任意的橫截面是可能的。本發明還使錨栓孔的橫截面沿錨栓孔的深度變化成為可能。本發明的另一優點是，對形成工具的錨栓的振蕩激勵避免錨栓在打入和張開時卡在錨栓孔中。錨栓通過振蕩激勵總是活動的。譬如被避免的是，膨脹錨栓的膨脹套筒在套到膨脹錐上時卡在膨脹錐和孔壁之間的環形間隙中。傳統的錨固中存在卡住的危險，特別是在膨脹套筒被膨脹到錨栓孔的沉割，譬如一個錐形的擴張中去的情況下。本發明的另一優點是，工具磨損變得無關緊要。被用作工具的錨栓只一次性地被采用，該錨栓似乎形成用于建立錨栓孔的一次性工具并作為錨栓保留在錨栓孔中。該錨栓的耐用度足夠建立該錨栓孔，該錨栓在需要的情況下可具有磨損裕量。總之，在錨栓孔完全通過振蕩加工被建立的情況下，不需要昂貴的和耐磨損的鉆孔工具。錨栓孔的尺寸精確度通過作為工具的錨栓的僅一次性的應用與磨損的(被磨損的)鉆頭相比有所改善。
在根據發明的方法的一個實施形式中，至少近似地以錨栓的或者一個包括該錨栓的振蕩鉆機的所有隨同錨栓振蕩的部件的一個固有振動頻率激勵被用作工具的、用于建立錨栓孔的錨栓，即至少近似地與振蕩激勵器諧振地激勵被用作工具的、用于建立錨栓孔的錨栓。待切除的材料在該諧振頻率中沖擊地并有時輔助地也切割地被去除。該在固有振動頻率中振蕩的錨栓實施具有小的振幅和高的效果的振蕩，其中，為了激勵該振蕩，由于諧振效應只需很小的、譬如20μm(微米)的激勵振幅。高頻的、具有小的振幅的激勵導致對環境的少的、機械的和聲的負荷。一臺振蕩鉆機可用于安靜地被操縱。具有不同的輪廓的錨栓孔可靈敏地和精確地被加工。
被用作工具的錨栓留在了使用該錨栓建立的錨栓孔中。被激勵到諧振振動的錨栓精確地在其自己的圓周輪廓中去除錨固基材的材料。形成一個緊密包圍錨栓的錨栓孔，在該錨栓孔中，錨栓可施展高的夾緊力。這一點也適用于在其中的傳統的鉆孔技術通過破裂形成太大的孔的蜂窩磚或中空磚、浮石或類似的材料。在建立錨栓孔之后，錨栓可首先重新被抽出，以便清除錨栓孔中的塵埃或類似物。錨栓在達到被規定的鉆孔深度后從振蕩鉆機中被松開并被留在錨栓孔中是有利的。對軟的、如由泡沫混凝土、石膏或類似物構成的錨固基材中的孔壁的損壞得以避免。對于每個錨固都使用新的錨栓，使不存在錨栓孔的磨損造成的尺寸公差。
在本發明的一個實施形式中，錨栓孔具有一個沉割，該沉割通過用錨栓或錨栓的一部分，如膨脹套筒作為工具的振蕩加工而被建立。該沉割的形狀在很大程度上是任意的，該沉割可譬如作為錨栓孔的錐形擴張或階梯狀擴張被實施。沒有該沉割的錨栓孔可事先以傳統的方式通過用沖擊式鉆機或鑿巖機鉆孔制成或同樣通過振蕩加工建立。本發明的該實施形式具有如下優點，即精密配合的沉割通過錨栓或錨栓的在錨固后形狀鎖合連接地撐住該沉割的部分作為振蕩加工工具被建立。該沉割的建立比傳統的、通過一個專用鉆頭的或類似的鉆具的側向偏轉擴張錨栓孔形成一個沉割的擴孔更簡單。譬如沉割膨脹錨栓的被用作用于通過高頻的振蕩加工建立沉割的工具的膨脹套筒的偏轉簡單地通過在振蕩激勵膨脹套筒的同時把膨脹套筒套到膨脹錐上完成。進給僅僅是直線地和軸向地進行的，省去了工具的擺動運動或其他的側向的偏轉。另一優點是，被用作工具的錨栓在振蕩加工時無需旋轉地被驅動，因此，沉割可以不同于圓形，特別可能的是，把在錨栓孔的一個或多個圓周位置上的一個或多個膨脹片從側方置入到錨固基材中。所述的那個沉割或多個沉割精確配合地只在錨栓的撐住沉割的部分所在的地方被建立。
本發明的另一應用場合是作為錨栓和工具的混凝土螺釘的應用，通過它螺紋通過振蕩加工被建立到錨固基材中的錨栓孔的孔壁中。對混凝土螺釘的振蕩激勵可軸向地和/或旋轉地(擺動地)進行。錨栓孔可事先以傳統的方式被鉆成，原則上，在通過對作為工具的混凝土螺釘的振蕩激勵建立螺紋的同時建立錨栓孔也是可能的。混凝土螺釘作為這樣的構件是公開的，即混凝土螺釘在以傳統方式脈沖式地置上回轉沖擊能量的情況下被擰入到事先被鉆到錨固基材中的鉆孔中，其中，螺紋切入到孔壁中。其中，錨固基材通常是混凝土或石頭。螺釘或類似的構件是不需要的，混凝土螺釘直接地被旋入到混凝土中。但是，一個重的和專用的、具有高的回轉沖擊能量的沖擊式旋入器是需要的。混凝土螺釘的內徑小于鉆孔的直徑，在混凝土螺釘的桿和鉆孔的孔壁之間存在環形的空隙。根據發明通過對作為工具的混凝土螺釘的(旋轉)振蕩激勵建立螺紋，減少和大大簡化了對混凝土螺釘的旋入和螺紋的建立。
