DE10036782A1

DE10036782A1 - Schnellverbindungselement für weiche Werkstoffe

Info

Publication number: DE10036782A1
Application number: DE2000136782
Authority: DE
Inventors: Rolf Schiller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-03-15

Abstract

Es wird ein Verbindungselement zur Schnellmontage in weichen Werkstoffen wie Holz, Spanplatten oder Kunststoffen vorgeschlagen, welches aus einem länglichen Kern und Teilen von Gewinden besteht, die so in Längsrichtung des Verbindungselementes angeordnet sind, daß sie beim Eindringen in den Werkstoff diesen nur in Teilen des Umfanges beschädigen und durch Drehung um einen Teil des Umfanges in das vom Gewinde unbeschädigte Material einen Formschluß mit dem Werkstoff ermöglichen.

Description

Technischnes Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement ähnlich einer "Nagelschraube" nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Nagelschrauben sind eine Art Idealvorstellung: Sie sollen sich einerseits so einfach und schnell wie Nägel in ein weiches Material einschlagen lassen aber andererseits möglichst weitgehend die Festigkeit einer Schraubenverbindung - d. h. einer formschlüssigen Verbindung - aufweisen.

Stand der Technik

In der OS 20 00 134 ist ein Beispiel einer derartigen Schraube offenbart. Sie besteht in ihrem in das Material zuerst eindringenden Teil aus einem Nagel, dem ein Gewinde folgt. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß beim Einschlagen der Nagelschraube im unteren Teil lediglich die Verbindungsfestigkeit eines Nagels - d. h. einer Klemmverbindung - erreicht wird. Wird die Schraube bis zu ihrem Kopf eingeschlagen, verletzt das Gewinde den Werkstoff und bewirkt somit eine erhebliche Verminderung der Befestigungskraft. Im Falle eines Eindringens in Holz werden die Holzfasern nicht nur bis zum Kerndurchmesser der Nagelschraube, sondern wie beim Einschlagen einer Holzschraube bis zum äußersten Durchmesser beschädigt und durchtrennt. Die Nagelschraube hält somit deutlich schlechter als eine in das Holz eingedrehte Schraube und läßt sich nur - wenn überhaupt - im Bereich des Gewindes herausschrauben. Die Schrift GM 78 31 122 zeigt eine Kombination aus Nagelschraube und Dübel, wobei die Nagelschraube eigentlich eine übliche Holzschraube mit Gewinde im unteren Bereich darstellt und die Befestigung über die Kombination mit dem Dübel erreicht wird. Eine Schnellverbindung wird hiermit nicht erreicht.

DE 33 37 543 zeigt eine selbstbohrende Universchraube, die im Bereich der Spitze am Schneidgewinde nach innen im Durchmesser reduzierte Formzonen aufweist, welche den Schneidvorgang in das Material erleichtern, indem sie Raum für ausgeschnittenes Material gibt. DE 21 35 210 zeigt eine schwingungswiderstandsfähige Maschinenschraube mit variierendem Durchmesser der Gewinde. Sie eignet sich, ebenso wie die zuvor beschriebene Schraube, nicht für eine verletzungsarme Einbringung durch Einschlagen oder Einstecken in das Material. Dasselbe gilt für eine Schraube gemäß DE 22 11 608.

Aufgabe, Vorteile und Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungselement ähnlich einer Schraube zu schaffen, das sich einerseits rasch in den weichen Werkstoff (wie Holz, Kunststoff, Spanplatten) einbringen läßt - bevorzugt durch Einschlagen oder Einstecken - andererseits aber eine möglichst hohe Festigkeit, insbesondere gegen Herausziehen, aufweisen soll. Dabei soll kein weiters Element zur Herstellung der Verbindungsfestigkeit mit dem Werkstück erforderlich sein. Zudem soll sich das Befestigungselement mit möglichst wenig Kraftaufwand und rasch in das Material einbringen lassen und dennoch das Material wenig schädigen, um einen Formschluß mit dem Werkstoff zu ermöglichen. Das Befestigungselement soll bevorzugt auch eine große Befestigungstiefe ermöglichen und vorteilhaft sich energiesparend einbringen lassen, insbesondere bei der Verwendung von Batterieschraubern. Außerdem soll es sich billig herstellen und möglichst weit wieder heraus drehen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungselementes besteht darin, daß es sich rasch in den Werkstoff einschlagen oder einstecken läßt (sofern es sich um Weichmaterial als Werkstoff handelt) und es kann dann durch Drehen um einen Bruchteil einer Umdrehung eine sichere, auch formschlüssige Befestigung herstellen. Es wird also trotz der Schnellmontage weitestgehend die Festigkeit einer Schraubverbindung erreicht, da die Gewinde beim Drehen des Verbindungselementes um einen sinngemäßen Bruchteil des Umfanges in Materialbereiche eindringen, die durch das Einschlagen unzerstört sind. Seine Herstellung ist durch Walzen eines unrunden länglichen Grundkörpers oder durch Schleifen einer üblicherweise hergestellten Schraube im Bereich des Gewindes einfach möglich.

