DE102023004519A1

DE102023004519A1 - Screw for use in wood or wood-based materials, with agents to improve screw-in behavior.

Info

Publication number: DE102023004519A1
Application number: DE102023004519.5A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-11-09
Filing date: 2023-11-09
Publication date: 2025-05-15

Abstract

Gemäß der Erfindung wird eine Schraube (1)für den Einsatz in Holz oder Holzwerkstoffen, mit Mitteln zur Verbesserung des Einschraubverhaltens vorgeschlagen, umfassend einen mit einem Drehantriebsmittel (21) versehenen Schraubenkopf (20) und einen sich unterhalb der Schraubenkopfes (20) anschließenden Schraubenschaft (10), auf dessen zylindrischen Schaftabschnitt (11) sich mindestens ein Gewinde (17, 19) befindet und an dessen dem Schraubenkopf (20) fernen Ende eine kegelförmige Schraubenspitze (18) ausgebildet ist, die ein vorbohrfreies Einschrauben unterstützt,
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schraubenspitze (18) an ihrem Übergang zum zylindrischen Schaftabschnitt (11) einen Durchmesser (d1) besitzt, der größer ist als der Durchmesser (d2) des nachfolgenden zylindrischen Schaftabschnittes (11).
Die Erfindung verbessert das Einschraubverhalten, ohne eine Veränderung des Gewindequerschnitts vorzunehmen und ist damit auf nahezu jeden Schraubentyp übertragbar. Der Kerndurchmesser wird dabei nur insoweit verringert, dass dies keine spürbaren Auswirkungen auf die Stabilität der Schraube oder auf das auf dem Schraubenschaft angeordneten Gewinde hat. Der gegenüber der größten Ausdehnung der Schaftspitze im Durchmesser reduzierte und der Schaftspitze beim Einschraubvorgang nacheilende Schraubenschaft erhält dadurch zur Innenwand des erzeugten Schraubenlochs eine geringe Distanz, sodass hier eine Beteiligung an Einschraubwiderständen gänzlich entfällt.

According to the invention, a screw (1) for use in wood or wood materials is proposed, with means for improving the screwing behavior, comprising a screw head (20) provided with a rotary drive means (21) and a screw shaft (10) adjoining below the screw head (20), on the cylindrical shaft section (11) of which there is at least one thread (17, 19) and at the end of which remote from the screw head (20) a conical screw tip (18) is formed, which supports pre-drilling-free screwing,
The invention is characterized in that the screw tip (18) has a diameter (d1) at its transition to the cylindrical shaft section (11) which is larger than the diameter (d2) of the subsequent cylindrical shaft section (11).
The invention improves screw-in performance without changing the thread cross-section and is therefore applicable to virtually any screw type. The core diameter is reduced only to the extent that this has no noticeable impact on the stability of the screw or on the thread arranged on the screw shaft. The screw shaft, which is reduced in diameter compared to the largest extension of the shaft tip and lags behind the shaft tip during the screwing-in process, is thus kept at a small distance from the inner wall of the created screw hole, thus completely eliminating any contribution to screw-in resistance.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube für den Einsatz in Holz oder Holzwerkstoffen, mit Mitteln zur Verbesserung des Einschraubverhaltens.The invention relates to a screw for use in wood or wood-based materials, with means for improving the screwing behavior.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Das Einschraubverhalten ist ein wichtiges technisches Merkmal einer Schraube, dessen Bedeutung man für die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer von Schraubenverbindungen erkannt hat. Wenn kein zusätzliches Vorbohren erfolgen soll, so ist neben der Oberflächenbeschichtung und verschiedenen Gleitschichtsystemen die Geometrie der Schraube ein wesentlicher Faktor, mit dem das Einschraubverhalten beeinflusst werden kann. Das Einschraubverhalten umfasst neben der aufzubringenden Einschraubkraft auch die Auswirkungen auf das Material in das die Schraube eingedreht wird. Dieses darf weder gespalten, zerrissen noch sonst irgendeiner mechanischen Einwirkung unterworfen werden, welche sich negativ auf deren Materialeigenschaft auswirken könnte. Die hierzu möglichen Anpassungen der Geometrie können allerdings nur in einem begrenzten Umfang angewendet werden, wenn ein dauerhaftes Verankerungsverhalten der Schraube gewährleistet werden soll.The screw-in behavior is an important technical characteristic of a screw, the significance of which has been recognized for the reliability and service life of screwed connections. If additional pre-drilling is not to be carried out, the geometry of the screw, in addition to the surface coating and various sliding layer systems, is a key factor that can influence the screw-in behavior. In addition to the screw-in force to be applied, the screw-in behavior also includes the effects on the material into which the screw is screwed. This material must not be split, torn, or subjected to any other mechanical influence that could have a negative impact on its material properties. However, the possible adjustments to the geometry can only be applied to a limited extent if permanent anchoring behavior of the screw is to be guaranteed.