此外，本發明還針對一種適宜于實施發明的方法的錨栓。發明的錨栓形成一個用于通過對錨栓的高頻的、機械的振蕩激勵和對錨固基材的振蕩加工在一個由譬如混凝土或鋼構成的錨固基材中建立錨栓孔的工具(聲極)。按照發明，錨栓因此同時也形成用于建立為把錨栓錨固在錨固基材中的錨栓孔的工具。也可以只有錨栓的一部分，如膨脹錨栓的膨脹套筒或桿或膨脹錐形成工具。根據發明的錨栓也可以是用于通過振蕩加工建立部分錨栓孔的工具，譬如是建立事先以其它方式建立了的、譬如鉆出的錨栓孔的一個形成沉割的擴張的工具。
優選錨栓的至少一個固有振動頻率與高頻的振蕩激勵器的激勵頻率是調諧的。據此，錨栓孔以小的、譬如僅為20μm(微米)的激勵振幅由于諧振效應能以高的效率被建立。
在本發明的一個實施形式中，形成工具的錨栓是一個沉割膨脹錨栓，該沉割膨脹錨栓在被張開的和被錨定的狀態中撐住錨栓孔的沉割。本發明使具有不同于圓形的橫截面的錨栓成為可能，這是因為形成工具的錨栓為了建立錨栓孔無需旋轉地被驅動。本發明譬如使多角形的或橢圓形的、在錨栓孔中通過形狀鎖合連接抗扭轉地得以固定的錨栓成為可能。迄今，這在鉆圓柱形的、又有沉割的錨栓孔時是不可能的。
在發明的一個優選的實施形式中，錨栓是一個形成工具的混凝土螺釘。該混凝土螺釘通過高頻的振蕩激勵自身在錨固基材中切割螺紋。在這里也體現了下述優點，即對混凝土螺釘的振蕩激勵避免卡住，螺紋的建立因此進展更容易，螺紋可更深地被切入到錨固基材中的錨栓孔的孔壁中，混凝土螺釘的桿和孔壁之間的間隙可被縮小，混凝土螺釘的與錨栓孔的孔徑一致的桿直徑是可能的。
在發明的一個優選的實施形式中，錨栓具有用于抽吸在通過振蕩加工至少部分地建立錨栓孔時產生的巖石屑的抽吸通道。該抽吸通道從錨栓的前端，即從產生巖石屑的部位一直延伸到錨栓的突出于錨固基材的或至少為抽吸巖石屑可接近的后部。該抽吸通道可譬如是一個槽或一個封閉的、內置的孔式的通道。也可被用于排放和/或用作于鉆孔用流體的輸送通道的抽吸通道，在建立錨栓孔期間使凈化錨栓孔成為可能。其中優選地添加有磨蝕用鉆孔用輔劑的鉆孔用流體可以是液態的或氣態(如空氣)的。
在一個優選的實施形式中，錨栓具有在鉆孔時自動張開的鉆頭。為此，錨栓特別是在其鉆頭的范圍中具有縱向縫隙，其中，鉆頭的端側具有凹陷，譬如為凹拱形結構。在鉆孔時在鉆頭的端側上產生的軸向擠壓力沿凹拱產生徑向朝外的張開力，該張開力在縱向縫隙的范圍中徑向向外張開錨栓。該張開是隨著錨栓孔加工進度自動完成的。在沒有附加的措施的情況下，形成一個沿鉆削方向呈錐形擴展的錨栓孔，該錨栓孔的形狀是精確地配合到沿鉆削方向呈錐形張開的錨栓上。在沒有附加的、擴張的措施的情況下，錨栓以高的配合精度形狀鎖合連接地固定在錨栓孔中。
在發明的一個優選的實施形式中，錨栓的本體具有一個桿和一個為鉆頭結構的、自由的端部，其中，鉆頭具有一個非圓形的、沿徑向突出于桿的橫截面輪廓。棱形的、具有非圓形的橫截面形狀的錨栓孔可簡單地被建立，其中，非圓形的鉆頭的多個角在被夾入鉆機中的錨栓旋轉一圈時可簡單和效果顯著地產生希望的沉割。錨栓在實施旋轉運動之后通過在沉割中的形狀鎖合連接附加于夾緊力可靠地得以可靠固定。
為了建立鉆孔，發明設置一個具有高頻的振蕩激勵器的、為振蕩鉆機結構的鉆機。這優選地是一個手持式工具和/或電動鉆機。其中，鉆孔工具是被夾入到鉆機中的錨栓，該錨栓是至少在一個固有振動頻率中與高頻的振蕩激勵器的激勵頻率是調諧的。激勵頻率和固有振動頻率相宜地處于10個赫茲以上并且特別是處在超聲范圍中。在振蕩鉆孔機的運行中，振蕩激勵器和形成工具的錨栓至少近似地處于諧振中。
在優選的實施形式中，鉆機具有可無需工具操作的、用于錨栓的快速夾具。該快速夾具可為爪式卡盤并且相宜地是一個其中錨栓可精確配合地被夾到其中的彈簧卡頭。該快速夾具可以在振蕩激勵器和錨栓之間良好地傳遞能量。在有許多個待建立的錨栓孔時，錨栓可不需要太多操作和在沒有附加的工具的情況下以簡單的方式被夾入到手操縱的鉆機中。在建立錨栓孔之后，可以快速松開錨栓。在從鉆床中松開錨栓時對錨栓孔的損壞被避免。錨栓孔的建立和錨栓的嵌入能快速進行。
錨栓有利地具且個錨栓用其固定在鉆機的夾具中的螺紋桿。其中，錨栓本身或者其本體可在沒有限制的情況下無障礙地通過夾具振蕩。高的鉆孔能力是可達到的。具有一個或許被固定在其上的膨脹頭的螺紋桿在建立錨栓孔時與錨栓一起被嵌入到錨栓孔中。省去了附加的、事后的裝配工作量。
在一個優選的實施形式中，鉆機的夾具為磁性夾持裝置結構并且錨栓為用于磁性固定在夾具上的結構。為此，錨栓特別是具有一種可磁力吸引的材料，優選地一種軟磁性的鐵材料。在不用大力的情況下實現夾，和松開錨栓是可能的。磁力足以固定錨栓，而把振蕩能量從振蕩激勵器傳遞到錨栓上則通過由于用手加上的壓緊力造成的表面壓力實現。相應的情況也適用于在夾具上固定錨栓，在固定裝置中，或者是錨栓或者是夾具具有用于插上錨栓的輔助軸頸。
