PL207206B1 - Samogwintujący wkręt - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy samogwintującego wkręta zwłaszcza do betonu, do wkręcania w ścianę otworu.

Znane są samogwintujące wkręty, zwłaszcza do betonu, przeznaczone do wkręcania w ściankę otworu posiadające cylindryczny metalowy trzpień jednoczęściowo gwintowany wzdłuż osi środkowej i mające co najmniej jeden element tnący posadowiony w gwincie i połączone sztywno z trzpieniem, przy czym trzpień jest wykonany z metalu o zawartości węgla 0-0,5% wag.

Tego rodzaju wkręt jest znany np. z EP 1 129 297 A (analogiczne zgłoszenie patentowe USA nr ser. 09/831 707). W gwincie wkręta są umieszczone elementy tnące wykonane jako kołkowe wstawki tnące. Tego rodzaju wkręty mają dobre działanie tnące, ale ich produkcja jest stosunkowo droga, zwłaszcza jeśli chodzi o łączenie kołkowej wstawki tnącej z trzpieniem.

Z pospolitego ich stosowania znane są ponadto wkręty samogwintujące, które w celu zwiększenia ich wytrzymałości są nawęglane, to znaczy zwiększana jest ich zawartość węgla, a następnie są hartowane. W praktyce okazało się, że tego rodzaju wkręty mają skłonność do kruchego pękania. Odpowiedzialny jest za to wodór wnikający w trzpień, który pogarsza mikrostrukturę materiału wkręta.

Zadaniem przedmiotowego wynalazku jest dalsze rozwinięcie wkręta rodzaju wymienionego we wstępie przez to, że połączenie elementów tnących na trzpieniu jest mniej wymagające, jeśli chodzi o koszt produkcji, przy czym równocześ nie należ y zmniejszyć zagroż enie kruchym pę kaniem, które występuje w innych znanych wkrętach samogwintujących.

Zadanie to zostało według wynalazku rozwiązane przez wkręt, który posiada tnący element wykonany jako połączona z gwintem kształtka spawana z metalu o zawartości węgla większej niż 0,8% wag.

Według wynalazku okazało się, że można wykonać co najmniej jeden element tnący również jako kształtkę spawaną, przy czym przez spawanie elementu tnącego na wkręcie zapewniane jest stosunkowo niedrogie połączenie, które równocześnie całkowicie odpowiada wymaganiom cięcia np. przy wkręcaniu w betonową ścianę. Ponieważ wkręt tylko miejscowo jest ostry na skutek zastosowania elementów tnących o większej zawartości węgla, można również zrezygnować z nawęglania wkręta, co miało miejsce w stanie techniki. Niespodziewanie, jak wykazały badania, można dzięki temu uniknąć kruchego pękania. Jest to spowodowane tym, że wkręt na skutek spawania elementów tnących jest tylko lokalnie nagrzewany z ostrym ograniczeniem, co oczywiście zapobiega powstawaniu pęknięć spowodowanych przez wnikanie wodoru. Materiał trzpienia o zawartości węgla w zakresie 0-0,5% wag. daje się formować przy kosztach możliwych do przyjęcia. Elementy tnące z materiału o zawartości węgla większej niż 0,8% wag. mają twardość wystarczającą już do nacinania gwintu.

Trzpień jest wykonany z metalu o zawartości węgla mniejszej niż 0,35% wag., zwłaszcza mniejszej niż 0,25% wag., w szczególności mniejszej niż 0,2% wag., korzystniej mniejszej niż 0,15% wag., a jeszcze korzystniej mniejszej niż 0,1% wag.

Materiały trzpienia dają się zatem tym lepiej formować, im mniejsza jest w nich zawartość węgla. Jako materiał trzpienia można stosować również materiały niezawierające węgla, np. czyste metale, takie jak aluminium lub mosiądz.

Korzystnie, tnący element jest wykonany z metalu o zawartości węgla większej niż 1,0% wag., zwłaszcza większej niż 1,5% wag. lub większej niż 2,0% wag.

Elementy tnące mają przy tym wysoką twardość tym korzystniejszą dla cięcia, im większa jest w nich zawartość wę gla.

Ponadto tnące elementy są umieszczone tylko na ostatnich pięciu zwojach gwintu, zwłaszcza na ostatnich trzech, szczególnie korzystnie na ostatnich dwóch zwojach gwintu.

