DE60312845T2 - Befestigungsvorrichtung zur Verwendung mit zerbrechlichem Material - Google Patents

Befestigungsvorrichtung zur Verwendung mit zerbrechlichem Material Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine mit Gewinde versehene Befestigungsvorrichtung im Allgemeinen und eine mit Gewinde versehene Befestigungsvorrichtung zur Verwendung mit zerbrechlichem Material im Besonderen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Schrauben gibt es bereits seit vielen Jahren, und diese beruhen auf dem Prinzip der schiefen Ebene, die eine Keilwirkung vorsieht, um den Kopf der Schraube in das Substrat zu treiben. Für unterschiedliche Werkstoffe wurden unterschiedliche Schrauben entwickelt.
  • Befestigungsvorrichtungen, die verwendet werden, um Konstruktionen an zerbrechlichem Material von geringer Festigkeit zu befestigen, erfordern für gewöhnlich eine Art von Stützmaterial für die Befestigungsvorrichtung. Zum Beispiel wird im Falle von Trockenausbauten für gewöhnlich ein Bolzen aus Metall oder Holz verwendet. Im Fall von Mauerwerk können Befestigungsvorrichtungen vom selbstschneidenden Schraubentyp mittels einer Gewindeausgestaltung, die sich dazu eignet, Material zwischen dem Gewinde einzufangen, während die Schraube in das Loch eingedreht wird, fest in einem vorgebohrten Betonloch gehalten werden. Ein Beispiel für eine derartige Mauerwerkbefestigungsvorrichtung ist US-Patent Nr. 5,957,646 an Giannuzzi.
  • EP 0494651 A1 beschreibt eine Schraube, die einen Kopf und einen Schaft aufweist, wobei ein spiralförmiges Gewinde an dem Schaft ausgebildet und zwischen benachbarten Gewindegängen des Gewindes ein schraubenlinienförmiger Steg vorgesehen ist. Ähnliche Schrauben werden in GB 1150769 A , US 3,861,269 A , US 6,045,312 A und EP 1167781 A1 dargestellt.
  • Benötigt wird eine Befestigungsvorrichtung vom Schraubentyp, die mit einer Vielfalt von Materialien, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf zerbrechliche Materialien, verwendet werden kann, während sie zugleich relativ kostengünstig hergestellt werden kann.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung werden die oben genannten Anforderungen erfüllt und die Unzulänglichkeiten des Standes der Technik behoben. Bei einer Ausführungsform umfasst eine Metallbefestigungsvorrichtung einen Metallschaft mit annähernd konstantem Durchmesser, wobei an dem Schaft ein spiralförmiges Gewinde ausgebildet ist, wobei das Verhältnis des Gewindedurchmessers zum Schaftdurchmesser mindestens 1,5:1 beträgt und das spiralförmige Gewinde eine Teilung zwischen 0,5 und 1,0 cm aufweist. Die Gewindevorrichtung kann ein zweites spiralförmiges Gewinde umfassen, welches nahe dem Kopf und fern der Spitze an dem Schaft ausgebildet ist, wobei das zweite Gewinde einen zweiten Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen kleiner als der erste Durchmesser ist.
  • Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Metallbefestigungsvorrichtung die Schritte des Bereitstellens eines Metallschaftes mit einem Kopf an einem ersten Ende und des Ausbildens eines spiralförmigen Gewindes und einer unebenen Oberfläche zwischen aufeinanderfolgenden Gewindegängen durch Walzen, wobei das Verhältnis des Gewindedurchmessers zu dem Schaftdurchmesser mindestens 1,5:1 beträgt und die Teilung zwischen 0,5 und 1,0 cm beträgt. Bei diesem Verfahren kann auch der zusätzliche Schritt des Ausbildens eines zweiten Gewindes an dem Schaft nahe dem Kopf vorgesehen sein.
  • Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Stützen einer Konstruktion an zerbrechlichem Material mittels einer Befestigungsvorrichtung die Schritte des Bereitstellens einer selbstschneidenden Metallbefestigungsvorrichtung, die einen Kopf und einen Schaft umfasst, wobei der Schaft einen Kerndurchmesser und einen Außendurchmesser aufweist, wobei der Außendurchmesser durch ein an dem Schaft ausgebildetes spiralförmiges Gewinde definiert wird, wobei das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem Kerndurchmesser mindestens 1,5:1 beträgt, und des Hineintreibens der Befestigungsvorrichtung in das zerbrechliche Material, derart, dass die Befestigungsvorrichtung und die Konstruktion zur Gänze durch das zerbrechliche Material getragen werden, und wobei das zerbrechliche Material jedes beliebige aus der Gruppe umfassend Gipskarton- und Mauerwerkmaterial ist. Das Mauerwerkmaterial kann ein beliebiges aus der Gruppe umfassend Beton-, Ziegel- und Steinmaterial sein.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung dargelegt oder gehen daraus hervor. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mittels der Konstruktionen und Verfahren realisiert und erreicht, die in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen hiervon sowie in den beiliegenden Zeichnungen konkret aufgezeigt werden.
  • Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung wie auch die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und dazu dienen, eine ausführlichere Erläuterung bereitzustellen, ohne dem Umfang der beanspruchten Erfindung einzuschränken.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beiliegenden Zeichnungen, die hinzugefügt wurden, um eine besseres Verstehen der Erfindung zu ermöglichen, sind in dieses Dokument eingebunden und stellen einen Teil davon dar, veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen in Verbindung mit der Beschreibung dazu, die Grundgedanken der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht einer Befestigungsvorrichtung für Trockenausbauten, welche die Grundgedanken der Erfindung einbindet;
  • 2 eine Draufsicht der Befestigungsvorrichtung für Trockenausbauten aus 1;
  • 3 eine Unteransicht der Befestigungsvorrichtung für Trockenausbauten aus 1.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß der Befestigungsvorrichtung der Erfindung umfasst ein Metallschaft ein oder mehrere Gewinde, die steilgängig sind und ein großes Verhältnis von Kern- zu Außendurchmesser aufweisen. Die Befestigungsvorrichtung kann fest in einer Vielzahl von Materialien gehalten werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Gipskarton (Gipskartonplatten), Holz, Beton, Ziegel, Stein und Gasbeton oder Leichtbeton. Darüber hinaus ist die Ausgestaltung der Befestigungsvorrichtung derart, dass sie von dem Material entfernt werden kann, ohne übermäßige Beschädigung der Wand oder Oberfläche zu verursachen.
  • Im Fall von Gipskarton oder anderen Arten von zerbrechlichem oder relativ schwachem Material ist das Haltevermögen der Befestigungsvorrichtung in dem Material derart, dass Lasten, mit denen die Befestigungsvorrichtung beaufschlagt wird, lediglich durch das Gipskartonmaterial entgegengewirkt werden kann, ohne die Befestigungsvorrichtung auch mit Hilfe eines Bolzens oder anderen relativ hoch festen Materials, das mit einer Wand verbunden ist, zu befestigen. Demnach kann die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung verwendet werden, um durch alleiniges Vertrauen auf das Gipskartonmaterial, welches eine Wand bildet, Gegenstände an der Wand abzustützen, was in jenen Situationen besonders vorteilhaft ist, in denen eine Abstützbefestigungsvorrichtung in Bereichen benötigt wird, in denen kein Bolzen zur Verfügung steht. Die Befestigungsvorrichtung ermöglicht auch die Vorteile des Ausbildens einer relativ kleinen Bohrung in der Wand, wodurch eine Beschädigung der Wand minimiert wird. Der Schaft der Befestigungsvorrichtung umfasst eine unebene oder aufgeraute spiralförmige Oberfläche, die sich über die Schaftoberfläche erstreckt, welche durch den Kerndurchmesser definiert wird. Diese aufgeraute Oberfläche kann von Nutzen zum Erhöhen des Reibungshalts zwischen dem Gipskartonmaterial und der Befestigungsvorrichtung sein, wodurch einen Widerstand gegenüber dem Herausziehen vorgesehen wird. Die Befestigungsvorrichtung kann auch ein sekundäres Gewinde umfassen, welches sich über mindestens einen Abschnitt des Schafts nahe dem Kopf erstreckt. Die Steilgängigkeit und das relativ große Verhältnis von Außen- zu Kerndurchmesser (verglichen mit der typischen Metallschraube) wirken sich so aus, dass eine große Menge an Material zwischen den Gewindegängen erfasst wird. Die Befestigungsvorrichtung weist eine geeignete Festigkeit zur wirksamen Verwendung nicht nur mit Gipskartonanwendungen, sondern auch mit Materialien wie Beton-, Stein- oder Ziegelmaterialien auf. Bei diesen Anwendungen wird die Befestigungsvorrichtung in ein vorgebohrtes Loch eingebracht und fängt Material ein, das (wenn die Befestigungsvorrichtung eingebracht wird) von dem Loch entfernt wird, um einen festen Halt zu erzielen. Bei diesen Anwendungen wird eine aufgeraute oder unebene Oberfläche zwischen den Gewindegängen an dem Schaft ausgebildet, welche einen Reibwiderstand gegenüber dem Herausziehen vorsehen kann. Die Befestigungsvorrichtung kann demnach nicht nur in zerbrechlichem Material, sondern auch in faserigem Material wie Holz verwendet werden.
