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Diese
Erfindung betrifft eine verbesserte Befestigungsvorrichtung, die
insbesondere, aber nicht ausschließlich, Anwendung beim Befestigen
an einem Substrat findet, wie etwa an Holz, Plastikmaterialien und
bröckligen
Substraten, wie etwa Hirnholz, Sperrholz, Tischlerplatte und Grobspankantenseiten, MDF
(englisch: medium density fiberboard, deutsch: mitteldichte Holzfaserplatte)
und anderen Pressspanen (z. B. Spanplatte oder Faserplatte), leichtem dampfgehärteten Gasbeton
beispielsweise in der Form von Blöcken (z. B. der unter dem Markennamen „Thermalite", „Celcon" und „Durox" verkauften Art),
Mörtel,
Putz, weichem roten Ziegelstein, Kohlenlösche (z. B. Kohlenlöscheblöcke) und
anderen bröckligen
Mauerwerksubstraten.
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Es
ist schwierig, herkömmliche
Befestigungsvorrichtungen mit Gewinden wie etwa Schrauben in Mauerwerksubstraten
zu befestigen, da es für ein
herkömmliches
Gewinde schwer ist, eine sichere Anordnung innerhalb einer Bohrung
in einem derartigen Substrat zu finden. Herkömmliche Befestigungsvorrichtungen
mit Schraubengewinden werden demgemäss herkömmlicherweise innerhalb von
Bohrungen in Mauerwerksubstraten befestigt, indem zuerst die Bohrung
mit einer Auskleidung aus relativ weichem Material ausgekleidet
wird, in welche die Befestigungsvorrichtung mit Gewinde ihren eigenen Gewindegang
schneiden kann, während
gleichzeitig die Auskleidung gegen die Wände der Bohrung innerhalb des
Mauerwerksubstrates komprimiert wird. Ein typisches Beispiel für eine derartige
Auskleidung ist diejenige, welche unter der Marke Rawlplug verkauft
wird. Derartige Auskleidungen sind in Faser- und Plastikmaterialform
und in einer großen
Vielfalt von Ausführungen
erhältlich,
was eine beträchtliche Aktivität auf diesem
technischen Gebiet über
die Jahre hinweg widerspiegelt, um die Sicherheit und Benutzungsleichtigkeit
von Befestigungsvorrichtungen mit Schraubengewinden zu verbessern,
die mit derartigen Auskleidungen verwendet werden.
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Ein
etwas ähnliches
Prinzip übernehmend sind
alternative Formen von Befestigungsvorrichtungen aus metallischem
Material und derart strukturiert, dass sie nach dem Einführen in
eine Bohrung in einem Mauerwerkmaterial expandieren können, wodurch
Kompressionskräfte
gegen oder Eindringen in die inneren Flächen der Bohrungen einem Entfernen der
Befestigungsvorrichtung aus der Bohrung widersteht. Eine ähnliche
beträchtliche
Aktivität
in diesem technischen Bereich widerspiegelnd, ist eine große Vielfalt
derartiger Vorrichtungen erhältlich.
Zum Beispiel sind verschiedene Vorrichtungen dieser Art unter der
oben erwähnten
Marke Rawlplug und unter den Marken Fischer und Hilti erhältlich.
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Wie
zuvor erwähnt,
werden unter der Marke Fischer auch Befestigungsvorrichtungen verkauft, die
den unter der Marke Rawlplug verkauften etwas ähnlich sind. Der Fischer Wallbolt
umfasst einen segmentierten schmiedeeisernen Expanderschild, der eine
Manschette um einen üblichen
Bolzen mit Schraubengewinde bildet. Die kombinierte Anordnung wird
bei der Verwendung in ein vorgebohrtes Loch in einem Mauerwerksubstrat
eingeführt
und der Bolzen wird mit einem Schraubenschlüssel angezogen. Dies zieht
einen am Ende angeordneten konischen Keil nach hinten in den Schild
und drückt
vier Schildsegmente nach außen
gegen die Seiten der Bohrung.
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Alle
Befestigungsvorrichtungen, die auf Kompression eines zugeordneten
Elements in die Wand einer vorgebohrten Bohrung beruhen, bringen strukturelle
Nachteile mit sich. Die Wände
der Bohrung werden unter Belastung gesetzt und viele Substratmaterialien
verfügen
nicht über
ausreichend Stärke
der Substratstruktur, um Rissbildung zu verhindern. Dies ist besonders
bei Materialien wie leichtem dampfgehärteten Gasbeton der Fall, trifft
aber auch auf Ziegelsteinstrukturen zu. Es wird insbesondere nahe
von Öffnungen
in einer Mauerwerkstruktur deutlich, wo zumindest auf einer Seite
eine vergleichsweise geringe Stärke
von Substratmaterial vorliegt. Selbstverständlich werden Befestigungselemente
gewöhnlich
in Öffnungsbereichen
zum Befestigen von Fensterrahmen, Türeinsätzen und ähnlichen Ausstattungselementen
benötigt.
