DE60317851T2

DE60317851T2 - Selbstbohrender Befestiger

Info

Publication number: DE60317851T2
Application number: DE60317851T
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Roselle Kenny
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE60317851D1; US6923611B2; CA2432093A1; CA2432093C; EP1371862B1; EP1371862A1; US20030231941A1; JP2004019946A; AU2003204604A1; AU2003204604B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schraubbefestiger, insbesondere Befestiger zur Befestigung von Holzsubstraten an Metallsubstraten.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Stahlbefestiger sind in der Technik zur Befestigung von Holzsubstraten, wie zum Beispiel Sperrholz oder Spanplatten, an Metallsubstraten, wie zum Beispiel Rahmenglieder aus Stahl, bekannt. Gemeinhin weisen diese Befestiger einen länglichen Schaft auf und sind dazu ausgeführt, durch kraftbetriebene Werkzeuge axial eingetrieben zu werden.
Bei vielen Konstruktionsanwendungen sind die Metallstützbolzen aus relativ dickem 12er Stahl oder dicker. Ein Befestiger für diese Anwendung weist in der Regel einen länglichen Schaft mit mindestens einem Gewindeteil auf, der an einer axialen Stelle in der Nähe des Kopfes beginnt und axial entlang dem Schaft verläuft, und viele enthalten einen Satz Flügel, der sich radial weiter von dem Bohrstück weg erstreckt als der Durchmesser des Gewindes, so dass das Gewinde das Holz nicht in Eingriff nimmt, was bekanntermaßen Schwierigkeiten beim Ziehen des Holzes zur Stahlstütze verursacht. Die meisten Befestiger enthalten eine Aussparung im Kopf zur Aufnahme eines Bits von einem Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen.
Zu Beispielen für Befestiger, die für diese Anwendung geeignet sind, gehören Illinois Tool Works Inc., Teile-Nr. 1082000, ein 1-7/16-Zoll (3,68 cm) langer Befestiger mit Flügeln zur Befestigung von Sperrholzsubstraten bis zu einer Dicke von 1,92 cm an Stahl, und Illinois Tool Works Inc., Teile-Nr. 1092000 und 1094000, ein 5,76 cm langer Befestiger bzw. ein 7,04 cm langer Befestiger, die jeweils Flügel aufweisen, wobei beide Befestiger zur Befestigung von dicken Holzsubstraten dienen, wie zum Beispiel Two-by-Fours an dickem Stahl. Die Flügel sollen ein Loch mit einem Durchmesser ausbohren, der mindestens so groß wie der Durchmesser des Gewindes ist, so dass sie nicht in das Holz eingreifen.
Nach dem Auftreffen der Flügel auf den Stahl sollen sie abbrechen, so dass sie kein Loch in den Stahl bohren, das größer ist als das Gewinde, so dass das sich das Gewinde in den Stahl schneiden und den Stahl und das Holz zusammenklemmen kann. Für diese Befestiger muss der Stahl eine gewisse Dicke aufweisen, so dass die Flügel abbrechen, mindestens 16er Stahl für den 1-7/16 Zoll (3,68 cm) Befestiger und mindestens 0,32 cm dick für die 5,76 cm und 7,04 cm Befestiger.
Ein anderer Befestiger, der zur Befestigung von Holz an Stahlstützglieder bestimmt ist, ist die Hilti-Schraube, Teile-Nr. 00010429, eine 8,96 cm Schraube mit einem 4,80 cm Gewindeteil nahe dem Kopf des Befestigers und einem 1,5 Zoll (3,84 cm) langen Teil ohne Gewinde vom Gewindeteil zur Spitze. Der kein Gewinde aufweisende Teil der Hilti-Schraube ist lang genug, durch den Stahl zu bohren, bevor das Gewinde das Holz in Eingriff nimmt. Nach dem Hindurchziehen durch das Holz schneidet sich das Gewinde in den Stahl und befestigt das Holz am Stahl.
Bei längeren Schrauben gab es im Vergleich zu kürzeren Schrauben Probleme. Erstens sind längere Schrauben teurer in der Herstellung, weil sie mehr Material erfordern. Zweitens sind längere Schrauben schwerer zu handhaben und stabil zu halten, wenn sie in ein Substrat getrieben werden, weil sie dazu neigen, zu flattern und nicht richtig eintreiben. Drittens weisen längere Schrauben eine längere Bohrzeit auf, so dass es für einen Installateur schwieriger ist, längere Schrauben schnell einzutreiben, wodurch ein Job weniger effizient wird.
