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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsverfahren und ein
Verbindungselement zum Verbinden von Hölzern oder Holzbauteilen
im Bereich des konstruktiven Holzbaus und insbesondere im Hausbau.
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Das
Verbinden von Holz beispielsweise in Form von Brettern und Balken
durch Verschraubungen oder Holzdübel und Bolzen bzw. Zapfen
ist allgemein bekannt und findet zum Beispiel im Brettstapelbau,
Fachwerkbau, Dachbau, Massivholzwandbau zur Fertigteilherstellung
im Haus- und Möbelbau Anwendung. Verschraubungen weisen
dabei immer den Nachteil auf, dass ein Verbindungselement aus Stahl oder
sonstigem Metall bestehen, wie z. B. in der
DD 236 563 A1 offenbart.
Auch bei einer Verwendung besonderer Kunststoffe ist damit stets
eine Einstofflichkeit einer Konstruktion im Bereich derartiger Verbindungen
nicht gegeben. Gerade im Bereich des biologischen bzw. ökologischen
Hausbaus wird jedoch bei hohen Anforderungen an die Langlebigkeit
vermehrt Wert auf die weitgehende Nutzung nachwachsender und einheimischer
Ressourcen gelegt. Mindestens in diesem Bereich müssen
andere Lösungen eingesetzt werden.
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Die
DE 551 520 offenbart ein
beim ersten Hinsehen ein schraubenförmiges Element. Es
handelt sich hierbei jedoch um einen Einschlag-Dübel mit einem
Gewinde an seiner Mantelfläche. Das Gewinde dient einer
Erhöhung der Verzahnung dieses Dübels auf Hartholz
in dem umgebenden Weichholz. Als Verbindung zwischen Holzbauteilen
ist ein Element in der
DE 551
520 nicht offenbart. Da zum Einpressen jedoch große
Kräfte nötig sind, ist das Dübeln nur durch
erheblichen maschinellen und damit auch finanziellen Aufwand zu
bewerkstelligen. Ein weiterer Nachteil dieser Methode ist, dass
aufgrund der nötigen Anlagen kein mobiler Einsatz möglich
ist, d. h. ein Baustelleneinsatz bzw. ein Einsatz vor Ort mit leichtem
Werkzeug oder transportablem Gerät. Ein dritter Nachteil
ist, dass sich hiermit nicht beliebige Dübellängen
im Sinne einer mehrschichtigen Verbindung herstellen lassen und
dass das Einpressen mit normalen Anlagen zudem nur rechtwinklig
zur Werkstückoberfläche möglich ist.
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Eine
weitere Möglichkeit einer dauerhaften Verbindung besteht
bekannter Weise darin, die Holzdübel in Bohrungen mit demselben
Durchmesser einzuleimen. Hierzu sind bekannte Hartholzdübel
bereits besonders vorbereitet. Ein Nachteil ist dabei, dass die
Verbindung nicht mehr einstofflich stattfindet, d. h. dass das Naturprodukt
Holz mit Kunstoffen und/oder anderen Substanzen und Hilfsstoffen
versetzt wird. So können z. B. aus einem Kunstharzleim Schadstoffe
entweichen. Außerdem entstehen weitere Kosten für
den Leim sowie Prozesszeit für dessen Aushärtevorgang.
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Aus
der
DE 10 2005
040 059 A1 ist ein technisch nachweislich umsetzbarer Ansatz
bekannt, bei dem ein Verbindungselement in Form eines einstofflichen,
zylindrischen Holzstabes in eine Bohrung zur Verbindung mindestens
zweier Holzelemente eingeschraubt wird. Mehr als zweischichtige
Anordnungen aus Holzbrettern mit Durchgangs- oder Sackbohrungen
lassen sind nach einem derartigen Verfahren mit sehr guten Ergebnissen
hinsichtlich mechanischer Beanspruchbarkeit, Zuverlässigkeit
und Optik einer Verbindungsstelle realisieren.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung des aus der
DE 10 2005 040 059 A1 bekannten
Ansatzes, der sich grundsätzlich bewährt hat,
zu schaffen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Einem
Grundgedanken der
DE
10 2005 040 059 A1 folgend wird das Eindringen des Verbindungselements
nicht nach Art des bekannten Holzdübels über Druck
durch Einpressen, sondern mittels eines Drehmoments erreicht. Das
heißt, dass ein erfindungsgemäßes Verbindungselement
einen konischen oder zylindrischen Körper aus einem Holz
oder Holzwerkstoff aufweist, der unter Drehung in eine entsprechende
Ausnehmung eingebracht wird. Ein entsprechender Vortrieb wird dabei
dadurch erzeugt, dass ein erfindungsgemäßes Verbindungselement an
seinem Mantel oder an einer Innenwand einer Ausnehmung mindestens
abschnittsweise ein Gewinde von beispielsweise mittlerer bis geringer
Steigung trägt, das sich in die Wandung einer Ausnehmung
bzw. in den Mantel des Verbindungselements einschneidet.
