DE102014219116A1 - Self-tapping screw for screwing into a borehole in a material, arrangement with such a screw and method for screwing such a screw into a borehole - Google Patents
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Abstract
Eine selbstschneidende Schraube (1) zum Einschrauben in ein Bohrloch (3) in einem Werkstoff (2) umfasst einen zylindrischen Kern (7) mit einem Kern-Durchmesser (DK) und ein Schneid-Gewinde (8) zum Einschrauben desselben in den Werkstoff (2) mit einem Gewinde-Durchmesser (DG), wobei gilt: DG > DK.A self-tapping screw (1) for screwing into a borehole (3) in a material (2) comprises a cylindrical core (7) with a core diameter (DK) and a cutting thread (8) for screwing it into the material ( 2) with a thread diameter (DG), where: DG> DK.
Description
Die Erfindung betrifft eine selbstschneidende Schraube zum Einschrauben in ein Bohrloch in einem Werkstoff, eine Anordnung mit einer derartigen Schraube und ein Verfahren zum Einschrauben einer derartigen Schraube in ein Bohrloch.The invention relates to a self-tapping screw for screwing into a borehole in a material, an arrangement with such a screw and a method for screwing such a screw into a borehole.
Schrauben dienen zum Befestigen von Gegenständen beispielsweise an einer Wand oder einer Decke. Es ist bekannt, in ein Bohrloch einen Dübel einzusetzen, in den eine Schraube eingedreht wird.Screws are used to attach objects, for example, to a wall or ceiling. It is known to insert into a borehole a dowel into which a screw is screwed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube zu schaffen, die ein Einschrauben in ein Bohrloch in einem Werkstoff vereinfacht.The invention has for its object to provide a screw that simplifies screwing into a borehole in a material.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 12 und 14 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine selbstschneidende Schraube derart ausgeführt ist, dass sie unmittelbar in ein Bohrloch in einem Werkstoff eingeschraubt werden kann. Zusätzliche Befestigungsmittel, insbesondere ein Dübel, sind entbehrlich. Wesentlich ist, dass die selbstschneidende Schraube ein Schneid-Gewinde zum Einschrauben desselben in den Werkstoff aufweist. Ein Gewinde-Durchmesser des Schneid-Gewindes ist größer als ein Kern-Durchmesser eines zylindrischen Kerns der Schraube und beträgt insbesondere höchstens das 1,4-fache des Kern-Durchmessers. Dadurch ist gewährleistet, dass ein zum Einschrauben der Schraube in ein Bohrloch erforderliches Drehmoment reduziert ist. Insbesondere gegenüber bereits existierenden selbstscheidenden Schrauben, die zum Einschrauben in Beton geeignet sind und von der Patentanmelderin mit der Bezeichnung TSM-Betonschraube vertrieben werden, ist das Eindrehmoment reduziert.This object is solved by the features of
Das reduzierte Drehmoment zum Einschrauben der Schraube ist höchstens so groß, dass es von einem handelsüblichen Akkuschrauber bewältigt werden kann. Die selbstschneidende Schraube ist für den Heim- und Hausbedarf geeignet. Spezialwerkzeuge, insbesondere ein Tangentialschlagschrauber, die zum Einschrauben von Betonschrauben gemäß dem Stand der Technik erforderlich sind, sind entbehrlich. Gleichzeitig gewährleistet die erfindungsgemäße Schraube einen sicheren Halt in dem Werkstoff. Die Belastbarkeit der in den Werkstoff eingeschraubten erfindungsgemäßen Schraube ist mit der einer aus dem Stand der Technik bekannten Betonschraube im Wesentlichen vergleichbar. Mit der erfindungsgemäßen Schraube wird durch das Schneid-Gewinde gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Betonschraube weniger Volumen aus der Zylindermantelfläche des Bohrlochs geschnitten. Die erfindungsgemäße Schraube ist zum Einschrauben in ein Bohrloch in Beton geeignet. Die Schraube eignet sich auch zum Einschrauben in Bohrlöcher in anderen harten Materialien wie beispielsweise Vollziegel.The reduced torque for screwing the screw is at most so large that it can be handled by a standard cordless screwdriver. The self-tapping screw is suitable for home and home use. Special tools, in particular a tangential impact wrench, which are required for screwing in concrete screws according to the prior art are dispensable. At the same time, the screw according to the invention ensures a secure hold in the material. The load capacity of the screw screwed into the material according to the invention is substantially comparable to that of a concrete screw known from the prior art. With the screw according to the invention less volume is cut out of the cylinder jacket surface of the borehole by the cutting thread compared to a concrete screw known from the prior art. The screw according to the invention is suitable for screwing into a borehole in concrete. The screw is also suitable for screwing into holes in other hard materials such as solid bricks.