Wkręt korzystnie zawiera w sumie mniej niż 15 tnących elementów, zwłaszcza mniej niż 10 tnących elementów, szczególnie korzystnie mniej niż pięć tnących elementów.

Usytuowanie lub liczba elementów tnących okazały się ponadto wystarczające do niezawodnego nacinania gwintu przez wkręt.

Korzystnie wkręt zawiera tnący element na końcu gwintu przyporządkowanym tnącemu końcowi wkręta. Element tnący prowadzi ponadto do kontrolowanej operacji cięcia.

Korzystnie tnący element w porównaniu z innymi tnącymi elementami ma większy wymiar wzdłuż gwintu. Element tnący jest szczególnie wytrzymały.

Korzystnie, co najmniej jeden tnący element wystaje promieniowo względem środkowej osi wzdłużnej poza gwint, przy czym wymiar wystawania elementu tnącego stanowi co najwyżej 15% głębokości gwintu.

PL 207 206 B1

Korzystnie, co najmniej jeden tnący element wystaje osiowo w kierunku środkowej osi wzdłużnej względem gwintu, przy czym wymiar tego wystawania tnącego elementu stanowi co najwyżej 15% odstępu pomiędzy przejściami zboczy zarysu gwintu w trzpień.

Wystawanie elementów tnących okazało się ponadto dobrym kompromisem pomiędzy dobrą sprawnością cięcia elementów tnących z jednej strony, a nieruchomym osadzeniem wkręta po wcięciu z drugiej strony. Wystawanie elementów tnących nie jest jednak konieczne.

Korzystnie, trzpień i/lub tnący element są wykonane z materiału, który jest dodatkowo ulepszany.

Późniejsze ulepszanie po wytworzeniu i ukształtowaniu materiału trzpienia może jeszcze polepszyć właściwości tnące wkręta. Tego rodzaju późniejszy proces ulepszania nie jest jednak konieczny do wszystkich zastosowań i ukształtowań. Spawanie elementów tnących na ulepszonym materiale trzpienia nie powoduje zmiany struktury ulepszonego materiału.

Przykłady wykonania wynalazku zostaną poniżej dokładniej objaśnione na podstawie rysunku.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia wkręt w widoku z boku;

fig. 2 przekrój II.II z fig. 1 i 3 w wyrwaniu i w powiększeniu;

fig. 3 przekrój wzdłuż linii III-III z fig. 2 w wyrwaniu i w powiększeniu;

fig. 4 przekrój podobny do fig. 3 przez dalszą postać wykonania wkręta; a fig. 5 podobny do fig. 3 przekrój poprzez dalszą postać wykonania wkręta.

W przypadku samogwintującego wkręta 1 chodzi o wkręt do betonu, który jest przeznaczony do wkręcania w ściankę 1a otworu 1b. Wkręt 1 ma cylindryczny trzpień 2 ze stali konstrukcyjnej o zawartości węgla 0,18% wag. Tego rodzaju stale są znane. Wkręt 1 ma średnicę trzpienia dostosowaną do średnicy otworu 10 mm. Możliwe są również inne średnice trzpienia nawet do np. 30 mm. Na jednym końcu trzpienia 2 jest w znany sposób wykonany sześciokątny łeb 3. Trzpień ma środkową wzdłużną oś 4, która jest na fig. 1 zaznaczona linią osiową.

Od końca wkręta 1 przeciwległego względem łba 3 aż w przybliżeniu do środka pomiędzy oboma końcami trzpień 2 ma wykonany jednoczęściowo z tym trzpieniem gwint 5. Jest to gwint o zarysie trapezowym (fig. 3).

Odcinek gwintu 5 prowadzący przy wkręcaniu wkręta 1 w otwór jest wykonany jako nacinający element 6. Ten nacinający element podobnie jak dalsze tnące elementy 7 w przebiegu następujących za nacinającym elementem 6 trzech kolejnych zwojów gwintu 5 wykonany jako spawana kształtka ze stali szybkotnącej o zawartości węgla większej niż 0,8% wag., w tym przypadku o zawartości węgla 0,85% wag. Nacinający element 6 ma przy tym w porównaniu z innymi tnącymi elementami 7 większy wymiar wzdłuż gwintu 5, jak to wynika z fig. 1. Nacinający element 6 tworzy przy wkręcaniu natychmiast gwint o określonym skoku w ściance otworu, co umożliwia dokładne prowadzenie wkręcanego wkręta 1. Działanie nacinającego elementu 6 można przy tym porównać z działaniem wierzchołka wkręta do drewna. Na jeden zwój gwintu nacinającemu elementowi 6 przyporządkowane są przy tym trzy elementy tnące 7, przy czym tylko trzy pierwsze zwoje gwintu 5 mają elementy tnące 7, tak że razem jest dziewięć tnących elementów 7, z których na fig. 1 widoczne są dwa.