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Ein
derartiges Element ist als Verbinder zum Einschrauben in eine Ausnehmung
einer Holzkonstruktion ausgebildet, die beispielsweise selber frei von
einem vorgefertigten Innengewinde ist. In einer Ausführungsform
schafft sich ein derartiges Verbindungselement ein korrespondierendes
Innengewinde selber. In einer weiteren Ausführung wird
auf dem Verbindungselement beim Eindrehen in eine Ausnehmung mit
Innengewinde ein korrespondierendes Außengewinde geschaffen.
Zur Erhöhung des Automatisierungsgrades und flexiblen Anpassung
an unterschiedliche Verbindungslängen kann in einem Verfahren
der vorstehend beschriebenen Art nun Stangenmaterial von z. B. 1
bis 1,5 m Länge verwendet werden. Es können jedoch
auch kürzere Verbindungselemente mit einer Länge
von 10 bis 15 cm verwendet werden, die nur eine Schraube darstellen.
An einer freien Endseite an einer Bohrung oder sonstigen Ausnehmung
positioniert wird das Stangenmaterial an einem gegenüberliegenden
Endbereich mit einem Drehmoment und vorzugsweise anfänglich
mit einer Andruckkraft beaufschlagt. Mit dem Erreichen einer vorbestimmten
eingeschraubten Länge wird das aus der Ausnehmung noch
herausstehende Stangenmaterial abgetrennt, insbesondere abgesägt.
Dieser verbleibende Rest des Stangenmaterials kann dann nach erneutem
Positionieren nach den vorstehend beschriebenen Schritten eingebracht werden,
bis ein zu kurzes Reststück übrig ist.
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Gegenüber
dem in der
DE
10 2005 040 059 A1 favorisiert vorgeschlagenen Antrieb
als innen betätigtes, kopfloses Verbindungselement, werden
in Ausführungsformen dieser Erfindung Alternativen mit dem
Ziel angewendet, keine Löcher in irgendeiner von außen
sichtbaren Schnittfläche zu hinterlassen. Damit kommen
als Alternativen bis zu einem Reststück möglichst
geringer Verlust-Länge zur Kraft- und Momentenübertragung
eine Halterung in Form eines Maschinen-Einsatzes bzw. Bits mit Innengewinde, zwei-
oder mehrteilige Klemm-Klauen, ein konischer Bit bzw. Reibungsbit
oder mindestens drei in einer gemeinsame Querschnittebene liegende
und auf das Stangenmaterial gepresste Rollen. Zu weiteren Konkretisierungen
wird an dieser Stelle auf die Zeichnung mit Darstellungen bevorzugter
Ausführungsbeispiele und der zugehörigen Beschreibung
verwiesen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können
auch Verbindungen jenseits einer Länge von ca. 20 cm realisiert
werden. Das ist beispielsweise beim Aufbau dicker Wände
aus einer mehrlagigen Bretteranordnung im einstofflichen Holz-Fertighausbau
erforderlich. Um nicht an eine Leistungsgrenze der vorgeschlagenen
Verbindungselemente und/oder der Antriebssysteme zu stoßen,
wird vorzugsweise ein Stangenmaterial eingesetzt, das nur abschnittsweise
ein Gewinde trägt. So folgen einem Gewindeabschnitt jeweils
Abschnitte mit geringerem Durchmesser. Die Bereiche ohne Gewinde
können den gleichen, oder einen geringeren Durchmesser
als die Bohrung oder den Kerndurchmesser eines vorangehenden oder
folgenden Gewindeabschnitts aufweisen, um beim Einschrauben keinen
nennenswerten Widerstand zu verursachen. Da das hohe Einschraubdrehmoment
vom Gewinde verursacht wird, wird das Gewinde lediglich auf die
Teile des Schafts beschränkt, an denen es für
einen zuverlässigen Zusammenhalt einer jeweiligen Holzbretter-Anordnung
benötigt wird. In einer darauf abgestimmten Herstellung
wird die Schraube in den Bereichen, in denen es nicht nötig
ist, dann z. B. auf den Kerndurchmesser der Bohrung fräsen.
