Verbindung für Holzbalkenkonstruktionen

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Aus "Holzbau Kalender 2004, Bruder Verlag Karlsruhe (2004)", ist die Verwendung von selbstbohrenden Holzschrauben im Holzbau bekannt. Weiterhin kann hierzu auf "Bauen mit Holz" 105 (2003) H.10 S. 28-36 verwiesen werden.

[0003] Bei bekannten biegesteifen Eckverbindungen, die auf Gehrung geschnitten einen rechten Winkel einschließende aneinanderstoßende Balken aufweisen, wird die Verbindung als geleimter Keilzinkstoß oder als Stabdübelkranz ausgebildet. Bei derartigen Eckverbindungen tritt eine Delamination bei zunehmender Belastung von Gefügestörungen wie Ästen oder Keilzinken auf.

[0004] Aus dem DE-U-8808077 ist eine Verbindung für Holzbalken mit einem zylindrischen Zapfen bekannt, der in angepasste Bohrungen der miteinander zu verbindenden Holzbalken einsetzbar und fixierbar ist. Hierbei besitzt der Bolzen im Bereich mindestens eines Endes mindestens eine Ausnehmung, und mindestens ein quer zum Bolzen verlaufender, von einer Seite in den zugeordneten Holzbalken eingetriebener Haltestift oder Schraube durchdringt diese Ausnehmung wenigstens teilweise, wobei der Bolzen ferner eine axiale Gewindebohrung für einen Gewindebolzen aufweist. Die verwendeten Haltestifte dienen ausschließlich dazu, den zylindrischen Zapfen innerhalb des Balkens zu fixieren und sind nicht geeignet, Zugkräfte parallel zur Faserrichtung aufzunehmen oder Druckspannungen rechtwinklig zur Faserrichtung zu übertragen und das Einbringen des zylindrischen Zapfens in eine angepasste Bohrung erfordert einen hohen Herstellungsaufwand.

[0005] Bei der US 3,326,056 erfolgt die Verbindung der aneinanderstoßenden Holzbalken mittels seilicher Ankerplatten, die mit Schrauben an den Holzbalken befestigt werden. Diese Ankerplatten sind Teil einer zwischen den Holzbalken fixierten Klammervorrichtung. Zusätzlich erfolgt eine Verspannung der Holzbalken miteinander durch eine Gewindestange, die durch beide Holzbalken verläuft und die endseitig an den beiden Holzbalken anliegt. Zum Einbringen dieser Spannstange müssen die Holzbalken vorgebohrt werden.

[0006] Eine Verbindung von zwei Holzbalken mit selbstbohrenden Vollgewindeschrauben ist aus der WO-A-98/57005 bekannt.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei Verbindungen der vorstehenden Art eine höhere Tragfähigkeit und eine größere Verbindungssteifigkeit zu erreichen und eine einfache Herstellbarkeit mit weniger Material und Arbeitsaufwand zu ermöglichen.

[0008] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Verbindung als biegesteife Eckverbindungausgebildet ist, wobei die zwei Holzbalken auf Gehrung aneinander anstoßen und wobei die Holzbalken einen spitzen oder einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90 ° einschließen, wobei in jeden der Holzbalken nahe an der Stoßstelle parallel zu der Stoßstellenfläche der beiden Holzbalken eine Vollgewindeschraube von der jeweiligen Außenseite der Holzbalken, d. h. der Außenseite der Eckverbindung her eingeschraubt ist, so dass parallel zur Stoßstelle auftretende Querzugskräfte auf Zug aufgenommen werden. Hierbei handelt es sich eine Verbindung, die als biegesteife Ecke für positive Momentübertragung ausgebildet ist. Hierbei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn an der Außenseite der Eckverbindung in jeder der beiden Holzbalken jeweils mindestens eine Vollgewindeschraube in einem Winkel von ca. 67 ° zur Holzfaserrichtung eingeschraubt ist, deren Kreuzungspunkt in der Stoßstellenebene liegt. Hierbei kann an der Innenseite der Eckverbindung eine Vollgewindeschraube unter einem Winkel von 45 ° von der Außenseite von mindestens einem der Balken bis zur Außenseite des anderen Balkens verlaufend eingeschraubt sein. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, dass nahe am inneren Rand der Holzbalken in jedem Balken von der Stoßstelle ausgehend etwa parallel zur Faserlängsrichtung der Balken eine Vollgewindeschraube in den Balken eingeschraubt ist.