In der Bauindustrie gibt es seit kurzem die Tendenz, leichteren Stahl, wie zum Beispiel 18er–22er Stahl, für Stützglieder aus Metall zu verwenden, weil leichtere Stähle tendenziell weniger teuer sind, während sie aber immer noch mit schwereren Stählen vergleichbare Festigkeit gewährleisten. Befestiger mit Flügeln, wie zum Beispiel die oben beschriebenen, eignen sich nicht zur Befestigung von Holzsubstraten an dünnerem Stahl, weil die Flügel am Bohrstück nicht abbrechen. Die Flügel bohren ein Loch in das Metall, das größer ist als das Gewinde, so dass das Gewinde keine Befestigung an dem Stahl gewährleisten kann. Wenn die Flügel entfernt werden, neigt der oben beschriebene lange Gewindeteil dazu, in das Holz einzugreifen und den Befestiger weiter durch das Holz zu ziehen oder eine Drehung des Befestigers anzuhalten, wodurch die Aussparung im Kopf durch das Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen abgeschält wird. Des Weiteren wirkt der längliche Gewindeteil möglicherweise nicht dahingehend, den Metallstützbolzen wieder zum Holz zurückzuziehen, weil das Gewinde das Holz und den Stahl in Eingriff nimmt, wodurch das Holz und das Metall oftmals getrennt werden. Des Weiteren erfordern viele Anwendungen die Befestigung eines dicken Holzsubstrats, wie zum Beispiel eines Two-by-Fours mit einer Dicke von ca. 3,84 cm an den oben beschriebenen dünneren Metallsubstraten.
Es wird ein selbstbohrender Befestiger zur Befestigung von Holz mit einer Dicke von ca. 3,84 cm, wie zum Beispiel Two-by-Four, an dünneren Metallsubstraten benötigt, der die Holz- und die Metallsubstrate zueinander zieht und das Metall und das Holz zusammenklemmt.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein selbstbohrender Befestiger zur Befestigung von Holzsubstraten an Metallsubstraten nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Die Schrift US-A-6 361 259 lehrt einen selbstbohrenden Befestiger, aber zur Befestigung von Metallprofilen an einem Unterbau, der auch aus Metallprofilen besteht. Des Weiteren ist die Länge des Gewindeteils des Befestigers dieses Stands der Technik im Wesentlichen gleich der Länge des Bohrstücks, und die Länge des kein Gewinde aufweisenden Teils ist nicht wesentlich größer als die Länge des Gewindeteils. Schließlich weist der Schaft dieses Befestigers einen konischen Teil auf.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Seitenaufriss eines selbstbohrenden Befestigers gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht eines Bohrstücks des selbstbohrenden Befestigers entlang der Linie 2-2 in 1.
3 ist eine Draufsicht eines Kopfs des selbstbohrenden Befestigers.
4 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Sägezahngewindes des selbstbohrenden Befestigers der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Seitenansicht eines abgeschlossenen Holzbohrschritts.
6 ist eine Seitenansicht eines ersten alternativen Metallbohrschritts.
7 ist eine Seitenansicht eines zweiten alternativen Metallbohrschritts.
8 ist eine Seitenansicht eines dritten alternativen Metallbohrschritts.
9 ist eine Seitenansicht eines abgeschlossenen Klemmschritts.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 wird ein neuer und erfindungsgemäßer selbstbohrender Befestiger 10 zur Befestigung eines Holzsubstrats 2 an einem Metallsubstrat 4 gezeigt. Der Befestiger 10 enthält einen länglichen Schaft 12 mit einem Kopf 18 an einem Ende 14 und einem flügellosen Bohrstück 20 mit einer Bohrspitze 22 am gegenüberliegenden Ende 16. Der Schaft 12 enthält einen kein Gewinde aufweisenden Teil 24 nahe dem Kopf 18 und einen Gewindeteil 26 zwischen dem kein Gewinde aufweisenden Teil 24 und dem Bohrstück 20. Der Gewindeteil 26 erstreckt sich axial vom Bohrstück 20 zum Kopf 18, und der kein Gewinde aufweisende Teil 24 erstreckt sich axial zwischen dem Gewindeteil 26 und dem Kopf 18. Das Bohrstück 20 enthält eine Bohrspitze 22 und mindestens eine Bohrspannut 28 zum Wegleiten der Metallspäne von einem durch den Befestiger 10 gebohrten Loch.
Das Holzsubstrat 2 könnte eines mehrerer Holzstückarten sein, die bei Bau oder Fertigung verwendet werden. Zu Beispielen gehören Holzstützglieder, Sperrholz und Spanplatten. Das Metallsubstrat 4 könnte eines vieler Metallstützen sein und wird in der Regel aus Stahlblech hergestellt. Zu Beispielen gehören Dacheindeckungen aus Wellstahl oder Stahlstützbolzen mit einer Dicke zwischen 26er Stahl oder ca. 0,018 Zoll (ca. 0,460 mm) und 14er Stahl oder ca. 0,075 Zoll (1,92 mm). Vorzugsweise wird der Befestiger 10 zur Befestigung eines Holzsubstrats 2, bei dem es sich um ein Stützglied aus Holz, wie zum Beispiel Two-by-Four, handelt, das derzeit eine Dicke von ca. 3,84 cm aufweist, an einem Stahlstützglied mit einer Dicke zwischen 24 (eine Dicke von ca. 0,614 mm) und 14 (einer Dicke von ca. 1,92 mm) verwendet.