Das bedeuten an einem konkreten Beispiel, dass ein fertig durch
Einschrauben eingesetztes Verbindungselement zum Beispiel nur an
ihrem zuerst eingesetzten End-Bereich ein Gewinde von 5 cm Länge
aufweist, danach den Schaft mit Kerndurchmesser folgt und an einem
Endbereich, der einem Antrieb benachbart ist, wieder ein Gewinde
von ca. 5 cm Länge aufweist. Damit können beide
Außenbereiche bzw. Außenbretterschichten einer
mehrlagigen Bretteranordnung sicher fixiert und dazwischen liegende
Schichten zuverlässig in einem Verbund zusammengehalten
werden.
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Dieser
Ansatz zur Verringerung eines Eindreh-Widerstandes kann durch beliebige
Spielarten von Gewindeabschnitten und gewindelose, verjüngte Abschnitte
für Verbindungen jeder Länge, insbesondere für
Verbindungen von mehr als 50 cm Länge eingesetzt werden.
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Das
Gewinde eines derartigen Verbindungselementes weist dabei weiterhin
eine Geometrie auf, wie sie in der
DE 10 2005 040 059 A1 offenbart
ist. Bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen
Verbindungselements ist den speziellen Eigenschaften des Naturwerkstoffs
Holz besonders Rechnung zu tragen: Holz ist ein Faserwerkstoff,
der ganz andere Eigenschaften aufweist, als beispielsweise Stahl oder
Kunststoffe. Dementsprechend ist ein durch einen Stab aus Holz übertragbares
Drehmoment i. d. R. geringer, als bei einem Stab aus einem anderen, homogenen
Werkstoff. Auch die Krafteinleitungsstellen sind bei einem Verbindungselement
aus Holz diesen Eigenschaften besonders anzupassen, um ein Ausreißen
oder Ausfransen des Stabes zu verhindern. Das gilt in besonderem
Maße auch für das an dem Mantel des Verbindungselements
oder an der Innenwand der Ausnehmung vorgesehene Gewinde: scharfe
schneidende Kanten spitzwinkliger Gewindeprofile sind in Holz regelmäßig
nicht zuverlässig herstellbar, und sehr schmale Gewindeflanken,
wie sie bei Metallschrauben üblich sind, können
in Holz nicht ausgeführt werden. Aus der
FR 2 788 569 sind Schrauben aus Holz
offenbart, die zwar endseitig mit einem metallischen Schneidelement
versehen und daher nicht einstofflich sind. Zudem sind hier scharfe Gewindekanten
offenbart, die in der Herstellung kostspielig und im Einsatz aus
vorstehend genannten Gründen ungenügende Eigenschaften
aufweisen. Dementsprechend ist in einem erfindungsgemäßen Verbindungselement
in einer Ausführungsform ein nahezu trapezförmiges
Gewinde geringer Tiefe und geringer Steigung vorgesehen, das in
den Mantel spanabhebend eingeschnitten, vorzugsweise gefräst,
oder auch gedreht bzw. gedrechselt oder spanlos eingepresst, geprägt
oder gerollt wird. Bevorzugt wird dabei, dass abgerundete Kehlen
zwischen den Windungen quasi als sanfte Täler geschaffen
werden. Hierdurch kann eine mechanische Belastbarkeit eines Bauteils
erhöht werden. In entsprechender Weise kann auch das Innengewinde
der Ausnehmung bzw. Bohrung ausgeführt sein.
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Die
Steigung der Wendel ist so gewählt, dass die Einpresswendel
bzw. das Gewindeprofil insgesamt breit genug sind, um beim Einschrauben
des Verbindungselementes in die Bohrung eines Holzbauteils nicht
auszubrechen. Ein derartiges Gewinde wirkt in der Bohrung bzw. am
Stangenmaterial dann wie eine Reihe von Widerhaken und verbessert
und sichert so den Sitz des Verbindungselementes so nachweislich
auch gegenüber direkt angreifenden Zugkräften.