Eine Schraube, bei der der Gewinde-Durchmesser kleiner oder gleich ist als das 1,4-fache, insbesondere kleiner ist als das 1,38-fache, insbesondere kleiner ist als das 1,35-fache, insbesondere kleiner ist als das 1,32-fache, insbesondere kleiner ist als das 1,3-fache, insbesondere kleiner ist als das 1,28-fache und insbesondere kleiner ist als das 1,275-fache des Kern-Durchmessers, ermöglicht ein zusätzlich erleichtertes Einschrauben. Das zum Einschrauben erforderliche Drehmoment ist weiter reduziert.A screw in which the thread diameter is less than or equal to 1.4 times, in particular smaller than 1.38 times, in particular smaller than 1.35 times, in particular smaller than 1, 32 times, in particular smaller than 1.3 times, in particular smaller than 1.28 times and in particular smaller than 1.275 times the core diameter, makes an additionally facilitated screwing possible. The torque required for screwing is further reduced.
Eine Schraube mit einem Anschneid-Element des Schneid-Gewindes vereinfacht das Einschrauben, insbesondere den Beginn des Einschraubvorgangs. Das Anschneid-Element ist insbesondere im Bereich eines Einführendes der Schraube angeordnet. Insbesondere ist das Anschneid-Element mit einem gegenüber dem Gewinde-Durchmesser des Schneid-Gewindes reduzierten Anschneid-Gewinde-Durchmesser ausgeführt. Der Anschneid-Gewinde-Durchmesser steigt entlang des Umfangs der Schraubenlinie des Schneid-Gewindes bis zum Gewinde-Durchmesser an. Der Anstieg kann linear erfolgen. Der Anstieg kann sich entlang eines Öffnungswinkels bezogen auf eine Drehung um die Mittel-Längs-Achse der Schraube von 360° erstrecken, also eine vollständige Umdrehung, die einem Gewindegang entspricht. Der Anstieg des reduzierten Anschneid-Gewinde-Durchmessers auf den Gewinde-Durchmesser kann beispielsweise auch innerhalb einer halben Umdrehung, also in einem Öffnungswinkel von 180°, oder einer Dreiviertel-Umdrehung, also einem Öffnungswinkel von 270°, erfolgen. Der Anstieg des Anschneid-Gewinde-Durchmessers kann auch nicht-linear sein. Das Anschneid-Element ist unkompliziert ausgeführt. Insbesondere ist eine Verzahnung als Anschneid-Element entbehrlich.A screw with a cutting element of the cutting thread simplifies the screwing, in particular the beginning of the screwing process. The cutting element is arranged in particular in the region of an insertion end of the screw. In particular, the cutting element is designed with a reduced compared to the thread diameter of the cutting thread cutting thread diameter. The threading diameter increases along the circumference of the helix of the cutting thread up to the thread diameter. The increase can be linear. The increase may extend along an opening angle with respect to a rotation about the central longitudinal axis of the screw of 360 °, ie a complete revolution, which corresponds to a thread. The increase of the reduced cutting thread diameter on the thread diameter, for example, within half a revolution, ie in an opening angle of 180 °, or a three-quarters turn, so an opening angle of 270 °, take place. The increase in threading diameter may also be non-linear. The incision element is uncomplicated. In particular, a toothing as a cutting element is unnecessary.
