DE19634383A1

DE19634383A1 - Verbindungs- und Befestigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19634383A1
Application number: DE1996134383
Authority: DE
Inventors: Raimund Krichel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungs- und Befestigungsvorrichtung, welche in einem Werkstück durch Eintreiben in eine Bohrung befestigt werden kann.

Bekannte Befestigungsmittel, welche in ein Werkstück eingetrieben werden können, sind Schrauben und Nägel. Beide setzen voraus, daß das Material des Werkstückes in gewissen Grenzen plastisch bzw. elastisch ist. Nur dann kann sich eine Schraube mit ihrem Gewinde in dem Werkstück festfressen und nur dann wird ein Nagel durch den elastischen Gegendruck des Materials durch Reibung im Werkstück festgehalten. Schraube und Nagel versagen jedoch als Befestigungsmittel, wenn das Werkmaterial eine derartige Elastizität nicht aufweist, wie es z. B. bei Steinen, bei Beton oder anderen harten Materialien der Fall ist.

Um in derartigen Fällen harten Materials dennoch eine Klemmwirkung durch elastische Kräfte zu erzielen, ist es bekannt, Dübel aus einem weichen Material, vorzugsweise Kunststoff, zwischen Schraube/Nagel und Werkstück zu setzen. Derartige Dübel dienen dann als Pufferzone für die erfolgende Volumenverdrängung und sorgen somit für einen festen Halt der Schraube oder des Nagels im Werkstück. Eine derartige Verwendung von Dübeln ist aber nachteilig, da sie mit zusätzlichem Arbeits- und Kostenaufwand verbunden ist.

Ein häufig mit Befestigungsmitteln zu lösendes Problem besteht darin, zwei Werkstücke (fest und dauerhaft) miteinander zu verbinden.

Stiftartige Elemente zur Verbindung von zwei Werkstücken, die zu beiden Seiten in je einem Werkstück verankert sind, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So beschreibt das Gebrauchsmuster G- 3202893.1 einen Verbindungsbolzen, der auf einer Seite auf herkömmliche Art, z. B. durch ein Holzschraubengewinde, in einem Werkstück verankert wird. Auf der anderen Seite trägt er einen Zapfen, welcher paßgenau in einen zugehörigen Dübel eingeschlagen wird. Der Dübel ist dabei zuvor in dem zweiten Werkstück zu verankern. Eine typische Anwendung der beschriebenen Verbindungsvorrichtung besteht in der Befestigung von Treppenstufen auf Treppenwangen. Typisch für diese Vorrichtung ist, daß der Verbindungsbolzen zuerst in einem der Werkstücke fest verankert werden muß, welches dann mit dem zweiten Werkstück zusammengefügt werden kann. Diese Verbindung ist dabei grundsätzlich reversibel. Die Verbindungsvorrichtung kann also nur Scher-, aber keine Schubkräfte aufnehmen.

Andere Vorrichtungen stellen sich die Aufgabe, ein vor ein Hauptmauerwerk gesetztes Verblendmauerwerk mit dem Hauptmauerwerk nachträglich von außen zu verankern. Dazu muß grundsätzlich zuerst eine zylindrische Bohrung durch das Verblendmauerwerk bis in das Hauptmauerwerk hinein geführt werden. In der Vorrichtung gemäß der Patentanmeldung GB-2090885 wird eine rohrförmige Hülse in die Bohrung eingeschoben. Durch die Hülse verläuft eine Verbindungsstange, die an beiden Enden einen Konus trägt. Einer der Konusse wird sodann über eine Gewinde weiter auf die Stange auf geschraubt, so daß er in die Hülse eindringt und diese an ihrem Ende auseinanderdrückt. Die gleiche Wirkung wird auf der gegenüberliegenden Seite durch den anderen Konus erzeugt. Auf diese Weise werden Hülse und Verbindungsstift im Hauptmauerwerk bzw. Verblendmauerwerk verankert. Bei dieser Verbindungsvorrichtung findet also die Verankerung in den beiden Werkstücken immer gleichzeitig statt. Zudem muß eines der Werkstücke eine durchgehende Bohrung tragen.