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Es
ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein eingängiges
spiralförmiges Einpressgewinde für einen Vortrieb
durch Drehung vorgesehen, das durch eine schraubenförmige
Einkerbung am Mantel eines Holzstabes oder an der Innenseite der
Bohrung gebildet ist.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass ein erfindungsgemäßes Verbindungselement
als Verbindungsmittel einstofflich und ohne weitere Hilfsmittel
sehr einfach und bei beschränktem Maschineneinsatz sehr
flexibel und gut automatisierbar zu verarbeiten ist, wobei weiterhin
durch das Einschrauben eine höhere Auszugsfestigkeit als
beim Einpressen z. B. eines Dübels erreicht wird. Damit
können auch tiefe bzw. sehr lange Verbindungen, die bisher
nur durch Zuganker aus Metall erstellt werden konnten, nun einstofflich
in Holz hergestellt werden. Das Einschrauben kann jedoch auch per
Hand erfolgen.
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Nachfolgend
werden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Darstellung
weiterer Merkmale und die sich daraus ergebenden Vorteile unter Bezugnahme
auf die Abbildungen der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1:
eine Darstellung eines Verbindungselementes als Stangenmaterial
im Längsschnitt;
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2:
eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit
von 1;
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3:
eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Verbindungselementes
als Stangenmaterial in einem Längsschnitt gemäß der
Darstellung von 1;
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4:
eine Schnittdarstellung einer Einbaulage eines Verbindungselementes
nach dem Stand der Technik in einer zweischichtigen Holzkonstruktion;
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5:
eine Schnittdarstellung gemäß 4 zur
Darstellung des Einbaus eines Verbindungselementes als Stangenmaterial
mit angedeutetem nachfolgendem Kappen überschüssigen
Materials;
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6a bis 6f:
schematische Darstellungen eines automatisierten Verfahrens zur
Verbindung einer mehrschichtigen Bretteranordnung mit einem Stangenmaterial
gemäß 1;
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7:
eine Schnittdarstellung eines Verbindungselementes mit nur endseitigen
Gewindebereichen und eine entsprechende Einbauposition vor einem
Ablängen;
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8:
Schnittdarstellung eines gestuft ausgeführten Verbindungselementes
mit endseitigen Gewindebereichen und eine entsprechende Einbauposition
vor einem Ablängen einen Schnitt analog der Darstellung
von 5 durch einen Ausschnitt einer dreischichtigen
Holzkonstruktion;
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9:
ein in ein Bit mit Innengewinde eingeschraubtes Stangenmaterial;
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10:
eine erste Ausführungsform eines Bits mit zwei Einpressdornen
in einer Ausgangslage und im Einsatz zur Kraft- und Momentenübertragung;
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11:
eine weitere Ausführungsform eines Bits mit einem zentralen
Einpressdorn in einer Ausgangslage und im Einsatz zur Kraft- und
Momentenübertragung;
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12a: eine erste Ausführungsform eines Ausschnitts
aus einem Halter mit Dornen-besetzten Klemmbacken analog der Darstellung
von 10;
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12b: eine weitere Ausführungsform eines
Ausschnitts aus einem Halter mit gegeneinander versetzt angeordneten
Dornen besetzten Klemmbacken analog der Darstellung von 10 und 12a;
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13:
eine Schnittdarstellung eines Kraft und Moment über Reibung
auf das angedeutete Stangenmaterial übertragenden sog.
Reibungsbits und eine Draufsicht auf in die sich konisch verjüngende
Aufnahmefläche und
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14:
einen Rollenantrieb aus drei Anpressrollen zur Übertragung
einer Anpresskraft und eines Antriebsmomentes für das angedeutete
Stangenmaterial.
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Über
die Abbildungen hinweg werden einheitlich gleiche Bezeichnungen
und Bezugszeichen für gleiche Bauteile, Elemente oder Baugruppen
verwendet.