夾具相宜地是由一種具有聲吸收少的材料，特別是由鈦制成的。實踐表明，振蕩激勵器的振蕩能量屆時可至少幾乎無損失地被傳遞到錨栓上。
在一個相宜的實施形式中，錨栓是靜態固定地和特別是抗扭轉地固定在振蕩鉆機的夾具中的。靜態固定地夾入被用作工具的錨栓使得錨栓的對錨固基材的振蕩加工有影響的振蕩運動基本上僅僅是一個動態的固有振蕩。固定地夾入導致一個精確限定的固有振動頻率，其簡化了振蕩激勵器的激勵頻率與整個系統的調諧。抗扭轉地夾入用作建立錨栓孔的工具的錨栓特別是在與一個非圓形的鉆頭相結合的情況下允許建立具有不同于圓形的橫截面的錨栓孔。在達到所希望的錨固深度后，鉆機與抗扭轉地被夾入的錨栓一起可被旋轉，其中，鉆頭的徑向突出于錨栓的桿的部分產生一個在形狀上相對于非圓形的芯鉆孔精確限定的沉割。
發明的鉆機的振蕩激勵器優選地為壓電激勵器結構。經由電源電纜或蓄電池被提供的電能借助發生器被轉換成高頻的交流電壓并借助高的效率的壓電激勵器被轉換成機械的振蕩能。與高的激勵頻率和固有頻率相結合，高的鉆孔能力能以較少的驅動能量而達到。作為電動工具，振蕩鉆機可為小的、輕的和便于操作的結構。
在錨栓的范圍中設置用于鉆屑的抽吸裝置是有利的。在現有技術中鉆頭中的通常的、螺旋形的鉆屑槽與鉆頭的旋轉運動相結合造成的缺少對鉆屑的排除，這可通過上述抽吸裝置簡單地被補償。
在發明的一個相宜的實施形式中，在形成工具的錨栓的范圍中設置有用于特別是具有磨蝕的鉆孔輔劑的鉆孔流體(優選地為液態，也可能為氣態)的輸送裝置。具有多種型式也沒有刀刃的鉆頭的錨栓也可以被置入。譬如具有平的端面的鉆頭的切除的振蕩運動通過磨蝕的鉆孔輔劑，如金剛砂或類似的物質效果顯著地被支持。屆時，鉆孔流體在避免起塵的情況下排出被鉆出的材料。
抽吸裝置及輸送裝置相宜地包括與設在錨栓上的抽吸通道/沖洗沖道相通的聯箱。抽吸通道/沖洗通道可設置在錨栓的內側上或外面上。聯箱與錨栓中的抽吸通道/沖洗通道相通允許萬能的可使用性。譬如，空氣可通過聯箱和抽吸通道/沖洗通道被吸入，其中，在鉆頭的范圍中被切除的鉆屑在避免起塵的情況下直接在切除處被抽走。相同的布局也可是沿相反的方向被流通。在流過空氣時，鉆屑可效果顯著地從鉆孔中被吸出。同樣，譬如以含有金剛粉的水的形式的液體可通過聯箱和抽吸通道/沖洗通道被泵往鉆頭。有針對性的計量是可能的。一個封閉的、空氣或鉆孔液體可被輸送和也可再被抽吸的系統可譬如用兩個聯箱被形成。
用上述的鉆機與上述的、作為工具設計的錨栓相結合，可以在石頭或類似石頭的材料，如混凝土或墻或類似的材料中精確地建立錨栓孔。留在錨栓孔中的錨栓精確配合地座落在被該錨栓本身建立的錨栓孔中。特別是非圓形的、具有沉割和高的形狀精度的錨栓孔可被建立，這些錨栓孔適于夾緊的和形狀鎖合連接地固定相應的錨栓或者膨脹螺釘。
下面，發明借助在附圖中示出的實施例詳細被說明。附圖示出
圖1按照發明的一個錨栓，圖2a至圖2c 按照發明的另一個在不同的錨固步驟中的錨栓，圖3按照發明的一個混凝土螺釘，圖4按照發明的另一個錨栓，圖5一個具有壓電振蕩激勵器和一個抗扭轉地被夾入的、作為工具的錨栓的手持鉆機的示意透視圖，圖6圖5所示的錨栓的具有一個徑向突出的鉆頭的變型結構，圖7其中具有一個按照發明的圓形的沉割的三角形錨栓孔的錨固基材的示意俯視圖，圖8具有關于錨栓孔的沉割的細節并具有被置入的、圖6所示的錨栓的圖7所示的錨固基材的示意剖視圖，圖9圖5所示的、具有另一包圍錨栓的聯箱的一個變型結構，圖10具有根據發明的、自動擴張的鉆頭的圖9所示的錨栓的放大細節視圖，圖11設計為彈簧卡頭的按照發明的、圖9所示的夾具的細節，圖12圖11所示的夾具的、以磁性固定裝置的形式出現的變型結構，圖13根據發明的、具有一個為插上錨栓而設置的輔助軸頸的夾具的另一變型結構。
在圖1中示出的、根據發明的錨栓10是一個沉割一膨脹錨栓。該錨栓10具有一個錨栓桿12和一個膨脹套筒14。錨栓桿12在其后端上具有螺紋16，錨栓桿12在其前端上以一個膨脹錐18擴大并終止在一個短的圓柱形區段20中。
膨脹套筒14是管形的，該膨脹套筒14可在柄12上移動。膨脹套筒14在一個前部的、朝向膨脹錐18的范圍中具有在前面敞開的、把膨脹套筒14分成膨脹片24的縫隙22。