Tnące elementy 6, 7 są tak wspawane w gwint 5, że stanowią jego harmoniczne przedłużenie. Tnące elementy 6, 7 wystają przy tym nieco poza pozostały gwint 5 zarówno osiowo względem środkowej osi wzdłużnej jak i w kierunku promieniowym względem tej środkowej wzdłużnej osi 4.

Wymienione wystawanie jest pokazane szczególnie wyraźnie na fig. 2 i 3. Tnący element 7 ma nieco korytkowy kształt uwarunkowany procesem spawania przy umieszczaniu go na gwincie 5, przy czym dno korytka tnącego elementu 7 wchodzi aż w trzpień 2. Tnący element 7 wystaje ponad zbocza 8 i ponad czoł ową ś ciankę 9 gwintu 5. Promieniowe wystawanie elementu tną cego 7 ponad gwint 5 jest oznaczone przez a na fig. 2. W przypadku wkręta 1 wymiar wystawania a elementu tnącego stanowi 5% głębokości gwintu.

Na fig. 3 przedstawiona jest część zawierającego środkową oś wzdłużną 4 przekroju wkręta 1, przy czym płaszczyzna przekroju jest usytuowana w bezpośrednim sąsiedztwie tnącego elementu 7 z fig. 2. Obok promieniowego wystawania a na fig. 3 widać również osiowe wystawanie b tnącego elementu 7 poza gwint 5. Przedstawiono to na fig. 3 w kierunku wymiaru A, jaki zbocza 8 gwintu 5 mają od siebie na przejściu w trzpień 2 i zaznaczono przez b. W przypadku wkręta 1 wystawanie b wynosi 5% wymiaru A.

Głębokość gwintu oraz wymiar A dla gwintu 5 wynosi w przybliżeniu 2 mm. Wymiary wystawania a, b wynoszą zatem w przybliżeniu 0,1 mm. W zależności od średnicy trzpienia i głębokości gwintu można wybrać również inne wymiary wystawania, np. 0,2 mm lub 0,3 mm.

PL 207 206 B1

Na trzpień 2 można stosować również inne stale, np. o zawartości węgla mniejszej niż 0,5% wag., a więc np. 0,42% wag, albo mniejszej niż 0,35% wag, a więc np. 0,30% wag., lub mniejszej niż 0,25% wag., a więc np. 0,22% wag., lub też mniejszej niż 0,2% wag., np. 0,18% wag., albo mniejszej niż 0,15% wag., np. 0,12% wag. Zależnie od wymagań dotyczących możliwości kształtowania materiału w celu wytworzenia trzpienia 2 i gwintu 5 przed nałożeniem tnących elementów 6, 7 można wybierać taką stal, która odpowiada konkretnym wymaganiom pod względem swej zawartości węgla.

Jako materiał na trzpień można stosować również materiały niezawierające węgla, np. aluminium lub mosiądz.

Jako materiał na tnące elementy 6, 7 można również stosować inne stale o zawartości węgla większej niż 1,0% wag., np. 1,2% wag., albo większej niż 1,5% wag., np. 1,8% wag, 2,0 lub 2,5% wag. Im większa jest zawartość węgla, tym twardsze są tnące elementy 6, 7.

W przypadku alternatywnych wkrętów można również stosować mniej tnących elementów 7, np. cztery elementy tnące lub sześć elementów tnących.

W przypadku alternatywnych wkrętów można również stosować korzystnie tnące elementy 7 na mniejszej liczbie zwojów, np. tylko na ostatnich dwóch zwojach gwintu. W dalszej odmianie wkręta tnące elementy 7 można również umieścić np. na ostatnich pięciu zwojach gwintu.

Liczba i rozmieszczenie tnących elementów 6, 7 na gwincie 5 zależne są od kształtu geometrycznego wkręta 1, gwintu 5 oraz od materiału ścianki otworu. W szczególności przy większej średnicy trzpienia można stosować mniej tnących elementów 6, 7 na jeden zwój gwintu.