In der DE 100 04 606 A1 ist eine Schraube für den Einsatz in Holz oder Holzwerkstoffen beschrieben, bei der zur Verbesserung der Gleitfunktion der Schaft mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen ist. Bei relativ geringen Einschraubtiefen und kleinen Schraubendurchmessern bewirkt diese Beschichtung durchaus eine positive Veränderung des Einschraubmoments, das allerdings im anspruchsvolleren konstruktiven Holzbau, bei dem auch größere Schraubendimensionen eingesetzt werden, kaum wirksam ist.In the DE 100 04 606 A1 A screw for use in wood or wood-based materials is described, in which the shaft is coated with a friction-reducing coating to improve the sliding function. For relatively shallow screw-in depths and small screw diameters, this coating does indeed have a positive effect on the screw-in torque, but this is hardly effective in more demanding timber construction applications, where larger screw dimensions are also used.

Die DE 10 2008 057 678 A1 beschreibt eine Schraube mit einem ersten und einem zweiten Gewinde, die im Zusammenwirken das Einschraubmoment verbessern. Ein Vorbohren ist nicht notwendig, da das Gegengewinde bzw. Aufweitmittel die Bohrfunktion der Schraube unterstützen und der Reibwiderstand wesentlich reduziert ist. Hier wird mit einem Gegengewinde eine Fräsfunktion bewirkt, was sich allerdings negativ auf die erreichten Auszugsgegenkräfte auswirkt.The DE 10 2008 057 678 A1 Describes a screw with a first and a second thread, which, when combined, improve the screw-in torque. Pre-drilling is not necessary, as the counter thread or expansion element supports the drilling function of the screw and significantly reduces frictional resistance. Here, a counter thread creates a milling function, which, however, has a negative impact on the achieved pull-out resistance.

Aus der DE 42 28 727 ist eine Schraube bekannt, mit deren Hilfe eine Verschraubung von Hartholz ohne Vorbohren mit vollständigem Versenken des Schraubenkopfes möglich gemacht werden soll. Dies soll mit Hilfe eines Fräsabschnittes erfolgen.From the DE 42 28 727 A screw is known that is supposed to enable screwing into hardwood without pre-drilling and with the screw head completely countersunk. This is supposed to be achieved with the help of a milling section.

In der DE 20 2013 007 144 U1 ist eine Holzschraube beschrieben, mit der Rissbildungen vermieden werden sollen. Dazu werden verschiedene Gewinde benutzt, die das Gewinde schneiden, die erzeugten Späne zerkleinert und aus dem Bohrloch abtransportiert. Die Schraubengeometrie führt allerdings zu einer negativen Beeinflussung der Auszugswerte und damit zu einem relativ schlechten Verankerungsverhalten der Schraube.In the DE 20 2013 007 144 U1 A wood screw is described that is intended to prevent cracking. To this end, various threads are used that cut the thread, crush the resulting chips, and transport them out of the drilled hole. However, the screw geometry negatively influences the pull-out values and thus results in relatively poor anchoring behavior of the screw.

In der DE 10 2021 003 003 803 B4 ist eine Schraube für den Einsatz in Holz oder Holzwerkstoffen, mit Mitteln zur Verbesserung des Einschraubverhaltens beschrieben. Die darin beschriebene Schraube kombiniert mehrere Gewinde und erreicht durch die Kombination speziell ausgewählter Gewindegeometrien, welche in ihrem Verlauf in sich wechseln, eine Verminderung der Reibung und verringert so das Einschraubmoment, indem die geschnittenen Gewindegänge vergrößert werden und für die nacheilenden Schraubenabschnitte mehr Platz geschaffen wird.DE 10 2021 003 003 803 B4 describes a screw for use in wood or wood-based materials, with means for improving screw-in behavior. The screw described therein combines several threads and, through the combination of specially selected thread geometries that alternate along their course, achieves a reduction in friction and thus reduces the screw-in torque by enlarging the cut threads and creating more space for the trailing screw sections.