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Gleichermaßen wurde
eine beträchtliche
Aktivität
auf das Verbessern von Schraubengewindeelementen selbst gerichtet,
die eine sichere Befestigung in Mauerwerkmaterialien ohne das Verwenden von
Auskleidungen und ohne innere Expansion finden sollte. Diesbezüglich besteht
der Antrieb selbstverständlich
in der Tatsache, dass Auskleidungen kein völlig zufriedenstellendes Maß an Sicherheit
bieten, der Tatsache, dass der Bedarf, eine Auskleidung in eine
Bohrung einzufügen
eine zusätzliche
Tätigkeit mit
damit verbundenen Arbeitskosten darstellt, und der Tatsache, dass
im Falle von Expansionsbolzen und Ähnlichem die für die Sicherheit
der Befestigung benötigten
Kompressionskräfte
wie oben erwähnt insbesondere
in der Nähe
von äußeren Enden
aus derartigen Materialien bestehender Körper zum Bruch von Mauerwerkmateralien
führen
können.
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Die
UK Patentbeschreibungen Nr. 2 115 511 (ITW III) und 2 152 171 (ITW
II) offenbaren Mauerwerksbefestigungen, die einen Schaft mit beabstandeten
Gewindegänggen
in der Form eines mit einem parallelen Grund alternierenden helixförmigen Grates
aufweisen. Die Flanken der Windungen überschneiden sich in einem
Winkel von 50° bis
65° und weisen
einen Helixwinkel von 6° bis
8,5° auf.
Diese Merkmale werden notwendigerweise mit speziellen Bedingungen
zum Einführen
in eine Mauerwerksbohrung kombiniert und es wird behauptet, dass
sie Befestigungssicherheit ohne Gewindestreifen beim Einfügen bieten.
Sowohl ITW II als auch III stellen Beispiele für Bemühungen auf dem technischen
Gebiet dar, Gewindevorrichtungen für ein direktes Sichern in einer
Bohrung bereitzustellen, um die oben aufgezählten Nachteile von Vorrichtungen
des Expansionstyps zu vermeiden.
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Auch
werden in der UK Patentbeschreibung Nr. 1 510 686 (ITW IV) bei einer
Befestigung zur Verwendung in Mauerwerk-ähnlichen Strukturen grobe tiefe
Gewindegänge
offenbart, ein weiteres Beispiel für einen Versuch, ein Direktbefestigungselement
bereitzustellen. In dieser besonderen Anordnung sind die Kämme der
tiefen Gewindegänge
eingekerbt, um beim Schneiden eines Gewindeganges durch die verwendete
Befestigung zu helfen und beim Weiterleiten von Mauerwerksschutt
innerhalb der Bohrung zu helfen. Ein zwischenliegender flacherer
Gewindegrat scheint der Schlüssel
zu sein, einen Aufbau zu bieten, der es ermöglicht, dass Befestigungssicherheit
erreicht wird, während
gleichzeitig dem Bedarf, Störungen
des Substratmaterials zu minimieren, Rechnung getragen wird. Nichtsdestotrotz
dringen Gewindegänge
bei relativ nah beabstandeten Positionen in das Substrat ein, so
dass die Herausziehleistungsfähigkeit
durch den Scherwiderstand der relativ kleinen Bereiche von Substratmaterial
zwischen helixförmigen
Gratwindungen beeinträchtigt
ist. Eine ähnliche
Anordnung wird in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 133 773 (ITW) I offenbart.
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Die
UK Patentbeschreibung Nr. 466039 (Jasper) offenbart eine Befestigungsschraube
mit einem Schaft, der mit einer helixförmigen Gewindevertiefung versehen
ist, die mit einem Grund zwischen den Vertiefungen alterniert. Ein
longitudinaler Schlitz bietet dem groben Tiefgewinde eine Selbstschneidefähigkeit.
Jasper offenbart nicht, die Befestigungsschraube bei Mauerwerksstrukturen
zu verwenden.