為了在一個譬如由混凝土構成的錨固基材26中進行錨固，錨栓10如在圖中所示被置入到錨固基材26中的一個預鉆的、圓柱形的錨栓孔28中。膨脹套筒14借助一個沒示出的高頻鉆機被套到膨脹錐18上。該高頻鉆機是或包括一個產生機械的、在高頻范圍中的振蕩的振蕩器。高頻是指一個約10千赫茲或更高的頻率。鉆機優選地以超聲范圍中的、即在約20個赫茲和1000兆赫茲之間的范圍中的振蕩工作。這樣的、也被稱作振蕩變換器、轉換器或超聲變換器的振蕩器本來是公開的并因此無需在此贅述。該振蕩器可以是一個譬如以手持式鉆機的形式出現的、手操作的器械。高頻鉆機具有一個管形的振子30，該振子30的在圖1中可見的前端被置于膨脹套筒14的朝向振子30的后端。振子30被高頻鉆機激勵成軸向的、機械的、超聲范圍中的振蕩。該振蕩也可以理解為擺動，其在圖中用雙箭頭32表示。振子30把超聲振蕩傳遞到錨栓10的膨脹套筒14上。按這種方工被激勵成超聲振蕩的膨脹套筒14形成一個也被稱為聲極的、用于超聲加工錨固基材16的工具。超聲加工可理解成用機械的、超聲范圍中的振蕩加工錨固基材26。用低于超聲范圍的，即次聲范圍的振蕩頻率加工錨固基材26也是可行的。膨脹套筒14的膨脹片24被膨脹錐18沿箭頭34斜向外偏轉并如在圖1中用虛線所示，成形的錨栓孔28的孔壁中。通過用膨脹套筒14作為工具的超聲加工，一個錐形的、被膨脹片24撐住的沉割在錨栓孔28中被建立。膨脹錨栓10據此錨固在錨固基材26中。
圓柱形的錨栓孔28可用一個沖擊式鉆機或一個鑿巖機鉆好。另一種根據發明的可能性是，同樣通過以錨栓桿12作為工具的振蕩加工建立錨栓孔28。為此，錨栓桿12用沒示出的高頻振蕩鉆機被施加以高頻振蕩，特別是超聲振蕩并被打入到沒被預鉆孔的錨固基材26中。錨栓桿12能以其螺紋16擰入或夾入到沒示出的高頻鉆機的工具夾持裝置中，以便能良好地傳遞振蕩。按照發明，錨栓孔28包括錐形的沉割也能以錨栓10的桿12和膨脹套筒14作為工具通過振蕩加工，特別是超聲加工被建立，或者在錨栓孔28預先以其它方式被建成之后，只有錨栓孔28的沉割以錨栓10的膨脹套筒14作為工具通過振蕩加工被建立。
圖2a示出了一個根據發明的、也為膨脹錨栓結構的另一個錨栓36。該錨栓36具有一個有圓柱形外圓周的膨脹套筒38和一個軸向的通孔。該通孔在大于錨栓36的一半長度的后部區域是圓柱形的并且有內螺紋40。該通孔以一個空心錐42朝向前端逐漸收縮。縫隙44把膨脹套筒38的前部分成膨脹邊46。為了在錨固基材26中建立一個錨栓孔，錨栓36被夾入到沒示出的高頻鉆機中或以其內螺紋40被擰到沒示出的高頻鉆機中或以其它的方式，如雙箭頭32所示，被施加以處于次聲范圍或超聲范圍中的機械振蕩并被打入到沒被預鉆孔的錨固基材26中。在振蕩加工錨固基材26時出現的鉆屑可通過膨脹套筒38被抽吸出，如用箭頭48所示。因此，膨脹套筒38的軸向通孔形成用于抽吸鉆屑的抽吸通道。
在把膨脹套筒38打入到錨固基材26中之后，如在圖26中所示，膨脹錐48被打入到膨脹套筒38中并張開膨脹邊46，并且據此把膨脹錨栓36錨固在錨固基材26中的錨栓孔中。一個沒示出的螺紋件或螺栓可被擰入到內螺紋40中，用于固定未示出的物件。錨栓36在這里也形成用于通過超聲加工或者振蕩加工錨固基材26建立錨栓孔的工具。
在圖2c中示出了發明的一種變型。在這里，在把錨栓36的膨脹套筒38打入到錨固基材26中之后，一個圓柱形的膨脹體50被打入到膨脹套筒38中。即膨脹體50被打入到膨脹套筒38的空心錐42中。該打入也用一個沒示出的振蕩鉆機進行，振蕩鉆機的振子30是作用到膨脹體50上并對膨脹體50施加特別以超聲振蕩。超聲振蕩被傳遞到錨栓36的膨脹邊46上，據此，膨脹邊46沿箭頭52的方向被向外擠壓并成形到錨固基材26中。據此，錨栓孔的一個錐形的、被錨栓36的膨脹邊46撐住的沉割被建立。屆時，空心錐42被擴張并且在錨固結束時可以是圓柱形的。
圖3示出了一個根據發明的、也為用附圖標記54表示的作為混凝土螺釘設計的錨栓54。該混凝土螺釘54形成一個工具，就是說，該混凝土螺釘54譬如在螺釘頭56處被夾入到一個沒被示出的高頻鉆機的工具夾持裝置中并被該高頻鉆機施加以高頻振蕩或者超聲振蕩。超聲振蕩特別是作為擺動的扭轉振蕩沿雙箭頭58的方向進行的。據此，被用作錨栓和被用作工具的混凝土螺釘54的螺紋60切入到譬如由混凝土構成的錨固基材26中。振蕩可附加地，或許也單獨地沿軸向被施加到混凝土螺釘54上。可設置一個用于混凝土螺釘54的芯孔，如在圖3中用虛線62所示，預鉆到錨固基材26中，其中，芯孔62能以傳統的方法被鉆出或也能通過超聲加工被建立。當然也可以把作為工具的混凝土螺釘54在沒有預鉆的情況下通過施加超聲被擰入到錨固基材26中。為了抽吸鉆屑，混凝土螺釘54具有一個作為縱向槽成形到混凝土螺釘54的桿中的抽吸通道64。該形成抽吸通道64的槽中斷了螺紋60，據此，螺紋導程上的端面刀刃得以構成，這些端面刀刃使通過超聲扭轉振蕩在拋錨26中建立螺紋得到改善。
