DE20313021U1

DE20313021U1 - Kupplungsvorrichtung für Fachwerke

Info

Publication number: DE20313021U1
Application number: DE20313021U
Authority: DE
Original assignee: Mero & Co KG GmbH
Current assignee: Mero-Tsk International & Co Kg De GmbH
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2013-08-22

Description

21. August 2003

MERO GmbH & Co. KG MER-029

97084 Würzburg Boe/Kis/mc

Kupplungsvorrichtung für Fachwerke

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für die Erstellung von Fachwerken aus Stäben und Knoten gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Kupplungsvorrichtungen der eingangs genannten Art kommen häufig zum Einsatz, wenn flächige oder räumlich gekrümmte Fachwerke aus einem modularen System von Stabelementen und Knotenelementen zu erstellen sind. Hierzu gehören beispielsweise Glasbaukonstruktionen, Gerüste,
Raumfachwerke sowie Dach- und Fassadenkonstruktionen.

Zur Erstellung solcher Fachwerke werden Stabelemente an Knotenpunkten des Fachwerks mittels Knotenelementen miteinander verknüpft, wobei die Verbindung zwischen Stabelementen und Knotenelementen zumeist
über stabaxial angeordnete Gewindebolzen erfolgt. Auf diese Weise lassen sich mit einer äußerst begrenzten Anzahl an unterschiedlichen Elementtypen nahezu beliebig geformte flächige oder räumliche Fachwerke
erstellen.

Die Knotenelemente der bekannten Kupplungsvorrichtungen für Fachwerke sind dabei oftmals etwa kugelförmig und weisen eine Mehrzahl von Gewindeausnehmungen auf, deren Längsachsen sich im Zentrum des Knotenelements schneiden. In diese Gewindeausnehmungen greifen die an den Enden der Stabelemente angeordneten Gewindebolzen ein. Jede der Gewindeausnehmungen des Knotenelements weist eine ihr zugeordnete Abflachung an der Oberfläche des Knotenelements auf, außerdem besitzt das stirnseitige Ende des Stabelements eine ringförmige Anschlagsfläche. Beim Einschrauben des Gewindebolzens kommt die An-Schlagsfläche des Stabelements an der zugehörigen Abflachung des Knotenelements zur Anlage, worauf das endgültige Festziehen des Gewindebolzens erfolgt.

Diese bekannten Kupplungsvorrichtungen besitzen jedoch eine Anzahl von Nachteilen, die insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, bei der Erstellung von räumlichen Fachwerken, beispielsweise von Kuppelbauten, zum Tragen kommen. So erfolgt die Zentrierung des Stabendes relativ zur zugeordneten Gewindeausnehmung des Knotenelements bei den beschriebenen, bekannten Kupplungsvorrichtungen lediglich über den Gewindebolzen selbst, was aufgrund des stets vorhandenen Gewindespiels zu unerwünschten Ungenauigkeiten bei der Verbindung zwischen Stabelement und Knotenelement führen kann. Zudem kann eine nicht exakte Zentrierung des Stabendes bzw. des Gewindebolzens relativ zur Gewindeausnehmung des Knotenelements insbesondere bei hochbelasteten Verbindungen die Versagenssicherheit der Verschraubung beeinträchtigen.

Ferner wird, insbesondere bei Raumfachwerken, die Verbindung zwischen Knotenelement und Stabelement nicht nur axial, d. h. auf Zug oder Druck, beansprucht, sondern es treten durchaus beträchtliche Schub- und Biegebelastungen im Bereich der Verschraubung zwischen Stabelement und Knotenelement auf. Bei den bekannten Kupplungsvorrichtungen müssen solche Schub- und Biegebelastungen zu einem großen Teil vom