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1 zeigt
eine Darstellung eines Verbindungselementes 1 mit einem
zylindrischen Körper 2 aus getrocknetem Buchenholz
mit geringer Restfeuchte im teilweisen Längsschnitt. Der
zylindrische Körper 2 weist an seinem Mantel 3 eine
Schraubenlinie 4 mit geringem Steigungswinkel φ bzw.
geringer Ganghöhe h auf. Mit einer im Wesentlichen trapezförmigen
Profilierung ist entlang der Schraubenlinie 4 ein eingängiges
Gewinde 5 geringer Gewindetiefe t ausgebildet. Das Gewinde 5 wird
aufgrund der geringen zu verdrängenden Massen an Holz am
Mantel 3 des Buchen-Körpers 2 beispielsweise
spanabhebend durch Fräsen erzeugt. Ein Außendurchmesser A
ist größer oder gleich dem Innendruchmesser D der
Bohrung in dem Bauteil aus Holz ausgebildet.
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An
einem Endbereich
6 ist eine Fase
7 vorgesehen,
um ein Einsetzen des Verbindungselementes
1 in ein Loch
einer Holzkonstruktion zu erleichtern. Die Befestigung des Verbindungselementes
1 erfolgt
durch ein durch das Gewinde
5 erzwungenes Einschrauben
im Zuge einer von außen aufgebrachten Drehbewegung. Hierzu
ist, wie anhand der Schnittdarstellung von
4 ersichtlich,
nach dem Stand der Technik gemäß
DE 10 2005 040059 A1 an einer
oberen Stirnseite
8 eine Bohrung
9 in Form einer
in einer Mittelachse M des Verbindungselementes
1 verlaufenden
Sackbohrung zur Aufnahme eines Gewindebolzens
10 eines
Werkzeugteils
11 vorgesehen. Das Verbindungselement
1 ist
so als innenbetätigtes kopfloses Verbindungselement zum
Ein- oder Durchschrauben an einer reinen Holzkonstruktion ausgebildet.
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In
einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement
als späterer Teilabschnitt einer Länge l eines
Stangenmaterials, wie nachfolgend noch an einer weiteren Abbildung
exemplarisch dargestellt wird.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung eine Einzelheit von 1.
Hierdurch wird der ungefähr trapezförmige Querschnitt
des Gewindeprofils verdeutlicht, die geringe Gewindetiefe t als
Differenz zwischen Außendurchmesser A und einem Kerndurchmesser
K des Verbindungselementes 1 und die geringe Ganghöhe
h, die sich auch in einem sehr geringen Steigungswinkel φ von
nur wenigen Grad widerspiegeln kann. Das spiralförmig um
den Mantel 3 des Verbindungselements 1 umlaufende
Gewinde 5 ist so gewählt, dass die in der von
Gang zu Gang des Gewindes 5 verbleibende trapezartige oberflächliche Holzbereich
noch breit genug ist, um beim Eindrehen nicht auszubrechen.
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3 zeigt
eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines konisch
verlaufenden Verbindungselementes als Stangenmaterial in einem Längsschnitt
gemäß der Darstellung von 1. Hieran
ist die Ausbildung einer ersten Form eines Teilgewindes sichtbar.
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4 zeigt
einen Schnitt durch eine Einbauposition zur Verbinden von zwei Fichtenbalken 14 mit einer
Stärke d = 100 mm durch zwei gleichartige Verbindungselemente 1 einer
Gesamtlänge von 2d = 200 mm. Der Außendurchmesser
A des Verbindungselementes 1 aus getrocknetem Buchenholz
mit einer Holzfeuchte u von ca. 7% beträgt in diesem Beispiel
ca. 20 mm, der Kerndurchmesser K im Bereich des Gewindes 5 und
der Durchmesser Deines Lochs bzw. einer fluchtenden Bohrung 15 in
den handelsüblichen Fichtenbalken 14 mit normaler
Holzfeuchte u von ca. 15% bis 18% beträgt etwa 19 mm. Durch
dieses Übermaß des Verbindungselementes 1 schneidet
sich das vergleichsweise schwach ausgebildete Gewinde 5 ein
Gegengewinde in der Wandung der Bohrung 15, indem Material
des vergleichsweise weicheren Holzes im Zuge des Einschraubens quasi
verdrängt wird. Durch die übertragene Drehung
presst sich das Gewinde an der Oberfläche des Verbindungselements 1 in
das Wandungsholz der Bohrung und durch das mit der Einkerbung entstehende
Gewinde entsteht ein Vortrieb. Wenn das Verbindungselement 1 die
gewünschte Eindringtiefe erreicht hat, muss die Bohrmaschine
auf den Rückwertsgang geschalten werden, um das Holzschraubengewinde 10 wieder
aus dem Verbindungselement 1 heraus zu drehen.