圖4示出了另一根據發明的、以膨脹錨栓的形式設計的錨栓66，該膨脹錨栓具有一個桿68，該桿68具有位于后端的螺紋70和一個位于前端的膨脹錐72。一個具有貫通的縱向縫隙的膨脹套筒74處在桿68上。按照發明，圖4中的錨栓66也形成用于振蕩加工的工具。該錨栓66能以其具有螺紋70的后端被夾入到沒示出的高頻鉆機中，以便通過振蕩加工在錨固基材中建立錨栓孔。在建立錨栓孔之后，桿68被抽回并且據此膨脹錐72被拉入到膨脹套筒74中并將膨脹套筒74擴張。據此錨栓66錨固在通過振蕩加工被建立的錨栓孔中。
為了清理錨栓孔，錨栓66具有一個為縱向槽結構的抽吸通道76。該抽吸通道76只是部分地在那些錨栓66的具有其最大直徑的區段中構成。膨脹套筒74的貫通的縱向縫隙也形成抽吸通道76的一段。
膨脹錐72在前端具有一個短的、圓柱形的區段78。該圓柱形的段78為形成工具的錨栓66在通過振蕩加工建立錨栓孔時的磨損提供磨損裕量。這也適用于圖1所示的錨栓10的膨脹錐18的前端上的圓柱形的區段20。
圖5以示意透視圖示出了一個根據發明的電動鉆機1，該電動鉆機具有一個振蕩器3和一個所謂的、作為振蕩鉆機的、用于以機械的振蕩施加于工具的升壓器82。該鉆機具有一個手柄80和一個聯接電纜21。也可被稱作振幅轉換塊的升壓器82把被振蕩器3產生的機械振蕩傳遞到工具上并影響，特別是可能把機械振蕩的振幅放大多倍。在鉆機1的工具側的端部23上設置有夾具5，在該夾具5中靜止固定地和特別是相對于鉆機不旋轉地夾持有作為工具2的錨栓。前面說明的錨栓10、36、54、66之一可被用作工具。在所示的實施例中，手柄80是減振地固定在振蕩器3上的，但也譬如可相應地固定在升壓器82上。
振蕩器3在圖示的實施例中為壓電激勵器4，該壓電激勵器4經由聯接電纜21被一個沒示出的電振蕩器供以電能。為此，可規定有電網運作或也有蓄電池運作。通過電激勵由壓電激勵器4產生的機械振蕩借助升壓器82在振幅方面被放大并被傳遞到夾持在夾具5中的鉆孔工具2上。
壓電激勵器4的激勵頻率在所示的實施例中處于約20千赫茲的超聲范圍中。作為工具2一側固定地被夾持的錨栓在其固有振蕩頻率中是如此設計的，即該錨栓至少以一個固有模態與壓電激勵器4的激勵頻率諧振。其中，工具2的幾何結構是有利地如此選擇的，即多個固有模態在其頻率方面是相互接近的，其中，相應地被調諧的壓電激勵器4產生對不同的固有模態的諧振激勵。其中，考慮縱向振蕩、橫向振蕩和扭轉振蕩。
工具2設計為具有本體31和在本體31上的螺紋桿19的、圓柱形的鋼制錨栓17。其中，錨栓17借助螺紋桿19固定在鉆機1的夾具5上。振蕩器3的振蕩能量被夾具5經由螺紋桿19傳遞到錨栓17的本體31上。螺紋桿19和本體31的外部和內部及據此也在其相互的接觸面上是全面地涂敷的。錨栓17是作為用于夾緊地錨固在涉及圖8被詳細說明的錨固基材13中的膨脹錨栓或膨脹螺釘設計的。用于形成石膏板或紙板或類似的物質的形狀鎖合連接的沉割的傾斜螺栓或擺動螺栓的結構也能是有利的。錨栓17的自由端25設計為鉆頭9的結構，該鉆頭9和錨栓17的與鉆頭9相接的桿8一樣具有相同的圓柱形的外輪廓。
設在被用作工具2的錨栓的桿8上的鉆頭9可在待建立的錨栓孔中經由相應的振蕩沿軸向、徑向和圓周方向切除材料。
在工具2的設備側一端的范圍中設置有一個聯箱6，該聯箱6的內腔通流連接地與一個在內側穿過工具2的同軸地延伸的抽吸通道/沖洗通道7相通。為了形成抽吸通道/沖洗通道7，螺紋桿19和本體31均為管形結構。抽吸通道/沖洗通道7也可作為外側的槽設在錨栓17上。聯箱6具有一個側方的連接口84。出自鉆頭9的范圍的鉆屑可從抽吸通道/沖洗通道7的端側的口徑由該側方的連接口84被抽走。相反，空氣也可通過該連接口84和抽吸通道/沖洗通道7被鼓入到待建立的錨栓孔中。同樣，譬如以添加有磨蝕的鉆孔輔料，如含有金剛粉或類似的物質的水的形式的鉆孔流體可通過連接口84和抽吸通道/沖洗通道7被導入到錨栓孔中并直接被導入到鉆頭9的范圍中。
圖6示出了工具2的或者說圖5所示的錨栓17的一個與圖1所示的錨栓10相似的變型結構。螺紋桿19沿縱向穿過錨栓17并且在自由端25的范圍中具有一個錐形的膨脹頭86。錨栓17的數個被斜向張開的膨脹片27是繞膨脹頭86的圓周分布地設置的并以角12徑向突出于圓柱形的桿8。膨脹片27與膨脹頭86一起形成一個非圓形的鉆頭9。
