DE4029726A1 - Verfahren zum verbinden von holzteilen und verbindung von holzteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Holzteilen, insbesondere zum Befestigen eines ersten Balkens aus Holz z. B. eines Brettschichtholzkörpers an einem zweiten Balken senkrecht zu diesem derart, daß der erste Balken mit der Stirnfläche seines Hirnendes an dem zweiten Balken anliegt.

Zum Verbinden von zwei Holzteilen insbesondere Balken in senkrecht gegeneinander stoßender Lage sind eine Reihe von Verfahren bekannt, von denen diejenigen Verfahren im Zusammenhang mit der Erfindung von Interesse sind, bei denen innenliegende Verbindungselemente verwendet werden.

Bei einem dieser bekannten Verfahren werden zwei Balken mittels einer beide Balken durchsetzenden Spindel mitein­ ander verschraubt, und hierfür wird in jedem Balken eine Bohrung vorzugsweise mit einer überlagerten Senkbohrung am Anfang angelegt, wobei beide Bohrungen in der Verbindungs­ lage der Balken miteinander fluchten. Mittels auf beiden Spindelenden aufgeschraubter und festgespannter Muttern werden die beiden Balken fest gegeneinander gezogen und miteinander verspannt. An den Kontaktflächen entstehen des­ halb hohe Reibkräfte, die einer Verschiebung der beiden Balken in der Verbindungsebene entgegenwirken. Zusätzlich wird in der Verbindungsebene ein Ring in die Kontaktflächen der Balken eingebracht, der die Spindel im Abstand von dieser konzentrisch umgibt und den Widerstand der Verbin­ dung gegen Scherkräfte unterstützt.

Dieses Verfahren ist jedoch nur zum Verbinden von Balken anwendbar, bei denen die Spindel die Balken vollständig durchsetzt, so daß beidseitig Muttern auf die Spindel­ enden zum Verspannen der Balken aufschraubbar sind. Des­ halb wird das Verfahren auch nur dort angewendet, wo ein­ ander kreuzende Balken oder solche mit ihren Enden anein­ ander zu befestigende Balken zu verbinden sind. Die Bohrun­ gen erstrecken sich quer zur Faserrichtung der Balken.

Besondere Probleme entstehen, wenn an der Stirnseite eines ersten Balkens ein zweiter Balken senkrecht zu dem ersten befestigt werden muß, und zwar derart, daß auch Zuglasten, die die beiden Balken voneinander zu trennen streben, von der Verbindung aufgenommen werden.

Denn in Faserrichtung der Balken lassen sich bekanntlich keine belastbaren Schraubverbindungen oder dergleichen herstellen. Hier müssen folglich beispielsweise seitliche Verbindungslaschen, die beide Balken überbrücken, angeschraubt werden, wobei die Schrauben quer zur Faserrichtung, in die Balken eingeschraubt werden. Oder es werden die Balken um­ greifende Klammern gesetzt und an den Balken festgeschraubt.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Verbinden von senkrecht auf- bzw. gegeneinander stoßenden Holz­ teilen vorzugsweise Balken zu schaffen, mit dem eine zug- und scherfeste Verbindung von Balken, insbesondere auch mit kreuzender Faserrichtung sowie mit einfachen Mitteln, erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Stirnfläche des ersten Balkens hindurch eine Bohrung in diesem in dessen Längs- und Faserrichtung angelegt wird, eine mit Gewinde versehene Spindel aus Metall bis auf einen von der Stirnseite vorstehenden Endabschnitt in die Bohrung eingeführt und in dieser be­ festigt insbesondere in diese eingeleimt wird, ein die Spindel mit Abstand umgebender Ring durch die Stirnfläche des ersten Balkens hindurch in das Hirnende eingebracht wird, in dem zweiten Balken in mit der Bohrung im ersten Balken fluchtender Lage eine durchgehende Bohrung zur Aufnahme des Endabschnitts der Spindel angelegt wird, die beiden Balken in der Ver­ bindungslage aufeinander angeordnet werden, wobei sich der Endabschnitt der Spindel durch die Bohrung in dem zweiten Balken erstreckt und die beiden Balken durch Aufschrauben und Festziehen einer Mutter auf dem Endabschnitt der Spindel aneinander befestigt werden.

Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung wird erstmalig eine zug-, scher- und biegefeste Verbindung zwischen zwei senkrecht aufeinanderstehenden Balken oder anderweitigen Holzteilen mit innenliegenden Verbindungselementen er­ reicht, obwohl die Balken einander kreuzende Faserrichtun­ gen haben. Das Verbindungsverfahren ist mit sehr einfachen Mitteln durchführbar, und es gestattet eine weitgehende Vorfertigung im Produktionsbetrieb bzw. in der Werkstatt mit anschließender Montage auf der Baustelle.

Trotz der außergewöhnlichen Festigkeit der Verbindung handelt es sich dabei um eine lösbare Schraubverbindung so daß die beiden miteinander verbundenen Holzteile im Bedarfsfall auch wieder voneinander getrennt und ggf. ein weiteres Mal miteinander verbunden werden können.

In einem Holzteil in Faserrichtung eingebrachte Verbindungs­ elemente erlauben gewöhnlich keine Zugbeanspruchung. Auf­ grund eines komplizierten räumlichen Spannungszustandes entstehen vielmehr bei der Einleitung von einzelnen Zug­ kräften in dem Holzteil, insbesondere in einem Brettschicht­ holzkörper, sogenannte Spaltzugkräfte. Bedingt durch die Anisotropie des Werkstoffes Holz ergeben sich aus diesen Spaltzugkräften unzulässig hohe Querzugspannungen, die vor allem bei einem Hirnholzendabschnitt zu einem Querzugbruch führen können. Überlagert werden diese Querzugspannungen noch zusätzlich durch Querzugspannungen aus Quell und Schwingbe­ wegungen.

Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zur Einleitung einer Einzellast eine mit Gewinde ver­ sehene Spindel oder Gewindestange aus Metall in eine in Faserrichtung verlaufende Bohrung im Hirnende eines Holz­ körpers eingeklebt wird und mit dem Einbringen eines die Spindel mit Abstand umgebenden Ringes eine Querzugbewehrung im Bereich des Hirnendes des vorstehend als erster Balken bezeichneten Holzkörpers erreicht wird.

Der Ring verhindert ein Spalten des Holzkörpers im Bereich des Hirnendes nahe der Stirn- bzw. Verbindungs­ fläche, wo die Spaltzugkräfte ihr Maximum haben. Wenn der Ring gleichzeitig auch in die Kontaktfläche des zweiten Balkens greift, bewirkt er zusätzlich eine wesentliche Erhöhung der Scherfestigkeit der Verbindung in ähnlicher Weise wie bei der eingangs genannten be­ kannten Verbindung, die allerdings auf einem Zusammen­ pressen der beiden Holzteile zwischen den Enden einer Spindel beruht. Versuche haben bereits gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsverfahren eine deut­ liche Steigerung der Traglasten erreichbar ist.

Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, daß das erfindungs­ gemäße Verfahren auch auf das eingangs genannte bekannte Verbindungsverfahren anwendbar ist, bei dem die Holzteile zwischen den Spindelenden aneinander bzw. aufeinander ge­ schraubt und gepreßt werden, wenn es sich dabei um Balken mit kreuzender Faserrichtung handelt und der erste Balken durch den sich die Spindel in Faserrichtung erstreckt, sich von der Länge her noch für eine durchgehende Spindel eignet. Denn auch in diesem Falle ergeben sich durch das Anpressen des Hirnendes des ersten Balkens an die Kontakt­ fläche des zweiten Balkens Spaltzugkräfte, denen mit der erfindungsgemäßen Querzugbewehrung in Ringform entgegenge­ wirkt werden kann, ggf. an beiden Hirnenden des ersten Balkens. Bisher sind solche Balkenverbindungen, bei denen sich die Gewindespindel in Faserrichtung erstreckt, überhaupt nicht herstellbar gewesen, ohne daß unzulässig, hohe Quer­ zugspannungen entstehen, es sei denn, man hat eine äußere Bewehrung angebracht, die das Hirnende des Balkens unter Spannung einfaßt.

Die Bohrung in dem ersten Balken, in dem die Spindel ein­ geklebt wird, wird vorzugsweise als Blindbohrung ausge­ führt, die folglich unabhängig von der jeweiligen Balken­ länge ist.

Die Spindel wird vorzugsweise mittels Epoxidharz in der Bohrung eingeklebt. Es ist wesentlich, daß der Kleber eine absolut feste Verbindung mit der Bohrungswandung herstellt und eine formschlüssige Verbindung mit dem Gewinde der Spindel eingeht. Auf diese Weise werden über die Spindel eingeleitete Zugkräfte gleichmäßig auf die an die Bohrung angrenzenden Schichten des Holzteils über­ tragen.