Eine Schraube mit einer Einschraubtiefe, die insbesondere höchstens 30 mm beträgt, gewährleistet, dass eine Kollision der Schraube mit einer Armierungsschicht in dem Werkstoff ausgeschlossen ist. Eine Armierungsschicht die typischerweise in einem Beton-Bauteil zur Stabilisierung desselben vorgesehen ist, ist üblicherweise mit etwa 30 mm Abstand zur Betonoberfläche in dem Beton-Bauteil angeordnet. Insbesondere beträgt die Einschraubtiefe höchstens 29 mm, insbesondere höchstens 28 mm, insbesondere höchstens 27 mm, insbesondere höchstens 26 mm und insbesondere höchstens 25 mm. Erfindungsgemäß wurde zudem gefunden, dass unabhängig von einer möglichen Armierungsschicht das zum Einschrauben erforderliche Drehmoment bei Einhaltung der genannten maximalen Einschraubtiefe signifikant und insbesondere überproportional reduziert ist. Bei Überschreiten der maximalen Einschraubtiefe steigt das benötigte Drehmoment überproportional an, sodass zum Aufbringen des Einschraubdrehmoments Spezialwerkzeug erforderlich wird. Dies kann durch Begrenzen der Einschraubtiefe vermieden werden.A screw with a screwing depth, which is in particular at most 30 mm, ensures that a collision of the screw is excluded with a reinforcing layer in the material. A reinforcing layer, which is typically provided in a concrete component for stabilizing the same, is usually placed about 30 mm from the concrete surface in the concrete component. In particular, the screwing depth is at most 29 mm, in particular at most 28 mm, in particular at most 27 mm, in particular at most 26 mm and in particular at most 25 mm. According to the invention, it has also been found that, independently of a possible reinforcing layer, the torque required for screwing in while maintaining the said maximum screw-in depth is significantly and in particular disproportionately reduced. When the maximum screwing depth is exceeded, the required torque increases disproportionately, so that the application of the screwing special tool is required. This can be avoided by limiting the depth of engagement.
Eine Schraube mit einem Flankenwinkel des Schneid-Gewindes, der insbesondere kleiner ist als 60°, ermöglicht ein vereinfachtes Eindrehen, also ein Eindrehen der Schraube in das Bohrloch mit reduziertem Drehmoment, da die vergleichsweise spitzen Gewindeflanken eine reduzierte Widerstandskraft beim Eindrehen bewirken. Der Werkstoff, insbesondere der Beton, wird durch die spitzen Flanken weniger geschnitten. Insbesondere beträgt der Flankenwinkel weniger als 58°, insbesondere weniger als 55°, insbesondere weniger als 52° und insbesondere höchstens 50°.A screw with a flank angle of the cutting thread, in particular smaller than 60 °, allows a simplified screwing, so screwing the screw into the wellbore with reduced torque, since the comparatively sharp thread flanks cause a reduced resistance force during screwing. The material, especially the concrete, is cut less by the sharp flanks. In particular, the flank angle is less than 58 °, in particular less than 55 °, in particular less than 52 ° and in particular at most 50 °.
Eine Schraube mit einer Gewindesteigung, die insbesondere höchstens das 1,2-fache des Kern-Durchmessers beträgt, gewährleistet, dass trotz des gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Beton-Schraube reduzierten Gewinde-Durchmessers eine ausreichende Haltekraft ermöglicht ist. Das Schneid-Gewinde ist enger. Daraus resultiert ein verbesserter Selbsthemmungs-Effekt. Darüber hinaus ist ein Gewindeanteil pro Einschraubtiefe gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Betonschraube erhöht. Insbesondere beträgt die Gewindesteigung höchstens das 1,15-fache, insbesondere das 1,12-fache, insbesondere höchstens das 1,1-fache, höchstens das 1,0-fache, insbesondere höchstens das 0,9-fache, insbesondere höchstens das 0,85-fache und insbesondere das 0,8-fache des Kern-Durchmessers.A screw with a thread pitch, which is in particular at most 1.2 times the core diameter, ensures that a sufficient holding force is possible in spite of the reduced compared to a known from the prior art concrete screw thread diameter. The cutting thread is narrower. This results in an improved self-locking effect. In addition, a threaded portion per screwing is increased compared to a known from the prior art concrete screw. In particular, the thread pitch is at most 1.15-fold, in particular 1.12-fold, in particular at most 1.1-fold, at most 1.0-fold, in particular at most 0.9-fold, in particular at most 0 85 times, and in particular 0.8 times the core diameter.