Das Gebrauchsmuster G-9208751.5 beschreibt einen Verbindungsstift, der im Hauptmauerwerk und Verblendmauerwerk in eine spezielle Dübelhülse eingreift. Die spezielle Dübelhülse ist dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrem Eingangsbereich einen ventilartigen Verschluß enthält. Durch diesen Verschluß kann mittels einer Tülle ein aushärtender Verbindungsklebstoff eingefüllt werden. Nach Auffüllen des Dübels verhindert sein ventilartiger Verschluß das Auslaufen des Klebstoffes. Innerhalb der Verarbeitungszeit des Klebstoffes muß sodann der in der Hülse zu verankernde Stift eingeführt werden. Nach Aushärten des Klebstoffes ist eine dauerhafte Verbindung hergestellt. Nachteilig an dieser Verbindungsvorrichtung ist, daß sie aufgrund der Verwendung von auszuhärtendem Füllstoff umständlich und zeitraubend in der Anwendung ist.

Auch in der Offenlegungsschrift DE-33 16 056 wird eine Verbindungsvorrichtung beschrieben, die auf einer Seite mittels eines aushärtenden Füllstoffes in einem der Werkstücke verankert wird. Sie ist daher mit den gleichen Nachteilen behaftet, wie die der zuvor genannte Schrift.

Für die Verbindung von Werkstücken, insbesondere von Steinen, werden heute Verbindungsstifte in Form sog. doppelter Schlagdübel eingesetzt. Hierbei handelt es sich im Prinzip um zwei Schlagdübel, die an ihren Köpfen planliegend miteinander verschweißt sind, so daß die Treibspitzen in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Für das Zusammensetzen von Steinen werden in diese zunächst Löcher gebohrt, in die doppelte Schlagdübel mit vorher aufgesetzten Dübeln eingesetzt werden. Die Steine werden anschließend unter Druck zusammengepreßt, bis sie sich berühren und die Verbindungsstifte beiderseits voll in den Dübel eingepreßt sind.

Eine Verbesserung eines derartigen doppelten Schlagdübels ist in der G- 29500313 beschrieben. Hierbei ist der Schlagdübelstift insgesamt einstückig ausgebildet mit einem als wulstförmige Verdickung ausgestalteten Anschlagkragen in der Mitte des Stiftes. Auch hierbei werden vor Eintreiben des Stiftes auf beide Spitzen Dübel aufgesetzt.

Die beschriebenen Elemente zur Verbindung zweier Werkstücke sind somit alle dadurch ausgezeichnet, daß sie die Zwischenschaltung von (Kunststoff)- Dübeln benötigen. Dies ist mit einem zusätzlichen Material, Kosten- und Arbeitsaufwand verbunden, welcher gerade bei industriellen Fertigungsprozessen unerwünscht ist.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, eine Verbindungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche durch Eintreiben in eine Bohrung in einem Werkstück befestigt wird und welche insbesondere in harten Materialien wie z. B. Stein oder Beton befestigt werden kann und dabei ohne die Zwischenschaltung von Dübeln auskommt.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch eine Verbindungsvorrichtung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) sie einen Eintreibungsbereich hat, der in die Bohrung des Werkstückes eingetrieben wird und vorzugsweise eine zylindrische Grundform ausfüllt,wobei der Innendurchmesser der Bohrung des Werkstücks 0 bis 40, vorzugsweise 0 bis 20% kleiner ist als der Außendurchmesser des Eintreibungsbereichs der Verbindungsvorrichtung, und
b) der Eintreibungsbereich an der Außenfläche Kerben aufweist.

Die Tiefe der Kerben kann über den gesamten Eintreibungsbereich in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck unterschiedlich gestaltet sein. D.h., sie kann konstant sein oder in Eintreibungsrichtung der Verbindungsvorrichtung gesehen zu- oder abnehmen. Bevorzugt ist eine Abnahme in Eintreibungsrichtung der Verbindungsvorrichtung gesehen. D.h. es verjüngt sich der Querschnitt des Eintreibungsteils in Eintreibungsrichtung gesehen zum Ende der Vorrichtung hin. Das Eintreiben des Elementes beginnt daher mit dem geringeren Querschnitt. Durch den zunehmenden Querschnitt wird dann eine zunehmend feste Verankerung der Vorrichtung im Werkstück erreicht.

Die Kerben können zusätzlich mit verschiedenartigen Klebstoffen beaufschlagt sein.

Beim Eintreiben dieser Verbindungsvorrichtung in ein Werkstück werden gemäß der bevorzugten Ausführung zunächst die flachen Kerben und nach und nach die tieferen Kerben eingeführt. Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung wird überraschenderweise eine hochfeste und stabile Verbindung auch in Materialien wie z. B. Stein oder Beton erreicht, ohne daß die Zwischenschaltung elastischer Materialien z. B. in Form von Dübeln, notwendig wäre.

