WO2005033528A1 - Schraubenelement, insbesondere zur querzug- und/oder querdruckverstärkung von holzbauteilen - Google Patents

Schraubenelement, insbesondere zur querzug- und/oder querdruckverstärkung von holzbauteilen Download PDF

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    • F16B25/001—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by the material of the body into which the screw is screwed
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    • F16B25/0042—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw characterised by the geometry of the thread, the thread being a ridge wrapped around the shaft of the screw
    • F16B25/0047—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw characterised by the geometry of the thread, the thread being a ridge wrapped around the shaft of the screw the ridge being characterised by its cross-section in the plane of the shaft axis

Definitions

  • Screw element in particular for Querzug- and / or
  • the present invention relates to a screw element, in particular for Queryak- and / or transverse pressure reinforcement of timber components by insertion into a predrilled core hole, consisting of a threaded shaft with a continuous thread and a single-ended force application for torque application.
  • DE 100 13 810 A1 describes a timber beam, which is reinforced in cross-loaded sections in the manner described by screws are screwed from the top or bottom of the carrier transversely to its longitudinal direction, and only over a portion of the height of Carrier, so that they are directly assigned to the loaded on Querzug zone within the carrier.
  • the screws are formed in the region of the force application with a diameter which is approximately the same size or only slightly larger than the outer diameter of the thread. As a result, the force attack can be sunk into the wood.
  • the present invention has for its object, especially for the described application to create a novel screw member which has good handling and functional properties, but at the same time is also particularly simple and economical to produce.
  • the threaded shaft is formed by a threaded rod portion having a length of at least 600 mm, the thread as a non-cutting rolled self-tapping wood screw thread in the form of a helical over a cylindrical shaft core extending, of two in an outer Thread edge converging flanks limited survey is formed, and wherein the force application is formed by an originally separate, welded to one end of the threaded rod portion attack part or integrally formed by upsetting one-piece attack part.
  • the screw element according to the invention is produced despite its relatively large length by an advantageous manufacturing process, by rolling, which is a cold massive forming. So far, screws were made in such lengths exclusively by machining processes, such as turning or milling. By contrast, the following advantages are achieved by the invention:
  • the attacking part may be formed by a hexagon nut placed and welded onto one end of the threaded rod section. If a standard hexagon socket nut with metric internal thread is used, this can be placed on a thread-free, cylindrical end of the threaded rod section and welded, for which purpose the end should have a mother's core diameter approximately corresponding outer diameter.
  • FIG. 1 shows a screw element according to the invention in a (shortened) side view.
  • An inventive screw element 1 consists of a threaded shaft 2 with a substantially over the entire length L continuous thread 4 and with a single-ended force attack 6 for torque application.
  • the threaded shank 2 is formed by a threaded rod section 8 with a length L of at least 600 mm up to, for example, 3000 mm.
  • the threaded rod portion 8 is made with the thread 4 by a cold massive forming, d. H. rolled without cutting.
  • the thread 4 is formed as a self-tapping wood screw thread (according to DIN 7998-4) in the form of a helically extending over a cylindrical shaft core 10, bounded by two flanks 12 elevation 14, wherein the two flanks 12 converge in an outer thread edge 16.
  • the force attack 6 is formed by an originally separate, welded to one end of the threaded rod portion 8 attacking part 18. But it is also within the scope of the invention, when the force application 6 is integrally formed by upsetting or pressing on the threaded shaft 2. This allows cost-effective production with low risk of error, wherein, unlike welding, the microstructure is essentially not changed by heat influence.
  • the thread 4 defines with its outer thread edge 16 a nominal thread diameter D G of 12 mm to 22 mm, in particular 16 mm.
  • the shaft core 10 has a core diameter D "of 9 mm to 17 mm, in particular 12 mm.
  • the engagement member 18 is formed in the illustrated preferred embodiment of a hex nut, for example, with a wrench size of 22 mm (SW 22). It can be used with advantage a commercially available nut with a metric internal thread. In this case, the threaded rod section 8 should have a thread-free, cylindrical end 20 with an outer diameter corresponding to the inner diameter of the nut.
  • the threaded rod section 8 consists of a cold-formable steel, in particular S 235 JR + C.
  • the threaded rod section 8 has a galvanized, yellow chromated and / or lubricious surface. This allows the screwing done with an advantageously low screwing of only about 20 to 40 Nos. In addition, the surface ensures good and lasting corrosion protection.