Eine Schraube mit einer Flankenbreite im Gewindegrund des Schneid-Gewindes, die insbesondere kleiner ist als das 0,2-fache des Kern-Durchmessers, ermöglicht ein erleichtertes Einschneiden des Schneid-Gewindes in die Bohrlochwand. Insbesondere beträgt die Flankenbreite weniger als das 0,18-fache, insbesondere weniger als das 0,15-fache, insbesondere weniger als das 0,12-fache und insbesondere höchstens das 0,1-fache des Kern-Durchmessers.A screw with a flank width in the thread root of the cutting thread, in particular smaller than 0.2 times the core diameter, makes it easier to cut the cutting thread into the borehole wall. In particular, the flank width is less than 0.18 times, in particular less than 0.15 times, in particular less than 0.12 times and in particular at most 0.1 times the core diameter.
Eine Schraube mit einem gewindefreien Schaftabschnitt ermöglicht ein vereinfachtes Anordnen eines Gegenstands an der Schraube. Der gewindefreie Schaftabschnitt ist insbesondere gegenüberliegend zu dem Einführende, insbesondere unmittelbar anschließend, an das Schneid-Gewinde ausgeführt.A screw with a non-threaded shank portion allows for easy placing of an object on the screw. The unthreaded shaft portion is in particular opposite to the insertion, in particular immediately thereafter, performed on the cutting thread.
Eine Schraube mit einer Befestigungs-Einheit ermöglicht das Befestigen eines Gegenstandes an der Schraube. Die Befestigungs-Einheit kann insbesondere einen einteilig angeformten Schraubenkopf, insbesondere einen Senkkopf oder einen Flachkopf, aufweisen. Die Befestigungs-Einheit kann alternativ auch ein Befestigungs-Gewinde, insbesondere ein metrisches Gewinde, insbesondere ein metrisches Außen-Gewinde, mit einem korrespondierenden Befestigungs-Element, insbesondere eine Befestigungs-Mutter, aufweisen. Die Schraube eignet sich besonders als Befestigungsmittel für den Hausbedarf. Die Schraube kann beispielsweise unmittelbar in eine Beton-Decke, eine Beton-Wand oder einen Beton-Boden zur Befestigung eines Gegenstands geschraubt werden. Ein Dübel ist entbehrlich.A screw with a mounting unit allows the attachment of an object to the screw. The fastening unit may in particular have a one-piece integrally formed screw head, in particular a countersunk head or a flat head. The fastening unit can alternatively also have a fastening thread, in particular a metric thread, in particular a metric outer thread, with a corresponding fastening element, in particular a fastening nut. The screw is particularly suitable as a fastener for home use. For example, the screw can be screwed directly into a concrete ceiling, a concrete wall or a concrete floor for fixing an object. An anchor is dispensable.
Eine Schraube mit einem Werkzeugabschnitt, der eine senkrecht zur Mittel-Längs-Achse der Schraube orientierte Querschnittsfläche aufweist, die eine bezogen auf die Mittel-Längs-Achse unrunde Kontur hat, ermöglicht das Eindrehen der Schraube mittels eines Werkzeugs. Die unrunde Kontur ist insbesondere eine unrunde Innenkontur oder einen unrunde Außenkontur. Eine unrunde Kontur kann beispielsweise polygonförmig sein und beispielsweise eine Dreikant-, Vierkant-, Sechskant- oder Achtkant-Kontur haben. Möglich ist auch eine Vielrund-Kontur, insbesondere eine Sechsrund-Kontur.A screw with a tool portion having a perpendicular to the central longitudinal axis of the screw oriented cross-sectional area having a non-circular contour with respect to the central longitudinal axis, allows the screwing of the screw by means of a tool. The non-circular contour is in particular a non-circular inner contour or a non-circular outer contour. A non-circular contour can be polygonal, for example, and have, for example, a triangular, square, hexagonal or octagonal contour. Also possible is a multi-round contour, in particular a six-round contour.
