DE102017100748A1

DE102017100748A1 - Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Nagels mit geringer Wärmeleitfähigkeit

Info

Publication number: DE102017100748A1
Application number: DE102017100748.2A
Authority: DE
Inventors: Hans Korte; Stefan Siemers
Original assignee: Raimund Beck Nageltechnik GmbH
Current assignee: Raimund Beck Nageltechnik GmbH
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-17
Also published as: DE102017100748B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschießen eines Nagels (1) mit einem Nagelschaft (1a), der an seinem einen vorderen Ende eine axialsymmetrische Nagelspitze (1b) und an seinem anderen hinteren Ende einen Kopfbereich (1c) aufweist, in einen Untergrund, der aus einem nagelbaren Material besteht, bei dem ein Nagel (1) aus einem nicht-metallischen Material, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, mittels eines Nagelsetzgeräts in den Untergrund eingeschossen wird, wobei der Nagel (1) durch eine Kopfscheibe (4) aus einem nicht-metallischen Material geringer Wärmeleitfähigkeit, deren Breite mindestens dem Dreifachen der geringsten Dicke des Nagelschaftes entspricht, in den Untergrund eingeschossen wird, wobei das Material der Kopfscheibe (4), das Material des Nagels (1) und die Einschussgeschwindigkeit so gewählt sind, dass durch die beim Einschießen des Nagels (1) auftretende Reibungswärme der Kopfbereich (1c) des Nagels (1) mit der Kopfscheibe (4) fest verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschießen eines Nagels mit einem Nagelschaft, der an seinem einen vorderen Ende eine axialsymmetrische Nagelspitze und an seinem anderen hinteren Ende einen Kopfbereich aufweist, in einen Untergrund, der aus einem nagelbaren Material besteht, bei dem ein Nagel aus einem nicht-metallischen Material, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, mittels eines Nagelsetzgeräts in den Untergrund eingeschossen wird.
Nägel werden üblicher Weise aus Stahl gefertigt und dienen in der Regel zur Verbindung von mindestens zwei Elementen. In Bauanwendungen sind dies häufig Latten oder Platten, die auf Kanthölzern oder anderen Untergrundmaterialien fixiert werden. Zunehmend werden auch Platten- oder Mattendämmstoffe, die als Hartschaum- oder als Hartfaserdämmstoffe sowie als flexible Faserdämmstoffmatten zur Verfügung stehen, mit Nägeln auf einem Untergrund beziehungsweise einer Unterkonstruktion befestigt, um sie vor dem Verrutschen zu sichern. Ebenso werden Nägel zur Befestigung mineralischer Flammschutzplatten sowie zur Befestigung aller anderen nagelbaren Platten eingesetzt.
Wenn es sich bei den Dämmstoffen um Matten- oder Plattendämmstoffe aus Fasern, wie z.B. mineralischen Glas- oder Steinfasern oder organischen Fasern aus Holz, Flachs, Hanf, Baumwolle, Wolle etc. oder um Hartdämmstoffe auf Basis expandierten Polystyrolschaums (EPS), extrudierten Polystyrolschaums (XPS), Polyurethanschaum oder Korkplatten handelt, die zu befestigen sind, dann stellen die hohen Materialdicken zunehmend eine Herausforderung an die Befestigungstechnik dar. Die Dämmstoffe müssen auf Untergründen rationell befestigt werden und dürfen über die Gebrauchsdauer nicht abrutschen. Eine allgemeine Befestigungstechnik ist die Verwendung von Nägeln und/oder Klammern, die mit elektrisch, pneumatisch oder explosionstechnisch angetriebenen Nagelsetzgeräten gesetzt werden.
Aus der EP 2 642 137 B1 ist beispielsweise ein Klammerstab zur Befestigung von Dämmplatten an Holzständern beschrieben, der aus aneinander befestigten Metall-Drahtklammern besteht, welche einzeln durch den Dämmstoff auf Holzständer geschossen werden.
Metallnägel wie auch Metallklammern bringen jedoch den Nachteil mit sich, dass aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Metalle Wärmebrücken durch die Dämmstoffe gebildet werden. Ferner müssen bei einer Entsorgung der Baustoffe am Ende der Gebrauchsdauer Metalle vom Untergrund und den Dämmstoffen getrennt werden, was mit zum Teil erheblichem Aufwand verbunden ist.
Bei der Verwendung von Nägeln zur Befestigung von mineralisch gebundenen Flammschutzplatten, die z.B. aus Magnesiumhydroxid bestehen können, stellt neben der Wärmebrückenbildung von Stahlnägeln vor allem deren Korrosionsanfälligkeit ein Problem dar. Magnesiumhydroxid ist stark alkalisch und veranlasst unvergüteten Stahl zu rosten, weshalb für diese Anwendungen Nägel aus hochwertigem nichtrostendem Stahl, wie beispielsweise V4A-Stahl verwendet werden müssen. Auch durch diese kann jedoch die Wärmebrückenbildung nicht verhindert werden.
Alternativ ist bekannt, zur Verbindung von Holzbauteilen Holznägel zu verwenden, welche in die Bauteile eingeschossen werden ( WO 2016/180900 ).