  • the threaded rod section 8 is formed at its opposite the force attack 6 end 22 without a tip with a longitudinal axis perpendicular to the end face 24.
  • the elevation 14 forming the thread 4 is preferably formed over a certain range of preferably approximately a complete 360D revolution defining a thread pitch S with a height (radial) decreasing in the direction of the end 22 to approximately zero. This facilitates the initial threading into the pre-drilled with the core diameter D as ⁇ core hole of the respective timber part.
  • the thread pitch S of the thread 4 is in the range of 4 mm to 8 mm and in particular is about 6 mm.
  • the flanks 12 of the thread limit a flank angle ⁇ of 50 ° to 70 °, in particular 60 °.
  • the screw element 1 is due to its described configuration particularly for Querzug- or transverse pressure reinforcement for large wooden components (usually made of glued laminated timber).
  • the ringenelix 1 is an ideal replacement product for glued-in metric threaded rods. It is particularly ideal for retrofitting directly on site Construction site, since the processing of the outside temperature is independent, because an introduction of adhesive can be omitted. In addition, the processing is also possible from the bottom upside down. Avoiding glue also saves money, eliminates some processing risk, eliminates the need for a second person to label the adhesive, and does not require any special training for glued joints.
  • the mechanical anchoring of the wood thread is very reliable by the thread 4 presses self-tapping in the pre-drilled core hole.
  • the reinforcing points are also very insensitive to certain disturbing influences, such as humidity, temperature, etc.
  • the respective carrier learns through the pre-drilled Core hole only a minor cross-sectional weakening.
  • the wood screw thread according to the invention also allows due to its fairly large pitch S faster insertion than metric threaded rod n, in addition, higher speeds are possible. This leads to a considerable saving in processing time. Due to a low screw-in torque of only about 20 to 40 Nm, the screw element 1 according to the invention can also be screwed in with hand-guided machines.
  • the special surface finish, ie in particular the galvanic zinc coating and the additional slip coating ensures easy screwing in and lasting corrosion protection.
  • the screw element 1 can be easily and quickly cut to any length with a saw or cut-off grinder.
  • the invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all the same in the context of the invention embodiments. Furthermore, the invention has hitherto not been limited to the feature combination defined in claim 1, but may also be defined by any other combination of specific features of all individually disclosed individual features. This means that in principle virtually every single feature of claim 1 can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, the claim 1 is to be understood only as a first formulation attempt for an invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schraubenelement (1), insbesondere zur Querzug- und/oder Querdruckverstärkung von Holzbauteilen durch Einsetzen in ein vorgebohrtes Kernloch. Das Schraubenelement (1) besteht aus einem Gewindeschaft (2) mit einem durchgehenden Gewinde (4) und einem einendigen Kraftangriff (6) zur Drehmoment-Beaufschlagung. Der Gewindeschaft (2) ist von einem Gewindestangen-Abschnift (8) mit einer Länge (L) von mindestens 600 mm gebildet. Hierbei ist das Gewinde (4) als spanlos gewalztes, selbstgewindeformendes Holzschraubengewinde in Form einer schraubenlinienförmig über einen zylindrischen Schaftkern (10) verlaufenden, von zwei in einer äußeren Gewindekante (16) zusammenlaufenden Flanken (12) begrenzten Erhebung (14) ausgebildet. Der Kraftangriff (6) ist von einem ursprünglich separaten, an ein Ende des Gewindestangen-Abschnittes (8) angeschweißten Angriffsteil (18) oder einem durch Anstauchen angeformten einstückigen Angriffsteil (18) gebildet.

Description

ABC Vβrbindungstechnik GmbH & Co. KG, Kölner Strassβ 71-77, 58256 Ennepetal
"Schraubenelement, insbesondere zur Querzug- und/oder
Querdruckverstärkung von Holzbauteilen"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubenelement, insbesondere zur Querzug- und/oder Querdruckverstärkung von Holzbauteilen durch Einsetzen in ein vorgebohrtes Kernloch, bestehend aus einem Gewindeschaft mit einem durchgehenden Gewinde und einem einendigen Kraftangriff zur Drehmoment-Beaufschlagung.
Die Literaturstelle "bauen mit holz", Heft 4/1999, Seiten 44 bis 49, beschäftigt sich mit Querzugverstärkungen von Holzbauteilen und beschreibt dazu u. a. die Möglichkeit, Schrauben in vorgebohrte Löcher des zu verstärkenden Holzbauteils, z. B. Holzbalkens, einzuschrauben. Ferner werden innenliegende Verstärkungen in Form von Stahlstäben beschrieben, die rechtwinkling zur Faserrichtung in das Holz eingeklebt werden, wobei es sich um Gewindebolzen bzw. Gewindestangen mit metrischem Gewinde handeln kann.