Eine Schraube, bei der ein Drehmoment zum Einschrauben der Schraube in das Bohrloch höchstens 14 Nm beträgt, kann mittels eines handelsüblichen Akku-Bohrschraubers in das Bohrloch eingeschraubt werden. Spezialwerkzeuge, insbesondere ein Tangentialschlagschrauber, sind entbehrlich. Die Schraube ist für den Hausgebrauch geeignet. Insbesondere beträgt das Drehmoment höchstens 12 Nm, insbesondere höchstens 10 Nm, insbesondere höchstens 9 Nm, insbesondere höchstens 8 Nm, insbesondere höchstens 7,5 Nm, insbesondere höchstens 7 Nm, insbesondere höchstens 6,5 Nm und insbesondere höchstens 6 Nm.A screw in which a torque for screwing the screw into the borehole is at most 14 Nm can be screwed into the borehole by means of a commercially available cordless drill. Special tools, especially a tangential impact driver, are unnecessary. The screw is suitable for home use. In particular, the torque is at most 12 Nm, in particular at most 10 Nm, in particular at most 9 Nm, in particular at most 8 Nm, in particular at most 7.5 Nm, in particular at most 7 Nm, in particular at most 6.5 Nm and in particular at most 6 Nm.
Eine Anordnung mit einem in einem Werkstoff angeordneten Bohrloch ermöglicht ein vereinfachtes Eindrehen einer selbstschneidenden Schraube. Der Gewinde-Durchmesser ist größer als ein Bohrloch-Nenndurchmesser des Bohrlochs und insbesondere kleiner als das 1,25-fache des Bohrloch-Nenndurchmessers. Insbesondere ist der Gewinde-Durchmesser kleiner als das 1,22-fache, insbesondere kleiner als das 1,2-fache und insbesondere kleiner als das 1,17-fache des Bohrloch-Nenndurchmessers.An arrangement with a hole arranged in a material allows a simplified screwing a self-tapping screw. The thread diameter is greater than a wellbore nominal diameter of the wellbore, and more preferably less than 1.25 times the wellbore nominal diameter. In particular, the thread diameter is less than 1.22 times, more preferably less than 1.2 times, and most preferably less than 1.17 times, the nominal diameter of the borehole.
Eine Anordnung mit einer Bohrloch-Tiefe des Bohrlochs, die derart festgelegt ist, dass das Bohrloch vor einer in dem Werkstoff eingebeteten Armierungsschicht endet, gewährleistet ein kollisionsfreies Einschrauben der Schraube. Das resultierende Drehmoment ist dadurch reduziert. Die Armierungsschicht ist insbesondere der Oberfläche des Werkstoffs, insbesondere Beton, zugewandt. Insbesondere ist die Bohrloch-Tiefe kleiner als 30 mm. Das Bohrloch ist insbesondere ein Sackloch.An arrangement having a wellbore depth of the wellbore that is set such that the wellbore ends in front of a reinforcing layer embedded in the material ensures collision-free screwing in of the screw. The resulting torque is thereby reduced. The reinforcing layer is in particular the surface of the material, in particular concrete, facing. In particular, the borehole depth is less than 30 mm. The borehole is in particular a blind hole.
Ein Verfahren zum Einschrauben einer selbstschneidenden Schraube in ein Bohrloch in einem Werkstoff weist die Vorteile auf, die anhand der Schraube bereits erläutert wurden und worauf hiermit verwiesen wird. Das Verfahren ist insbesondere geeignet, um eine selbstschneidende Schraube in ein Bohrloch in Beton einzuschrauben. A method for screwing a self-tapping screw into a borehole in a material has the advantages that have already been explained with reference to the screw and to which reference is hereby made. The method is particularly suitable for screwing a self-tapping screw into a borehole in concrete.