Durch diese lässt sich zwar eine Wärmebrückenbildung vermeiden, es bleibt aber das Problem, dass Nägel zur Befestigung von Dämmstoffen, insbesondere von flexiblen Dämmstoffen nur bedingt geeignet sind, da aufgrund des vergleichsweise geringen Querschnitts der Nägel und des Fehlens eines Kopfes oder bei Vorhandensein eines nur sehr kleinen Kopfes, der normalerweise höchstens den doppelten Durchmesser des Nagelschaftes aufweist, die Gefahr besteht, dass sich die Dämmstoffe vom Untergrund wieder lösen. Ebenso besteht die Gefahr, dass die Nägel in die Dämmstoffe eingedrückt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Einschießen eines Nagels in einen Untergrund aus einem nagelbaren Material anzugeben, mit dem sich auf flexible Bauteile wie Dämmstoffe an dem Untergrund ohne Bildung von Wärmebrücken zuverlässig zu fixieren lassen.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Nagel durch eine Kopfscheibe aus einem nicht-metallischen Material geringer Wärmeleitfähigkeit und deren Breite mindestens dem Dreifachen der geringsten Dicke des Nagelschaftes entspricht, in den Untergrund eingeschossen wird, wobei das Material der Kopfscheibe, das Material des Nagels und die Einschussgeschwindigkeit so gewählt sind, dass durch die beim Einschießen des Nagels auftretende Reibungswärme der Kopfbereich des Nagels mit der Kopfscheibe fest verbunden wird.
Der Erfindung liegt somit die Überlegung zugrunde, einen Nagel aus einem nicht-metallischen Material, dass nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, durch eine Kopfscheibe aus einem eben solchen Material in den Untergrund mittels eines Nagelsetzgeräts wie beispielsweise eines Druckluftnaglers, Gasdrucknaglers oder Treibmittelnaglers in einem Zug einzuschießen. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Materialien von Nagel und Kopfscheibe, die bevorzugt kleiner gleich 1 W/mK ist, können Wärmebrücken zuverlässig vermieden werden.
Beim Einschießen des Nagels in den Untergrund wird durch die hohe Einschussgeschwindigkeit, die in der Regel über 20 m/s beträgt und sogar häufig sogar mehr als 30 m/s erreicht, eine hohe Reibung zwischen der Oberfläche des Nagels und dem Material der Kopfscheibe erzeugt, in deren Folge Reibungshitze entsteht. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Nagels und der Kopfscheibe werden die Oberflächen des Nagels sowie des Schusskanals im umgebenden Material so stark erhitzt, dass es zu einer festen Verbindung der beiden Materialien kommt. Im Ergebnis wird nach dem Einschießen eine stabile Halteanordnung bestehend aus einem Nagel und einer Kopfscheibe erhalten, auf der auch flexible Bauteile zuverlässig an einem Untergrund befestigt werden können.
Dadurch, dass erfindungsgemäß der Nagel und die Kopfscheibe separate Bauteile darstellen, die erst beim Einschießen des Nagels, also während des Gebrauchs miteinander verbunden werden, können die Materialien der Bauteile jeweils verwandt zu den Materialien des Untergrunds sowie des Bauteils, das an dem Untergrund zu befestigen ist, gewählt werden, so dass sie am Ende des Gebrauchs bei der Entsorgung nicht voneinander separiert zu werden brauchen.
Wesentlich ist, dass es sich bei der Kopfscheibe nicht um das eigentliche Bauteil handelt, welches an einem Untergrund zu befestigen ist, sondern die Kopfscheibe Teil einer Befestigungskonstruktion bestehend aus dem Nagel und der Kopfscheibe darstellt. Die Kopfscheibe zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass Sie größenmäßig beschränkt ist. So wird die maximale Abmessung, das heißt der Durchmesser einer kreisrunden Scheibe oder der Abstand zwischen zwei sich gegenüberliegenden Ecken einer mehreckigen Scheibe bei 200 mm liegen, insbesondere maximal 100 mm betragen und üblicherweise im Bereich zwischen 30 mm und 70 mm liegen. In ähnlicher Weise wird die Dicke der Kopfscheibe bei maximal 20 mm, insbesondere maximal 100 mm und üblicherweise im Bereich von 4 mm bis 7 mm liegen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Nägel und die Kopfscheiben separat gelagert und transportiert werden können, da die Nägel, weil sie über keine oder nur eine kleine Verdickung am Kopfende zu verfügen brauchen, eng miteinander zu einem Nagelstreifen verbunden werden können. Eine enge Verbindung wäre nicht möglich, wenn die Kopfscheiben schon vor der Verarbeitung mit den Kopfbereichen der Nägel verbunden wären, weil die großflächigen Kopfscheiben ein enges Aneinanderlegen der Stifte verhindern würden. Die Kopfscheiben wiederum können, da Sie nicht mit den Nägeln verbunden sind, platzsparend übereinander gestapelt werden.
Der Nagel und/oder die Kopfscheibe bestehen bevorzugt aus lignosecellulosischen Materialien oder vergleichbaren Materialien. Insbesondere bestehen der Nagel und/oder die Kopfscheibe aus Materialien, die aus den Materialgruppen: Holz; verdichtetes Holz; Holzwerkstoffe, insbesondere kunstharzgebundene und verdichtete Furnierlagenhölzer; Faserverbundwerkstoffe; thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyetheretherketone, Acrylate; duroplastische Kunststoffe, insbesondere Polyurethane, Polyester-, Epoxy-, Vinylester-, Formalin-Resorcin, -Phenol oder - Melaminharze; Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyetheretherketone, Acrylate; Verbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix, insbesondere Polyurethane, Polyester-, Epoxy-, Formalin-Resorcin, -Phenol oder - Melaminharze und Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer oder duroplastischer Matrix und Fasern, insbesondere Glasfaser-, Keramikfaser-, Mineralfasern, synthetischen organischen Polymerfasern, bevorzugt Polyaramidfasern, oder bio-basierten Fasern, bevorzugt Flachs-, Hanf-, Jute-, Kenaf-, Rayon- und Viskosefaser. Das Material sollte dabei korrosionsfest sein.