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Eine
etwas ähnliche
Schraubenvorrichtung wird in der UK Patentbeschreibung Nr. 274833
(Rosenberg) beschrieben. Die Schraubengewindekonfiguration am Eingangsende
weist eine Nut auf, die den normalen Durchmesser der Befestigungsvorrichtung
zusammen mit erhöhten
Randgraten durchdringt, wobei diese Konfiguration sich über eine
kurze Länge
nur des Schafts erstreckt. Rosenberg empfiehlt die Befestigungsvorrichtung
nicht für
das Befestigen an Mauerwerk, und bezieht sich allgemein auf Fiber-
und nicht fließende
Materialien und insbesondere auf Metallsubstrate.
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Die
europäische
Patentbeschreibung Nr. 0 225 003 (JSM) und die UK Patentanmeldung
Nr. 2036227 (Tomoyasu) offenbaren selbstverriegelnde Schrauben mit
einer etwas ähnlichen
Ausbildung. Helixförmige
Grate auf jeder Seite eines kleinen Grundes haben gerillte Kämme. Tomoyasu
bezieht sich außerdem
auf eine Struktur, bei der die Gratkämme nicht gerillt sind, sondern
ein Zwischengrat durch den Grund gewunden wird, so dass tatsächlich zwei
parallele Vertiefungen vorhanden sind, die einen Gesamtgewindegang
bilden. Sowohl JSM als auch Tomoyasu beziehen sich auf selbstverriegelnde Vorrichtungen,
die auf das Zusammenwirken von männlichen
und weiblichen Gewinden angewiesen sind und es liegt keine Offenbarung
einer Verwendung vor, bei der der Abschnitt mit männlichem
Gewinde selbstschneidend in eine Mauerwerksbohrung gewunden ist.
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UK
Patentbeschreibung Nr. 2042120 (Gutshall) offenbart eine mit einem
Kopf versehene Schraube, die ein auf einem zylindrischen Rohling gewalztes
helixförmiges
Gewinde mit großem
Abstand umfasst. Das Walzen lässt
einen Grund zwischen benachbarten Windungen des Gewindeganges unberührt. Bei
jeder Verbindungsstelle zwischen der Gewindewurzel und dem benachbarten
Grund ist ein helixförmiger
Kamm vorgesehen, der als ein Hilfsgewinde wirkt, um die Haltekraft
der Schraube zu verbessern. Gutshall bezieht sich auf das Verwenden der
offenbarten Schraube in weichen, faserigen oder Materialen mit niedriger
Dichte, die beispielhaft als Holz und Plastik dargestellt sind.
Gutshall scheint die offenbarte, mit einem Kopf versehene Schraube
nicht zur selbstschneidenden Befestigung in einem Mauerwerksubstrat
zu empfehlen.
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Die
UK Patentbeschreibung Nr. 1541237 (Oratronics) offenbart eine Gewindevorrichtung
zum Verwenden als ein endodontischer Stabilisator. Der Schaft der
offenbarten Vorrichtung wird mit einer helixförmigen Nut gedreht, die einen
ausreichend breiten Abstand aufweist, um zwischen Windungen einen
parallelen Grund zu bieten. Der Kamm des Grates ist gerillt. Die
UK Patentbeschreibung Nr. 1519139 (Crock) offenbart eine einfachere
Struktur zum Verwenden bei chirurgischen Verfahren. Die offenbarte
Struktur umfasst einen Gewindeschaft, der eine gewundene Vertiefung
umfasst, die etwas an die wie oben beschrieben durch Rosenberg gezeigte
erinnert. Crock bezieht sich oberflächlich und etwas spekulativ
auf die Anwendung bei der Gebäudekonstruktion
und zugeordneten Felder, aber es besteht kein Bezug speziell auf
das Verwenden der offenbarten Vorrichtung zum selbstschneidenden
Sichern in einer Mauerwerksbohrung.