Gewinde selbst aufgenommen bzw. übertragen werden, was wiederum die Versagenssicherheit der Verschraubung zwischen Knotenelement und Stabelement beeinträchtigen kann. Überdies können Schubbelastungen dazu führen, dass die Anschlagsfläche des Stabelements auf der zugeordneten Abflachung des Knotenelements verrutscht, was wiederum Ungenauigkeiten im Fachwerk und unsymmetrische Belastungen der Schraubverbindung zur Folge hat.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsvorrichtung zu schaffen, durch die die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere soll die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Schraubverbindung zwischen Stabelement und Knotenelement verbessert werden, und es sollen die über die Verbindung zwischen Stabelement und Knotenelement übertragbaren Schubkräfte und Biegemomente erhöht werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsvorrichtung nach der Lehre des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In an sich zunächst bekannter Weise umfasst die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung ein Knotenelement mit zumindest einer Gewindeaufnahme sowie ein Stabende eines Stabelements. Dabei weisen Stabende und Knotenelement zueinander formkorrespondierende Anschlagsflächen auf. Die Anschlagsflächen kommen bei der Verschraubung von Stabende und Knotenelement aneinander zur Anlage.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung weist jedoch die Anschlagsfläche von Stabende und Knotenelement jeweils zumindest einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Kontaktflächenbereich sowie zusätzlich oder alternativ zu dem kegelstumpfförmigen Kontaktflächenbe-

reich einen im Wesentlichen zylinderförmigen Kontaktflächenbereich auf.

Dies bedeutet zunächst einmal, dass der Kontaktflächenbereich von Stabende bzw. Knotenelement nicht mehr wie im Stand der Technik lediglich jeweils durch eine Abflachung gebildet wird, deren Flächennormale parallel zur Längsachse des Stabelements verläuft, was die oben beschriebenen Nachteile mit sich bringt. Vielmehr umfasst die Anschlagsfläche von Stabende und Knotenelement erfindungsgemäß auch Flächen, deren Flächennormalen zumindest eine Komponente aufweisen, die senkrecht zur Längsachse des Stabelements verläuft.

Dies führt einerseits bereits dazu, dass erheblich größere seitliche bzw. Schubkräfte über die erfindungsgemäße Verbindung zwischen Stabelement und Knotenelement übertragen werden können, ohne dass diese die Sicherheit der Schraubverbindung beeinträchtigen oder gar zu einem Verrutschen von Stabelement und Knotenelement im Bereich der Anschlagsfläche bzw. im Bereich der Verschraubung von Stabelement und Knotenelement führen können. Ferner wird aufgrund der Zentrierwirkung, die die erfindungsgemäße Gestaltung der Anschlagsflächen von Stabelement und Knotenelement mit sich bringt, die Montage von Fachwerken erleichtert und beschleunigt. Schließlich bringt die erfindungsgemäße Gestaltung der Anschlagsflächen von Stabelement und Knotenelement auch noch eine Erhöhung des Flächenträgheitsmoments der Anschlagsflächen mit sich, wodurch die übertragbaren Biegemomente erhöht werden können, ohne dass das Gewinde von Knotenelement oder Gewindebolzen unzulässig hoch auf Biegung belastet würde.

Besonders hohe Querkräfte und Biegemomente können dann übertragen werden, wenn die Anschlagsfläche von Stabende und Knotenelement jeweils einen zylinderförmigen Kontaktbereich umfasst, da ein zylinderförmig ausgebildeter Kontaktbereich Querkräfte und insbesondere Biegemomente übertragen kann, ohne dass hierdurch zusätzliche Belastungen im Bereich der Schraubverbindung selbst entstehen.

Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Ausführung von Stabelementen und/oder Knotenelementen beschränkt, sondern vielmehr bei allen bekannten Knotenelementen für Fachwerke anwendbar. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung weist das Knotenelement jedoch im Wesentlichen die Form eines «-flächigen Polyeders bzw. die Form einer Kugel mit &eegr; Abflachungen auf. Besonders bevorzugt besitzt dabei das Knotenelement zudem &eegr; Gewindeaufnahmen, was bedeutet, dass jeder Fläche des Polyeders bzw. jeder Abflachung der Kugel eine Gewindeaufnahme zugeordnet ist. Auf diese Weise können mit ein und demselben Knotenelement aufgrund der vielfältigen Verbindungsmöglichkeiten am Knotenelement nahezu beliebig geformte flächige oder räumliche Fachwerke erstellt werden.