Die verwendeten Materialien besitzen eine Dichte größer 0,6 g/cm³. Es hat sich gezeigt, dass Nägel, die aus harten Hölzern oder Holzwerkstoffen oder den Holzwerkstoffen strukturell ähnlichen Werkstoffen bestehen, mit Nagelsetzgeräten auch in zellulosebasierte Bauteile mittels Nagelsetzgeräten ohne Vorbohrung genagelt werden können, ohne dass die Nägel brechen, bersten oder verbiegen.
Zu den harten Hölzern gehören Laubhölzer mit Dichten ab 0,65 g/cm³, wie z.B. Rotbuche (Fagus sylvatica), Hainbuche (Carpinus betulus), Ahorn (Acer pseudoplatanus oder A. platanoides), bevorzugt Laubhölzer mit Dichten größer 0,85 g/cm³, wie z.B. Pockholz (Guaiacum ssp.), Pernambuc (Caesalpinia echinata), Bangkirai (Shorea ssp.) oder einige Palisanderarten (Dalbergia ssp, Machaerium ssp), besonders bevorzugt Laubhölzer mit Dichten größer 1,0 g/cm³, wie z.B. Bongossi (Lophira alata).
Zu geeigneten Holzwerkstoffen, die ohne Zusatz von Bindemitteln hergestellt werden, gehören verdichtete Hölzer mit Dichten größer 0,65 g/cm³, insbesondere mit Dichten größer 0,85 g/cm³ und bevorzugt mit Dichten größer 1,0 g/cm³. Diese können beispielsweise nach der WO94/20273 A hergestellt werden.
Geeignete Holzwerkstoffe, die unter Zusatz von Bindemitteln hergestellt werden, umfassen nicht verdichtete Furnierschichthölzer und Sperrhölzer aus Holzarten ausreichender Dichte (s.o). Zu den kommerziell erhältlichen Furnierschichthölzern ausreichender Dichte gehört z.B. BauBuche von Pollmeier Massivholz GmbH & Co.KG, Creuzburg, mit einer Dichte von 0,68 g/cm³. Sperrhölzer mit gleich starken Furnierlagen, sogenannte Multiplexplatten, werden aus Buche oder Birke mit Dichten von ≥ 0,7 g/cm³ von verschiedenen Herstellern, wie z.B. UPM Plywood, Lahti, Finnland, angeboten. Zu den bevorzugten Holzwerkstoffen mit Bindemittelanteilen gehören verdichtete Furnierschichthölzer, Presslagenholz und Sperrhölzer, z.B. aus Buchenfurnier mittlerer bis hoher Verdichtung mit Dichten von 1,1 g/cm³ bis 1,4 g/cm³, wie z.B. Kunstharzpressholz nach DIN 7707.
Den Holzwerkstoffen strukturell sehr ähnlich sind verdichtete und verleimte Werkstoffe aus verholztem Pflanzenmaterial, z.B. aus Monokotylidonen, zu denen u.a. Gewebe aus Palmen- und Bambusgewächsen gehören. Verdichtete Bambusprodukte werden unter anderem unter der Bezeichnung CoBAM (compressed Bamboo) geführt. CoBAM weist Dichten von 0,95 bis 1,25 g/cm³ auf.
Holznägel besitzen gegenüber Metallnägeln und Kunststoffnägeln besondere Eigenschaften. Zunächst können sie aus dem gleichen Material wie das Bauteil in das sie genagelt werden, hergestellt werden. Z.B. können durch Verdichten von Kiefern- oder Lärchenholz auf eine Dichte größer 0,8 g/m³ Holznägel hergestellt werden, mit denen Kiefern- oder Lärchenholzfassadenbretter auf eine Nadelholzunterkonstruktion genagelt werden können. Durch die Materialgleichheit erhält man ein besonders homogenes und natürlich erscheinendes Aussehen. Der Nagel ähnelt dann eher einem Ast als einem Fremdkörper aus Metall. Bei der Alterung des Holzes dunkelt Holz durch UV-Strahlung nach, bei freier Bewitterung, z.B. von Holzfassaden, vergraut Holz. Im Gegensatz zu Metall- und speziell zu Stahlnägeln verhalten sich Holznägel farblich wie ihr Untergrund. Unerwünschte Farbreaktionen zwischen Eisen und Gerbstoffen, die zu schwarzen Verfärbungen des Holzes führen, kommen nicht vor.
Holznägel stören auch nicht bei der Bearbeitung mit Werkzeugen. Der Verbund aus Holznägeln und Bauteil kann deshalb hervorragend stofflich wiederverwendet werden. Auch bei einer energetischen Nutzung entfällt die Abtrennung von Kontaminationen mit metallischen Werkstoffen, wodurch Kosten gespart werden.
Ferner sind Holznägel im Gegensatz zu Metall- und Kunststoffnägeln hygroskopisch und können quellen. Insbesondere verdichtetes Holz kann sehr hohe Quelldrücke von bis zu 10 N/mm² ausbilden. Diese Eigenschaft ist von besonderer Bedeutung. Um die Auszugfestigkeit zu erhöhen, werden Holznägel vor der Nutzung auf Holzfeuchtigkeiten getrocknet, die unterhalb der Feuchtigkeit der zu nagelnden Bauteile liegt. Im Freien verbautes oder zu verbauendes Bauholz weist z.B. Feuchtigkeiten > 15% auf. Holznägel sollten deshalb auf mindestens 5%, bevorzugt 10% und besonders bevorzugt auf 15% geringere Holzfeuchtigkeit als die, der zu nagelnden Bauteile getrocknet werden. Nach dem Eindringen des Nagels nimmt der Nagel aus der Umgebung Feuchtigkeit auf, bis er seine Ausgleichsfeuchtigkeit erreicht hat, und quillt dabei. Durch die Quellung presst sich der Nagel stärker an das Umgebungsmaterial, wodurch die Reibung und die Auszugfestigkeit erhöht werden.