Nunmehr auf die 1 und 2 Bezug nehmend, ist ein Bohrstück 20 dazu ausgeführt, es einem Befestiger 10 zu gestatten, sich leicht in Metallsubstrate 4 zu bohren, so dass ein Gewinde 30 des Gewindeteils 26 das Holzsubstrat 2 und das Metallsubstrat 4 zusammenziehen kann. Das Bohrstück 20 ist ein herkömmliches flügelloses Bohrstück zum Bohren in Metall; siehe zum Beispiel die US-PS 4 781 506 von Roberts et al., auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Wie in 2 gezeigt, weist das Bohrstück 20 einen allgemein elliptischen Querschnitt mit ausgesparten Schlitzen 32 auf, die die Spannuten 28 bilden. Der elliptische Querschnitt muss nicht eine wahre Ellipse sein, weist aber insofern eine allgemein elliptische Form auf, als sie eine Hauptachse L und eine Nebenachse 1 aufweist, wie in 2 gezeigt. Bei einer Ausführungsform beträgt die Länge der Nebenachse 1 ca. 0,3 cm oder ca. 75% der Länge der Hauptachse L, die ca. 0,38 cm beträgt.
Jeder Schlitz ist von einer allgemein planaren vorderen Fläche 34 und einer leicht abgewinkelten hinteren Fläche 36 eingerahmt (siehe 1). Wie in 2 gezeigt, sind die vordere Fläche 34 und die hintere Fläche 36 durch einen Winkel 8 getrennt. vorzugsweise ist der Winkel 8 größer als 90 Grad und liegt in einem Bereich zwischen ca. 100 Grad und ca. 115 Grad. Jede vordere Fläche 34 enthält eine erste Schneidkante 38 und eine zweite Schneidkante 40. Die ersten Schneidkanten 38 kommen unter Bildung einer Bohrspitze 22 zusammen, während die zweiten Schneidkanten 40 an einander gegenüberliegenden Enden der Hauptachse L angeordnet sind, wie in 2 gezeigt. Die vorderen Flächen 34 der Schlitze 32 liegen allgemein in der gleichen Ebene, während die hinteren Flächen 36 leicht schräg verlaufen, siehe 2. Jede Spannut 28 enthält des Weiteren eine allgemein konisch verlaufende Außenfläche 42 in der Nähe der Bohrspitze 22 und eine allgemein zylindrisch geformte Außenfläche 44, die sich axial zwischen der konischen Fläche 42 und dem Gewindeteil 26 erstreckt, wie in 1 gezeigt.
Wenn der Befestiger 10 gedreht wird, schneiden die Schneidkanten 38 in das Substrat, in das gebohrt werden soll (entweder das Holzsubstrat 2 oder das Metallsubstrat 4). Die zweiten Schneidkanten 40 wirken dahingehend, Material weiter auszubohren, während die Schlitze 32 und die Spannuten 28 dahingehend wirken, Material von dem Bohrstück 20 und das gerade gebohrte Loch weg zu leiten. Während das Bohrstück 20 weiter in das Substrat schneidet, nimmt das Gewinde 30 letztendlich das Substrat in Eingriff und wirkt dahingehend, den Befestiger 10 durch das Substrat zu ziehen.
Weiter auf 1 Bezug nehmend, enthält der Gewindeteil 26 des Schafts 12 einen Kern 46 und ein Spiralgewinde 30, das sich von dem Kern 46 aus radial erstreckt. Der Gewindeteil 26 wirkt dahingehend, den Befestiger 10 durch das Holzsubstrat 2 zu ziehen und das Metallsubstrat 4 und das Holzsubstrat zusammenzuziehen, um die beiden Substrate aneinander zu klemmen. Der Durchmesser des Kerns 46 ist kleiner als der Außendurchmesser des Gewindes 30. Bei einer Ausführungsform weist das Gewinde 30 einen Außendurchmesser auf, der zwischen ca. dem 1,3- und ca. dem 1,5-Fachen des Durchmessers des Kerns 46 beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kern einen Durchmesser von ca. 0,15 Zoll (3,84 mm) auf, und das Gewinde 30 weist einen Außendurchmesser von ca. 0,215 Zoll (5,50 mm) auf.
Die Gewindegangdichte des Gewindeteils 26 kann zwischen ca. 13 und ca. 19 Gewindegängen pro Zoll (2,56 mm) liegen, wobei eine bevorzugte Gewindegangdichte ca. 17 Gewindegänge pro Zoll (2,56 mm) beträgt. Im Allgemeinen werden für dünnere Metallsubstrate weniger Gewinde pro Zoll (2,56 mm) benötigt, und für dickere Metallsubstrate werden mehr Gewindegänge pro Zoll (2,56 mm) benötigt. Die Gewindegangdichte wird in der US-PS 5 947 670 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Gewinde 30 um ein Sägezahngewinde, wie in 4 gezeigt. Jedes Gewinde 30 enthält eine vordere Stützfläche 48 am Grund jedes Gewindegangs 30 und eine hintere Stützfläche 50 am oberen Ende jedes Gewindegangs 30. Die hintere Stützfläche 50 ist in einem ersten Winkel α zur senkrecht zu der Achse des Schafts 12 verlaufenden Linie N ausgerichtet. Ebenso ist die vordere Stützfläche 48 in einem zweiten Winkel β zur Linie N geneigt, wobei der zweiten Winkel β der vorderen Stützfläche 48 größer ist als der erste Winkel α der hinteren Stützfläche 50. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der ersten Winkel α ca. 7 Grad und der zweite Winkel β ca. 30 Grad. Obgleich standardmäßige Gewindeformen verwendet werden können, wird die in 4 gezeigte Sägezahngewindekonfiguration bevorzugt, weil sie größere Ausziehfestigkeiten als standardmäßige Gewinde gewährleistet.