Für die Erfindung ist es ferner auch unerheblich, an welchem Bauteil des Stabelements der kegelstumpfförmige bzw. zylinderförmige Kontaktflächenbereich des Stabendes angeordnet ist, sofern dadurch die Übertragung von Querkräften bzw. Biegemomenten gewährleistet werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Kontaktflächenbereich an einer Schlüsselmuffe des Stabelements angeordnet.

Dabei ist die Schlüsselmuffe in an sich bekannter Weise mittels eines in einem Langloch der Schlüsselmuffe angeordneten, mit dem Gewindebolzen verbundenen Mitnehmerstifts drehbar mit dem Stabende verbunden. Neben der einfachen Herstellbarkeit einer Schlüsselmuffe, die den erfindungsgemäßen Kontaktflächenbereich aufweist, führt dies zusätzlich zu dem Vorteil, dass die Schlüsselmuffe im zusammengebauten Zustand von Stabelement und Knotenelement zumindest teilweise vom Knotenelement umschlossen ist. Dies führt neben den beschriebenen Vorteilen bezüglich Querkräfte- und Momentenübertragung zusätzlich zu einem besonders ästhetischen Erscheinungsbild der Verbindung zwischen Stabende und Knotenelement. Bei der Verwendung eines Knotenelements mit im Wesentlichen kugeliger Grundform kann bei entsprechender Ausführung der

Schlüsselmuffe ein Fachwerk so gestaltet werden, dass im Wesentlichen der Eindruck entsteht, das Fachwerk bestehe ausschließlich aus glatten Stäben und ebenso glatten Kugeln.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anschlagsfläche des Stabendes bzw. des Knotenelements jeweils zwei im Wesentlichen kegelstumpfförmige sowie einen im Wesentlichen zylinderförmigen Kontaktflächenbereich auf. Dabei ist der zylinderförmige Kontaktflächenbereich zwischen den beiden kegelstumpfförmigen Kontaktflächenbereichen angeordnet. Auf diese Weise lässt sich eine besonders robuste und sichere Verbindung zwischen Stabelement und Knotenelement erzielen, die auf der Baustelle vor Ort zugleich sicher und einfach handhabbar ist.

Die Anschlagsfläche von Stabende und Knotenelement kann, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, zusätzlich noch einen im Wesentlichen kreisringförmigen Kontaktflächenbereich im Bereich des Austritts des Gewindebolzens aus der Schlüsselmuffe umfassen. Hierdurch wird die Fertigung der Gewindeausnehmungen des Kugelelements erleichtert und der Auslauf des Innengewindes des Kugelelements besonders gut vor Beschädigungen geschützt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer seitlicher, teilweise geschnittener Darstellung das Stabende einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung;

Fig. 2 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung Knotenelement und Stabende der Kupplungsvorrichtung gemäß Fig. 1 im Zusammenbau;

Fig. 3 in einer Fig. 1 und 2 entsprechenden Darstellung das Stabende einer weiteren Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung; und

Fig. 4 in einer Fig. 1 bis 3 entsprechenden Darstellung Knotenelement und Stabende der Kupplungsvorrichtung gemäß

Fig. 3 im Zusammenbau.

Fig. 1 zeigt in teilweise geschnittener seitlicher Darstellung das Stabende eines Stabelements 1. Man erkennt zunächst den geschnitten dargestellten Endbereich des das Stabelement bildenden Rohres 2, einen Gewindebolzen 3 und eine Schlüsselmuffe 4. Der Gewindebolzen 3 besitzt an seinem dem Gewinde 5 abgewandten Ende einen Bolzenkopf 6, der einen im Inneren des Endbereichs 2 des Stabelements 1 angeordneten Anschlagflansch 7 so hintergreift, dass das Herausziehen des Gewindebolzens 3 aus dem Endbereich des Rohres 2 verhindert wird. Der Anschlagflansch 7 kann dabei mit dem Rohr 2 beispielsweise verklebt oder verschweißt sein.