Der Ring soll vorzugsweise konzentrisch zu der Spindel angeordnet sein, um eine gleichmäßig wirksame Bewehrung zu bilden. Der Durchmesser des Ringes ist so zu bemessen, daß der von dem Ring eingefaßte Holzkern den für die Festigkeit der Verbindung maßgeblichen Bereich erfaßt und die jenseits des Ringes wirksamen Spaltzugkräfte das Holzteil unter Last nicht zerstören können.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß der Ring in eine Ringnut in der Stirnfläche des ersten Balkens eingesetzt und mit Epoxidharz eingeklebt wird. Auf die­ se Weise wird ein Formschluß zwischen dem Ring und den umgebenden Holzschichten herbeigeführt, so daß eine wirksame Bewehrung erreicht wird.

Eine wesentliche erfindungsgemäße Weiterbildung besteht darin, daß der Ring mit einer Hälfte in der Ringnut des ersten Balkens und mit der anderen Hälfte in einer Ring­ nut eingebracht wird, die konzentrisch zu der Bohrung in die Kontaktfläche des zweiten Balkens eingefräst wird. Hierdurch wird die Scherfestigkeit der Verbindung wesent­ lich erhöht. Auch hierfür ist eine Vorfertigung ohne weiteres möglich.

Der Ring besteht vorzugsweise aus Metall mit einem Quer­ schnittsprofil in der Form eines Rhombus. Dadurch läßt sich der Ring in jedem Falle leicht einsetzen, notfalls auch eintreiben, und er weist in der Verbindungsebene der beiden Holzteile den stärksten Querschnitt auf.

Die andere Hälfte des Ringes in der Ringnut des zweiten Balkens kann dort ebenfalls formschlüssig mittels Epo­ xidharz eingeklebt sein, um einen möglichst hohen Wider­ stand gegen jegliche Verschiebung im Falle von Scher­ beanspruchungen zu vermeiden.

Das freie Ende des Spindelabschnitts ist in dem zweiten Balken zweckmäßig mittels einer Senkbohrung angeordnet. Auf diese Weise erreicht man eine ausschließlich aus innenliegenden Verbindungselementen bestehende unsicht­ bare Verbindung, wenn die Senkbohrung nach Herstellung der Verbindung verschlossen wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Verbindung von Holzteilen, die nach dem vorgenannten und beschriebenen Verfahren herstellbar ist, und zwar mit den oben aufge­ zeigten Weiterbildungsmöglichkeiten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist ein Beispiel einer Verbindung von zwei Holzteilen mit kreuzender, d. h. einander durchsetzender Faserrichtung dargestellt.

Ein erster Balken 1, bestehend aus einem dreischichtigen Brett­ schichtholzkörper, wird mit einem quer hierzu verlaufen­ den zweiten Balken 2, der ebenfalls in dem gewählten Ausführungsbeispiel aus einem dreischichtigen Brett­ schichtholzkörper besteht, verbunden, so daß die Stirn­ fläche 3 des Balkens 1 fest gegen die Kontaktfläche 4 des Balkens 2 gezogen ist.

Durch die Stirnfläche 7 des Balkens 1 wird in dessen Hirnende eine zentrale Bohrung 5 als Blindbohrung ausge­ führt. In diese Bohrung 5 wird eine aus Stahl bestehen­ de und mit einem Gewinde versehene Spindel 6 eingeführt und mit Epoxidharz 7 in der dargestellten Weise einge­ klebt, und zwar so, daß ein Endabschnitt 8 der Spindel 6 weit über die Stirnfläche 3 hinaus vorsteht.

Eine Ringnut 9 wird in koaxialer Lage in deutlichem Ab­ stand von der Bohrung 5 in der Stirnfläche 3 ausgefräst. In die Ringnut 9 wird ein aus Aluminium bestehender Ring 10 mit einem etwa rhombusförmigen Querschnitt derart mittels Epoxidharz 11 eingeklebt, daß die eine Ring­ hälfte in der Ringnut 9 formschlüssig eingebettet und befestigt ist, während die andere Hälfte über die Stirn­ fläche 3 hinaus vorsteht.

Durch den Balken 2 wird eine durchgehende Bohrung 12 geführt, die zur Aufnahme des Endabschnitts 12 der Spindel 6 geeignet ist. An der der Kontaktfläche 4 abgewandten Seite des Balkens 2 wird die Bohrung 12 von einer Senkbohrung 13, wie dargestellt, überlagert. In der Kontaktfläche 4 wird konzentrisch zu der Bohrung 12 eine Ringnut 14 ausgefräst, die der vorgenannten Ringnut 9 entspricht.