Weitere, aus dem Stand der Technik bekannten Schrauben, sind in der DE 20 2012 009 121 U1 , EP 3 249 244 A1 , DE 198 07 926 A1 und der US 2013/0 039 720 A1 beschrieben.Further screws known from the state of the art are in the DE 20 2012 009 121 U1 , EP 3 249 244 A1 , DE 198 07 926 A1 and the US 2013/0 039 720 A1 described.

AUFGABENSTELLUNGTASK

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schraube mit verbesserten Schraubeigenschaften zu schaffen, indem die Reibkräfte so vermindert werden, dass dabei kein negativer Einfluss auf das Verankerungsverhalten der Schraube eintritt. Diese Aufgabe wird durch eine Schraube gemäß dem vorgeschlagenen Anspruch 1 gelöst.The present invention is based on the object of creating a screw with improved screwing properties by reducing frictional forces to such an extent that no negative influence on the anchoring behavior of the screw occurs. This object is achieved by a screw according to the proposed claim 1.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sowie Weiterbildungen und Varianten sind aus den Unteransprüchen und der nachfolgend erläuterten Zeichnung ersichtlich.Further advantageous details and embodiments of the invention as well as further developments and variants are apparent from the dependent claims and the drawing explained below.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Gemäß der Erfindung wird eine Schraube für den Einsatz in Holz oder Holzwerkstoffen vorgeschlagen, mit Mitteln zur Verbesserung des Einschraubverhaltens, umfassend einen mit einem Drehantriebsmittel versehenen Schraubenkopf und einen sich unterhalb der Schraubenkopfes anschließenden Schraubenschaft, auf dessen zylindrischen Schaftabschnitt sich mindestens ein Gewinde befindet und an dessen dem Schraubenkopf fernen Ende eine kegelförmige Schraubenspitze ausgebildet ist, die ein vorbohrfreies Einschrauben unterstützt.According to the invention, a screw for use in wood or wood-based materials is proposed, with means for improving the screwing behavior, comprising a screw head provided with a rotary drive means and a screw shaft adjoining below the screw head, on the cylindrical shaft section of which there is at least one thread and at the end of which remote from the screw head there is a conical screw tip which supports screwing in without pre-drilling.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schraubenspitze an ihrem Übergang zum zylindrischen Schaftabschnitt einen Durchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser des nachfolgenden zylindrischen Schaftabschnittes.The invention is characterized in that the screw tip at its transition to the cylindrical shaft section has a diameter that is larger than the diameter of the subsequent cylindrical shaft section.

Die Erfindung verbessert das Einschraubverhalten, ohne eine Veränderung des Gewindequerschnitts vorzunehmen und ist damit auf nahezu jeden Schraubentyp übertragbar. Der Kerndurchmesser wird dabei nur insoweit verringert, dass dies keine spürbaren Auswirkungen auf die Stabilität der Schraube oder auf das auf dem Schraubenschaft angeordneten Gewinde hat. Der gegenüber der größten Ausdehnung der Schaftspitze im Durchmesser reduzierte und der Schaftspitze beim Einschraubvorgang nacheilende Schraubenschaft erhält dadurch zur Innenwand des erzeugten Schraubenlochs eine geringe Distanz, sodass hier eine Beteiligung an Einschraubwiderständen gänzlich entfällt.The invention improves screw-in performance without changing the thread cross-section and is therefore applicable to virtually any screw type. The core diameter is reduced only to the extent that this has no noticeable impact on the stability of the screw or on the thread arranged on the screw shaft. The screw shaft, which is reduced in diameter compared to the largest extension of the shaft tip and lags behind the shaft tip during the screwing-in process, is thus kept at a small distance from the inner wall of the created screw hole, thus completely eliminating any contribution to screw-in resistance.

Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn sich der reduzierte Durchmesser des zylindrischen Schaftabschnittes nahezu über dessen gesamte Schaftlänge erstreckt. Dadurch bleibt der zylindrische Schaftabschnitt während des gesamten Eintreibvorgangs außer Eingriff, wodurch hier keine Reibwiderstände auftreten können.It has proven particularly advantageous if the reduced diameter of the cylindrical shaft section extends almost over its entire shaft length. This ensures that the cylindrical shaft section remains disengaged throughout the entire driving process, preventing frictional resistance from occurring.