Ein weiterer Effekt der Erfindung ist, daß sich solche Schrauben leichter in das Material einschrauben lassen, weil der Verdrängung des Materiales beim Eindrehen eine Zone der Entspannung im Bereich der Freifläche folgt, insbesondere, wenn diese nach innen, z. B. konvex geformt ist. Damit kann eine größere Einschraubtiefe erreicht werden. Große Einschraubtiefen sind oft konstruktiv bedingt wünschenswert, lassen sich aber mit üblichen Holz- oder Spanplattenschrauben nur schlecht erreichen, da am Ende bei langen Schrauben hohe Drehmomente aufzubringen sind. In der Praxis führt dies häufig zum Bruch der Schraube. Versuche zeigten, daß mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement je nach Formgebung bis zu 50% und mehr reduzierte Drehmomente aufzubringen und verglichen mit normalen Schrauben mit durchgängigen Gewinden bei gleichem Drehmoment entsprechend tiefere Befestigungen möglich sind.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a zeigt ein Beispiel eines derartigen Verbindungselementes (1) als Spanplattenschraube mit einem Senkkopf (2), einer Kreuzschlitzvertiefung (3) und vorteilhaft mit einer durchgehenden Vertiefungskerbe (4) für einen Schraubenzieher.

Die Gewinde bzw. Gewindeflanken (5) sind hierbei erfindungsgemäß nicht vollständig ununterbrochen am Umfang vorhanden, sondern sie können bis auf den Kerndurchmesser oder noch weiter unterbrochen geschmälert oder unterbrochen sein. Dabei bildet die Unterbrechung der Gewinde eine hier ebene Freifläche (6). Fig. 1b zeigt einen Querschnitt entsprechend der Linie A-A durch die Schraube. Durch die Unterbrechung der Flanken (Freiflächen) entsteht beim Einschlagen im Bereich dieser Zone (Freifläche 6) im Material keine Beschädigung, während sich nur im Bereich der verbliebenen Gewindeteile (5) das übliche Schadbild des Werkstoffes durch eine eingeschlagene Schraube ergeben kann. Wird nun die Schraube nach dem Einschlagen im vorliegenden Falle vorteilhaft um etwa 90 Grad gedreht (Pfeil B in Fig. 1b), so dringen die Teilgewinde (5) bzw. Gewindeflanken (5) in das unbeschädigte, durch den Kerndurchmesser verdichtete Material ein und finden dort einen sicheren Halt. Um diesen Vorgang einfach zu gestalten weist das Verbindungselement (1) vorteilhaft die o. e. Vertiefungskerbe (4) für einen Schraubenzieher auf, an dessen Stellung - im Vergleich zu einem Kreuzschlitzschraubenzieher - leichter zu ersehen ist, welche Drehposition erreicht wurde.

Bei einer Holzschraube mit gewindelosem Oberteil ist die Freifläche (6) vorteilhaft nur im Bereich der Höhe der Gewinde (5) angebracht, um im oberen Schraubenteil den Klemmeffekt nicht zu verringern. Wird mehr Wert auf die leichtgängige Ausschraubbarkeit gelegt, kann allerdings - falls vorhanden - der gewindelose obere Teil einer Holzschraube unrund gefertigt sein, um die Anlage des oberen Bereiches des Verbindungselementes im Werkstück zu reduzieren.

Fig. 2 zeigt eine Variante mit vier Freiflächen (6), die vor allem der Erzielung eines geringen Drehmomentes beim Einschrauben dient.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine erfindungsgemäße Variante, bei welcher beispielhaft drei Freiflächen (6) und drei Schraubzonen (5) am Umfang vorhanden sind. Hier wird die Schraube nach dem Einnageln um ca. 60 Grad um ihre Achse gedreht, um ihre größte Festigkeit im Material zu erreichen. Die punktierte Linie deutet beispielhaft eine weitere Möglichkeit der Gestaltung der Freiflächen an. Hier greift die Freifläche so weit in den Kern des Verbindungselementes hinein, daß die Freifläche gegen den Kern (7) nach innen konvex gewölbt ist, wodurch sich beim Einschrauben eine geringe Reibung im Werkstück ergibt und sich etwaig abgetragenes Material in solchen konvexen Freizonen ansammeln kann.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch ein erfinderisches Verbindungselement. Hier sind die Flanken der Gewindeanteile (5) so gestaltet, daß sie auf der Oberseite etwa senkrecht zum Kern (7) verlaufen, auf der Unterseite jedoch spitzwinkliger, um den Widerstand gegen Ausziehen zu vergrößern und den beim Einschlagen zu verringern.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante eines Querschnittes. Hier ist der Kern (7) - ähnlich einem Nagel - voll erhalten, so daß die Freiflächen eine konvexe Form annehmen und Gewindeanteile (5) nur wenige Winkelgrad (beispielsweise 5 bis 20 Grad) betragen. Hierbei ist dann das Gewicht der Funktion des Verbindungselementes vor allem auf die Möglichkeit festgelegt, das Verbindungselement wie einen Nagel herausdrehen und/oder leicht eindrehen zu können.