Der Befestiger 10 ist so ausgeführt, dass sich mindestens eine ganze Steigung des Gewindes 30 und vorzugsweise mindestens zwei ganze Steigungen des Gewindes 30, auf beide Seiten des Metallsubstrats 4 befinden, wenn der Befestiger 10 installiert ist (siehe 9). Die Länge 52 des Gewindeteils 26 ist größer als die Länge 54 des Bohrstücks 20. Die Länge 52 wird so gewählt, dass es ausreichend wenig Gewindegänge 30 gibt, so dass die Gewindegänge nicht aggressiv in das Holzsubstrat 2 schneiden und den Kopf 18 durch das Holz ziehen, dass es aber genug Gewindegänge 30 sowohl in Richtung des Kopfes 18 als auch in Richtung des Bohrstücks 20 gibt. Es müssen genug Gewindegänge 30 zum Bohrstück 20 vorhanden sein, so dass hinter der Fläche 70 des Metallsubstrats 4 genügend Gewindegänge freiliegen (unten beschrieben), um die gewünschte Ausziehfestigkeit für dickere Metallsubstrate 4, wie zum Beispiel 1,9 mm dicken Stahl, bereitzustellen. Es müssen auch angemessene Gewindegänge 30 zum Kopf 18 gerichtet sein, so dass genügend Gewindegänge 30 vorhanden sind, falls der Befestiger 10 zu weit eingetrieben wird.
Bei einer Ausführungsform liegt die Länge 52 des Gewindeteils 26 zwischen ca. dem 1,5- und ca. dem 2,5-Fachen der Länge 54 des Bohrstücks 20 und ist vorzugsweise doppelt so lang wie die Länge 54 des Bohrstücks 20. Die Beziehung zwischen dem Durchmesser des Kerns 46 und der Länge der Hauptachse L des Bohrstücks 20 hängt von der Anwendung ab. Bei einem dickeren Metallsubstrat 4, wie zum Beispiel 14er Stahl, ist es wünschenswert, dass die Länge der Hauptachse L größer ist als der Durchmesser des Kerns 46, um zu gewährleisten, dass das Bohrstück 20 durch das dickere Metallsubstrat 4 bohren kann, da sich die Spannuten 28 radial weiter von der Achse des Schafts 12 erstrecken als der Kern 46. Bei einem dünneren Metallsubstrat 4, wie zum Beispiel 22er bis 24er Stahl, kann bevorzugt sein, dass die Länge der Hauptachse L geringer ist als der Durchmesser des Kerns 46, so dass sich die Spannuten 28 nicht so weit radial von der Achse erstrecken wie der Kern 46.
Der kein Gewinde aufweisende Teil 24 erstreckt sich axial entlang dem Schaft 12 vom Gewindeteil 26 zum Kopf 18 und enthält einen kelchförmig aufgeweiteten Teil 66 am Kopf 18. Die Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 ist wesentlich größer als die Länge 52 des Gewindeteils 26. Der kelchförmig aufgeweitete Teil 66 vergrößert den Durchmesser des Befestigers 10 vom kein Gewinde aufweisenden Teil 24 zum Kopf 18, wie in 1 gezeigt, und weist einen Krümmungsradius auf, der etwas größer ist als der Durchmesser des kein Gewinde aufweisenden Teils 24.
Bei einer Ausführungsform beträgt die Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 zwischen ca. dem 2,5- und dem 3-Fachen der Länge 52 des Gewindeteils; vorzugsweise beträgt die Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 zwischen ca. dem 2,8- und ca. dem 2,9-Fachen der Länge 52 des Gewindeteils 26 und besonders bevorzugt beträgt die Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 ca. das 2,85-Fache der Länge 52 des Gewindeteils. Der Durchmesser des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 ist größer als der Durchmesser des Kerns 46, aber kleiner als der Außendurchmesser des Gewindes 30. Bei einer Ausführungsform weist der kein Gewinde aufweisende Teil 24 einen Durchmesser von ca. 0,45 cm auf, während der Kern 46 einen Durchmesser von ca. 0,38 cm aufweist und das Gewinde 30 einen Außendurchmesser von ca. 0,55 cm aufweist.
Es wird angenommen, dass die größere Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 nahe dem Kopf 18 und die geringere Länge 52 des Gewindeteils 26 die Befestigung des Holzsubstrats 2 am Metallsubstrat 4 unterstützen. Wenn standardmäßige Schrauben mit einer Gewindelänge, die im Wesentlichen die gesamte Länge des Schafts beträgt, für diese Anwendung verwendet werden, neigen die verlängerten Gewindegänge dazu, das Holzsubstrat in Eingriff zu nehmen und ziehen die Schraube weiter durch das Holz. Es wird jedoch angenommen, dass die wesentlich größere Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 im Vergleich zur geringeren Länge 52 des Gewindeteils 26 der vorliegenden Erfindung verhindert, dass der Befestiger 10 weiter durch das Holzsubstrat 2 zieht, nachdem die Bohrspitze 22 auf das Metallsubstrat 4 aufgetroffen ist, wie unten beschrieben. Stattdessen sind bei der vorliegenden Erfindung weniger Gewindegänge 30 vorhanden, so dass der Gewindeteil 26 dazu neigt, Holzsubstrat 2 abzuschälen (siehe 6), statt weiter durchzuziehen, wodurch sich der Befestiger 10 im Holzsubstrat frei drehen kann, so dass das Gewinde 30 und der Kopf 18 das Holzsubstrat 2 und das Metallsubstrat 4 zusammenklemmen können. Nachdem das Bohrstück 20 durch das Metallsubstrat 4 gebohrt hat, kann sich das Gewinde 30, wie unten beschrieben, in das Metallsubstrat 4 schneiden und es zum Holzsubstrat 2 ziehen, so dass das Metallsubstrat 4 und das Holzsubstrat 2 fest zusammengeklemmt werden können.
