用在混凝土中的螺钉的制作方法

专利名称：用在混凝土中的螺钉的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种螺钉紧固件，其适于在诸如混凝土这样的砖石结构
(masonry structure )中所钻的孔中进行固定，4旦它可用于诸如砖或陶瓷这样 的其他砖石材料中。该螺钉属于这样的类型，有时被成为Hi-Lo(高低紋 螺钉)，具有带大顶径的主螺紋和带小顶径的中间次螺紋。
背景技术：
混凝土螺钉——即适用于混凝土或其他砖石结构中的螺钉——通常是 被手或动力工具旋拧到合适尺寸的孔洞(borehole)中的，其中孔洞的直径 略大于螺钉杆的直径，同时螺钉的螺纹的顶径超过孔洞的直径。
通常，混凝土螺钉的螺紋切入孔洞的侧壁。迄今，已经使用了具有细小 螺距的螺钉，这种螺钉允许多道(convolution)螺紋与孔洞的壁接触，且通 常具有的螺紋高度使得螺紋对孔洞的壁有很浅的侵入。由于许多浅螺紋很临 近，使得混凝土螺钉的拉出(pullout)成了问题。通过螺紋直径的增加且同 时维持相同的螺距和相同的螺钉杆和孔洞直径，可获得更大的拉出阻力。然 而，这种螺钉结构增加了过切入侧壁和因过扭矩(over-torqued)螺钉而"钻 出"混凝土的风险。在任何情况下，增加螺紋道数和由此造成的螺紋接触侧 壁的长度所带来的结果是，旋转阻力增加。不利的是，许多混凝土螺钉因这 种增加的阻力而受害，由此将螺钉旋柠到期望深度所需的扭矩导致螺紋的过 扭矩和螺钉杆的剪切。
为了降低剪切阻力，如在美国专利5， 061， 136中披露了具有两种不同螺 钉杆直径的螺钉。其他的螺钉采用直径逐渐增加的螺紋，如美国专利4,842, 467中披露的。具有一条对称螺紋槽口 (thread notch)的Hi-Lo螺钉披露于 美国专利3,937, 119中。
美国专利877,131披露一种木螺钉，具有延伸到螺钉头中的钻削且锥形 扩孔的槽(drill & countersinking flute )。美国专利1, 235, 626披露一种其中 具有钻槽的木螺钉。美国专利4，697,969也披露一种木螺钉，其具有一个或多个与螺紋有相同旋转手方向(rotational hand )的螺旋钻槽。
本发明的螺钉具有Hi-Lo结构，带有反向旋转沟槽，以在插入螺钉的 同时吸收从孔洞而来的切削物并降低的摩擦阻力。

发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土螺钉，具有减小的旋转阻力、降低的剪 切出现频率、以及增加的拉出阻力。根据本发明，螺钉具有一套共同旋向 (co-helical)的主螺紋和次螺紋，所述螺紋具有螺距大致至少等于螺钉杆直 径。进而，螺钉具有一个或更多的反向螺旋(counter-helical)的V形沟槽， 所述沟槽延伸穿过主螺紋和次螺紋的整个高度，并进入螺钉的螺钉杆中。优 选的是，反向旋转螺旋沟槽具有非常粗的螺距，典型地约螺紋的相反螺距的 二至六倍，优选为五倍。螺钉还具有在V形沟槽中间的第二局部长度的沟槽。