Natürlich nimmt die Auszugsfestigkeit des Verbindungselementes mit der Ausdehnung der Freiflächen zwischen den Restgewinden ab. Es muß die Breite der Freiflächen auch nicht mit jener der Gewindebereiche im Umfang gleich sein. So kann auch ein Verbindungselement, wie beispielhaft in Fig. 5 gezeigt, mit breiten Freiflächen und schmalen Teilgewinden vorteilhaft sein, wenn die Verbindung nur gering auf Zug belastet wird und das Verbindungselement leicht schraubbar sein soll. Bevorzugt ordnet man die verbleibenden Gewindeflanken punktsymmetrisch zur Kernmitte an, um ein gleichmäßiges Verhalten beim Ein- und/oder Ausdrehen und eine gleichmäßige Kraftverteilung zu bekommen.

Damit das Eindringen in den Werkstoff beim Drehen des Verbindungselementes möglichst leichtgängig ist, werden vorteilhaft die Gewinde bzw. Gewindesegmente zur Freifläche hin tangential bzw. spitz zulaufend in die Freifläche ausgeführt.

Eine weitere erfinderische Variante beeinflußt den Halteeffekt der Gewinde im Werkstoff. Er nimmt zu, wenn vorteilhaft die Schraube unrund gefertigt ist, so daß der Kerndurchmesser im Bereich der Gewinde größer als im Bereich der Freiflächen ist.

Es ist ferner vorteilhaft, die Gewindesegmente (5) im unteren, zur Spitze hin auslaufenden Bereich mit Gewinde geringeren Durchmessers zu fertigen, um beim Einschlagen des Verbindungselementes in das Werkstück einen geringeren Widerstand infolge der Durchmesserabstufung zu erzielen.

Natürlich kann das Verbindungselement (1) auch in anderer Form, z. B. als eine Holzschraube mit gewindelosem Oberschaft, mit einem Linsen- oder Senkkopf mit einer Vertiefung für einen Schraubenzieher etc. gefertigt werden.

Die Erfindung betrifft nicht nur die hier gezeigten Beispiele, sondern auch alle naheliegenden Varianten.

Claims

1. Einstückiges Verbindungselement zur Befestigung in weichen Materialien wie Holz, Spanplatten, Kunststoffen etc., bestehend aus einem länglichen Kern mit daran befindlichem Gewinde für Weichmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (5) bevorzugt bis zum Kern (7) so unterbrochen sind, daß sich in Längsrichtung des Verbindungselementes zwischen den am Umfang nur teilweise vorhandenen Gewinden gewindelose Flächen (Freiflächen) (6) ergeben, wobei die verbleibenden Teilgewinde (5) so übereinander angeordnet sind, daß sie den Halt im Werkstück nach Einschlagen oder Einstecken durch Drehung um einen Teil einer Umdrehung (B) bewirken und/oder das Herausdrehen des Verbindungselementes aus dem Werkstück wie bei einer Schraube bewirken.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an seinem Kopfende eine Kennzeichnung, insbesondere einen Schlitz für einen Schraubenzieher aufweist, wodurch die Lage der Teilgewinde bzw. der Freiflächen auch nach der Versenkung des Verbindungselementes in das Werkstück erkenntlich ist.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Freiflächen vorhanden sind, die bevorzugt punktsymmetrisch zur Längsachse des Befestigungselementes angeordnet sind.

4. Verbindungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der Gewinde (5) bzw. Gewindesegmente (5) am Umfang des Verbindungselementes (1) geringer als die Anteile der Freiflächen (6) sind.

5. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflächen (6) so weit in den Kern (7) des Verbindungselementes (1) hineinreichen, daß zumindest ein Teil des Kernes (7) reduziert bzw. unrund ist.

6. Verbindungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in seinem unteren Bereich Teilgewinde (5) aufweist, die im Vergleich zu den gegen den Kopfbereich hin gelegenen Teilgewinden (5) einen geringeren Außendurchmesser aufweisen.

7. Verbindungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der dem Kopfende zu gelegenen Seite Teilgewinde (5) Flanken aufweisen, die etwa senkrecht zur Kernachse (8) verlaufen und auf der Unterseite einen spitzen Winkel zur Kernachse (8) bilden.

8. Verbindungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sein Kern (7) auch außerhalb der Länge der Gewindesegmente (5) unrund ist.