Der Kopf 18 stellt eine Klemmfläche 58 bereit, die das Festklemmen des Holzsubstrats 2 an dem Metallsubstrat 4, unten beschrieben, unterstützt. Des Weiteren enthält der Kopf 18 eine Treibfläche 60 mit einer Aussparung 62, die einen (nicht gezeigten) Bit von einem Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen aufnimmt. Der Kopf 18 sollte eine breite Kopfauslegung aufweisen, wie zum Beispiel einen eingepressten Kopf oder einen Trompetenkopf, weil ein breiter Kopf 18 verhindern kann, dass ein Befestiger 10 durch das Holzsubstrat 2 gezogen wird. Ein Trompetenkopf 18, wie er in 1 gezeigt wird, wird bevorzugt, weil angenommen wird, dass der Trompetenkopf das Vorrücken des Befestigers 10 besser stoppen und den Kopf 18 daran hindern kann, durch das Holzsubstrat 2 gezogen zu werden. Der Hauptteil 64 weist eine relativ kurze Länge auf und besitzt einen Durchmesser, der zwischen ca. dem 2-Fachen und ca. dem 3-Fachen des Durchmessers des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 beträgt.
Die Aussparung 62 kann des Weiteren mehrere Konfigurationen aufweisen, wie zum Beispiel eine standardmäßige Phillips-Aussparung, eine Phillips-Vierkantantriebs-Aussparung zur Aufnahme eines Bits, wie zum Beispiel Illinois Tool Works Inc., Teile-Nr. 1588910, oder eine T-30-Aussparung mit sechs Lappen zur Aufnahme eines Bits, wie zum Beispiel Illinois Tool Works Inc. Teile-Nr. 18000910. Bevorzugt ist die Aussparung 62 eine PSD-Aussparung, wie in 3 gezeigt, oder eine T-30-Aussparung mit sechs Lappen (nicht gezeigt), weil sie eine größere Stabilität gestatten, während der Befestiger 10 eingetrieben wird, und ein Herausrutschen des Bits verhindern.
Wie oben erwähnt, handelt es sich bei einer bevorzugten Anwendung für den Befestiger 10 um die Befestigung von Stützgliedern aus Holz mit einer Dicke von ca. 3,84 cm, wie zum Beispiel Two-by-Fours, an Stützgliedern aus Stahl mit einer Dicke zwischen 24 und 14, und vorzugsweise an Stützgliedern aus Stahl mit einer Dicke zwischen 18 und 22. Für diese Anwendung weist der Befestiger 10 eine Gesamtlänge zwischen ca. 4,5 cm und ca. 5,8 cm auf, und vorzugsweise weist der Befestiger 10 eine Gesamtlänge von ca. 5,1 cm auf. Das Bohrstück 20 weist eine Länge zwischen ca. 0,55 cm und ca. 0,58 cm auf, wobei eine bevorzugte Länge des Bohrstücks 20 bei ca. 0,56 cm liegt. Der Gewindeteil 26 weist eine Länge zwischen ca. 0,9 cm und ca. 1,28 cm auf, und vorzugsweise weist der Gewindeteil eine Länge von ca. 1,05 cm auf. Weiterhin wird bevorzugt, dass das Ende 68 des Gewindeteils 26 nahe dem Bohrstück 20 mindestens ca. 4,42 cm von der Antriebsfläche 60 des Kopfs 18 weg liegt, um zu gewährleisten, dass sich eine oder mehrere Teilungen der Gewindegänge 30 und vorzugsweise mindestens zwei Teilungen des Gewindes 30 auf jeder Seite des Metallsubstrats 4 befinden, wenn der Befestiger 10 installiert wird, wie oben beschrieben. Der kein Gewinde aufweisende Teil 24, der einen kelchförmig aufgeweiteten Teil 66 enthält, weist eine Länge zwischen ca. 3,2 cm und ca. 3,84 cm auf, wobei eine bevorzugte Länge des kein Gewinde aufweisenden Teils ca. 3,33 cm bis ca. 3,50 cm beträgt und eine noch stärker bevorzugte Länge des kein Gewinde aufweisenden Teils ca. 3,35 cm beträgt. Der Hauptteil 64 des Kopfs 18 weist eine Länge zwischen ca. 0,51 mm und ca. 1,28 mm auf, wobei eine bevorzugte Länge des Hauptteils 64 ca. 0,77 mm beträgt. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser des Bohrstücks 20 und des Kerns 46 ca. 0,38 cm, der Außendurchmesser des Gewindes 30 beträgt ca. 0,55 cm, der Durchmesser des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 beträgt ca. 0,43 cm und der Durchmesser des Hauptteils 64 des Kopfs 18 beträgt ca. 1,20 cm. Natürlich kommt auch in Betracht, dass die oben angeführten Abmessungen in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung und den besonderen Substratbedingungen variieren können.
Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform gegenüber den oben beschriebenen vorbekannten Schrauben besteht darin, dass der Befestiger 10 der vorliegenden Erfindung aus weniger Material hergestellt werden kann als die vorbekannten Schrauben, weil er kürzer ist als viele Schrauben, die für das Einsatzgebiet des Befestigens von Holz mit einer Dicke von 3,84 cm an einem mitteldicken bis dünnen Stahl verwendet werden, wo Schrauben eine Länge von sogar 5,8 cm bis 9 cm oder darüber aufweisen. Der kürzere Befestiger 10 ist kostengünstiger als die längeren, vorbekannten Schrauben. Da der Befestiger 10 kürzer ist, gewährleistet er des Weiteren eine kürzere Bohrzeit, wodurch mehrere Befestiger 10 der vorliegenden Erfindung schnell installiert werden können. Ein anderer Vorteil des Befestigers 10 der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass er aufgrund seiner kürzeren Länge leichter gehandhabt und stabil gehalten werden kann, wenn er eingetrieben wird, da kürzere Befestiger oftmals weniger flattern und leichter zu handhaben sind als längere Befestiger.
Das Verfahren, mit dem ein Befestiger 10 das Holzsubstrat 2 an das Metallsubstrat 4 befestigt, umfasst die Schritte des Platzierens des Holzsubstrats 2 an dem Metallsubstrat 4 in einer gewünschten Position, Auswählens eines Befestigers 10 zum Befestigen der Substrate, Positionierens des Bohrstücks 20 des Befestigers 10 in einer gewählten Position am Holzsubstrat 2, Anordnens eines Bits des (nicht gezeigten) Werkzeugs zum Eintreiben von Befestigungselementen in die Aussparung 62, Drehens des Befestigers 10 mit dem Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen, so dass die Schnittflächen 38 und 40 das Holzsubstrat 2 in Eingriff nehmen und dort hinein bohren, bis der Gewindeteil 26 in das Holzsubstrat 2 eingreift und den Befestiger 10 durch das Holzsubstrat 2 zieht. Das Gewinde 30 des Gewindeteils 26 zieht den Befestiger 10 durch das Holzsubstrat 2, bis die Bohrspitze 22 mit dem Metallsubstrat 4 in Kontakt kommt, wenn die Schnittflächen 38 und 40 das Metallsubstrat 4 in Eingriff nehmen und dort hinein bohren, bis sich das Gewinde 30 in das Metallsubstrat 4 schneidet und das Holzsubstrat 2 und das Metallsubstrat 4 zusammenzieht, so dass das Metallsubstrat 4 fest an das Holzsubstrat 2 geklemmt wird. Dann kann das Verfahren mit einem anderen Befestiger 10, entweder durch Bohren in das gleiche Holzsubstrat 2, um durch Befestigung an einer anderen Stelle, an der der neue Befestiger 10 das Holzsubstrat 2 an dem gleichen Metallsubstrat 4 oder an einem (nicht gezeigten) zweiten Metallsubstrat befestigen könnte, für Stabilität zu sorgen, wiederholt werden, oder der neue Befestiger 10 kann in ein (nicht gezeigtes) zweites Holzsubstrat getrieben werden, um das zweite Holzsubstrat an dem gleichen Metallsubstrat 4 oder an einem zweiten Metallsubstrat zu befestigen.
Der Befestiger 10 weist den Vorteil auf, dass er keinen separaten Bohrschritt benötigt, weil das Bohrstück 20 leicht durch das Holzsubstrat 2 bohrt. Einige Befestiger erforderten ein Vorbohren des Holzsubstrats 2 und die Verwendung des Befestigers nur zum Bohren durch das Metallsubstrat 4. Der Vorbohrschritt für diese Befestiger hilft dabei, Probleme, wie zum Beispiel das „Holz-Weghebeln", wobei das Gewinde das Holz in Eingriff nimmt und es von dem Metall wegdrückt oder „weghebelt", zu vermeiden. Ein getrennter Vorbohrschritt, wie zum Beispiel der beschriebene, erfordert mehr zeit pro Befestiger, so dass ein Installateur die Befestiger nicht so schnell installieren kann, wie er es mit mehreren Befestigern 10 könnte. Der oben beschriebene Holzbohrschritt der vorliegenden Erfindung gestattet, dass das Bohrstück 20 des Befestigers 10 so weit durch das Holzsubstrat 2 bohrt, bis die Bohrspitze 22 auf das Metallsubstrat 4 trifft, ohne dass das Gewinde 30 zu einem „Holzweghebeln" des Holzsubstrats 2 führt. Nachdem die Bohrspitze auf das Metallsubstrat 4 trifft, bohrt das Bohrstück 20 durch das Metallsubstrat 4, ohne dass man zwischen einem Bohrbit und einem Befestiger, die nur für das Bohren von Metall bestimmt sind, wechseln muss.
Vorzugsweise wird der Befestiger 10 durch ein (nicht gezeigtes) Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen gedreht, das die zum Drehen des Befestigers 10 erforderliche Antriebsenergie bereitstellt. Wenn sich der Befestiger 10 dreht, bohrt sich das Bohrstück 20 in das Holzsubstrat 2, und das Gewinde 30 zieht den Befestiger 10 durch das Holzsubstrat 2 nach vorne, bis die Bohrspitze 22 auf das Metallsubstrat 4 trifft.