Ein Verfahren, bei dem das zum Einschrauben erforderliche Drehmoment höchstens 14 Nm beträgt, ermöglicht die Verwendung eines Akku- Bohrschraubers. Insbesondere beträgt das Drehmoment höchstens 12 Nm, insbesondere höchstens 10 Nm, insbesondere höchstens 9 Nm, insbesondere höchstens 8 Nm, insbesondere höchstens 7,5 Nm, insbesondere höchstens 7 Nm, insbesondere höchstens 6,5 Nm und insbesondere höchstens 6 Nm.A method in which the torque required for screwing in is at most 14 Nm allows the use of a cordless drill. In particular, the torque is at most 12 Nm, in particular at most 10 Nm, in particular at most 9 Nm, in particular at most 8 Nm, in particular at most 7.5 Nm, in particular at most 7 Nm, in particular at most 6.5 Nm and in particular at most 6 Nm.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further advantageous embodiments, additional features and details of the invention will become apparent from the following description of three embodiments with reference to the drawings. Show it:
Bei einer in
Das Bohrloch
Die Schraube
Ferner gilt: DG ≈ 1,167·DB. Insbesondere gilt, dass der Gewinde-Durchmesser kleiner ist als das 1,25-fache des Bohrloch-Nenndurchmessers DB.In addition: D G ≈ 1.167 · D B. In particular, the thread diameter is less than 1.25 times the nominal diameter of the borehole D B.
Das Schneid-Gewinde
Das Schneid-Gewinde
Die Gewinde-Flanken
Die Schraube
An dem Einführende
Das Anschneid-Element
Das Schneid-Gewinde
Der Übergang von dem Kern-Durchmesser DK auf den Schaft-Durchmesser DS erfolgt linear, also entlang eines kegelstumpfförmigen Zwischenabschnitts. Der kegelstumpfförmige Zwischenabschnitt ist Bestandteil des Gewinde-Abschnitts AG. Der Zwischenabschnitt ist benachbart zu dem Schaftabschnitt AS an dem Gewinde-Abschnitt AG angeordnet. Der Zwischenabschnitt bildet den Übergang von dem Gewindeabschnitt AG auf den Schaftabschnitt AS.The transition from the core diameter D K to the shaft diameter D S takes place linearly, that is to say along a truncated conical intermediate section. The frusto-conical intermediate section is part of the threaded section A G. The intermediate portion is located adjacent to the shaft portion A S at the threaded portion A G. The intermediate section forms the transition from the threaded section A G to the shaft section A S.
An den Schaftabschnitt AS schließt sich entlang der Mittel-Längs-Achse
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kopf-Abschnitt AK einen Werkzeugabschnitt
Die Schraube
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Einschrauben der Schraube
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Der wesentliche Unterschied der Schraube
Bei entsprechender Vorbereitung eines Bohrlochs, in das die Schraube
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf
Wesentlicher Unterschied gegenüber den beiden ersten Ausführungsbeispielen ist, dass ein Schraubenkopf nicht vorgesehen ist. An den gewindelosen Schaftabschnitt AS schließt sich ein Befestigungs-Abschnitt AB an. Innerhalb des Befestigungs-Abschnitts AB ist die Befestigungs-Einheit zum Befestigen eines Gegenstands an der Schraube
Im Gegensatz zu den beiden vorstehenden Ausführungsbeispielen, bei welchen der Werkzeugabschnitt jeweils in den Kopf-Abschnitt der Schrauben integriert war, ist der Werkzeugabschnitt AW bei der Schraube
Ein weiteres, nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Schraube weist einen Sechskant-Schraubenkopf auf. Die Gestaltung des Schraubenkopfes und insbesondere das Vorsehen eines Schraubenkopfes sind für die Funktionalität der selbstschneidenden Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung unerheblich.Another, not shown embodiment of a screw has a hexagonal screw head. The design of the screw head and in particular the provision of a screw head are irrelevant to the functionality of the self-tapping screw according to the present invention.
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