Wkręt 1 wytwarza się następująco. Najpierw wstępnie kształtuje się trzpień 2 z jednoczęściowo utworzonym na nim surowym gwintem i z łbem 3 przez walcowanie lub tłoczenie. Materiał trzpienia ulepsza się, po czym w przypadku wkrętów o większej średnicy, np. w przypadku wkrętów o średnicy trzpienia do otworu większego niż 16 mm, można z tego zrezygnować. Po utworzeniu gwintu 5 przeprowadza się wspawanie tnących elementów 6, 7 w gwint 5.

Na fig. 4 i 5 przedstawiono dalsze postaci wykonania wkrętów według wynalazku. Elementy, odpowiadające opisanym już w odniesieniu do fig. 1-3, mają takie same oznaczenia z kreską u góry i nie będ ą ponownie opisywane szczegółowo.

Fig. 4 przedstawia gwint 5' wykonany jako gwint o zarysie trójkątnym. Tnący element 7 wystaje poza oba zbocza 8' trójkątnego zarysu gwintu 5'. Wymiar wystawania tnącego elementu 7 poza wierzchołek gwintu 5' prostopadle do środkowej osi wzdłużnej 4 oznaczono przez a'.

Fig. 5 przedstawia gwint 5'' o zarysie w kształcie prostokąta według dalszej postaci wykonania. Tnący element 7 wystaje poza w tym przypadku przebiegające równolegle do siebie zbocza 8'' zarysu gwintu i poza czołową ściankę 9''.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Samogwintujący wkręt, zwłaszcza do betonu, przeznaczony do wkręcania w ściankę otworu posiadający cylindryczny metalowy trzpień jednoczęściowo gwintowany wzdłuż osi środkowej i mający co najmniej jeden element tnący posadowiony w gwincie i połączony sztywno z trzpieniem, przy czym trzpień jest wykonany z metalu o zawartości węgla 0-0,5% wag., znamienny tym, że tnący element (6, 7) jest wykonany jako połączona z gwintem (5, 5', 5'') kształtka spawana z metalu o zawartości węgla większej niż 0,8% wag.
2. 2. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że trzpień (2) jest wykonany z metalu o zawartości węgla mniejszej niż 0,35% wag., zwłaszcza mniejszej niż 0,25% wag., w szczególności mniejszej niż 0,2% wag., korzystniej mniejszej niż 0,15% wag., a jeszcze korzystniej mniejszej niż 0,1% wag.
3. 3. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że tnący element (6, 7) jest wykonany z metalu o zawartoś ci wę gla większej niż 1,0% wag., zwł aszcza większej niż 1,5% wag. lub większej niż 2,0% wag.
4. 4. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że tnące elementy (6, 7) są umieszczone tylko na ostatnich pięciu zwojach gwintu (5, 5', 5''), zwłaszcza na ostatnich trzech, szczególnie korzystnie na ostatnich dwóch zwojach gwintu.
5. 5. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera w sumie mniej niż 15 tnących elementów (6, 7), zwłaszcza mniej niż 10 tnących elementów (6, 7), szczególnie korzystnie mniej niż pięć tnących elementów (6, 7).
6. 6. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera tnący element (6) na końcu gwintu (5, 5', 5'') przyporządkowanym tnącemu końcowi wkręta (1).

   PL 207 206 B1
7. 7. Wkrę t według zastrz. 6, znamienny tym, że tnący element (6) w porównaniu z innymi tnącymi elementami (7) ma większy wymiar wzdłuż gwintu (5, 5', 5'').
8. 8. Wkrę t według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden tnący element (6, 7) wystaje promieniowo względem środkowej osi wzdłużnej (4) poza gwint (5, 5', 5''), przy czym wymiar wystawania (a, a', a'') elementu tnącego stanowi co najwyżej 15% głębokości gwintu.
9. 9. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden tnący element (6, 7) wystaje osiowo w kierunku środkowej osi wzdłużnej (4) względem gwintu (5, 5', 5''), przy czym wymiar tego wystawania (b, b', b'') tnącego elementu (6, 7) stanowi co najwyżej 15% odstępu (A, A', A'') pomiędzy przejściami zboczy (8, 8', 8'') zarysu gwintu (5, 5', 5'') w trzpień (2).
10. 10. Wkręt według zastrz. 1, znamienny tym, że trzpień (2) i/lub tnący element (6, 7) są wykonane z materiału, który jest dodatkowo ulepszany.