通过优选且示例性实施例，参考示意性的且非按比例绘制的所附附图， 对本发明的简要说明和附图进行描述
图1为根据本发明的混凝土螺钉的侧视图2为沿图1的II-II线取得的截面视图，显示了单道的大螺紋和小螺 紋以及反向旋转的沟槽。
图3为沿图1的III-III线取得的截面视图，显示了本发明进一步实施 例的螺钉尖端部中不对称W形切槽的几何形状。
图4为根据本发明的螺钉的另一实施例的侧视图。
图5为图4的螺钉的尖端部的放大侧视图。
图6为沿图5的VI-VI取得的截面视图，显示了两套沟槽。
具体实施例方式
在以下的说明中，尽管显示和描述了本发明的不同实施例，但相同的附 图标记用于等价的部件。
在图1中示出了结合了本发明的示例性混凝土螺钉。该螺钉整体地优选 由镍整体地形成，并包括螺钉杆部10,在一端具有尖端11。在螺钉杆部10 的相对的第二端具有无螺紋的螺钉头端部12。优选的是，螺钉头端部12具
有略增加的直径，以提供至螺钉头13的平滑过渡，例如通过截螺钉头圓锥
形过渡部14。扩大的过渡部还使得能承受更大或更有力的螺钉驱动装置。
在尖端ll和螺钉头部12之间，螺钉杆10具有至少为两道的多道螺旋 螺紋。第一螺紋15具有的顶径(包络螺紋外周的虛拟圆柱体直径)大于螺 钉杆直径。优选的是，主螺紋15的这种顶径超过螺钉杆直径约20 %到30% 。 在主螺旋螺紋15中间的是次螺旋螺纹16。次螺旋螺紋16的顶径超过螺钉杆 直径至非常小的程度，量级在5%至10%。
与具有相对细小螺距的常规"Hi-Lo"螺钉相反，本发明的螺钉的螺距 更大。优选的是，本发明的螺^打的螺紋螺距具有大的顶至顶(crest-to-crest) 间隔，至少与螺钉的螺钉杆10的直径一样大。申请人认为，当使用本文披 露的螺紋时，小于螺钉杆直径的螺紋螺距导致对孔洞壁的过度切入 (undercut),导致拉出阻力降低。
本发明的螺钉还包括多个螺旋沟槽，具有与螺旋螺紋的旋转相反方向的 旋转。在一实施例中，如图1和2所示，示出了总共三个反向螺旋沟槽17。 沟槽17为大致V形，具有很小的、30°或更小的顶角角度。沟槽可以是对 称的(如图2所示)，或沿螺钉旋转的方向是非对称的。沟槽完全延伸穿过 主螺紋15和次螺紋16的整个高度，并进入螺钉杆10中。优选的是，沟槽 具有一进入螺钉杆10的深度，该深度超过次螺紋的高度，由此在沟槽底部 处的螺钉直径量级为比螺钉杆10直径小5%至10% 。沟槽17具有的螺距至 少两倍于螺紋的相反螺距(opposite pitch )。在图l所示的螺钉中，沟槽的斜 度形成一角度oc，该角度具有的量级为与螺钉的轴线成30。。相比而言，如 图4和5中所示的，斜度可以更大。展现本发明优点的最陡斜度与螺钉的垂 直轴线形成约10°的a角。 .