  • Wie oben angeführt wurde, soll die Befestigungsvorrichtung für einen festen Halt in zerbrechlichem Material sorgen, unabhängig davon, ob es sich um Gipskarton- oder Mauerwerkmaterial handelt, und zwar durch Vorsehen eines Raumes zwischen Gewindegängen zum Einfangen einer großen Menge an Material auf Grund deren relativ großen Verhältnisses von Außen- zu Kerndurchmessern und/oder deren Steilgängigkeit. Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird ein Metallschaft verwendet, der ein Verhältnis von Außen- zu Kerndurchmesser, und unabhängig davon das Verhältnis des Außendurchmessers zu der Steigung, aufweist, das heißt vorzugsweise mindestens etwa 1,5:1, insbesondere mindestens etwa 1,75:1 und am bevorzugtesten etwa 2:1 oder mehr. Die Steigung kann etwa fünf Gewindegänge pro Inch oder weniger, beispielsweise vier Gewindegänge pro Inch, sein.
  • Auf 1 bis 3 Bezug nehmend umfasst eine bevorzugte Ausführungsform einer Befestigungsvorrichtung 10 einen Kopf 12, einen Schaft 14 und eine spitz zulaufende Spitze 16. Bei dieser Ausführungsform weist der Schaft 14 über seine Länge einen annähernd konstanten Kerndurchmesser auf. Ein spiralförmiges Gewinde 20 erstreckt sich vorzugsweise über die Länge des Schaftes 12 und endet nahe der Spitze. Die Höhe des Gewindes 20 ist entlang seiner Länge annähernd konstant, wobei die Höhe nahe der Spitze 16 geringfügig kleiner ist. Der Kopf 12 kann mit Rillen 15 ausgebildet sein, welche das Ansetzen eines Schraubendrehers, z.B. eines Kreuzschlitzschraubendrehers, ermöglichen. Alternativ dazu kann der Kopf ausgebildet sein, um einen Flachkopfschraubendreher oder einen Sechskant- oder Vierkantschraubendreher aufzunehmen, oder der Kopf kann ein Sechskantkopf wie ein Bolzen sein, insbesondere für das Aufhängen von Regalen und dergleichen, bei denen es sich um relativ schwere Gegenstände handelt. Statt dem Kopf kann auch ein Haken oder eine ähnliche Vorrichtung verwendet werden.