[0009] Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine gattungsgemäße Verbindung, bei der die Verbindung als biegesteife Eckverbindung ausgebildet ist, wobei die zwei Holzbalken auf Gehrung aneinanderstoßen und wobei die Holzbalken einen spitzen oder einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90 ° einschließen, wobei von der Innenseite der Eckverbindung her in jedem der Holzbalken parallel zur Stoßstellenfläche der beiden Holzbalken Vollgewindeschrauben eingeschraubt sind, die zur Aufnahme von Druckkräften dienen, wobei auf der Innenseite der Eckverbindung nur eine Vollgewindeschraube im Winkel von 45 ° zur Faserlängsrichtung eingebohrt ist und wobei an der Außenseite der Eckverbindung in jedem der Holzbalken zwei parallel verlaufende Vollgewindeschrauben eingeschraubt sind.

[0010] Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und an Hand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße biegesteife Eckverbindung,

Fig. 2

einen Schnitt durch eine alternative Ausbildung einer erfindungsgemäßen biegesteifen Eckverbindung.

[0011] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Verbindung als biegesteife Ecke für positive Momentübertragung entsprechend dem Pfeil Y ausgebildet. Diese Eckverbindung besteht aus zwei auf Gehrung an einer Stoßstelle 12 aneinanderstoßenden Holzbalken 13, 14, die einen Winkel von 90 ° einschließen. In jeder der Holzbalken 13, 14, nahe an der Stoßstelle 12, ist jeweils eine Vollgewindeschraube 15 parallel zur Stoßstellenfläche der beiden Balken 13, 14 von der Außenseite 17, 18 der beiden Balken 13, 14 eingeschraubt. Diese Vollgewindeschrauben 15 dienen dazu, parallel zu den Stoßflächen auftretende Querzugkräfte auf Zug aufzunehmen. An der Außenseite der Eckverbindung ist in jedem der Holzbalken 13, 14 jeweils eine Vollgewindeschraube 19, 20 in einem Winkel von 67 ° zur Holzfaserlängsrichtung eingeschraubt. Hierbei liegt der Kreuzungspunkt der beiden Vollgewindeschrauben 19, 20 insbesondere in der Stoßstelle 12. Diese Vollgewindeschrauben 19, 20 sind auf Druck belastet. Hierdurch wird in der erfindungsgemäßen Eckverbindung der Druckkontaktpunkt vorgegeben und die Vollgewindeschrauben 19, 20 bilden den Lastpfad für die Versteifung. Zudem ist vorzugsweise auf der Innenseite der Eckverbindung jeweils eine Vollgewindeschraube 21 unter einem Winkel von 45 ° zur Faserrichtung von der Außenseite des jeweiligen Balkens 13, 14 her eingeschraubt, die jeweils unmittelbar vor der Außenseite des anderen Balkens 14, 13 endet. Diese Vollgewindeschrauben 19 nehmen die in dem Bereich auftretende Zugspannung auf und bilden somit ein Widerlager für die Zugkräfte, so dass die biegesteife Ecke in diesem Bereich zusammengehalten wird. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn im Bereich der Innenseite der erfindungsgemäßen Eckverbindung in jedem der Balken 13, 14 eine von der Stoßstelle 12 ausgehende, etwa parallel zur Faserlängsrichtung des jeweiligen Balkens 13, 14 verlaufende Vollgewindeschraube 22 in diesen eingeschraubt ist. Diese beiden Vollgewindeschrauben 22 dienen ebenfalls zur Zugkraftverteilung im Innenbereich der Eckverbindung.