在本发明的另一方面中，如图3所示，有限数量的螺紋一一如最初的两 道或三道(取决于螺距)且优选至少25mm螺紋——不仅被反向螺旋沟槽 17切割而且还被额外的旋转地临近的沟槽18切割，该沟槽18与沟槽17组 合形成W形切槽。相组合的沟槽17和18的非对称W切槽显示于图3中， 且为前面几道主螺紋15和次螺紋16提供了锯齿特点(saw tooth aspect )。该 锯齿效果有助于螺紋向螺钉所要拧入的孔洞的表面壁中的初始划入如或切 入。
参见图4，显示了本发明螺钉的进一步实施例。该螺钉具有带更陡斜度
的一套反向螺旋沟槽，具有与螺钉轴线成约10°的a角。在本发明的另一实 施例中，如图5和6所示，第二套沟槽19设置在前述那套沟槽中间。这些 也为V形的沟槽可从螺钉的尖端延伸过一有限的部分。例如，在有三个主沟 槽17延伸螺钉的长度的情况下，可为螺钉螺紋长度的约1/3设置三个较短的 中间沟槽19,且沟槽19的长度优选为至少25mm。沟槽19还可是非对称的 V形，沿螺钉的旋转方向倾斜。当然，中间沟槽19可定位为邻近主沟槽17, 以实现W形状组合的效果。
在操作中，螺钉定位在一孔洞中，该孔洞的直径具有略大于螺钉杆部10 和螺钉头端部12的直径。通过适当的界面(interface ),如Phillips、 Robertson 或Torques样式驱动孑L ( pattern driver hole )或4反手平面(wrench flat )，可对 螺钉头13施加旋转力，以将螺钉旋拧到孔中。导螺紋(lead thread)和由沟 槽17和18 ( 19)形成的切槽切割出初始螺紋样式，在该初始螺紋样式之后 跟随主螺紋15和次螺紋16。主螺紋15在壁中切出明显的螺紋轨迹并提供最 大的抗拉出阻力。次螺紋16进入侧壁至较小的程度，且为螺钉本体提供结 实(solid)的第二承载，但没有对壁的显著切割或削弱。
确信的是，根据已有技术的细小螺距混凝土螺钉，由螺钉螺紋从孔洞壁 上刮下的混凝土粉末存留在螺钉尖端附近，且其本身约束并压紧在螺紋和孔 洞壁之间，显著地增加了驱动螺钉的阻力。事实上，在许多螺钉设计中，这 种阻力在细小螺距螺钉中很高，以使得螺钉不能将旋转力从螺钉头部传递到 尖端，且在相当大量的实例中会发生螺钉本体的剪切。
相反，确信的是，本发明的螺钉不会在螺钉尖端附近存留磨削下来的混 凝土粉末，而是一系列的螺旋沟槽允许混凝土粉末沿螺钉的长度分散，且达 到足以填充沟槽17 (和18、 19)的程度。这种混凝土粉末的分散避免了在 螺钉尖端增加阻力，由此以极大地改善的剪切阻力和拉出阻力，允许在螺钉 的整个长度上完全传递扭矩，且完全达到设计深度。进而，鉴于主螺紋和次 螺紋的粗螺距(coarse thread )，如已有技术螺钉所呈现的、在螺紋轨迹(thread track)之间"钻出"或破坏混凝土结构的趋势可被显著地降低。
在具有前述特征的混凝土螺钉的一个实施例中，螺钉具有92mm的长 度、60mm的螺紋长度、5.7mm的螺钉杆直径、7.5mm的主螺紋顶径和5.85mm 的次螺紋顶径以及5.7mm的螺距。螺钉还具有三个反向螺旋沟槽，具有 5.25mm的沟槽深度和30mm (约30° )的沟槽螺距。非对称W形切槽设置
在主螺紋和次螺紋的最初的三道上(初始的25mm )。在另一实施例中，螺 钉具有相同的长度、螺钉杆和螺紋的直径以及螺距。然而，反向螺旋沟槽的
螺距约120mm。与具有相同螺钉杆直径而具有一半螺钉杆直径的螺距且没 有本发明的螺旋沟槽的传统混凝土螺钉相比，本发明的螺钉所需要的螺钉驱 动扭矩仅为已有技术螺钉的60% ,而拉出阻力比传统螺钉高70 % 。