In bevorzugter Weise besitzen die erfindungsgemäßen Nägel eine kegelförmige Rundspitze, d.h. eine Spitze mit einem kreisförmigen Querschnitt. Deren Länge sollte wenigstens anderthalbmal so groß sein wie die kleinste Dicke des Nagelschafts. Bei einem kreisrunden Schaft entspricht diese kleinste Dicke dem Durchmesser, bei einem ovalen Schaft entspricht sie dem kleineren Durchmesser, und bei einem mehreckigen Querschnitt entspricht sie dem kleinsten Abstand zwischen zwei einander bezüglich der Schaftachse gegenüberliegenden Punkten.
Der Nagelschaft kann prinzipiell einen beliebigen Querschnitt besitzen. Beispielsweise kann er oval oder mehreckig ausgebildet sein. In bevorzugter Weise besitzt der Nagelschaft jedoch einen kreisrunden Durchmesser. Bevorzugt liegt der Durchmesser des Nagelschafts bzw. die kleinste Nageldicke bei einem ovalen oder mehreckigen zwischen 2 mm und 8 mm, insbesondere zwischen 3,5 und 6 mm und bevorzugt zwischen 4 und 5 mm. Ein Schlankheitsverhältnis (Verhältnis der Nagellänge zum geringsten Durchmesser) von mindestens 15 zu 1 ist dabei wünschenswert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nägel einen Nagelkopf in der Form einer halblinsenförmigen Kalotte aufweisen, der bezüglich der Schaftachse radial über den Schaft nach außen vorsteht. In bevorzugter Weise ist der Nagelschaft jedoch an seinem der Nagelspitze gegenüberliegenden Ende glatt unter einem Winkel von 90° zur Schaftachse abgeschnitten ausgeführt.
Die Nägel werden entweder einzeln oder als Nagelstreifen aus einer Reihe parallel angeordneter Nägel hergestellt, die durch ein Verbindungsmittel mit einander verbunden sind. Dabei können sie aus Vollmaterial mit spanabhebenden Werkzeugen durch Stanzen, durch Schneiden mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere durch Laserschneiden, oder durch Strahlschneiden, insbesondere mittels Wasserstrahl oder partikelgefülltem Gasstrahl, bevorzugt durch Sandstrahlen oder durch eine Kombination solcher Verfahren hergestellt werden.
Die Nagelstreifen können nach unterschiedlichen Ausgestaltungen unterschieden werden, z.B. in Streifen, bei denen Nägel und abscherbare Verbindungsmittel aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen, Streifen aus nachträglich verbundenen Einzelnägeln, Streifen aus zusammengesetzten und durch abscherbare Verbindungsmittel verbundene Halbnägeln, Streifen aus Nägeln, die durch Formpressen hergestellt werden und miteinander durch abscherbare Verbindungsmittel verbunden sind, und Streifen aus Nägeln, die durch Formpressen miteinander verbunden sind.
Die Nägel und die Kopfscheiben können aus gleichen aber auch unterschiedlichen Materialien bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Kopfscheibe verwendet, die eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist, durch welche der Nagel geschossen wird, wobei der Durchmesser und/oder die Kontur des Nagelschafts im Verhältnis zu der Größe und Kontur der Durchgangsöffnung so gewählt ist, dass der Nagelschaft mit der Wandung der Durchgangsöffnung in Kontakt kommt, so dass beim Einschießen des Nagels die erforderliche Reibungswärme erzeugt wird. In der Regel werden die Konturen der Durchgangsöffnungen in den Kopfscheiben korrespondierend zu der Querschnittskontur der Nagelschäfte ausgewählt, wobei sichergestellt sein sollte, dass ein kontinuierlicher Kontakt zwischen dem Nagelschaft und der Wandung der Durchgangsöffnung beim Einschießen stattfindet. Entsprechend wird ein Durchmesser einer kreisrunden Durchgangsöffnung etwas kleiner als der Durchmesser eines Nagelschaftes gewählt werden. Bei anderen Querschnittsformen gilt Ähnliches.
In dem Kopfbereich des Nagels kann wenigstens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Einkerbung oder Umfangsrille vorgesehen sein.
Im Übrigen kann der Kopfbereich des Nagels die Querschnittskontur des Nagelschaftes aufweisen. Alternativ kann der Kopfbereich gegenüber dem Nagelschaft verdickt sein und sich insbesondere zum freien Ende des Nagels kontinuierlich erweitern, so dass sich im Längsschnitt eine Keilform ergibt. Eine solche Verdickung des Kopfbereichs kann durch Kalt- oder Warmumformung des Kopfendes hergestellt werden. Alternativ ist es möglich, die Verdickung des Kopfbereiches durch Aufbringung einer Schmelze, einer härtenden Lösung, einer härtenden Dispersion oder von polymerisierenden Monomeren herzustellen. In bevorzugter Weise besteht die Verdickung des Kopfbereiches aus Schmelzkleber, welcher derart gewählt ist, dass er aufgrund der beim Einschießen auftretenden Reibungswärme erreichten Temperatur der Kopfscheibe soweit erweicht oder geschmolzen wird, dass beim Erhärten eine feste Verbindung zwischen dem Kopfbereich des Nagels und der Kopfscheibe entsteht.