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In
der PCT-Anmeldung Nr. WO 92/10688 umfasst das Befestigen an Mauerwerksubstraten
(z. B. Ziegelmauerwerk, Blockmauerwerk oder Beton) das Bilden einer
Bohrung im Substrat (z. B. in der Spannungszone oder Kompressionszone
eines lasttragenden Elements aus Beton wie etwa einem Betonbalken)
für eine
Befestigungsvorrichtung, die in die Bohrung selbstschneidend oder
anders eingeführt
wird, die einen Schaft umfasst, der ein Bohrungseingangsende und
ein gegenüberliegendes
optional mit einem Kopf versehenes Ende aufweist, das von dem Bohrungseingangsende
durch die Länge des
Schafts getrennt ist, wobei mindestens ein Abschnitt der Schaftlänge mit
einer gewunden, gewalzten, helixförmigen Nut ausgebildet ist,
die in den Rohlingsumfang des Schafts gedrückt ist, um Schaftmaterial
plastisch zu mindestens einer der Nutenseiten zu verschieben, wobei
die Nut nahe eines an eine Seite der Nut angrenzenden helixförmigen Grates oder
zwischen einem Paar an eine der Seiten der Nut angrenzender helixförmiger Grate
definiert ist und in jedem Fall aus dem plastisch verschobenen Schaftmaterial
ausgebildet ist. Die Grate stehen von dem Rohlingsumfang des Schafts
derart ab, dass jeder beim Verwenden als ein männliches Gewinde wirkt, wobei
mindestens das führende
Ende des Gewindes bevorzugt in Bezug auf das Mauerwerk ein einen weiblichen
Gewindegang schneidendes männliches Gewinde
ist. Die helixförmigen
Grate und die definierte helixförmige
Nut bilden eine helixförmige
Konfiguration, deren Windungen durch einen zwischenliegenden Grund
beabstandet sind, in Bezug auf den die Grate erhöht sind und die Nut vertieft
ist. Der Grund hat eine mit Bezug auf den Schaft axial gemessene
Breite von mindestens 50 % des Schaftdurchmessers des Grundes und
der Helixwinkel des helixförmigen
Grates beträgt
mindestens 8° und
bevorzugt 10°.
Die Befestigungsvorrichtung wird auf gewöhnliche Art in eine Bohrung
mit geringfügiger Übergröße eingeführt (und
daher wird der Schaft der Vorrichtung bezüglich des Durchmessers relativ
zu dem zum Erzeugen der Bohrung verwendeten Bohrdurchmesser eine
geringfügige
Untergröße aufweisen).
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Eine
weitere Mauerwerksverankerung wird im US Patent Nr. 5,957,646 (Giannuzzi
u.A.) offenbart, welches eine selbstschneidende Mauerwerksverankerung
des Schraubentyps mit erhöhter
Stärke mit
einem Schaft mit einem Wurzelabschnitt zeigt, der von zumindest
einem helixförmigen
Schneidgewindegang umgeben ist, dessen Kammdurchmesser den Durchmesser
eines Lochs übertrifft,
das gebohrt wurde, um die Verankerung aufzunehmen. An der Wurzel
ist zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des Gewindes in dem
helixförmigen
Grund ein Grat ausgebildet, der über
die Wurzel erhoben ist, um einen Zusammenpressbereich zwischen dem
Grat und der Wand des Loches zu definieren.
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Viele
moderne und einige traditionelle Baumaterialien sind von bröckliger
Natur und unterstützen
hohe Herausziehstärken
für in
ihnen befestigte Befestigungsvorrichtungen nicht. Die Gründe dafür sind vielfältig. Zum
Beispiel wird in vielen bröckligen Materialien
eine Befestigung sich in einem vorgebohrten Loch nicht selbst einen
Gewindegang schaffen, da die anfänglichen
Windungen der Befestigung keinen helixförmigen Kanal in der Bohrung
beginnen, sondern einfach durch Abschleifen von Substratmaterial
den äußeren Rand
der Bohrung vergrößern. Viele
Vorrichtungen, die in eine Bohrung gewunden werden können, sind
selbstschneidend, haben allerdings eine Neigung zu Beschädigungen
bei zu hohem Drehmoment, wobei die Bohrung sich über ihre Länge im Querschnitt auf den
des Umfangs der Gewindefläche
der Befestigung vergrößert. Diese
Probleme herrschen besonders stark bei dampfgehärtetem Gasbeton wie etwa in
Baublockform vor, treten aber auch beim Befestigen an derartigen
traditionellen Materialien wie weichem Ziegelstein (und aus gebrannten
Tönen anderer
Farben hergestellten Ziegelsteinen) und Mörteln und Putzen aus z.B. Kalk-Mörtel/Putz-Mischungen
auf. Holzsubstrate stellen andere Probleme, aber in vielen Fällen bedeuten
Herausziehstärke-Erfordernisse,
dass eine Befestigung durch ein Holzelement hindurchgehen muss und durch
eine Mutter auf einer Seite befestigt werden muss, die der Seite
gegenüberliegt,
durch welche die Befestigung eingeführt wird, wobei letztere normalerweise
mit einem Kopf der Befestigung in Eingriff steht. Dies bringt beim
Befestigen zweier Elemente aneinander bestimmte Einschränkungen
mit sich, wenn eine Seite zum Sichern einer Mutter nicht erreichbar
ist. Hirnholz ist als eine Befestigungsbasis für eine Befestigungsvorrichtung
bekanntermaßen schlecht
geeignet. In der Tat ist dies so sehr der Fall, dass es selten ist,
sich bei Hirnholz in irgendeiner Situation des wirklichen Lebens
ausschließlich
auf Schraubengewindeeingriff zu verlassen; selbstverständlich ist
ein Sichern mit Muttern im Falle von Befestigungen in Hirnholz üblicherweise
ausgeschlossen.