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Aufgrund
der schraubenartigen Einpressung ergibt sich ein Widerhakeneffekt
und das Verbindungselement 1 ist gegen ein Herausziehen
gesichert. Weil das Verbindungselement 1 vor dem Einschrauben
getrocknet war, erreicht er durch Aufnahme der Umgebungsfeuchtigkeit
und der daraus entstehenden Quellung über die Zeit einen
noch festeren Sitz. In einer weiteren Ausführungsform kann
das Gewinde auch nur oder zusätzlich in der Innenwand der
Bohrung ausgebildet sein.
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5 zeigt
eine Schnittdarstellung gemäß 4 zur
Darstellung des Einbaus eines Verbindungselementes als Stangenmaterial
mit angedeutetem nachfolgendem Kappen überschüssigen
Materials bzw. eines weiterverwendbaren Restes an Stangenmaterial.
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Die
Figurenfolge der Abbildungen von 6a bis 6f zeigt
ein neues Verfahren in Form einer schematischen Darstellungen eines
automatisierten Verfahrens zur Verbindung einer mehrschichtigen
Bretteranordnung mit einem Stangenmaterial gemäß 1 als
quasi endlos Schraube. Die Abbildungen stellen die einzelnen Stationen
der automatisierten Verarbeitung von längeren hölzernen
Gewindestangen bzw. Stangenmaterial dar:
Einen freien Endbereich
des Stangenmaterials in die Ausnehmung 9 eindrehen, eingedrehte
Schraube abkappen, wobei oberflächenbündig geschnitten
wird oder mit Rest, der später abgefräst oder
geschliffen oder gehobelt wird, Säge zurückfahren
und Einschraubaggregat in Ausgangsposition bringen, nächstes
Bohrloch 9 anfahren, nachfolgend Spannzange öffnen
und das noch verbliebene Stangenmaterial um die nötige
Länge vorfahren; schließlich Spannzangen spannen
und der Prozess beginnt von Neuem. Verwendet wurde dabei in diesem
Ausführungsbeispiel das Prinzip der Spannzange dar. Die Betätigung
kann pneumatisch, hydraulisch oder per Anzugsgewinde erfolgen, vergleiche
auch bekannte Spannzangen für Drehmaschinen/Fräsmaschinen.
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Die
Schrauben werden in einer Ausführungsform der Erfindung
mit einem Einschraubautomaten mit Endschalter und Endanschlag eingeschraubt. Dabei
werden die Schrauben vorab in den Löchern mit einem Hammerschlag
angesetzt und dann nacheinander mit dem rollbaren Ständer
angefahren und dann mit ca. 700 U/min eingedreht. Ist die Einschraubtiefe
erreicht schaltet die Maschine automatisch ab. Aufgrund der hohen
Eindrehgeschwindigkeit und den unterschiedlichen Reibeigenschaften des
Holzes ist ein Anschlag angebracht, der ein zu tiefes Eindrehen
durch den Nachlauf der Maschine verhindert. Das Gerät hat
ein Gewicht von ca. 10 kg und ist damit noch gut zu handhaben.
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Zur
Bemaßung: Das Stangenmaterial weist einen Durchmesser von
8 mm bis ca. 20 mm, vorzugsweise aber bis 10 mm auf. Die kleinen
Durchmesser eignen sich z. B. für die Vorfixierung der
einzelnen Lagen von mehrschichtigen Massivholzwände. Grundsätzlich
sind Einschraubtiefen von bis ca. 60 cm Länge mit einer
nachfolgend nach beschriebenen Teilgewindeschraube erreichbar. Dabei
hat die Form der hierbei eingesetzten Gewinde mit unter keine große Ähnlichkeit
mehr mit dem der
DE
10 2005 040 059 A1 . Die Gewindesteigung kann je nach Durchmesser
mehrere cm betragen, z. B. bei einem Durchmesser von 100 mm, kann
aber auch sehr fein sein, z. B. Durchmesser 8 mm. ein Steigungswinkel liegt
vorzugsweise in einem Bereich bis zu 40°. Die Gewinde des
Stangenmaterials werden gefräst. Dabei wird der Fräsmotor
entlang eines Rotierenden Stabes geführt. Rotation des
Rohlings und Vorschub des Fräsmotors sind CNC gesteuert.