Unter Kerben wird dabei eine Vertiefung in der Außenoberfläche der Verbindungsvorrichtung verstanden. Bevorzugt werden jedoch längere Kerben angebracht, insbesondere in Form von umlaufenden geschlossenen Rillen. Vorzugsweise sind diese Kerben in Eintreibungsrichtung entgegen der Verbindungsvorrichtung geneigt. D.h., die Kerben sind entgegen der Eintreibungsrichtung hinterschnitten angebracht. Eine derartige Ausgestaltung der Kerben hat den Vorteil, daß die Verbindungsvorrichtung beim Eintreiben in das Werkstück einen geringeren Widerstand zeigt, da alle Kontaktflächen mit dem Werkstück so geneigt sind, daß sie ein Gleiten ermöglichen. Umgekehrt wird das Herausziehen der Verbindungsvorrichtung aus dem Werkstück entsprechend erschwert, da die Kontaktflächen nunmehr so geneigt sind, daß sie zum Eingraben in das Werkstück tendieren.

Für den Querschnitt des Eintreibungsteils der Verbindungsvorrichtung, d. h. desjenigen Teils, der in das Werkstück eingebracht wird, sind verschiedene Grundformen möglich. Bevorzugt sind dabei symmetrische Formen, insbesondere eine Kreisform oder die Form eines Vielecks (Polygon), insbesondere Dreieck, Viereck und Fünfeck. Von der Kreisform abweichende Querschnitte haben den Vorteil, daß sie einen Widerstand der Verbindungsvorrichtung gegen eine Drehbewegung hervorrufen.

Es ist möglich, einzelne Kerben isoliert voneinander an der Außenfläche der Verbindungsvorrichtung anzubringen. Ebenso können sich Bereiche mit Kerben und Bereiche ohne Kerben abwechseln. Der Bereich mit Kerben erstreckt sich vorzugsweise über 20 bis 80% der gesamten Länge des eintreibbaren Abschnittes der Verbindungsvorrichtung. Bei einer derartigen Aufteilung des Eintreibungsteils in gekerbte und ungekerbte Abschnitte sind die gekerbten Bereiche mit ihren maximalen Durchmessern vorzugsweise größer als die ungekerbten Bereiche. Besonders bevorzugt ist es, wenn die gekerbten Bereiche um 3 bis 25% größer als die Durchmesser der ungekerbten Bereiche sind. Eine derartige Vergrößerung ist sinnvoll, da der gekerbte Bereich die Haftwirkung erzeugt und da die dort vorhandenen Kerben Raum bieten für verdrängtes Material des Werkstückes.

Eine ähnliche Anordnung der Kerben sieht so aus, daß diese in Form einer Gewindespirale um die Längsachse der Verbindungsvorrichtung umlaufen, d. h. die Kerben sind dabei zu einem einzigen Gewindegang verschmolzen. Dabei wird die erfindungsgemäße Wirkung so erreicht, daß die Tiefe dieses Gewindeganges von der Spitze der Verbindungsvorrichtung, welche zuerst eingetrieben wird, ausgehend zunimmt. So ist es z. B. möglich, die Tiefe des Gewindes bis zur "Tiefe" Null auslaufen zu lassen.

Das eintreibbare Ende der Verbindungsvorrichtung, mit welchem der Eintreibungsvorgang beginnt, kann verschiedene Ausgestaltungsformen haben. Bevorzugt ist eine spitze, runde oder flache Formung.