Als Schmelzkleber beziehungsweise erweichende oder schmelzbare Werkstoffe können beispielsweise thermoplastische Kunststoffe wie Phenylacetate, Polyolefine, Polyamide, Polyester, Polystyrole, Acrylate etc. oder ihre Co-Polymere oder Kombinationen der vorgenannten Polymere, wie sie häufig in Schmelzklebern anzutreffen sind, verwendet werden, durch welche die Verdickung am Kopf gebildet wird.
Wie schon erwähnt, kann der Nagel durch die Kopfscheibe und dann ein weiteres an einem Untergrund zu befestigendes Bauteil wie beispielsweise eine Dämmstoffplatte in den Untergrund eingeschossen werden. Ebenso ist es möglich, Markierungen an einem Bauteil anzubringen. In diesem Fall wird ein Markierungselement an dem Nagelschaft befestigt oder der Nagel durch das Markierungselement geschossen.
Zur Festsetzung der gewünschten Einschusstiefe in den Untergrund kann ein in Abhängigkeit von der Nagellänge gewählter Abstandhalter verwendet werden.
Wenn beispielsweise ein Dämmstoff an einem Untergrund befestigt werden soll, wird der Nagel um 3 mm bis 30 mm länger als die Dicke des Dämmstoffs gewählt. Bei einem Dämmstoff mit einer Materialstärke von 200 mm ist der Nagel z. B. 203 bis 230 mm lang. Er wird durch den Dämmstoff auf dem Untergrund durch Eintreiben befestigt. Beim Einschießen des Nagels durch die Kopfscheibe und dem Dämmstoff in den Untergrund wird die Kopfscheibe vom Dämmstoff an einer Bewegung in Schussrichtung gehindert. Der Nagel durchdringt die Kopfscheibe, insbesondere die Durchgangsöffnung der Kopfscheibe, bis er entweder durch die Verdickung an einem weiteren Durchdringen gehindert wird oder bis der Vortrieb beim Eintreiben beendet ist. Die Verdickung verbindet sich mit der Scheibe entweder durch Anpressen und/oder Kalt- oder Warmumformung oder mittels Reibungswärme induzierteer Verklebung und/oder Verschweißung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Nagels und einer Kopfscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

1 in Vorderansicht einen Nagel zur Verwendung bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2a bis 2d mögliche Querschnitte eines Nagelschafts des Nagels,
3a bis 3d Ausführungsformen einer Kopfscheibe zur Verwendung mit einem solchen Nagel, und
4 schematisch ein Verfahren zum Einschießen eines Nagels in einen Untergrund gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den 1 und 2 ist schematisch ein Nagel dargestellt, der für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist. Der Nagel 1 besitzt einen Nagelschaft 1a, dessen unteres Ende als eine Nagelspitze 1b mit einem kreisrunden Querschnitt, das heißt mit einer kegelförmigen Rundspitze ausgebildet ist. Die Rundspitze besitzt hier eine Länge, die etwa eineinhalb bis zweimal so groß wie der Durchmesser des Nagelschaftes 1a ist. An dem oberen Endbereich ist der Nagelschaft 1a senkrecht zur Nagellängsachse abgeschnitten. Der Kopfbereich 1c besitzt dabei den gleichen Querschnitt wie der Nagelschaft 1a, wobei eine sich entlang des Umfangs erstreckende Rille oder Einkerbung 2 in dem Kopfbereich 1c ausgebildet ist. Ebenfalls in 1 angedeutet ist, dass der Kopfbereich 1c mit einer Verdickung 3 versehen ist. Diese ist in der Weise ausgestaltet, dass sich der Kopfbereich von seinem schaftseitigen Ende zum freien Ende hin kontinuierlich verbreitert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verdickung in Form eines Schmelzklebers nachträglich auf den Kopfbereich 1c aufgebracht, so dass die Einkerbungen 2 unterhalb des Schmelzklebstoffes liegen.
Der Nagelschaft 1a kann unterschiedliche Querschnittsformen besitzen, z. B. kreisrund, oval, sechseckig oder dreieckig ausgebildet sein, wie dies in den 2a bis 2d dargestellt ist. Andere Querschnittskonturen sind auch denkbar. Wie in der Zeichnung erkennbar ist, besitzt der Nagel einen hohen Schlankheitsgrad, das heißt ein hohes Verhältnis zwischen Länge und Schaftdurchmesser, der hier bei etwa 30 liegt.
In den 3a bis 3d sind Ausführungsformen einer Kopfscheibe 4 dargestellt, die zusammen mit dem Nagel gemäß 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können. Die Kopfscheibe 4 besitzt eine Dicke, die etwa der axialen Länge des Kopfbereiches 1c entspricht oder darunter liegt und kann beliebige Außenkonturen besitzen. In der Kopfscheibe 4 ist jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung 5 ausgebildet, deren Kontur zu der Querschnittskontur des Nagelschaftes 1a kreisrund, oval, sechseckig oder dreieckig ausgebildet ist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen besitzt die Kopfscheibe 1 eine der Kontur der Durchgangsöffnung 5 entsprechende Außenkontur.