Der Gewindebolzen 3 besitzt etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung eine Querbohrung, in die ein Mitnehmerstift 8 eingepresst ist. Der Mitnehmerstift 8 greift in zwei Langlöcher 9 ein, die in der Wandung der Schlüsselmuffe 4 angeordnet sind. Die Schlüsselmuffe 4 ist für den Eingriff eines Schraubenschlüssels im Wesentlichen auf ihrer gesamten Länge mit einer Sechskantoberfläche 10 versehen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass durch Drehen der Schlüsselmuffe 4 mit einem Schraubenschlüssel der Gewindebolzen 3 ebenfalls in Drehbewegung versetzt wird, wodurch der Gewindebolzen 3 sich in eine Gewindeausnehmung 11 des Knotenelements 12 einschrauben lässt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

In Fig. 2 erkennt man ein im Querschnitt dargestelltes Knotenelement 12, von dessen insgesamt achtzehn Gewindeausnehmungen 11 in der Schnittdarstellung acht Gewindeausnehmungen 11 geschnitten sieht-

• · &igr;

bar sind. Jede der Gewindeausnehmungen 11 ist mit einer zugeordneten Anschlagsfläche 13, 14 versehen, an der bei der Verschraubung des Knotenelements 12 mit einem Stabelement 1 die entsprechende, formkorrespondierende Anschlagsfläche 15, 16 der Schlüsselmuffe 4 des Stabelements 1 zur Anlage kommt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht die am Knotenelement 12 angeordnete Anschlagsfläche 13, 14 aus einem sich an den Auslauf des Innengewindes 17 anschließenden kreisringförmigen Flächenbereich 13 sowie aus einem kegelstumpfförmigen Flächenbereich 14, der sich an den kreisringförmigen Flächenbereich anschließt.

Dieser Anschlagsfläche 13, 14 des Knotenelements 12 entsprechend ist auch die Anschlagsfläche 15, 16 der Schlüsselmuffe 4 des Stabelements 1 ausgebildet. Demnach weist auch die Anschlagsfläche 15, 16 der Schlüsselmuffe 4 einen im Bereich des Austritts des Gewindebolzens 3 aus der Schlüsselmuffe 4 angeordneten, kreisringförmigen Flächenbereich 15 sowie einen sich an diesen kreisringförmigen Flächenbereich anschließenden kegelstumpfförmigen Flächenbereich 16 auf.

Bei der Verschraubung von Stabelement 1 und Knotenelement 12 kommen die formkorrespondierenden Anschlagsflächen 13, 14, 15, 16 von Schlüsselmuffe 4 und Knotenelement 12 aneinander zur Anlage. Dabei sorgt der kegelstumpfförmige Flächenbereich 14, 16 der Anschlagsflächen 13, 14, 15, 16 von Schlüsselmuffe 4 und Knotenelement 12 einerseits für die exakte und dauerhafte Zentrierung des Stabendes 1 relativ zum Knotenelement 12, sowie andererseits für die sichere Übertragung von Querkräften im Bereich der Verschraubung zwischen Stabelement 1 und Knotenelement 12.

Fig. 3 zeigt in teilweise geschnittener seitlicher Darstellung das Stabende eines Stabelements 1 einer weiteren Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung. Man erkennt den wiederum geschnitten dargestellten Endbereich 2 des Stabelements 1, einen Gewindebolzen 3 sowie eine Schlüsselmuffe 4. Die Schlüsselmuffe 4 der Ausführungsform gemäß

Fig. 3 weist einen verkürzten Eingriffsbereich mit Außensechskant 10 für den Eingriff eines Schraubenschlüssels sowie zusätzlich einen zylindrischen Passbereich 18 auf, der bei der Montage von Stabelement 1 und Knotenelement 12 in einen formkorrespondierenden, hohlzylindrisehen Passbereich 19 des Knotenelements 12 gemäß Fig. 4 eingreift.

In Fig. 4 erkennt man das zugehörige, wiederum im Querschnitt dargestellte Knotenelement 12 mit acht sichtbaren, geschnitten dargestellten Gewindeausnehmungen 11.