Der nicht eintreibbare Teil der Verbindungsvorrichtung kann nach der beabsichtigten Funktion des Verbindungselementes ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung als Flachkopf, vergleichbar einem Nagelkopf, oder als Haken, als Mutter oder als Öse, an denen Gegenstände befestigt werden können.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ist jedoch auch insbesondere dafür geeignet, zwei Werkstücke fest und dauerhaft miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck besteht sie insbesondere aus zwei diametral liegenden Eintreibungsbereichen. Sie hat daher vergleichbar den oben erwähnten Schlagdübelstiften zwei entgegengesetzt gerichtete "Spitzen", welche jeweils in ein Bohrloch eines Werkstückes eingeführt werden können. Vorzugsweise ist eine derartige zweiseitige Verbindungsvorrichtung symmetrisch um ihren Mittelpunkt ausgestaltet. Sie eignet sich dabei insbesondere für die Verbindung von gleichartigen Werkstücken. Hierbei ist es auch möglich, den Mittelpunkt der Verbindungsvorrichtung kragenförmig zu verbreitern. Durch eine derartige "Beffe" ist dafür gesorgt, daß in Bezug auf die jeweiligen Werkstücke ein Anschlag vorhanden ist.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung kann in verschiedenen Abmessungen angepaßt an das oder die zu verbindenden Werkstücke hergestellt werden. Typische und bevorzugte Maße sind eine Länge von 50 bis 500 mm, vorzugsweise 100 bis 300 mm, bei einem Durchmesser von 4 bis 20 mm, vorzugsweise 8 bis 16 mm. Als Material kommen insbesondere Metalle in Betracht, vorzugsweise verzinkter gehärteter Stahl oder Messing. Ebenfalls möglich ist es, die Vorrichtung aus hochfestem Kunststoff herzustellen.

Die Verbindungsvorrichtung kann zum Verbinden von Werkstücken aus verschiedensten Materialien verwendet werden. Der Vorteil einer dübellosen Verbindung kommt dabei insbesondere bei harten Materialien zum Tragen. Bevorzugte Werkstoffe sind dabei Stein, insbesondere Kalk-Sand-Stein, Beton, Kunststoff oder Holz.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Befestigen einer Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Werkstück. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) in dem Werkstück ein Loch vorgebohrt wird, dessen Innendurchmesser 0 ist 40%, vorzugsweise 0 bis 20% kleiner ist als der Außendurchmesser des Eintreibungsbereiches der Verbindungsvorrichtung,
b) die Verbindungsvorrichtung in das vorgebohrte Loch eingetrieben wird, was vorzugsweise durch kontinuierliches Pressen oder durch Schlagen geschieht,
c) ggfs. die Verbindungsvorrichtung während oder nach dem Eintreiben gedreht wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also nicht mehr erforderlich, einen speziellen Dübel zu verwenden, um einen Halt der Verbindungsvorrichtung im Werkstück zu erzielen. Die beschriebenen Arbeitsgänge des Vorbohrens sowie des Einschlagens oder Pressens sind einfache Arbeitsgänge und können insbesondere auch maschinell ohne Probleme ausgeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert:

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 1, welche als zweiseitiger Verbindungsstift ausgestaltet ist. Die beiden Abschnitte 7 und 7′ der Verbindungsvorrichtung 1 sind jeweils für sich in eine Bohrung eines Werkstückes einführbar. Der Einführungsvorgang kommt dabei an der kragenförmigen Verbreiterung 5 ("Beffe") zum Stehen. Die Grundform der Eintreibungsteile 7, 7′ in dem Beispiele gemäß der Fig. 1 ist zylinderförmig. D.h., die Längs-Querschnittszeichnung gemäß der Abbildung stellt eine um die Längsachse rotationssymmetrische Figur dar.

Im vorderen Bereich der Eintreibungsteile 7, 7′, d. h. ausgehend von der Spitze 3, 3′, welche zuerst in das Werkstück eingetrieben wird, befinden sich die erfindungsgemäßen Kerben 2. Diese Kerben sind als an der Außenfläche des Eintreibungsteils 7 gelegene Vertiefungen ausgestaltet. In dem Beispiel gemäß der Fig. 1 sind die näher zur Spitze 3 gelegenen Kerben 2b flacher als die entfernter hiervon liegenden Kerben 2a. Durch diese variable Kerbentiefe, die in Stufen oder kontinuierlich entlang der Längsachse variieren kann, wird die überraschend hohe Haftwirkung ohne Zuhilfenahme von Dübeln erreicht.

Bei der Vorrichtung gemäß der Abbildung sind die Kerben 2 dabei zu um die Längsachse herum verlaufenden geschlossenen Rillen verbunden. Ebenso möglich wäre es, die Kerben zu einer kontinuierlich umlaufenden Gewindespirale zu verbinden. Bei den dargestellten Kerben sind die Kerbenflächen 6a, 6b so geneigt, daß bei einem Eintreiben der Verbindungsvorrichtung ein geringerer Widerstand auftritt als bei einem Herausziehen.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, bei der sich die Bereiche 4 mit Kerben und die Bereiche 8 ohne Kerben abwechseln.