Alternativ hierzu sieht die Erfindung vor, dass sich der reduzierte Durchmesser des zylindrischen Schaftabschnittes nur über einen Teilabschnitt des Anfangsbereich des zylindrischen Schaftabschnittes, bevorzugt unmittelbar am Übergang nach der Schaftspitze erstreckt. Bereits eine kurze im Durchmesser reduzierte Schaftstrecke führt dazu, dass die Gegenkräfte erheblich reduziert werden.Alternatively, the invention provides that the reduced diameter of the cylindrical shaft section extends only over a portion of the initial area of the cylindrical shaft section, preferably directly at the transition after the shaft tip. Even a short section of the shaft with a reduced diameter leads to a significant reduction in the counterforces.

Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass die Schraubenspitze am Übergang zum zylindrischen Schaftabschnitt einen zylindrischen Bund aufweist. Der Bund bildet die weiteste Ausdehnung der Schraubenspitze und eilt beim Schraubvorgang dem reduzierten Schaftdurchmesser voraus. Dabei bildet er die Kontaktfläche zum bearbeiteten Holzprofil, die bei der Bildung der Reibwiderstände unmittelbar beteiligt ist.The invention advantageously provides that the screw tip has a cylindrical collar at the transition to the cylindrical shaft section. The collar forms the widest extension of the screw tip and precedes the reduced shaft diameter during the screwing process. It forms the contact surface with the machined wood profile, which plays a direct role in the generation of frictional resistance.

Die Durchmesserreduzierung des zylindrischen Schaftabschnittes wird durch die Bildung eines Absatzes zwischen dem zylindrischen Bund und dem zylindrischen Schaftabschnitt betont.The diameter reduction of the cylindrical shaft section is emphasized by the formation of a step between the cylindrical collar and the cylindrical shaft section.

Je nach Fertigungsverfahren können die unterschiedlichen Durchmessergrößen z.B. durch Walzverformung hergestellt werden oder aber auch durch einen spanabtragenden Einstich erfolgen.Depending on the manufacturing process, the different diameter sizes can be produced, for example, by rolling or by a chip-removing groove.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.Further advantages and advantageous embodiments of the invention can be found in the following description, the drawings, and the claims. There are various possibilities for advantageously embodying and developing the teachings of the present invention. Reference is made, on the one hand, to the subordinate claims and, on the other hand, to the following explanation of an embodiment of the invention with reference to the drawings.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEXAMPLE OF IMPLEMENTATION

In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnung, werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.In conjunction with the explanation of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawing, generally preferred embodiments and further developments of the teaching are also explained.

In der Zeichnung zeigen:

1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schraube,
2 eine Draufsicht der 1,
3 eine Vergrößerung der Schraubenspitze am Übergangsbereich zum Schraubenschaft und
4 ein vergrößertes Detail des Übergangsbereiches.

The drawing shows:

1 a side view of the screw according to the invention,
2 a top view of the 1 ,
3 an enlargement of the screw tip at the transition area to the screw shaft and
4 an enlarged detail of the transition area.

Die 1-4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube 1 mit einem Schraubenkopf 20 in Form einer in Senkkopfausführung, an dem ein Drehantriebsmittel 21 in Form eines Innenantriebes eingelassen ist.The 1-4 show a preferred embodiment of the screw 1 according to the invention with a screw head 20 in the form of a countersunk head, on which a rotary drive means 21 in the form of an internal drive is embedded.

Unterhalb des Schraubenkopfes 20 schließt sich ein Schraubenschaft 10 an. Der Schraubenschaft 10 weist verschiedene Abschnitte auf und ist in einen Gewindeabschnitt 16, einen Reibabschnitt 14 und einen gewindefreien Abschnitt 12 unterteilt. Der Gewindeabschnitt 16 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 11 und an seinem freien Ende einen kegelförmigen Auslauf, sodass der Schraubenschaft 10 dort als Schaftspitze 18 ausgebildet ist. Auf dem Schraubenschaft 10 befinden sich ferner auf dem Gewindeabschnitt 16 ein erstes Gewinde 17 und ein zweites Gewinde 19.A screw shaft 10 is located below the screw head 20. The screw shaft 10 has various sections and is divided into a threaded section 16, a friction section 14, and a threadless section 12. The threaded section 16 has a cylindrical section 11 and a conical outlet at its free end, so that the screw shaft 10 is formed there as a shaft tip 18. Furthermore, a first thread 17 and a second thread 19 are located on the threaded section 16 of the screw shaft 10.