Jede der Gewindeausnehmungen 11 weist wieder eine Anschlagsfläehe 13, 14, 19, 21 auf, an der bei der Verschraubung des Knotenelements 12 mit dem Stabelement 1 die korrespondierende Anschlagsfläche 15, 16, 18, 22 der Schlüsselmuffe 4 des Stabelements 1 zur Anlage kommt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 besteht die Anschlagsfläche 13, 14, 19, 21 des Knotenelements 12 aus einem sich an den Auslauf des Innengewindes 17 anschließenden kreisringförmigen Flächenbereich 13, einem sich daran anschließenden kegelstumpfförmigen Flächenbereich 14, einem zylinderförmigen Flächenbereich 19 zum Eingriff des Passzylinders 18 des Stabelements 1 sowie einem weiteren kegelstumpfförmigen Flächenbereich 21.

Aus der Darstellung der Fig. 4 geht deutlich hervor, dass insbesondere dank des einen Passzylinder 18, 19 umfassenden Kontaktbereichs 13, 14, 19, 21, 15, 16, 18, 22 zwischen Stabende 1 und Knotenelement 12 Schubkräfte und Biegemomente unmittelbar vom Stabelement 1 auf das Knotenelement 12 bzw. umgekehrt übertragen werden können, ohne dass hierdurch die Position, Festigkeit oder Sicherheit der Schraubverbindung 3, 5, 17 zwischen Stabelement 1 und Knotenelement 12 beeinträchtigt werden könnte.

Im Ergebnis wird somit deutlich, dass die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung die wesentlichen Nutzeigenschaften von Stab-Knoten-Verbindungen für Fachwerkskonstruktionen auf effektive Weise verbes-

sert. Dank der Erfindung erhalten qualitativ hochwertige Fachwerke, insbesondere Raumfachwerke, weiter verbesserte Sicherheitseigenschaften und lassen sich zudem mit noch besseren architektonischen und ästhetischen Eigenschaften äußerst zuverlässig erstellen.

Claims

1. Kupplungsvorrichtung für Fachwerke, die Kupplungsvorrichtung umfassend ein Knotenelement (12) mit zumindest einer Gewindeaufnahme (11) und ein Stabende (1) mit Gewindebolzen (3), wobei Stabende (1) und Knotenelement (12) zueinander formkorrespondierende Anschlagsflächen (13, 14, 19, 21, 15, 16, 18, 22) aufweisen, die bei der Verschraubung von Stabende (1) und Knotenelement (12) aneinander zur Anlage kommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsfläche von Stabende (1) und Knotenelement (12) jeweils zumindest einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen (14, 21, 16, 22) und/oder einen im Wesentlichen zylinderförmigen (18, 19) Kontaktflächenbereich umfasst.

2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (12) im Wesentlichen die Form eines n-flächigen Polyeders aufweist.

3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (12) im Wesentlichen die Form einer Kugel mit n Abflachungen aufweist.

4. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (12) n Gewindeaufnahmen (11) aufweist.

5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindebolzen (3) mittels einer am Stabende (1) befindlichen Schlüsselmuffe (4) mit Mitnehmerstift (8) drehbar mit dem Stabende verbunden ist, wobei der Kontaktflächenbereich (15, 16, 18, 22) des Stabendes (1) an der Schlüsselmuffe (4) angeordnet ist.

6. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsflächen (13, 14, 19, 21, 15, 16, 18, 22) von Stabende (1) und Knotenelement (12) jeweils zwei im Wesentlichen kegelstumpfförmige (14, 21, 16, 22) sowie einen im Wesentlichen zylinderförmigen (18, 19) Kontaktflächenbereich umfassen, wobei der zylinderförmige Kontaktflächenbereich (18, 19) jeweils zwischen den beiden kegelstumpfförmigen Kontaktflächenbereichen (14, 21, 16, 22) angeordnet ist.

7. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsfläche (13, 14, 19, 21, 15, 16, 18, 22) von Stabende (1) und Knotenelement (12) jeweils einen im Wesentlichen kreisringförmigen (13, 15) Kontaktflächenbereich im Bereich des Austritts des Gewindebolzens (3) umfasst.