Die DE 100 13 810 A1 beschreibt einen Holz-Träger, der in auf Querzug belasteten Abschnitten in der beschriebenen Weise verstärkt ist, indem Schrauben von der Oberoder Unterseite des Trägers quer zu dessen Längsrichtung verlaufend eingedreht sind, und zwar nur über einen Teil der Höhe des Trägers, so dass sie unmittelbar der auf Querzug belasteten Zone innerhalb des Trägers zugeordnet sind. Dazu sind die Schrauben im Bereich des Kraftangriffs mit einem Durchmesser ausgebildet, der annähernd gleich groß oder nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Gewindes ist. Dadurch kann der Kraftangriff mit in das Holz hinein versenkt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vor allem für den beschriebenen Anwendungsfall ein neuartiges Schraubenelement zu schaffen, welches gute Handhabungs- und Funktionseigenschaften aufweist, gleichzeitig aber auch besonders einfach und wirtschaftlich herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Gewindeschaft von einem Gewindestangen-Abschnitt mit einer Länge von mindestens 600 mm gebildet ist, wobei das Gewinde als spanlos gewalztes, selbst-gewindeformendes Holzschraubengewinde in Form einer schraubenlinienförmig über einen zylindrischen Schaftkern verlaufenden, von zwei in einer äußeren Gewindekante zusammenlaufenden Flanken begrenzten Erhebung ausgebildet ist, und wobei der Kraftangriff von einem ursprünglich separaten, an ein Ende des Gewindestangen-Abschnittes angeschweißten Angriffsteil oder einem durch Anstauchen angeformten einstückigen Angriffsteil gebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das erfindungsgemäße Schraubenelement wird trotz seiner relativ großen Länge durch einen vorteilhaften Fertigungsprozeß hergestellt, und zwar durch Walzen, wobei es sich um eine Kaltmassivumformung handelt. Bisher wurden Schrauben in solchen Längen ausschließlich durch spanabhebende Verfahren, wie Drehen bzw. Fräsen, hergestellt. Durch die Erfindung werden demgegenüber folgende Vorteile erreicht:
- geringerer Rohmaterialeinsatz
- Vermeidung von Spanabfällen
- schnellerer Prozeßablauf
- insgesamt kostengünstige Herstellung.
Nach dem Walzen des Gewindestangen-Abschnittes braucht im Wesentlichen nur noch das Angriffsteil als Kraftangriff angeschweißt zu werden. Mit Vorteil kann das Angriffsteil von einer auf ein Ende des Gewindestangen-Abschnittes aufgesetzten und verschweißten Sechskant-Mutter gebildet sein. Sofern eine normgemäße Außensechskant-Mutter mit metrischem Innengewinde verwendet wird, kann diese auf ein gewindefreies, zylindrisches Ende des Gewindestangen-Abschnittes aufgesetzt und verschweißt werden, wozu das Ende einen dem Mutter-Kerndurchmesser etwa entsprechenden Außendurchmesser aufweisen sollte.
Anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Zeichnungsfigur ein erfindungsgemäßes Schraubenelement in einer (gekürzten) Seitenansicht. Ein erfindungsgemäßes Schraubenelement 1 besteht aus einem Gewindeschaft 2 mit einem im Wesentlichen über die gesamte Länge L durchgehenden Gewinde 4 sowie mit einem einendigen Kraftangriff 6 zur Drehmoment-Beaufschlagung.
Erfindungsgemäß ist der Gewindeschaft 2 von einem Gewindestangen-Abschnitt 8 mit einer Länge L von mindestens 600 mm bis zu beispielsweise 3000 mm gebildet. Der Gewindestangen-Abschnitt 8 wird mit dem Gewinde 4 durch eine Kaltmassivumformung hergestellt, d. h. spanlos gewalzt. Dabei ist das Gewinde 4 als selbst-gewindeformendes Holzschraubengewinde (nach DIN 7998-4) in Form einer schraubenlinienförmig über einen zylindrischen Schaftkern 10 verlaufenden, von zwei Flanken 12 begrenzten Erhebung 14 ausgebildet, wobei die beiden Flanken 12 in einer äußeren Gewindekante 16 zusammenlaufen. Der Kraftangriff 6 ist dabei von einem ursprünglich separaten, an ein Ende des Gewindestangen-Abschnittes 8 angeschweißten Angriffsteil 18 gebildet. Es liegt aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung, wenn der Kraftangriff 6 durch Anstauchen bzw. Anpressen einstückig am Gewindeschaft 2 angeformt ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung mit geringem Fehlerrisiko, wobei anders als beim Verschweißen die Gefügestruktur im Wesentlichen nicht durch Wärmebeeinflussung verändert wird.