上述螺钉具有较大的拉出阻力，降低的扭矩需求和因而极大地降低的安 装过程中螺钉剪切带来的失效。这显著地加速了安装，因为它避免重新钻出 用于安装更换螺钉的引导孔洞，以及所涉及的锚固系统(anchor system )的 可能的全部更换。
尽管上述实施例包括了在带W切割沟槽的道数、沟槽的对称或非对称 的形状以及沟槽斜度以及中间沟槽长度等方面的变化，但本领域技术人员应 理解，在本发明的范围内，可对W切槽的道数、切槽的几何形状以及倾斜 度或长度等方面进行修改，而不脱离所附权利要求所阐述的本发明的范围。 从一个所述实施例中将要素替换至另一实施例也完全是能想到的且是可实 施的。因此，意图是仅如所附权利要求的范围所述的那样进行限制。
权利要求
1、一种螺钉紧固件，用在具有预定长度和直径的引导孔的砖石构件中，该螺钉包括螺钉杆，具有的直径小于引导孔的直径，且在一端具有尖端而在另一端具有螺钉头；一套螺旋螺纹，从尖端延伸过螺钉杆长度的一部分，其中所述螺纹具有至少与螺钉杆直径一样大的螺距；和与所述螺纹成相反旋转手方向的一套一个或更多的螺旋沟槽，所述沟槽延伸穿过所述螺纹并进入螺钉杆，其中沟槽的螺距在两倍至二十倍螺钉杆直径的范围内。
2、 如权利要求l所述的螺钉，其中所述一套螺紋包括一个主螺紋和一 个次螺紋。
3、 如权利要求2所述的螺钉，其中主螺紋向螺钉杆外延伸螺钉杆直径 的约1/5。
4、 如权利要求2或3中任一项所述的螺钉，其中次螺紋向螺钉杆外延 伸螺钉杆直径的约1/20。
5、 如权利要求2至4中任一项所述的螺钉，其中主螺紋和次螺紋同样 地^皮此间隔。
6、 如权利要求2至5中任一项所述的螺钉，其中沟槽延伸进入螺钉杆， 深度达主螺紋高度的1/4。
7、 如权利要求1至6中任一项所述的螺钉，其中在有限数量的初始螺 紋道中，沟槽包括径向向内变窄的W形切槽。
8、 如权利要求7所述的螺钉，其中W形切槽非对称地沿螺钉的旋转方 向倾斜。
9、 如权利要求1所述的螺钉，其中第二套中间沟槽延伸过螺钉杆的有 限初始部分，在所述一套螺旋沟槽中间。
10、 如权利要求9所述的螺钉，其中所述有限部分至少为25mm。
11、 如权利要求9所述的螺钉，其中所述有限部分至少为螺钉螺紋部分 的长度的1/3。
12、 如权利要求l所述的螺钉，其中螺旋沟槽数量为三。
13、 如权利要求12所述的螺钉，其中有三个第二螺旋沟槽在所述螺旋沟槽中间延伸过邻近尖端的螺钉杆的有限部分。
14、 如权利要求12所述的螺钉，其中所述有限部分为至少25mm。
15、 如权利要求12所述的螺钉，其中所述有限部分为所述螺钉螺紋部 分的长度的至少1/3。
16、 如权利要求l所述的螺钉，其中沟槽的螺距在螺钉杆直径的二倍至 六倍范围内。
17、 如权利要求l所述的螺钉，其中沟槽的斜度形成与螺钉纵向轴线成 小于30度的角度。
18、 如权利要求l所述的螺钉，其中沟槽的斜度形成与螺钉纵向轴线成 大于IO度的角度。
全文摘要
本发明的混凝土螺钉能降低所需的驱动扭矩，降低剪切失效不能并提供增加的拉出阻力。该螺钉具有Hi-Lo螺纹，主螺纹的直径大于次螺纹的直径，螺纹具有的螺距位移至少等于螺纹杆的直径。与螺纹相反的旋转手方向的螺旋沟槽延伸螺钉螺纹部分的长度，且具有至少两倍于螺钉杆直径的螺距。中间螺旋反向旋转沟槽位于在临近螺钉尖端的有限部分中，并延伸大致不大于螺纹长度的1/3。中间沟槽可临近主沟槽，以在螺纹中产生W形槽口，该W形槽口沿沟槽的旋转方向为非对称的。
文档编号F16B25/02GK101198798SQ200680021598
公开日2008年6月11日 申请日期2006年5月29日 优先权日2005年6月16日
发明者尤利·沃尔瑟 申请人:尤利·沃尔瑟;格尔达·沃尔瑟;米尔科·沃尔瑟