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Gemäß der Erfindung
wird in einem ersten Aspekt eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen in
einem aus Holz oder bröckligem
Mauerwerkmaterial gebildeten Substrat vorgesehen, wie etwa dampfgehärteten Gasbeton,
einem ausgehärteten
Mörtel oder Überzugputz,
Gipskarton oder weichem Ziegelstein oder anderem weichen Mauerstein,
wobei die Befestigungsvorrichtung einen Schaft mit einem ersten
Ende und einem zweiten Ende und einem optionalen Kopf an dem zweiten
Ende aufweist, wobei der Schaft der Befestigungsvorrichtung mit
wenigstens einem helixförmig
verlaufenden Gewindegang ausgebildet ist, der in einer vollen Höhen von
dem Schaft in mehreren Windungen herum vorsteht, wobei der Gewindegang
eine Höhe über dem
Schaft aufweist, die nahe dem ersten Ende des Schaftes verringert
ist und die graduell auf ihre volle Höhe zunimmt und die graduell
beim Annähern
an das zweite Ende des Schaftes von ihrer vollen Höhe abnimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
vergrößert sich
die Höhe
des Gewindegangs von der reduzierten Höhe zu der vollen Höhe über mindestens eine
erste Windung des Gewindegangs nahe dem ersten Ende. Vorzugsweise
beträgt
die reduzierte Höhe
nicht mehr als 50% der vollen Höhe.
Vorzugsweise befindet sich die reduzierte Höhe auf dem Niveau des Schaftes.
In einer bevorzugten Ausführungsform
verringert der Gewindegang seine Höhe graduell von seiner vollen
Höhe, wenn
er sich dem zweiten Ende des Schaftes annähert. Vorzugsweise verringert
sich die Höhe
des Gewindegangs von der vollen Höhe zu einer geringeren Höhe über höchstens
eine letzte Windung des Gewindeganges nahe dem zweiten Ende. Vorzugsweise
befindet sich die geringere Höhe
auf dem Niveau des Schaftes.
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Vorzugsweise
verringert sich die Höhe
des Gewindeganges von der vollen Höhe zu der geringeren Höhe über eine
Hälfte
der letzten Windung des Gewindegangs nahe dem zweiten Ende.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Schaft der Befestigungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von
sich helixförmig
erstreckenden Gewindegängen
ausgebildet, die von dem Schaft vorstehen und wobei jeder der Gewindegänge eine
Höhe über dem
Schaft aufweist, die nahe dem ersten Ende des Schaftes verringert
ist und sich graduell zu ihrer vollen Höhe vergrößert.
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Vorzugsweise
ist der Schaft der Befestigungsvorrichtung mit einem Paar paralleler
Gewindegänge
ausgebildet, die von einem helixförmig verlaufenden Grund vorstehen,
so dass sie dazwischen eine helixförmig verlaufende Vertiefung
definieren. Die Vertiefung kann sich unterhalb des Niveaus des Grundes
erstrecken. Das Paar von Gewindegängen weist vorzugsweise die
gleiche Höhe über dem Grund
auf.
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In
einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Befestigungsverfahren
vor, dass das Hereindrehen einer Befestigungsvorrichtung, wie sie
oben gemäß der Erfindung
definiert ist, in eine Bohrung in einem Substrat umfasst, wobei
die Bohrung einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der
Durchmesser des Befestigungsvorrichtungsschaftes, wobei die Befestigungsvorrichtung
verwendet wird, um ein Element an dem Substrat zu befestigen.
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Vorzugsweise
besteht das Substrat aus Holz oder bröckligem Mauerwerkmaterial,
wie etwa dampfgehärtetem
Gasbeton, einem ausgehärteten Mörtel oder Überzugputz,
Gipskarton oder weichem Ziegelstein oder anderem weichen Mauerstein.
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Insbesondere
kann das bröcklige
Mauerwerkmaterial ein Mauerwerksmaterial mit einer Druckfestigkeit
von weniger als 5N/mm2 sein, zum Beispiel
mit einer Druckfestigkeit von weniger als oder gleich 3,5N/mm2.