Der Nagel 1 und die Kopfscheibe 4 bestehen aus nicht-metallischen Werkstoffen geringer Leitfähigkeit, das heißt einer Wärmeleitfähigkeit, die deutlich niedriger als die von metallischen Werkstoffen liegt und insbesondere maximal 1 W/mK beträgt. Beispielsweise können die Materialien ausgewählt sein aus folgenden Materialien: Holz; verdichtetes Holz; Holzwerkstoffe, insbesondere kunstharzgebundene und verdichtete Furnierlagenhölzer; Faserverbundwerkstoffe; thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyetheretherketone, Acrylate; duroplastische Kunststoffe, insbesondere Polyurethane, Polyester-, Epoxy-, Vinylester-, Formalin-Resorcin, -Phenol oder - Melaminharze; Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyetheretherketone, Acrylate; Verbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix, insbesondere Polyurethane, Polyester-, Epoxy-, Formalin-Resorcin, -Phenol oder - Melaminharze und Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer oder duroplastischer Matrix und Fasern, insbesondere Glasfaser-, Keramikfaser-, Mineralfasern, synthetischen organischen Polymerfasern, bevorzugt Polyaramidfasern, oder bio-basierten Fasern, bevorzugt Flachs-, Hanf-, Jute-, Kenaf-, Rayon- und Viskosefaser.
Wie in 4 dargestellt ist werden die Nägel 1 in Form von Nagelstreifen bereitgestellt. Dabei sind die einzelnen Nägel 1 an ihren Kopfbereichen 1c und im zentralen Bereich der Nagelschäfte 1a durch Verbindungsmittel 6 miteinander verbunden, die beim Herausschießen eines Nagels 1 aus einem Nagelsetzgerät automatisch durchtrennt werden. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Nagelspitzen 1b der parallel angeordneten Nägel 1 auf einer horizontalen Linie.
Die Kopfscheiben 4 werden übereinander liegend in einem Stapel zur Verfügung gestellt, aus dem jeweils die unterste Kopfscheibe 4 an die jeweilige Einschussposition des Nagels 1 transportiert wird. Dieser Prozess kann automatisch erfolgen.
Beim Einschießen des Nagels 1 durch die Kopfscheibe 4 wird zwischen dem Nagelschaft 1 und der Wandung der Durchgangsöffnung 5 der Kopfscheibe 4 Reibungswärme erzeugt und auf diese Weise die Temperatur der Wandung der Kopfscheibe im Bereich der Durchgangsöffnung 5 so weit erhöht, dass der Schmelzkleber der Verdickung 3 am Kopfbereich 1c erweicht und nach dem Wiedererhärten eine feste Verbindung zwischen dem Kopfbereich 1c und der Kopfscheibe 4 entsteht. Wenn ein Nagel 1 ohne eine solche Verdickung 3 verwendet wird, muss die Temperatur an der Innenwandung der Kopfscheibe 4 durch die auftretende Reibungswärme sich soweit erhöhen, dass sich das Material des Nagels 1 mit dem der Kopfscheibe 4 fest verbindet. Diese Temperatur liegt je nach Wahl der Materialien oberhalb von 100°C und bevorzugt oberhalb von 150°C. Diese Temperatur wird beim Einschießen mit einem Nagelsetzgerät mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20 m/s erreicht werden.
Wenn durch die Nägel 1 ein Dämmstoff an einem Untergrund befestigt werden soll, wird der Nagel durch diesen auf den Untergrund geschossen. Dieser kann beispielsweise aus Vollholz oder einer organisch gebundenen Holzwerkstoffplatte, wie z. B. einer Vollholzsperrholzplatte, einer Furniersperrholzplatte, einer Spanplatte, einem Oriented Strand Board (OSB), einer Faserplatte (MDF) oder auch einer mineralisch gebundenen Span- oder Faserwerkstoffplatte wie z. B. einer Gipskarton-, Gipsfaser-, Faserzement- oder Zementspanplatte bestehen.
Beim Einschießen des Nagels 1 durch die Kopfscheibe 4 und den Dämmstoff in den Untergrund wird die Kopfscheibe 4 vom Dämmstoff an einer Bewegung in Schussrichtung gehindert. Der Nagel 1 durchdringt die Kopfscheibe 4, bis er entweder durch die Verdickung 3 an einem weiteren Durchdringen gehindert wird oder bis der Vortrieb beim Einschießen beendet ist.
Es wurden folgende Versuche durchgeführt:
Versuch 1:
Ein Holzfaserdämmstoff Gutex Thermosafe homogen mit einer Dicke von 200 mm wurde an einem Kantholz mit einer Dicke von 60 mm fixiert. Hierzu wurde ein Holznagel mit einer Gesamtlänge von 225 mm verwendet, der einen Nagelschaft mit einem kreisrunden Querschnitt und einem Durchmesser von 3,8 mm und eine 6 mm lange Kegelspitze besaß. Der Kopfbereich war mit einer Verdickung aus Schmelzkleber (Pattex Patrone von Henkel) versehen. Der Holznagel bestand aus der Holzart Santos Palisander (Machaerium scleroxilon) mit einer Dichte von 0,96g/cm³, einem Biege-E-Modul von 16.400 N/mm² und einer Biegefestigkeit von 124 N/mm². Es wurde eine kreisförmige Kopfscheibe aus 4 mm dickem Buchensperrholz mit einem Außendurchmesser von 58 mm und einer kreisrunden zentralen Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser von 4 mm verwendet.
Der Dämmstoff wurde auf das Kantholz gelegt, die Kopfscheibe auf dem Dämmstoff platziert und der Nagel von Hand ca. 12 cm durch die Durchgangsöffnung der Kopfscheibe in den Dämmstoff gedrückt. Ein Druckluftnagler wurde mit dem Schusskanal über den Nagel geschoben und ausgelöst. Der Bolzen des Druckluftnaglers trieb den Nagel in das Kantholz mit bündigem Abschluss an der Oberfläche der Kopfscheibe. Die Kopfscheibe war mit dem Nagel fest verklebt und ließ sich nicht abziehen.