Das Gewinde 4 definiert mit seiner äußeren Gewindekante 16 einen Gewinde- Nenndurchmesser DG von 12 mm bis 22 mm, insbesondere 16 mm. Der Schaftkern 10 weist einen Kerndurchmesser D« von 9 mm bis 17 mm, insbesondere 12 mm, auf.
Das Angriffsteil 18 ist im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel von einer Sechskant-Mutter gebildet, beispielsweise mit einer Schlüsselweite von 22 mm (SW 22). Es kann mit Vorteil eine handelsübliche Mutter mit einem metrischen Innengewinde verwendet werden. In diesem Fall sollte der Gewindestangen-Abschnitt 8 ein gewindefreies, zylindrisches Ende 20 mit einem dem Innendurchmesser der Mutter entsprechenden Außendurchmesser aufweisen.
Mit Vorteil besteht der Gewindestangen-Abschnitt 8 aus einem kaltumformbaren Stahl, insbesondere S 235 JR+C. Dieses bevorzugte Material weist eine Zugfestigkeit Rm = 565 N/mm2 und eine Streckgrenze von 540 N/mm2 auf. Für die Handhabung beim Einschrauben ist es von Vorteil, wenn der Gewindestangen-Abschnitt 8 eine galvanisch verzinkte, gelb chromatierte und/oder gleitbeschichtete Oberfläche aufweist. Hierdurch kann das Einschrauben mit einem vorteilhaft geringen Einschraubdrehmoment von nur ca. 20 bis 40 Nrn erfolgen. Zudem gewährleistet die Oberfläche einen guten und dauerhaften Korrosionsschutz.
Der Gewindestangen-Abschnitt 8 ist an seinem dem Kraftangriff 6 gegenüberliegenden Ende 22 ohne Spitze mit einer zur Längsachse senkrechten Stirnfläche 24 ausgebildet. Hierbei ist jedoch vorzugsweise die das Gewinde 4 bildende Erhebung 14 über einen bestimmten Bereich von vorzugsweise etwa einem vollständigen, eine Gewindesteigung S definierenden 360D- Umlauf hinweg mit einer in Richtung des Endes 22 bis auf etwa Null abnehmenden Höhe (radial) ausgebildet. Dies erleichtert das anfängliche Einschrauben in das etwa mit dem Kemdurchmesser Dκ vorgebohrte Kernloch des jeweiligen Holzbauteils.
Die Gewindesteigung S des Gewindes 4 liegt im Bereich von 4 mm bis 8 mm und beträgt insbesondere etwa 6 mm. Die Flanken 12 des Gewindes begrenzen einen Flankenwinkel α von 50° bis 70° insbesondere 60°.
Das erfindungsgemäße Schraubenelement 1 eignet sich aufgrund seiner beschriebenen Ausgestaltung besonders zur Querzug- oder Querdruckverstärkung bei großen Holzbauteilen (in der Regel aus Brettschichtholz). Durch eine Bereitstellung von großen Längen, beispielsweise in Standardlängen von 1000 mm bis 3000 mm, gestaffelt in 200 mm - Schritten, stellt das Schraubenelernent 1 ein ideales Ersatzprodukt für eingeleimte metrische Gewindestangen dar. Besonders ideal ist es auch bei nachträglicher Sanierung unmittelbar vor Ort auf der Baustelle, da die Verarbeitung von der Außentemperatur unabhängig ist, weil ein Einbringen von Klebstoff entfallen kann. Zudem ist dadurch die Verarbeitung auch von unten über Kopf möglich. Durch die Vermeidung von Klebstoff werden zudem Kosten eingespart, ein gewisses Verarbeitungsrisiko vermieden, es ist keine zweite Person für die Klebstoffangabe notwendig und die Verarbeitung erfordert auch keine spezielle Schulung, wie sie für geklebte Verbindung notwendig ist. Die mechanische Verankerung des Holzgewindes ist sehr zuverlässig, indem sich das Gewinde 4 unter Selbstgewindeformung in das vorgebohrte Kernloch eindrückt. Die Verstärkungsstellen sind auch sehr unanfällig gegen bestimmte Störeinflüsse, wie Feuchtigkeit, Temperatur u.s.w.. Der jeweilige Träger erfährt durch das vorgebohrte Kernloch eine nur geringfügige Querschnittsschwächung. Das erfindungsgemäße Holzschraubengewinde ermöglicht zudem aufgrund seiner recht großen Steigung S ein schnelleres Eindrehen als bei metrischen Gewindestange n, wobei zudem auch höhere Drehzahlen möglich sind. Dies führt zu einer erheblichen Einsparung an Verarbeitungszeit. Durch ein geringes Einschraubdrehmoment von nur ca. 20 bis 40 Nm ist das erfindungsgemäße Schraubenelement 1 auch mit handgeführten Maschinen eindrehbar. Die besondere Oberflächenausführung, d. h. insbesondere die galvanische Verzinkung und die zusätzliche Gleitbeschichtung, sorgt für leichtes Eindrehen und dauerhaften Korrosionschutz. Das Schraubenelement 1 ist mit Säge oder Trennschleifer einfach und schnell auf beliebige Längen abtrennbar.