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Das
bröcklige
Mauerwerkmaterial kann zementhaltig oder klinker-basiert sein.
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Im
Fall von Holzsubstraten handelt es sich bei dem Holzsubstrat insbesondere
um Hirnholz. In solchen Fällen
wird die Befestigungsvorrichtung in die Bohrung in dem Substrat
durch Ausüben
axialer Kraft gedreht. Das Ausüben
axialer Kraft kann aus dem Ausüben
einer intermittierenden dynamischen Kraft entlang der Achse des
Schaftes der Befestigungsvorrichtung bestehen. Insbesondere kann
die axiale Kraft eine durch Hämmern
aufgebrachte Schlagkraft sein.
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Nun
wird mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen nur beispielhaft
eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, wobei gilt:
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Befestigungsvorrichtung gemäß der Erfindung; und
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2 ist
eine schematische Querschnittsansicht der Befestigungsvorrichtung
der 1, welche die Gewindegänge in einer übertriebenen,
vergrößerten Größe zeigt.
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Die
in 1 der Zeichnungen gezeigte Befestigungsvorrichtung 10 umfasst
einen blanken verzinkten Stahlschaft 1 mit kreisförmiger Vollzylinderform.
Der Schaft wird durch Kaltformen mit einem Kopf 2 an einem
Ende 13 gebildet, der eine herkömmliche Sechseckform aufweist,
die sechs Flächen 5 umfasst,
die zur Anordnung in dem Maul eines offenen Sechskantschlüssels komplementärer Größe und Form
oder durch eine geeignete Muffe oder einen Ringschlüssel vorgesehen
ist. Offensichtlich kann der Kopf 2 jedoch mit einer anderen
Art von Kopf ausgebildet sein, wie etwa einem herkömmlich geschlitzten
Kopf mit Vertiefung wie für
einen herkömmlichen
Klingenschraubendreher-Eingriff, oder mit einer Posidrive-Schraubeneingriffsvertiefung ausgebildet
sein. Alternativ kann der Kopf für
einen sogenannten TORX oder HEX- Antrieb
oder jegliche andere Art von Antrieb ausgebildet sein, wie für Fachleute
zu erkennen ist.
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Das
dem Kopf 2 gegenüberliegende
Ende 3 des Schaftes 1 ist mit einer ringförmigen Abschrägung oder
abgeschrägten
Kante 4 ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, beim Einführen der
Spitze des Schaftes in eine geeignet dimensionierte und ausgebildete
Bohrung in einem Substrat zu helfen.
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Der
Schaft 1 ist durch Gewindegangwalzen mit einer helixförmigen Bohrungswandeingriffskonfiguration
ausgebildet, die allgemein durch das Bezugszeichen 6 bezeichnet
ist. Diese Konfiguration umfasst ein Paar voneinander beabstandeter
helixförmiger
Grate oder Kanten 7 und 8. Beide helixförmigen Grate 7 und 8 sind
auf dem Schaft 1 mit identischen Helixwinkeln ausgebildet,
mit dem Ergebnis, dass die Grate selbstverständlich parallel zueinander sind
und über
die Erstreckung der Helix durch den gleichen Abstand getrennt sind.
Beide Grate dienen als ein Schraubengewindegang zum Befestigen der Befestigungsvorrichtung
in einer Bohrung in einem geeigneten Substrat. Beide Grate sind
im Querschnitt allgemein von kegelstumpfförmiger Gestalt. Jeder Grat
hat von der umgebenden Basisfläche
des Schaftes 1 einen über
die Helix gleichmäßigen Vorstand,
wobei beide Vorstände
zueinander gleich sind. Der Grat 7 definiert mit dem Grat 8 eine
helixförmige Vertiefung
oder Nut 9, die einen Teil der helixförmigen Eingriffskonfiguration 6 bildet.
Die Windungen der helixförmigen
Bohrungswandeingriffskonfiguration 6 werden durch Windungen
eines helixförmigen
Grundes 11 getrennt. Die Vertiefung 9 kann eine
Tiefe aufweisen, die sich bis zu dem gleichen Niveau wie der Grund 11 erstreckt,
so dass die Vertiefung einfach zwischen den Gewindegängen 7 und 8 definiert
ist; oder die Tiefe der Vertiefung 9 kann sich bis unter
das Niveau des Grundes 11 erstrecken, so dass sie aus dem
Schaft 1 herausgeschnitten ist. Zum Beispiel kann sich
die Vertiefung bis etwa 0,5mm unter die Oberfläche des Schaftes erstrecken.