Überraschender Weise ist der Nagel trotz eines sehr hohen Schlankheitsgrades von fast 60 und einer Knickfestigkeit F_K nach Euler (Fall 4) von nur 111 nicht gebrochen. Ein Nagel gleichen Durchmessers mit einer Länge von 65 mm besitzt im Vergleich dazu einen dreieinhalbfach geringeren Schlankheitsgrad von 17, aber eine fast zehnfach höhere Knickfestigkeit F_K von 1052.
Versuch 2:
Ein Dämmstoff aus Polystyrolschaum mit einer Dicke von 40 mm wurde mit einem 65 mm langen Nagel an einem 30 mm starken Kantholz fixiert. Der Nagel besaß einen Durchmesser von 3,8 mm, eine kegelförmige Nagelspitze und weder eine Kopfverdickung, noch Querrillen und bestand aus mit Kunstharz verpresstem Buchfurnierschichtholz. Es wurde eine kreisförmge Kopfscheibe aus Buchensperrholz mit einem Außendurchmesser von 13 mm und einer zentralen Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser von 3,5 mm verwendet.
Die Polystyrolschaumplatte wurde auf dem Kantholz platziert, und durch die mit einer Vorrichtung gehaltene Kopfscheibe wurde ein magazinierter Nagel in das Kantholz geschossen. Das Nagelende schloss bündig mit der Kopfscheibe ab. Die Kopfscheibe war durch Reibschweißen von Holz auf Holz so stark mit dem Nagel verbunden, dass sie sich nicht abziehen ließ.
Versuch 3:
In diesem Versuch wurde en flexibler Hanffaserdämmstoff (ThermoHanf) mit einer Dicke von 120 mm und als Nagel ein runder Nagel aus kunstharzgebundenem Fiberglas mit einem Durchmesser von 3 mm, einer Gesamtlänge von 140 mm und einer 4 mm langen Kegelspitze verwendet, wobei der Nagel an seinem Kopfbereich mit mehreren unterbrochenen Querrillen und einer Verdickung aus Schmelzkleber (Pattex Patrone von Henkel) versehen war. Es wurde eine kreisförmige Kopfscheibe aus Polypropylen mit einem Au-ßendurchmesser von 58 mm und einer zentralen Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser von 3,2 mm verwendet.
Die Dämmstoffmatte wurde auf einem 60 mm starken Kantholz platziert und auf die Dämmstoffmatte die Kopfscheibe gelegt. Durch die Kopfscheibe und den Dämmstoff hindurch wurde der Nagel im Kantholz fixiert. Dass Nagelende schloss bündig mit der Kopfscheibe ab. Die Kopfscheibe war so stark mit dem Nagel verbunden, dass sie sich nicht abziehen ließ.
Versuch 4:
Es wurde eine teilbare Schablone mit einer Höhe von 20 mm angefertigt, die ein Loch von 4 mm Durchmesser und einseitig über dem Loch zentrisch eine Ausnehmung von 13,5 mm und eine Tiefe von 4 mm aufwies. Mit der Schablone wurde eine Blechmarke so an einen Baumstamm gedrückt, dass ein Befestigungsloch der Blechmarke genau unter dem Loch der Schablone lag. In die Ausnehmung der Schablone wurde eine Kopfscheibe mit einem Außendurchmesser von 13 mm, einer Dicke von 4 mm und einer zentralen Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser von 3,5 mm gelegt. Ein mobiler Gasnagler, der mit Nägeln des Durchmessers 3,8 mm aus kunstharzgebundenem Buchfurnierstreifenholz ausgerüstet war, wurde zentrisch über der Kopfscheibe positioniert und ausgelöst. Nach dem Schuss wurde die Schablone aufgeklappt und vom Nagel entfernt. Es verblieb ein Nagel mit fest ansitzender Kopfscheibe, über den die Blechmarke am Baum befestigt war.