Nachdem die Bohrspitze 22 auf das Metallsubstrat 4 getroffen hat, durchläuft der Befestiger 10 einen von mindestens drei alternativen Metallbohrschritten. Der erste alternative Metallbohrschritt erfolgt, wenn an das Holzsubstrat 2 Druck angelegt wird, um es nach unten auf das Metallsubstrat 4 zu drücken und um zu verhindern, dass die Substrate auseinander gedrückt werden. Ein Verfahren des Anlegens dieses Drucks besteht darin, auf das Holzsubstrat 2 zu treten, während der Befestiger 10 eingetrieben wird. Des Weiteren erfolgt der erste alternative Metallbohrschritt, wenn entweder das Holzsubstrat 2 ein weicheres Holz ist oder wenn das Metallsubstrat 4 eine große Dicke aufweist, oder wenn beides der Fall ist. Bei dieser Alternative trifft die Bohrspitze 22 auf das Metallsubstrat 4, durchsticht es aber nicht leicht, wodurch bewirkt wird, dass sich das Gewinde 30 des Befestigers 10 im Holzsubstrat 2 dreht und Holz um das Gewinde 30 herum wegschält, wie in 6 gezeigt. Während der Drehung des Befestigers 10 bohrt das Bohrstück 20 in und durch das Metallsubstrat 4.
Ein zweiter alternativer Metallbohrschritt erfolgt, wenn Druck auf das Holzsubstrat 2 ausgeübt wird und wenn das Holzsubstrat 2 ein härteres Holz ist, oder wenn das Metallsubstrat 4 eine geringere Dicke aufweist, oder wenn beides der Fall ist. Wenn die Bohrspitze 22 auf das Metallsubstrat 4 trifft, bewirkt sie bei dieser Alternative, dass das Gewinde 30 in das Holzsubstrat 2 eingreift. Das in Eingriff stehende Gewinde 30 stellt eine Kraft zwischen der Bohrspitze 22 und dem Metallsubstrat 4 bereit, wodurch bewirkt wird, dass die Bohrspitze 22 das Metallsubstrat 4 durchsticht, wie in 7 gezeigt, wodurch das Bohrstück 20 durch das Metallsubstrat 4 bohren kann.
Ein dritter alternativer Metallbohrschritt wird in 8 gezeigt. Bei dieser Alternative wird kein Druck an das Holzsubstrat 2 angelegt, um es gegen das Metallsubstrat 4 zu drücken. Beim Eintreiben des Befestigers 10 treibt das Gewinde 30 in diesem Fall den Befestiger 10 weiter nach vorne, und die Bohrspitze 22 drückt das Holzsubstrat 2 und das Metallsubstrat 4 auseinander. Schließlich können das Metallsubstrat 4 und das Holzsubstrat 2 nicht weiter auseinander gedrückt werden, und das Gewinde 30 beginnt damit, einen Teil des Holzes im Holzsubstrat 2 abzuschälen, wie in 8 gezeigt, wodurch sich der Befestiger 10 frei drehen kann, so dass die Bohrspitze 22 so weit durch das Metallsubstrat 4 bohrt, bis sich das Gewinde 30 in das Metallsubstrat 4 schneidet.
Nachdem der Befestiger 10 das Metallsubstrat 4 durchbohrt hat, wird der Befestiger 10 so weit nach vorne getrieben, bis sich das Gewinde 30 in das Metallsubstrat 4 schneidet, damit das Holzsubstrat 2 und das Metallsubstrat 4 zueinander gezogen werden können, so dass die Substrate zusammengeklemmt werden können. Der letzte Schritt beim Befestigen des Holzsubstrats 2 am Metallsubstrat 4 mit dem Befestiger 10 ist ein Festklemmschritt. Beim Festklemmschritt wird der Befestiger 10 gedreht, und die hintere Stützfläche 50 des Gewindes 30 wirkt gegen eine Unterseite 70 des Metallsubstrats 4, um das Holzsubstrat 2 zum Metallsubstrat 4 zu ziehen. Schließlich kommt die Klemmfläche 58 des breiten Kopfes 18 mit der Oberseite 72 des Holzsubstrats 2 in Kontakt und verhindert, dass der Befestiger 10 durch das Holzsubstrat 2 gezogen wird, so dass, wenn die hintere Stützfläche 30 das Metallsubstrat 4 in Eingriff nimmt, das Holzsubstrat 2 und das Metallsubstrat 4 zusammengeklemmt werden.
Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass die kürzere Länge 52 des Gewindeteils 26 und die wesentlich größere Länge 56 des kein Gewinde aufweisenden Teils 24 dem Befestiger 10 gestattet, das Metallsubstrat 4 und das Holzsubstrat 2 zusammenzuziehen, und zwar unabhängig davon, welcher der drei alternativen Metallbohrschritte erfolgt. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass es weniger Gewindegänge 30 gibt, die das Holzsubstrat 2 in Eingriff nehmen, wodurch verhindert wird, dass der Befestiger 10 weiter durch das Holzsubstrat 2 gezogen wird, es dem Gewinde 30 aber stattdessen gestattet wird, das Holzsubstrat 2 zum Metallsubstrat 4 zu ziehen und sie zusammenzuklemmen.