Die Vertiefung selbst kann jede gewünschte Breite aufweisen, zum Beispiel
eine Breite zwischen 2mm und 10mm.
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Es
ist offensichtlich, dass die Schraubengewindeganganordnung einen
Abstand aufweist, der in 2 durch das Bezugszeichen 12 angegeben
ist, welcher in einer axialen Richtung der Vorrichtung zu einer
Windung der Gewindegangskonfiguration 6 um den Schaft 1 äquivalent
ist. Die Grate 7 und 8 weisen über dem Niveau des Grundes 11 eine
Höhe auf,
die über
die Länge
des Schaftes 1 im Wesentlichen konstant ist, mit Ausnahme
bei seinen zwei Enden 3 und 13. An dem dem Kopf 2 gegenüberliegenden
Ende 3 ist die Höhe
der Grate 7 und 8 auf konstante Art verringert,
so dass sie dem Ende 3 am nächsten eine reduzierte Höhe aufweisen.
Die reduzierte Höhe beträgt 50% der
vollen Höhe
und die Grate laufen über mindestens
die Hälfte
der ersten Windung 14 der Gewindegangskonfiguration 6 und
vorzugsweise über die
gesamte Länge
der ersten Windung 14 graduell auf die volle Höhe zu. In
weiteren Ausführungsformen
kann die reduzierte Höhe
25% der vollen Höhe betragen
oder sogar Null betragen, d.h. sich auf dem Niveau des Grundes 11 befinden.
Darüber
hinaus kann die Tiefe der Vertiefung 9 unterhalb des Niveaus des
Grundes 11 ebenfalls verringert sein, so dass die Tiefe
graduell über
die erste Windung der Gewindegangskonfiguration auf ihre volle Tiefe
zunimmt.
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Das
Verringern der Höhe
der Gewindegänge 7 und 8 an
dem Ende 3 verringert das zum Hereindrehen der Vorrichtung
in ein Substrat benötigte Drehmomentmaß. Obwohl
derartige Löcher üblicherweise
vorgebohrt sind, ist der Lochdurchmesser höchstens der des Schaftes, so
dass die Gewindegänge
in das Substrat schneiden müssen.
Durch Verringern des zum Drehen der Vorrichtung benötigten Drehmoments
wird es sehr viel leichter, die Vorrichtung in das Substrat einzuführen, wodurch
die auf das Material der Vorrichtung (üblicherweise Stahl) ausgeübte Belastung
verringert wird, so dass ihre Integrität maximiert ist. Das Binden
der Vorrichtung an das Substratmaterial während der Installation wird ebenso
minimiert.
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Durch
das Verjüngen
des Gewindegangs schneidet die erste Windung des Gewindegangs daher
das Substrat nur bis zu einer reduzierten Tiefe, im Vergleich zu
bekannten Gewindegängen,
die durch die erste Windung einen Schnitt voller Tiefe durchführen, so
dass die nachfolgende Windung des Gewindegangs ebenfalls etwas Schneiden
durchzuführen
hat. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass die Gewindegänge insbesondere
beim Schneiden in dichten Beton ihre Schneidkante verlieren, und
es ist weniger wahrscheinlich, dass sie Abflachen, wie es in bekannten
Vorrichtungen auftritt. Die Höhe
der Gewindegänge
kann daher in der Höhe
vergrößert werden,
zum Beispiel um mindestens 25% höher
als bei bekannte Vorrichtungen, wodurch ein tieferes Eindringen
in das Substrat und daher ein Vergrößern der Zuglast erhalten wird,
wenn dies erforderlich ist.
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Ähnlich wird
die Höhe
der Grate 7 und 8 auf konstante Art bei dem am
nächsten
zum Kopf 2 liegenden Ende 13 verringert, so dass
sie dem Kopf 2 am nächsten
eine verringerte Höhe
aufweisen. Die verringerte Höhe
kann wiederum 50% der vollen Höhe
betragen und die Grate verjüngen
sich graduell über
die Hälfte
einer Windung 15 der Gewindegangkonfiguration 6.
Wie zuvor kann die verringerte Höhe 25%
der vollen Höhe
betragen, oder sogar Null sein, d.h. auf dem Niveau des Grundes 11 liegen.
Weiterhin kann die Tiefe der Vertiefung 9 unterhalb des
Niveaus des Grundes 11 ebenfalls über die letzte halbe Windung
graduell verringert sein, so dass sie nahe des Kopfes 2 nicht
unterhalb des Niveaus des Grundes 11 verläuft.