Als beispielhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung sei die Verbindung von Kalksandsteinblöcken genannt. Solche Kalksandsteinblöcke werden z. B. in Abmessungen von 150×50×50 cm hergestellt und erreichen ein Gewicht von typischerweise 100 bis 200 kg. In einem automatisierten Werkbetrieb werden die erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen eingesetzt, um solche Kalksandsteine miteinander zu verbinden, so daß eine quasi endlos lange Sandsteinreihe entsteht. Aus dieser Kalksandsteinreihe werden dann in einer computergesteuerten Schneideanlage Kalksandsteinstücke in vom Kunden gewünschten Sondermaßen abgetrennt. Dabei reicht überraschenderweise bereits eine der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 100 mm aus, um eine haltbare Verbindung zwischen zwei Kalksandsteinblöcken zu erzielen. Bei dem Vorbohren der Löcher in den Kalksandsteinblöcken ist auf ein genaues Einhalten der Innenmaße zu achten, damit die beabsichtigte Haftungswirkung eintritt. Eine Abnutzung des verwendeten Bohrers macht sich hierbei von alleine bemerkbar, da sie zu einem kleineren Bohrlochdurchmesser führt, woraufhin die Verbindungsvorrichtungen fester sitzen und zugleich schwerer einzutreiben sind. Ein solchermaßen erschwertes Eintreiben der Verbindungsvorrichtungen kann ohne weiteres festgestellt werden und stellt einen Hinweis dar, daß die Bohrer eventuell erneuert werden müssen.

Claims

1. Verbindungsvorrichtung (1), die in einem Werkstück durch Eintreiben in eine Bohrung befestigt werden kann,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) sie einen Eintreibungsbereich (7, 7′) hat, der in die Bohrung des Werkstückes eingetrieben wird und vorzugsweise eine zylindrische Grundform ausfüllt,wobei der Innendurchmesser der Bohrung des Werkstücks 0 bis 40, vorzugsweise 0 bis 20% kleiner ist als der Außendurchmesser des Eintreibungsbereichs der Verbindungsvorrichtung, und
b) der Eintreibungsbereich an der Außenfläche Kerben (2) aufweist.

2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (2) entgegen der Eintreibungsrichtung geneigt sind.

3. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintreibungsteil (7, 7′) einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt hat.

4. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Eintreibungsteils (7, 7′) in Eintreibungsrichtung zum Ende (3) der Verbindungsvorrichtung hin verjüngt.

5. Verbindungsvorrichtung nach einem der Absprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (2) als umlaufende geschlossene Rillen ausgestaltet sind.

6. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (2) zu einer Gewindespirale verbunden sind.

7. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintreibungsbereich (7, 7′) an der Außenfläche Bereiche mit (4) und ohne (8) Kerben aufweist.

8. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (2) mit Haftvermittler ausgefüllt sind.

9. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eintreibbare Ende (3) spitz, rund oder flach ausgestaltet ist.

10. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht eintreibbare Teil als Flachkopf, Haken, Mutter oder Öse ausgestaltet ist.

11. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei diametral liegende Eintreibungsbereiche (7, 7′) hat und vorzugsweise bezüglich des Mittelpunktes symmetrisch ausgestaltet ist.

12. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt kragenförmig verbreitet ist.

13. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Länge von 50-500 mm, vorzugsweise 100-300 mm, und einen Durchmesser von 4-20 mm, vorzugsweise 8-16 mm, hat.

14. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Metall, vorzugsweise aus verzinktem gehärtetem Stahl oder Messing, oder aus hochfestem Kunststoff besteht.

15. Verwendung der Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Verbinden von Werkstücken aus Stein, Beton, Metall, Kunststoff oder Holz, insbesondere von Kalksandsteinen.

16. Verfahren zum Befestigen einer Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Werkstück,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) im Werkstück ein Loch vorgebohrt wird, dessen Innendurchmesser 0-40%, vorzugsweise 0-20% kleiner ist als der Außendurchmesser des Eintreibungsbereiches (7, 7 ) der Verbindungsvorrichtung (1),
b) die Verbindungsvorrichtung (1) in das vorgebohrte Loch eingetrieben wird, vorzugsweise durch kontinuierliches Pressen oder durch Schlagen,
c) ggfs. die Verbindungsvorrichtung (1) während oder nach dem Eintreiben gedreht wird.