Beim Setzen der Schraube 1 treten beim Eindringen in den Werkstoff aufeinanderfolgende, teils überschneidende Arbeitsleistungen der Schraube ein. Dabei handelt es sich um spanende und spanlos formende Gewindebildungen. Ein Vorbohren ist nicht erforderlich. Das Einschraubverhalten wird durch Gegenkräfte beeinflusst, die aus den Reibkräften zwischen dem Holzwerkstoff und der Schraube entstehen. Diese werden durch die Erfindung damit reduziert, dass der Schraubenschaft 10 gegenüber der Schaftspitze 18 im Durchmesser reduziert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies ein zylindrischer Bund 30 an dem ein Absatz 32 ausgebildet ist. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass der Durchmesser d1 des Bundes 30 bzw. der weitesten Ausdehnung der Schaftspitze 18 größer ausgelegt ist, als der Kerndurchmesser d2 des nacheilenden Schaftes 10.When screw 1 is inserted, successive, partially overlapping working processes occur as the screw penetrates the material. This involves cutting and non-cutting thread formation. Pre-drilling is not necessary. The screwing behavior is influenced by counterforces resulting from the frictional forces between the wood material and the screw. These are reduced by the invention in that the screw shaft 10 is reduced in diameter compared to the shaft tip 18. In this exemplary embodiment, this is a cylindrical collar 30 on which a shoulder 32 is formed. This achieves according to the invention that the diameter d1 of the collar 30 or the widest extent of the shaft tip 18 is designed to be larger than the core diameter d2 of the trailing shaft 10.

Bei der Fertigung der Schrauben, wird die Schraubengeometrie üblicherweise durch Stauchvorgänge und durch entsprechende Walzbacken erzeugt. Andere Fertigungsverfahren, z.B. mechanische Einstiche zum Zwecke der Durchmesserreduzierung sind jedoch nicht ausgeschlossen.During screw production, the screw geometry is typically created through upsetting processes and appropriate rolling dies. However, other manufacturing processes, such as mechanical grooves for the purpose of diameter reduction, are not excluded.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

11: Schraubescrew
1010: Schraubenschaftscrew shaft
1111: zylindrischer Abschnittcylindrical section
1212: gewindefreier Abschnittthreadless section
1414: ReibabschnittFriction section
1616: GewindeabschnittThreaded section
1717: erstes Gewindefirst thread
1818: Schaftspitzeshaft tip
1919: zweites Gewindesecond thread
2020: Schraubenkopfscrew head
2121: DrehantriebsmittelRotary drive means
3030: zylindrischer Bundcylindrical collar
3232: AbsatzParagraph

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 100 04 606 A1 [0003]
DE 10 2008 057 678 A1 [0004]
DE 42 28 727 [0005]
DE 20 2013 007 144 U1 [0006]
DE 20 2012 009 121 U1 [0008]
EP 3 249 244 A1 [0008]
DE 198 07 926 A1 [0008]
US 2013/0 039 720 A1 [0008]

Claims

A screw (1) for use in wood or wood-based materials, comprising means for improving the screwing-in behavior, comprising a screw head (20) provided with a rotary drive means (21) and a screw shaft (10) adjoining below the screw head (20), on the cylindrical shaft section (11) of which there is at least one thread (17, 19) and at the end of which remote from the screw head (20) there is a conical screw tip (18) which supports screwing in without pre-drilling, characterized in that the screw tip (18) has a diameter (d1) at its transition to the cylindrical shaft section (11) which is greater than the diameter (d2) of the subsequent cylindrical shaft section (11).

Screw (1) after Claim 1 , characterized in that the reduced diameter (d2) of the cylindrical shaft section (11) extends almost over its entire shaft length.

Screw (1) after Claim 1 , characterized in that the reduced diameter (d2) of the cylindrical shaft section (11) extends over a partial section of the initial region of the cylindrical shaft section (11) directly at the transition after the shaft tip.

Screw (1) after Claim 1 until 3 , characterized in that the screw tip (18) has a cylindrical collar (30) at the transition to the cylindrical shaft section (11).

Screw (50, 60) after Claim 4 , characterized in that a shoulder (32) is formed between the cylindrical collar (30) and the cylindrical shaft section (11).