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

Ansprüche:
1. Schraubenelement (1), insbesondere zur Querzug- und/oder Querdruckverstärkung von Holzbauteilen durch Einsetzen in ein vorgebohrtes Kernloch, bestehend aus einem Gewindeschaft (2) mit einem durchgehenden Gewinde (4) und einem einendigen Kraftangriff (6) zur Drehmoment- Beaufschlagung, dadurch gekennzeich net, dass der Gewindeschaft (2) von einem Gewindestangen-Abschnitt (8) mit einer Länge (L) von mindestens 600 mm gebildet ist, wobei das Gewinde (4) als spanlos gewalztes, selbst- gewindeformendes Holzschraubengewinde in Form einer schraubenlinienförmig über einen zylindrischen Schaftkern (10) verlaufenden, von zwei in einer äußeren Gewindekante (16) zusammenlaufenden Flanken (12) begrenzten Erhebung (14) ausgebildet ist, und wobei der Kraftangriff (6) von einem ursprünglich separaten, an ein Ende des Gewindestangen- Abschnittes (8) angeschweißten Angriffsteil (18) oder einem durch Anstauchen angeformten einstückigen Angriffsteil (18) gebildet ist.
2. Schraubenelement nach Anspruch 1 , d ad u r c h g e k e n n ze i c h n et, d as s die Länge (L) des Gewindestangen-Abschnittes (8) bis zu 3000 mm beträgt.
3. Schraubenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken nzeich net, dass die äußere Gewindekante (16) einen Gewinde-Nenndurchmesser (DG) von 12 bis 22 mm, insbesondere 16 mm, definiert.
4. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch gekennzeich net, dass der Schaftkern (10) einen Kerndurchmesser (D ) von 9 bis 17 mm, insbesondere 12 mm, aufweist.
5. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Angriffsteil (18) von einer auf ein - insbesondere gewindefreies, zylindrisches - Ende (20) des Gewindestangen-Abschnittes (8) aufgesetzten und verschweißten Sechskant- Mutter gebildet ist.
6. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad u rc h g eke n n zei c h n et, d ass der Gewindestangen- Abschnitt (8) aus einem kaltverform baren Stahl, insbesondere S 235 JR+C, besteht.
7. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dad u rc h g e ke n n zei c h n et, d ass der Gewindestangen- Abschnitt (8) eine galvanisch verzinkte, chromatierte und/oder gleitbeschichtete Oberfläche aufweist.
8. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadu rch geken nzei c h n et, dass der Gewindestangen- Abschnitt (8) an seinem dem Kraftangriff (6) gegenüberliegenden Ende (22) ohne Spitze ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die das Gewinde (4) bildende Erhebung (14) über einen bestimmten Bereich von vorzugsweise etwa einem vollständigen, eine Gewindesteigung (S) definierenden 360° - Umlauf hinweg mit einer in Richtung des Endes (22) bis auf etwa Null abnehmenden Höhe ausgebildet ist.
9. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dad u rc h g eke n nzei c h n et, dass das Gewinde (4) eine Gewindesteigung (S) von 4 bis 8 m , insbesondere etwa 6 mm, aufweist.
10. Schraubenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichn et, dass das Gewinde (4) einen von den Flanken (12) begrenzten Flankenwinkel (α) von 50°bis 70°, insbesondere 60°aufweist.
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