Bezugszeichenliste

1: Nagel
1a: Nagelschaft
1b: Nagelspitze
1c: Nagelkopf
2: Einkerbung
3: Verdickung
4: Kopfscheibe
5: Durchgangsöffnung
6: Nagelstreifen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2642137 B1 [0004]
WO 2016/180900 [0007]
WO 94/20273 A [0019]

Claims

Verfahren zum Einschießen eines Nagels (1) mit einem Nagelschaft (1a), der an seinem einen vorderen Ende eine axialsymmetrische Nagelspitze (1b) und an seinem anderen hinteren Ende einen Kopfbereich (1c) aufweist, in einen Untergrund, der aus einem nagelbaren Material besteht, bei dem ein Nagel (1) aus einem nicht-metallischen Material, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, mittels eines Nagelsetzgeräts in den Untergrund eingeschossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Nagel (1) durch eine Kopfscheibe (4) aus einem nicht-metallischen Material geringer Wärmeleitfähigkeit, deren Breite mindestens dem Dreifachen der geringsten Dicke des Nagelschaftes entspricht, in den Untergrund eingeschossen wird, wobei das Material der Kopfscheibe (4), das Material des Nagels (1) und die Einschussgeschwindigkeit so gewählt sind, dass durch die beim Einschießen des Nagels (1) auftretende Reibungswärme der Kopfbereich (1c) des Nagels (1) mit der Kopfscheibe (4) fest verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nagel (1) und/oder eine Kopfscheibe (4) aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit von höchstens 1 W/mK ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nagel (1) und/oder die Kopfscheibe (4) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, die aus den Materialgruppen: Holz; verdichtetes Holz; Holzwerkstoffe, insbesondere kunstharzgebundene und verdichtete Furnierlagenhölzer; Faserverbundwerkstoffe; thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyetheretherketone, Acrylate; duroplastische Kunststoffe, insbesondere Polyurethane, Polyester-, Epoxy-, Vinylester-, Formalin-Resorcin, -Phenol oder - Melaminharze; Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyetheretherketone, Acrylate; Verbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix, insbesondere Polyurethane, Polyester-, Epoxy-, Formalin-Resorcin, -Phenol oder - Melaminharze und Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer oder duroplastischer Matrix und Fasern, insbesondere Glasfaser-, Keramikfaser-, Mineralfasern, synthetischen organischen Polymerfasern, bevorzugt Polyaramidfasern, oder bio-basierten Fasern, bevorzugt Flachs-, Hanf-, Jute-, Kenaf-, Rayon- und Viskosefaser ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nagel (1) und/oder eine Kopfscheibe (4) aus korrosionsfestem Material verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nägel (1) durch die Kopfscheibe (4) in den Untergrund in einem einzigen Zug eingeschossen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nägel (1) mittels des Nagelsetzgeräts mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 20 m/s, insbesondere mindestens 25 m/s und bevorzugt mehr als 30 m/s eingeschossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nägel (1) verwendet werden, die aus einem Material mit einer Dichte größer 0,65 g/cm³ bestehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Nägel (1) verwendet werden, die aus einem Material bestehen, welches eine Dichte größer 0,85 g/cm³ und bevorzugt eine Dichte größer 1,0 g/cm³ aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Nägel (1) verwendet werden, deren Nagelspitze (1b) als kegelförmige Rundspitze ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge der Nagelspitze (1b) zur kleinsten Dicke des Nagelschaftes (1a) zwischen 1,5 und 3, insbesondere zwischen 1,5 und 2,5 und bevorzugt zwischen 1,8 und 2,1 liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nägel (1) in Form eines Nagelstreifens (6) für ein Nagelsetzgerät mit mehreren miteinander verbunden Nägeln (1) zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nägel (1) des Nagelstreifens (6) mit durchtrennbaren Verbindungsmitteln verbunden sind, die beim Nagelsetzen automatisch abgeschert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nägel (1) und Verbindungsmittel aus dem gleichen Material bestehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nägel (1) und die Kopfscheiben (4) aus dem gleichen Material bestehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nagelschäfte (1a) einen runden oder ovalen Querschnitt besitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nagelschäfte (1a) einen mehreckigen Querschnitt besitzen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nagelschäfte (1a) einen mehreckigen Querschnitt besitzen, wobei insbesondere das Verhältnis der axialen Länge zur kleinsten Schaftdicke wenigstens 15 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser bzw. die kleinste Schaftdicke der Nägel (1) im Bereich von 2 mm bis 6 mm, insbesondere 3,5 mm bis 6 mm und bevorzugt 4 mm bis 5 mm liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Nägel (1) verwendet werden, deren Nagelschäfte (1a) an ihrem der Nagelspitze (1b) gegenüberliegenden Kopfbereich (1c) unter einem Winkel von 90° zur Schaftachse abgeschnitten sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopfscheibe (4) verwendet wird, die eine zentrale Durchgangsöffnung (5) aufweist, durch welche der Nagel (1) geschossen wird, wobei der Durchmesser und/oder die Kontur des Nagelschafts (1a) im Verhältnis zu der Größe und Kontur der Durchgangsöffnung (5) so gewählt ist, dass der Nagelschaft (1a) mit der Wandung der Durchgangsöffnung (5) in Kontakt kommt, so dass beim Einschießen des Nagels (1) die erforderliche Reibungswärme erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Durchgangsöffnungen (5) in den Kopfscheiben (4) zu der Querschnittskontur der Nagelschäfte (1a) korrespondierend ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kopfbereich (1c) des Nagels (1) wenigstens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Einkerbung (2) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich (1c) des Nagels (1) die Querschnittskontur und Dicke des Nagelschafts aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich (1c) gegenüber dem Nagelschaft (1a) verdickt ist und sich insbesondere zum freien Ende des Nagels kontinuierlich erweitert.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (3) des Kopfbereichs (1c) durch Kalt- oder Warmumformung des Kopfendes hergestellt wird oder ist.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (3) des Kopfbereichs (1c) durch Aufbringung einer Schmelze, einer härtenden Lösung, einer härtenden Dispersion oder von polymerisierenden Monomeren hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (3) des Kopfbereiches (1c) aus Schmelzkleber besteht, welcher derart gewählt ist, dass er aufgrund der beim Einschießen auftretenden Reibungswärme erreichten Temperatur der Kopfscheibe (4) soweit erweicht oder geschmolzen wird, dass beim Erhärten eine feste Verbindung zwischen dem Kopfbereich (1c) des Nagels (1) und der Kopfscheibe (4) entsteht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nagel (1) durch die Kopfscheibe (4) und dann ein weiteres an Untergrund zu befestigendes Bauteil in den Untergrund eingeschossen wird, wobei es sich bei dem weiteren Bauteil insbesondere um einen Dämmstoff oder ein Markierungselement handelt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der gewünschten Einschusstiefe in den Untergrund ein in Abhängigkeit von der Nagellänge gewählter Abstandhalter verwendet wird.