  • Bezugnehmend auf den Abschnitt 22 des Gewindes 20 aus 1 wird dort das Gewinde 20 durch untere und obere abgeschrägte Oberflächen 24 bzw. 26 beschrieben, die sich in einem Winkel von etwa 10 Grad erstrecken können. Eine aufgeraute Oberfläche 30 erstreckt sich über den Schaft 14. Die Oberfläche 30 ist im Gegensatz zu den relativ glatten Oberflächen, welche die Gewinde bilden, durch verschiedene Wulste, Kerben, Erhebungen und/oder Vertiefungen gekennzeichnet. Wie zu sehen ist, ist die Oberfläche 30 zwischen aufeinanderfolgenden Gewindegängen des Gewindes 20 angeordnet und kann sich über einen Teil des oder die Länge des Schaftes erstrecken. Ein sekundäres Gewinde kann auch auf dem Schaft 14 ausgebildet sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Gewinde 40 nahe dem Kopf 12 ausgebildet und verläuft annähernd 360° rund um den Schaft. Das Gewinde 40 kann auch derart ausgebildet sein, dass es mehr als oder weniger als 360° rund um den Schaft verläuft. Die Höhe des Gewindes 40 ist vorzugsweise im Wesentlichen kleiner als die Höhe des Gewindes 20.
  • In Gipskarton- oder Trockenausbauanwendungen können die Vorteile der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gegenüber einer herkömmlichen Schraube realisiert werden. Bei einer herkömmlichen Schraube führen die relativ feinen Gewinde (d.h. ein kleines Verhältnis von Außen- zu Kerndurchmesser) und die relativ flache Steigung dazu, dass der Abschnitt der Wand, mit dem die Gewinde in Eingriff gelangen, in Relation zu der Größe der Bohrung relativ klein ist. Demnach ergibt sich eine geringe Haltefestigkeit in der Wand. Im Gegensatz dazu ist die Menge an Material, mit dem die Gewinde der Befestigungsvorrichtung 10 in Eingriff gelangen, in Relation zu der Größe der Bohrung beträchtlich. Durch Ineingriffbringen der Gewinde mit einer größeren Menge an Material wird ein festeres Haltevermögen in dem Material erzielt. Durch Herstellen der Befestigungsvorrichtung aus Metall kann dieselbe Befestigungsvorrichtung auch in Beton oder ein anderes relativ hartes Material eingebracht werden. Bei Beton-, Ziegel- oder Steinanwendungen wird ein Loch in dem Material gebildet, welches annähernd dem Durchmesser des Schaftkerndurchmessers entspricht. Die Befestigungsvorrichtung wird dann in das Loch eingebracht, wobei die Gewinde spiralförmige Rillen in dem Loch ausbilden. Wenn die Befestigungsvorrichtung in das Loch hineingetrieben wird, z.B. mit einem Treibwerkzeug, bricht Material aus der Wand heraus und wird zwischen den Gewindegängen eingefangen.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Metallbefestigungsvorrichtung wird ein Gewinde vorzugsweise mittels eines Kaltwalzverfahrens ausgebildet. Gemäß diesem Verfahren wird der Schaft der Trockenausbau-Befestigungsvorrichtung zwischen zwei gewindeformenden Werkzeugen gewalzt, wodurch das Gewinde hergestellt wird. Alternativ dazu kann das Gewinde der Befestigungsvorrichtung mittels eines Gießverfahrens oder einer Drehbank hergestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet das Walzverfahren ein Gewinde mit einer oberen und einer unteren abgeschrägten Oberfläche aus, beispielsweise Oberfläche 24 und 26 der Befestigungsvorrichtung 10, welche gemeinsam das Gewinde 20 bilden. Das Walzverfahren kann auch verwendet werden, um die aufgeraute Oberfläche 30, beispielsweise infolge von Abblättern, herzustellen. Während Material während der Gewindeformung zwischen den Werkzeugen gequetscht wird, fließt das Material nicht gleichmäßig. Dies führt zu einer unebenen oder aufgerauten Oberfläche zwischen den Gewindegängen. Die Auswirkung dieses ungleichmäßigen Materialflusses wird besonders bei der Befestigungsvorrichtung der Erfindung offenkundig, welche, wenn sie mittels eines Walzverfahrens hergestellt wird, die unebene oder aufgeraute Oberfläche zwischen Gewindegängen aufweist. Andere im Stand der Technik bekannte Verfahren können verwendet werden, um eine aufgeraute oder unebene Oberfläche zwischen den Gewindegängen zu schaffen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Vorzugsweise wird nahe dem Kopf 12 ein entgegengesetzt drehendes Werkzeug positioniert, um ein zweites Gewinde 40 herzustellen, das sich etwa 360 Grad um den Schaft 12 erstreckt. Das Formen des zweiten Gewindes 40 kann von Nutzen sein, um zu verhindern, dass der obere Abschnitt des Schafts 12 nahe dem Kopf 12 infolge der Kräfte gebogen wird, die erforderlich sind, um die Steilgängigkeit und/oder das große Verhältnis von Außen- zu Kerndurchmesser herzustellen, wenn ein Walzverfahren eingesetzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise ein entgegengesetzt drehendes, gewindeformendes Werkzeug, verwendet werden, um jedweder Neigung des oberen Endes des Schafts 14, sich beim Formen des Gewindes 20 zu verbiegen, entgegenzuwirken. Die Tiefe des Gewindes 40 muss nicht beträchtlich sein und kann eine relativ geringe Gewindetiefe mit keinem erheblichen Befestigungsvermögen sein. Das zweite Gewinde 40 kann sich auch je nach Bedarf über weniger oder mehr als 360 Grad erstrecken.