圖7以示意的俯視圖的形式示出了譬如由泡沫混凝土構成的錨固基材13。也可能是天然石、混凝土、墻或類似的物質以及細木料、金屬或塑料。工具2的或者錨栓17(圖6)的桿8具有一個圓形的橫截面11，該橫截面11在內側鄰接到鉆頭9的譬如三角的、通過膨脹片27(圖6)被形成的橫截面輪廓10上。其中，鉆頭9的橫截面輪廓10在倒圓的角12的范圍中徑向突出于桿8的橫截面10。為了建立圖8所示的錨栓孔14，諧振振蕩的錨栓17(圖6)沿軸向頂著錨固基材13被導向，其中，其橫截面形狀與鉆頭9的橫截面形狀10一致的錨栓孔14(圖8)通過振蕩的鉆頭9的磨蝕效應形成。在所示的實施例中，形成一個具有倒圓的三角的橫截面的錨栓孔14。
在達到所希望的錨固深度后，鉆機1以抗扭轉地被夾入的工具2(圖6)繞工具2的縱軸線緩慢地旋轉，直至角12譬如達到了圖7所示的虛線所示的并用12標示的位置為止。通過鉆機1的繼續旋轉，角12通過切除錨固基材13的材料，與鉆孔14的三角的橫截面輪廓10相比產生一個大致圓形的沉割16。
圖8示出了錨固基材13的沿圖7所示的線VII-VII的示意截面圖。據此，在錨栓孔14的底部上形成了徑向和錐向被擴張的沉割16，在該沉割16中形狀鎖合連接地和夾緊地錨固有圖6所示的錨栓17。
錨栓17容納螺紋桿19。在螺紋桿19上固定有一個被示意的工件55，其中，通過擰緊螺栓，在沉割16處除有形狀鎖合連接外，還通過膨脹頭86擴張膨脹片27出現夾緊作用。
鉆孔14是用振蕩激勵的錨栓17鉆成的。在達到希望的鉆孔深度和實現圖7所示的、卡口式的旋轉運動后，錨栓17從鉆機1(圖5)的夾具5中被松開，屆時，錨栓17留在錨栓孔14中。對圖5所示的錨栓17的圓柱形的結構而言，也得出可比擬的建立錨栓孔14和置入錨17，其中，只是沒有沉割16被構成。
圖9示出了圖5所示的鉆機的一個變型結構，在該變型結構中，除了在夾具5的范圍中的聯箱6，還設置有另一個包圍錨栓17的本體31的聯箱6。錨栓17具有一個在內側延伸的抽吸通道/沖洗通道7，該抽吸通道/沖洗通道7從自由端25出發縱向通過錨栓17延伸并且與設備側的聯箱6相通。本體31的外側設置有另一個在這里是螺旋形延伸的抽吸通道/沖洗通道7，該抽吸通道/沖洗通道7是與包圍本體31的聯箱6的連聯孔84通流地相通的。
錨栓側的、其中為更一目了然起見在截面圖中只示出了一半的聯箱6在其朝鉆孔方向的端面35上有一個環形地包圍錨栓17的密封圈96。在實施鉆孔時，該密封圈96被壓向錨固基材13(圖8)，據此，兩個聯箱6之間經由錨栓17的兩個抽吸通道/沖洗通道7形成封閉的、通流的連通。其中，空氣或鉆孔液體可選擇地從外向內，即從錨檢測的聯箱6向設備側的聯箱6或也可沿相反的方向被抽入和/或被吸出。在錨栓17的自由端25的范圍中，一個封閉的、通流的系統得以形成，變得游離的鉆屑或類似物可至少近乎完全地從該系統中被排出。
錨栓17在其朝向鉆機1的側上具有一個輔助軸頸92(圖9)，錨栓17是用該輔助軸頸92固定在夾具5上的。夾具5在其錨栓側的端上構成為無需工具可操作的快速夾具，該快速夾具在所示的實施例中為彈簧卡頭29結構。其中，夾具5是由一種具有聲吸收少的材料制作的。為此，在所示的實施例中選擇了鈦或者鈦合金作為材料。
圖10以放大的詳細視圖的形式示出了圖9所示的具有位于其外的、沿軸向螺旋延伸的、槽結構的抽吸通道/沖洗通道7的錨栓17的本體31。本體31是未變形地示出的，并且此時具有一個基本上圓柱形的形狀，該圓柱形的形狀是包括處在自由端25(圖9)上的鉆頭9在內的本體31的整個長度。本體31在鉆頭9的范圍中具有譬如四個與本體31的縱軸線平行地大致沿本體31的一半長度伸展的縱向縫隙33。其中，這四個縫隙把管形的本體31的壁分成四個相互分離的膨脹片27。
鉆頭9的端側94為凹拱結構，其中，在所示的實施例中形成了一個凹的錐面37。也可以簡單地將膨脹片27設置為具有斜向向內的平面、球形面或類似的面。在錐形面37過渡到圓柱形的本體的外表面時形成了一個環形的切削邊38。
從切邊38與錐形面37和縱向縫隙33的功能協同作用中得出其鉆頭9在鉆孔時自動擴張的本體的結構。在鉆孔時被施加到錐形面37上的壓緊力經由錐形面37的相對于本體31的縱軸線的斜置以一個徑向的、朝向外的分力作用到膨脹片27上，屆時，膨脹片27隨鉆孔深度的加深進行徑向的擴張，其中，特別是擴張的切邊38造成一個錐形的、沿鉆削方向擴大的鉆孔形狀。膨脹片27在被變形的狀態中是向外擴張的并據此在錐形地沿鉆孔方向自身擴展錨栓孔中形成形狀鎖合連接的錨固。