Damit kann die Steigung beliebig, variiert werden. Auch unterschiedliche
Steigungen auf einer Schraube sind möglich. Die Schraube
kann beispielsweise in einzelnen Bereichen so auf den Kerndurchmesser
des Gewindes reduziert werden, was für die Produktion nachfolgend dargestellten
Bauformen von Vorteil sein:
7 ist eine
Schnittdarstellung eines Verbindungselementes mit nur endseitigen
Gewindebereichen und eine entsprechende Einbauposition vor einem Ablängen,
also eine Art einer sog. Teilgewindeschraube. Dabei wird der Holzstab
nur in Teilbereichen mit einem Gewinde/einer Wendel versehen, um den
festen Sitz auf die Bereiche zu begrenzen, in denen er nötig
ist und zugleich die nötige Einschraubkraft zu begrenzen.
Die Bereiche ohne Gewinde haben den gleichen, oder einen geringeren
Durchmesser als die Bohrung, um beim Einschrauben keinen Widerstand
zu verursachen. Das Gewinde kann dabei in beliebig vielen Bereichen
angeordnet werden, um z. B. in jedem zweiten oder dritten Brett
eines Paketes zu wirken. Für den Einsatz z. B. beider Produktion
von Massivholzwänden reicht es, wenn die Schraube jeweils
am Kopf und am Fuß ein Gewinde in Länge der Stärke
der Decklagen erhält, um eine Verbindung der einzelnen
Lagen zu gewährleisten.
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Abhängig
von der gewählten Ausführungsform kann auch ein
Stangenmaterial mehrere hintereinander angeordnete Schrauben als
Gewindeabschnitte aufweisen, so dass das Stangenmaterial mehreren
Schrauben mit jeweils zwei beabstandeten Gewinden entspricht. In
dieser Ausführungsform können die einzelnen Schraubenabschnitte
mit jeweils einem Gewinde am Anfang und am Ende eingeschraubt und
anschließend abgeschnitten werden. Die abgeschnittenen
Schraubenabschnitte des Stangenmaterials entsprechen jeweils einer
Schraube gemäß 7.
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8 zeigt
als Schnittdarstellung ein gestuft ausgeführtes Verbindungselement
mit endseitigen Gewindebereichen und eine entsprechende Einbauposition
vor einem Ablängen einen Schnitt analog der Darstellung
von 5 durch einen Ausschnitt einer dreischichtigen
Holzkonstruktion, hier nun in einer Anwendung auf eine sechsschichtige
Anordnung von Holzbrettern. Bei einer abgestuften Schraube hat das Gewinde
an der Spitze der Schraube denselben Kerndurchmesser und dieselbe
Länge, wie die erste Stufe des Stufenbohrers. Der zweite
Teil des Stufenbohrers hat einen geringfügig größeren
Durchmesser, als der gewindelose Mittelteil der Schraube. Das obere
Gewinde am Kopf der Schraube hat als Kerndurchmesser den Durchmesser
der zweiten Stufe des Stufenbohrers. Mit dieser Lösung
kann man die Schraube im Prinzip beliebig lang machen, weil sie nur
in das Loch eingesteckt wird und nur den die Länge des
Gewindes eingeschraubt werden muss. Also z. B. wenn man einzelne
Bretter mit 50 mm Dicke verbindet und nur das oberste und unterste
per Gewinde fixiert wird, hat man nur einen Einschraubweg von 50 mm.
Auch diese Ausführung kann als Stangenmaterial mit mehreren
hintereinander angeordneten Schrauben in Form von Schraubenabschnitten
ausgebildet sein, wobei ein Schraubenabschnitt einer Schraube der 8 entspricht.
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9 stellt
ein in ein Bit mit Innengewinde eingeschraubtes Stangenmaterial
dar. Eine Hülse mit Innengewinde in einem Sackloch überträgt
das Moment. Die überstehenden Enden werden später
gekappt. Somit hat man keine unschönen Löcher
in den Bereichen der eigentlichen Schraubenköpfe.