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Das
Verringern der Höhe
der Gewindegänge 7 und 8 bei
dem Ende 13 verringert die auf das Material der Vorrichtung
ausgeübte
Belastung, so dass die Stärke
der Vorrichtung, insbesondere an dem Punkt, wo der Schaft den Kopf 2 trifft,
verbessert wird. Das Verringern der Tiefe der Vertiefung verringert ebenfalls
jegliche derartige Schwächen.
Das durch Benutzer während
des Einbaus auf die Vorrichtung ausgeübte Drehmoment kann daher vergrößert werden,
ohne die Integrität
der Befestigung zu beeinträchtigen.
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Es
ist einzusehen, dass die Befestigungsvorrichtung in einem Bereich
verschiedener Größen hergestellt
werden kann. Die speziellen Größen einer Befestigungsvorrichtung,
die nicht der Durchmesser sind (d.h. Größe M) wird gemäß der Größe M der
Befestigungsvorrichtung variieren. Erfindungsgemäße Befestigungselemente können durch
die Schritte des Kaltschmiedens und Gewindegangwalzens, hellen Verzinkens
und Hitzebehandlung hergestellt werden, ohne auf komplexe Zusammenbauverfahren
zurückzugreifen,
wie sie normalerweise mit einem Expansionsbolzen verbunden sind.
Dies erzeugt ökonomische
Vorteile bezüglich
Materalien und Herstellungskosten wie auch die mit nachfolgend beschriebenen mit
der relativen Leichtigkeit von Einbau und Verwendung verbundenen ökonomischen
Vorteile.
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Aus
dem Vorangegangenen ist einzusehen, dass die Erfindung in der Praxis
leicht zu verwenden ist, da die Vorrichtung ohne weiteres selbstschneidend
ist, wenn sie bei einer Vielzahl von Materalien in eine Bohrung
gedreht wird. Die Vorrichtung hält
in Hirnholz fest und bei fortgesetztem Drehen ihres Kopfes, sofern
vorhanden, wird sie das Holz durchbohren und sich darin einbetten.
Sogar ein hohes Maß an
Drehung wird nicht dazu führen,
dass die Vorrichtung die Bohrung eines dampfgehärteten Gasbetonblocks erweitert,
sondern stattdessen wird sich ein selbstwindendes Durchdringen fortsetzen. Das
Aufbringen von zu großem
Drehmoment bei weichem Ziegelsteinen ist allgemein für sich unmöglich. Unter
höchsten
Zugbelastungen tritt ein Versagen der Vorrichtung oder Aushöhlen des
Substrats durch die Vorrichtung in den meisten Substraten nicht
auf. Wenn die Zugbelastung vergrößert wird,
beginnt der Bolzen, sich zurückzuziehen,
aber mit jeder erscheinenden Windung des Gewindeganges bringt die nachfolgende
Windung die Zugbelastung zurück
zu ihrem Höchstwert.
Dies gibt der Vorrichtung eine versagenssichere Eigenschaft. Der
Bolzen dreht sich beim Auftreffen und schneidet seinen eigenen Gewindegang
perfekt in das Holz, wenn er in ein vorgebohrtes Loch in Hirnholz
und quergemasertem Holz gehämmert wird.
Die Verbindungskraft von Holz zu Holz ist sowohl in Hirnholz- als
auch Quermaserungssituationen exzellent. Es wird die Notwendigkeit ersetzt,
herkömmliche
Muttern und Bolzen zu verwenden. Das Produkt kann durch Herausschrauben entfernt
werden, sogar obwohl es hineingehämmert worden ist.
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Während oben
nur eine bestimmte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, ist einzusehen, dass ein Fachmann
Modifikationen und Verbesserungen vornehmen kann, ohne von dem Rahmen
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl die Erfindung mit
einer bestimmten Gewindegangkonfiguration eines Paares von parallelen Gewindegängen beschrieben
worden ist, die eine Vertiefung dazwischen mit einem zwischen den
Windungen der Gewindegangskonfiguration verlaufenden Grund definieren,
sind z. B. andere Gewindegangskonfigurationen innerhalb des Rahmens
der Erfindung möglich,
vorausgesetzt, dass der Gewindegang eine Höhe über dem Schaft aufweist, die nahe
dem ersten Ende des Schaftes verringert ist und die sich graduell
zu ihrer vollen Höhe
vergrößert. Insbesondere
kann die Erfindung auf Befestiger mit einzelnen Gewindegängen, doppelten
Gewindegängen
oder Mehrfachgewindegängen
angewendet werden, egal ob sie zwischen den Gewindegängen definierte
Vertiefungen aufweisen oder nicht.