Nachdem der Gewindeteil 26 den Befestiger 10 durch das Holzsubstrat gezogen hat, ist bei der vorliegenden Erfindung ein großer Teil des Schafts 12, der sich immer noch im Holzsubstrat 2 befindet, der kein Gewinde aufweisende Teil 24, der dazu neigt, sich im Holzsubstrat 2 zu drehen, ohne den Befestiger 10 weiter nach vorne zu treiben. Weiterhin wird angenommen, dass die verbleibenden Gewindegänge 30 im Holzsubstrat 2 nicht genügend Kraft zum Nachvornetreiben des Befestigers 10 bereitstellen, so dass sich der Befestiger 10 dreht, ohne weiter eingetrieben zu werden. Deshalb kann sich das Gewinde 30 in das Metallsubstrat 4 schneiden und es an dem Holzsubstrat 2 festklemmen, wie in 9 gezeigt. Während sich der Befestiger 10 im Holzsubstrat 2 dreht, nimmt die hintere Stützfläche 50 des Gewindes 30 das Metallsubstrat 4 in Eingriff und zieht es zum Holzsubstrat 2.
Die vorliegende Erfindung stellt einen neuen Befestiger zur Klemmbefestigung eines Two-by-Four an einem dünnen Metallsubstrat bereit, wobei der kein Gewinde aufweisende Teil nahe dem Kopf wesentlich länger ist als ein Gewindeteil. Der Gewindeteil muss so wenig Gewindegänge aufweisen, dass der Befestiger selbstschneidend ist und dass das Gewinde, falls erforderlich, das Holz abschält, nachdem es sich durch das Holz bewegt hat, so dass der Befestiger das Holz und das Metall zusammenklemmt, statt weiter durch das Holz getrieben zu werden.

Claims

Selbstbohrender Befestiger (10) zur Befestigung von Holzsubstraten (2) an Metallsubstraten (4), mit Folgendem: einem länglichen Schaft (12), der eine Achse definiert und ein erstes Ende (16) und ein zweites Ende (14) aufweist; einem Bohrstück (20) am ersten Ende (16) des Schafts, wobei das Bohrstück eine Bohrspitze (22) und eine axiale Länge aufweist; einem am zweiten Ende (14) des Schafts ausgebildeten breiten Kopf (18); wobei der Schaft einen sich axial vom Bohrstück (20) zum Kopf erstreckenden Gewindeteil (26) aufweist, wobei der Gewindeteil ein Spiralgewinde (30), eine axiale Länge zwischen ca. 0,9 cm und ca. 1,28 cm, einen Kerndurchmesser und einen Gewindedurchmesser aufweist, wobei der Gewindedurchmesser größer ist als der Kerndurchmesser, wobei die Länge des Gewindeteils (26) größer ist als die Länge des Bohrstücks (20); und wobei der Schaft einen gewindefreien Teil (24) aufweist, der sich von dem Gewindeteil (26) zum Kopf (18) axial erstreckt, wobei der gewindefreie Teil eine axiale Länge und einen Durchmesser aufweist, wobei der Durchmesser des gewindefreien Teils kleiner ist als der Gewindedurchmesser, wobei die Länge des gewindefreien Teils wesentlich größer ist als die Länge des Gewindeteils.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei der Befestiger eine Gesamtlänge von ca. 5,12 cm aufweist.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei die Länge des Gewindeteils (26) zwischen ca. dem 1,5-Fachen und ca. dem 2,5-Fachen der Länge des Bohrstücks (20) liegt und die Länge des gewindefreien Teils (24) zwischen ca. dem 2,5-Fachen und ca. dem 3-Fachen der Länge des Gewindeteils (26) liegt.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei die Länge des Bohrstücks (20) ca. 0,512 cm, die Länge des Gewindeteils (26) ca. 1,02 cm und die Länge des gewindefreien Teils (24) ca. 3 cm beträgt.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei das Bohrstück (20) weiterhin mindestens eine Spannut (28) umfasst.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei der breite Kopf (18) ein Trompetenkopf ist.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei der breite Kopf (18) ein eingepresster Kopf ist.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei das Gewinde (30) ein Sägezahngewinde ist.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 8, wobei das Sägezahngewinde (30) eine vordere Stützfläche (48) und eine hintere Stützfläche (50) enthält, wobei die hintere Stützfläche in einem ersten vorbestimmten Winkel (α) zu einer senkrecht zur Achse des Schafts verlaufenden Linie ausgerichtet ist und die vordere Stützfläche in einem zweiten vorbestimmten Winkel (β), der größer ist als der erste vorbestimmte Winkel, zur senkrechten Linie geneigt ist.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 9, wobei der erste Winkel (α) ca. 7 Grad zur senkrechten Linie und der zweite Winkel (β) ca. 30 Grad zur senkrechten Linie beträgt.
Selbstbohrender Befestiger nach Anspruch 1, wobei die Bohrspitze (20) eine Hauptachse aufweist, wobei die Hauptachse eine Länge aufweist, wobei die Länge der Hauptachse größer ist als der Kerndurchmesser des Gewindeteils.