  • Wenngleich die vorangehende Beschreibung den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gewidmet ist, wird festgehalten, dass andere Varianten und Modifikationen für Fachleute durchaus erkennbar sind und, ohne vom durch die beiliegenden Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abzuweichen, realisiert werden können.

Claims (15)

  1. Befestigungsvorrichtung (10), umfassend: einen Kopf (12); einen Schaft (14) mit einem Kerndurchmesser, einer Spitze (16) und einer Länge, die sich von dem Kopf zu der Spitze erstreckt; ein erstes spiralförmiges Gewinde (20), welches an dem Schaft (14) ausgebildet ist und einen ersten Durchmesser aufweist, wobei das Verhältnis von dem ersten Durchmesser zu dem Kerndurchmesser mindestens 1,5:1 beträgt; ein zweites spiralförmiges Gewinde (40), welches an dem Schaft (14) ausgebildet ist, wobei das zweite Gewinde (40) einen zweiten Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen kleiner als der erste Durchmesser ist; und eine spiralförmige aufgeraute Oberfläche (30), die an dem gesamten Schaft (14) ausgebildet ist.
  2. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das erste spiralförmige Gewinde (20) eine Teilung zwischen 0,5 und 1,0 cm aufweist.
  3. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des ersten Durchmessers zu dem Kerndurchmesser etwa 2:1 oder mehr beträgt.
  4. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei sich das zweite spiralförmige Gewinde (40) über weniger als die Hälfte der Schaftlänge erstreckt.
  5. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das zweite Gewinde (40) nahe dem Kopf (12) und fern der Spitze (16) an dem Schaft (14) angeordnet ist.
  6. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Schaft aus Metall ist.
  7. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Kerndurchmesser des Schafts (14) außer an der Spitze (16) einen annähernd konstanten Durchmesser aufweist.
  8. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Spitze (16) spitz zulaufend ist.
  9. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Kopf (12) mindestens eine Rille (15) aufweist, die derart konfiguriert ist, dass ein Schraubendreher angesetzt werden kann.
  10. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Kopf (12) zwei Rillen (15) aufweist, um einen Kreuzschlitzschraubendreher ansetzen zu können.
  11. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Kopf (12) derart konfiguriert und ausgebildet ist, dass ein Flachkopfschraubendreher, ein Sechskantschraubendreher oder ein Vierkantschraubendreher angesetzt werden kann.
  12. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Kopf (12) als Sechskantkopf ausgebildet ist.
  13. Verfahren zum Stützen einer Konstruktion aus zerbrechlichem Material mittels einer Befestigungsvorrichtung (10) nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte des: Hineintreibens der Befestigungsvorrichtung (10) durch die Konstruktion und in das zerbrechliche Material; und des Ineingriffbringens der Befestigungsvorrichtung (10) mit dem zerbrechlichen Material.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Befestigungsvorrichtung (10) und die Konstruktion zur Gänze durch das zerbrechliche Material getragen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das zerbrechliche Material aus der Gruppe umfassend Gipskarton-, Beton-, Ziegel- und Steinmaterial ausgewählt wird.
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