Zum Verbinden der beiden Balken 1, 2 wird die Ringnut 14 mit einer Epoxidharzfüllung 15 versehen und der Balken 2 so mit seiner Kontaktfläche 4 auf die Stirn­ fläche 3 des Balkens 1 aufgelegt, daß der Endabschnitt 8 der Spindel 6 die Bohrung 12 durchsetzt und die aus der Stirnfläche 3 vorstehende Hälfte des Ringes 10 in die mit Epoxidharz gefüllte Ringnut 14 eindringt. Wenn die Kontaktfläche 4 auf der Stirnfläche 3 aufliegt, wird auf das freie Ende der Spindel 6 ein Druckring 16 und ein Sicherungsring 17 aufgesetzt sowie eine Mutter 18 aufgeschraubt und festgezogen, bis eine für die ge­ wünschte Verbindung ausreichende Zugspannung erreicht wird. Die Epoxidharzfüllung 15 härtet aus, und die ge­ wünschte zug-, scher- und druckfeste Verbindung der Balken 1, 2 ist erreicht.

Die Wirkung und Vorteile der so hergestellten Ver­ bindung zwischen den Balken 1, 2 sind bereits im ersten Teil der Beschreibung eingehend erläutert worden, so daß auf eine Wiederholung an dieser Stelle verzichtet wird.

Abschließend wird jedoch mit Bezug auf die Zeichnung noch einmal darauf hingewiesen , daß die beiden mitein­ ander verbundenen Balken 1, 2 einander kreuzende Faser­ richtungen haben und die die Spindel aufnehmende Bohrung in Faserrichtung des ersten Balkens 1 verläuft. Dennoch ist die Spindel mit hohen Zuglasten belastbar, ohne daß die Spaltzugkräfte zu einem Querzugbruch führen können.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verbinden von Holzteilen, insbesondere Befestigen eines ersten Balkens aus Holz z. B. eines Brettschichtholzkörpers an einem zweiten Balken senk­ recht zu dem ersten Balken derart, daß der erste Balken mit der Stirnfläche seines Hirnendes an dem zweiten Balken anliegt, dadurch gekennzeich­ net, daß durch die Stirnfläche des ersten Balkens hindurch eine Bohrung in diesem in dessen Längs- und Faserrichtung angelegt wird, eine mit Gewinde versehe­ ne Spindel aus Metall bis auf einen von der Stirnseite vorstehenden Endabschnitt in die Bohrung eingeführt und in dieser befestigt, insbesondere in diese ein­ geklebt wird, ein die Spindel mit Abstand umgeben­ der Ring durch die Stirnfläche des ersten Balkens hindurch in das Hirnende eingebracht wird, in dem zweiten Balken in mit der Bohrung in dem ersten Bal­ ken fluchtender Lage eine durchgehende Bohrung zur Aufnahme des Endabschnitts der Spindel angelegt wird, die beiden Balken in der Verbindungslage auf­ einander angeordnet werden, wobei sich der Endab­ schnitt der Spindel durch die Bohrung in dem zwei­ ten Balken erstreckt und die beiden Balken durch Aufschrauben und Festziehen einer Mutter auf dem Endabschnitt der Spindel aneinander befestigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung in dem ersten Bal­ ken als Blindbohrung ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spindel mit Epoxid­ harz in der Bohrung eingeklebt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring konzentrisch zu der Spindel angeordnet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring in eine Ringnut an der Stirnfläche des ersten Balkens eingesetzt und mit Epoxidharz eingeklebt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mit einer Hälfte in der Ringnut des ersten Balkens und mit der anderen Hälfte in eine Ringnut einge­ bracht wird, die konzentrisch zu der Bohrung in der Stirnfläche des ersten Balkens eingefräst wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring aus Metall mit dem Querschnittsprofil eines Rhombus verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die andere Hälfte des Ringes in der Ringnut des zweiten Balkens form­ schlüssig mit Epoxidharz eingeklebt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Spindelabschnitts in einer Senkbohrung angeordnet wird.

10. Verbindung von Holzteilen, insbesondere von Balken nach Art von Brettschichtholzkörpern, mit einander kreuzenden Faserrichtungen der miteinander zu ver­ bindenden Holzteile, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbindung nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche her­ gestellt ist.