錨栓17的本體31是由一種軟磁性的鐵材料制作的并據此可在需要時在有或沒有輔助軸頸92(圖9)的情況下由于磁的吸持力被夾入在一個涉及圖12被詳細描述的磁性夾持裝置30上。
圖11以一個放大的示圖的形式示出了圖9所示的具有錨栓側的彈簧卡頭29的夾具5的細節。彈簧卡頭29包括數個被一個其內側為錐形結構的鎖緊環98所包圍的夾緊片39。夾片39和鎖緊環98圍成一個開口41，譬如具有圖5所示的螺紋桿19的或圖9所示的輔助軸頸92的錨栓17可無間隙地被引入到該開口41中。擰緊或卡口式地旋緊鎖緊環98經由其內側的錐形面造成夾片39的徑向向內相互擠壓，其結果使錨栓17被固定地夾入。無需工具的松開可通過反向旋轉鎖緊環98完成。
在圖12所示的夾具5的實施例中，在錨栓側的端上設置有一個杯形結構的并且包圍開口41的磁性夾持裝置20。圖10所示的本體31或圖9所示的錨栓17的輔助軸頸92可無間隙地被插到該開口41中。磁性夾持裝置30為永久磁鐵并且在此由于在永久磁鐵和由軟磁性的鐵材料構成的錨栓17之間形成的磁力保持，其中，引入和松開錨栓可在克服磁力的情況下無需工具地用手完成。
圖13示出了基本體為與圖12所示的結構一致的夾具5的另一變型結構。在其端側的端上設置有一個在所示的實施例中具有正方形的橫截面的輔助軸頸43。具有一個相應的容納開口的、譬如具有圖10所示的本體31的錨栓17可被套到該輔助軸頸43上。容納開口具有相應的、多角的結構時與輔助軸頸43的同樣的角的橫截面相結合，得出錨栓17與夾具5的一種抗扭轉的連接。該連接能是沿縱向可自由抽出的或具有一個限定的夾緊力的結構。替代輔助軸頸43的示出的正方形的結構，與圓形不同的、適于傳遞扭矩的橫截面形狀也能是相宜的。然而，需要時也可設置圓形的橫截面，據此提供夾具5和錨栓17(圖10)之間的無扭矩的力傳遞。
權利要求
1.用于把錨栓錨固在錨固基材中的方法，其中，錨固基材中的錨栓孔至少部分地通過高頻的機械振蕩而建立，其特征在于，錨栓(10；17；36；54；66)被用作用于高頻振蕩加工錨固基材(13；26)的工具(2)。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的錨栓(10；17；36；54；66)以高于10千赫茲和特別是在超聲范圍中的頻率被激勵。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的錨栓(10；17；36；54；66)在建立錨栓孔(14；28)之后留在錨固基材(13；26)中。
4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的錨栓(10；17；36；54；66)以固有振動頻率被激勵。
5.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的錨栓孔(14；28)具有沉割，該沉割以所述的錨栓(10；36)作為工具通過振動加工被建立。
6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的錨栓孔具有螺紋，并且混凝土螺釘(54)被用作錨栓和工具，所述的螺紋用該混凝土螺釘通過振蕩加工被建立。
7.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，螺栓被用作錨栓(10；36；54；66)。
8.用于錨固在錨固基材的錨栓孔中的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(10；36；54；66)形成一個用于通過高頻的振蕩加工錨固基材(13；26)、在錨固基材(13；26)中至少部分地建立錨栓孔(28)的工具。
9.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(10；36；54；66)在至少一個固有振動頻率中與高頻的振蕩激勵器(3)的激勵頻率是調諧的。
10.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(10；36；54；66)是沉割膨脹錨栓。
11.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(54)是混凝土螺釘。
12.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述錨栓(17；54；66)具有用于抽吸在通過振蕩加工建立錨栓孔(10；36；54；66)時產生的鉆屑的抽吸通道(7；64；76)。