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10 zeigt
eine erste Ausführungsform eines Bits mit zwei Einpressdornen
in einer Ausgangslage und im Einsatz zur Kraft- und Momentenübertragung
und 11 eine weitere Ausführungsform eines
Bits mit einem zentralen Einpressdorn in einer Ausgangslage und
im Einsatz zur Kraft- und Momentenübertragung.
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12a ist eine erste Ausführungsform eines
Ausschnitts aus einem Halter mit Dornen-besetzten Klemmbacken analog
der Darstellung von 10 als deren Weiterentwicklung; 12b eine weitere Ausführungsform eines
Ausschnitts aus einem Halter mit gegeneinander versetzt angeordneten
Dornen besetzten Klemmbacken analog der Darstellung von 10 und 12a.
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13 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein Kraft und Moment über Reibung
auf das angedeutete Stangenmaterial übertragendes sog.
Reibungsbit und eine Draufsicht auf in die sich konisch verjüngende
Aufnahmefläche. Hierbei wird eine konische Hülse
auf den Schraubenkopf aufgepresst und dadurch Drehung übertragen.
Die Hülse ist innen mit Mitnehmern versehen oder nur stark
aufgeraut. Dieser Antrieb ist vor allem für maschinelles
Verschrauben geeignet, weil z. B. mit einem Pneumatikzylinder der
nötige hohe Druck aufgebracht werden kann. Ein Einsatz
mit Handverarbeitung ist aber z. B. für die Teilgewindeschraube,
bei der geringere Einschraubkräfte nötig sind
auch denkbar.
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14 stellt
schließlich in Prinzipdarstellung einen Rollenantrieb aus
drei Anpressrollen zur Übertragung einer Anpresskraft und
eines Antriebsmomentes für das angedeutete Stangenmaterial
dar. In der Holzverarbeitung kommen oft gummieret Antriebsrollen
zum Einsatz, die eine sehr hohe Traktion aufweisen. Damit werden
teilweise mehrere hundert Kilo schwere Werkstücke bewegt.
Dazu wird die Schraube mit den aufgepressten Rollen in Rotation versetzt
und durch eine Linearachse in die Bohrung bewegt.
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Vor
dem Hintergrund eines ökologischen und auch insgesamt Ressourcen-sparenden
Bauens sind in der vorliegenden Beschreibung einheimische Hölzer
berücksichtigt worden, an deren Stelle auch andere Hölzer
mit ähnlichen Eigenschaften in Verarbeitung und Übertragung
von Drehmomenten etc. treten können. Der Verzicht auf Leim
oder andere chemische und/oder natürliche Hilfsmittel ermöglicht
einen ökologisch unbedenklichen Einsatzderartiger Verbindungselemente 1 auch
im konstruktiven Holzbau. Die erwähnten verbleibenden Reste
bestehen aus reinem, unbehandeltem Holz und können als
Rohstoff wiederverwertet werden, und nicht nur thermisch, wie dies
bei Abfällen sonst häufig der Fall ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungselement
- 2
- zylindrischer
Körper
- 3
- Mantel
- 4
- Schraubenlinie
- 5
- Gewinde
- 6
- Endbereich
- 7
- Fase
- 8
- Stirnseite
- 9
- Bohrung
- 10
-
- 11
- Werkzeugteil
- 12
-
- 13
-
- 14
- Fichtenbalken
- 15
- Bohrung
- 16
- Außenfläche
des äußeren Balkens einer jeweiligen Holzkonstruktion
- φ
- Steigungswinkel
- h
- Ganghöhe
des Gewindes 5
- A
- Außendurchmesser
des Verbindungselementes 1
- K
- Kerndurchmesser
des Verbindungselementes 1
- D
- Innendruchmesser
der Bohrung 15
- M
- Mittelachse
- d
- Stärke
eines Balkens/Bretts
- t
- Gewindetiefe
als Differenz von A – K u Holzfeuchte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 236563
A1 [0002]
- - DE 551520 [0003, 0003]
- - DE 102005040059 A1 [0005, 0006, 0008, 0010, 0013, 0035, 0044]
- - FR 2788569 [0013]