13.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(54；66)具有為了把所述的錨栓(10；36；54；66)固著在振蕩鉆機(1)的夾具(5)中而設置的輔助軸頸(92)。
14.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(17)是為插到一個振蕩鉆機(1)的夾具(5)的輔助軸頸(43)上而設置的。
15.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(17)設計為用于磁性固定在一個振蕩鉆機(1)的夾具(5)上的結構。
16.按照權利要求8所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(17)具有為鉆頭(9)結構的端部(25)，其中，鉆頭(9)具有非圓形的、側突出的橫截面(10)。
17.按照權利要求16所述的錨栓，其特征在于，所述的錨栓(17)為自動擴張的結構。
18.鉆機，其特征在于，鉆機(1)為具有高頻的振蕩激勵器(3)的振蕩鉆機結構。
19.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)為手持式工具結構。
20.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，鉆機(1)具有一個可松開地被夾入的錨栓(10；17；36；54；66)，該錨栓形成一個用于通過高頻的振蕩加工錨固基材(13；36)建立錨栓孔的工具。
21.按照權利要求20所述的鉆機，其特征在于，所述的錨栓(10；17；36；54；66)在至少一個固有振動頻率中與鉆機(1)的高頻的振蕩激勵器(3)的激勵頻率是調諧的。
22.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有可無需工具可操作的、用于所述的錨栓(17)的快速夾具(5)。
23.按照權利要求22所述的鉆孔，其特征在于，所述的鉆機(1)具有作為快速夾具(5)的磁性夾持裝置。
24.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有夾具(5)，其具有用于插上所述的錨栓(17)的輔助軸頸(92，43)。
25.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有由一種聲吸收少的材料并且特別是由鈦制作的夾具(5)。
26.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有高于10千赫茲并且特別是在超聲范圍中的激勵頻率和固有振動頻率。
27.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有作為振蕩激勵器(3)的壓電激勵器。
28.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有用于鉆屑的抽吸裝置(6)。
29.按照權利要求18所述的鉆機，其特征在于，所述的鉆機(1)具有用于特別是有磨蝕的鉆孔輔料的鉆孔流體的輸送裝置(6)。
30.按照權利要求18所述的鉆孔，其特征在于，所述的抽吸裝置(6)或者所述的輸送裝置(6)具有聯箱(6)，該聯箱(6)在有被夾入的錨栓(10；17；36；54；66)時是與設在該錨栓(10；17；36；54；66)上的抽吸通道/沖洗通道(7；64；76)相通的。
全文摘要
本發明涉及一種用于把錨栓(10)錨固在一個譬如由混凝土構成的錨固基材(26)中的方法、一種適宜于該方法的錨栓(10)和一種適宜于該方法的鉆機。本發明提出，把錨栓(10)用作通過高頻的振動加工至少部分地在錨固基材(26)中建立的錨栓孔(28)的工具。該錨栓(10)譬如是一個沉割膨脹錨栓，其膨脹套筒(14)形成工具并通過施加以高頻的振蕩被打入到錨固基材(26)中。
文檔編號F16B13/00GK1968778SQ200580017928
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月1日 優先權日2004年6月3日
發明者O·赫克, M·沙弗, D·福哈爾, A·赫斯 申請人:阿圖爾-費希爾股份公司費希爾廠, A&M電氣工具有限責任公司