[0012] Im Unterschied zur Ausbildung gemäß Fig. 1 ist die erfindungsgemäße biegesteife Eckverbindung gemäß Fig. 2 für die Übertragung eines Momentes in Pfeilrichtung Z, d. h. einem negativen Moment ausgebildet. Hierbei ist auf der Innenseite der erfindungsgemäßen Eckverbindung nur eine Vollgewindeschraube 21a im Winkel von 45 ° zur Faserlängsrichtung eingebohrt, die in diesem Belastungsfall Druckkräfte aufnimmt. An der Außenseite der Eckverbindung sind in jedem der Holzbalken 13, 14 zwei parallel verlaufende Vollgewindeschrauben 19a, 20a eingeschraubt, die hier für eine optimale Zugkraftverteilung dienen. Parallel zur Stoßstellenfläche der beiden Balken 13, 14 sind von der Innenseite der Eckverbindung her Vollgewindeschrauben 15a eingebohrt, die in diesem Fall zur Aufnahme von Druckkräften in diesem Bereich dienen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Vollgewindeschrauben wird insbesondere der Lastpfad für die Druckübertragung vorgegeben, d. h. insbesondere durch die Vollgewindeschrauben 19a, 20a und 15a wird eine Druckkraftverstärkung bewirkt.

[0013] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der verschiedenen Verbindungen sind diese deutlich höher belastbar als vergleichbare traditionelle Verbindungsarten. Die auftretenden Kräfte werden unter deutlich geringeren Verformungen abgetragen, wobei insbesondere auch die bleibenden Verformungen infolge Schlupf stark reduziert werden. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind deutlich einfacher herzustellen, und zwar mit weniger Material und Arbeitsaufwand. Zudem lassen sich diese erfindungsgemäßen Verbindungen konstruktiv so auslegen, dass durch die Anordnung der Schrauben in der Gesamtkonfiguration ein quasi-duktiles Tragverhalten der Fügung mit angekündigtem Versagen durch sichtbare Deformationen induziert wird.

[0014] Der Querschnittsabmessungen der Balken 13, 14 bei der erfindungsgemäßen biegesteifen Ecke haben eine Abmessung von 14 x 36 cm und der Verlauf der einzelnen Vollgewindeschrauben ist derart, dass sie an ihren dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Ende aus den Trägem im eingeschraubten Zustand nicht austreten und möglichst kurz vor der Oberfläche des jeweiligen Balkens enden. Vorzugsweise werden Schrauben mit 8 mm Durchmesser verwendet. Die Schrauben 21 sind gewindestangenmäßig ausgebildet und besitzen einen Durchmesser von 16 mm.

[0015] Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Schrauben im Wesentlichen dem Kraftschluss entsprechend angelegt, so dass sie vorwiegend normalkraftbeansprucht sind. Die erfindungsgemäßen Stoßverbindungen sind deutlich höher belastbar als vergleichbare traditionelle Verbindungsarten. Die Kräfte werden unter deutlich geringeren Verformungen abgetragen, wobei insbesondere auch die bleibenden Verformungen infolge der Verbindungsmittel stark reduziert werden. Zudem ergibt sich eine deutlich einfachere Herstellbarkeit mit weniger Material- und Arbeitsaufwand.

Ansprüche

1. Verbindung aus mindestens zwei Holzbalken (13, 14) mit mindestens zwei selbstbohrenden Vollgewindeschrauben (15, 19, 20, 21, 22) pro Holzbalken (13, 14), wobei die Vollgewindeschrauben (15, 19, 20, 21, 22) derart eingeschraubt sind, dass sie Zugkräfte rechtwinklig zur Holzfaserrichtung abtragen und/oder Zugkräfte parallel zur Faserrichtung aufnehmen und/oder Druckspannungen rechtwinklig zur Faserrichtung übertragen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung als biegesteife Eckverbindung ausgebildet ist, wobei die zwei Holzbalken (13, 14) auf Gehrung aneinander anstoßen und wobei die Holzbalken (13, 14) einen spitzen oder einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90 ° einschließen, wobei in jedem der Holzbalken (13, 14) nahe an der Stoßstelle (12) parallel zur Stoßstellenfläche der beiden Holzbalken (13, 14) eine Vollgewindeschraube (15) von der jeweiligen Außenseite (17, 18) der Holzbalken (13, 14), d. h. der Außenseite der Eckverbindung her eingeschraubt ist, so dass parallel zur Stoßstelle auftretende Querzugskräfte auf Zug aufgenommen werden.

2. Verbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Eckverbindung in jedem der beiden Holzbalken (13, 14) jeweils mindestens eine Vollgewindeschrauben (19, 20,) in einem Winkel von ca. 67 ° zur Holzfaserrichtung eingeschraubt ist, deren Kreuzungspunkt in der Stoßstellenfläche liegt.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Eckverbindung eine Vollgewindeschraube (21) unter einem Winkel von 45 ° von der Außenseite von mindestens einem der Balken (13, 14) bis zur Außenseite des anderen Balkens (14, 13) verlaufend eingeschraubt ist.

4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Innenseite der Verbindung in jedem der Balken (13, 14) eine von der Stoßstelle (12) ausgehende, etwa parallel zur Faserlängsrichtung des jeweiligen Balkens (13, 14) verlaufende Vollgewindeschraube (22) in diesen eingeschraubt ist.

5. Verbindung aus mindestens zwei Holzbalken mit mindestens zwei selbstbohrenden Vollgewindeschrauben (15a, 19a, 20a, 21a) pro Holzbalken (13, 14), wobei die Vollgewindeschrauben (15a, 19a, 20a, 21a) derart eingeschraubt sind, dass sie Zugkräfte rechtwinklig zur Holzfaserrichtung abtragen und/oder Zugkräfte parallel zur Faserrichtung aufnehmen und/oder Druckspannungen rechtwinklig zur Faserrichtung übertragen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung als biegesteife Eckverbindung ausgebildet ist, wobei die zwei Holzbalken (13, 14) auf Gehrung aneinander anstoßen und einen spitzen oder einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90 ° einschließen, wobei von der Innenseite der Eckverbindung her in jedem der Holzbalken (13, 14) parallel zur Stoßstellenfläche der beiden Holzbalken (13, 14) Vollgewindeschrauben (15a) eingeschraubt sind, die zur Aufnahme von Druckkräften dienen, wobei auf der Innenseite der Eckverbindung nur eine Vollgewindeschraube (21a) im Winkel von 45 ° zur Faserlängsrichtung eingebohrt ist und an der Außenseite der Eckverbindung in jedem der Holzbalken (13, 14) zwei parallel verlaufende Vollgewindeschrauben (19a, 20a) eingeschraubt sind.

Claims

1. A connection comprising at least two wooden planks (13, 14) having at least two self-tapping, fully threaded screws (15, 19, 20, 21, 22) per wooden plank (13, 14), wherein the fully threaded screws (15, 19, 20, 21, 22) are screwed in such that they carry away tensile forces at a right angle to the direction of the wood grain and/or absorb tensile forces parallel to the direction of the grain and/or transfer compressive stresses at a right angle to the direction of the grain,
characterised in that the connection takes the form of a flexurally rigid corner connection, wherein the two wooden planks (13, 14) abut against one another as a mitre joint and wherein the wooden planks (13, 14) form an acute or obtuse angle, in particular an angle of 90°, wherein from the respective outside (17, 18) of the wooden planks (13, 14), that is to say the outside of the corner connection, a fully threaded screw (15) is screwed into each of the wooden planks (13, 14) close to the joint (12) and parallel to the joint face of the two wooden planks (13, 14), with the result that transverse tensile forces occurring parallel to the joint are absorbed under tension.

2. A connection according to Claim 1,
characterised in that, at the outside of the corner connection, in each case at least one fully threaded screw (19, 20) is screwed into each of the two wooden planks (13, 14) at an angle of approximately 67° to the direction of the wood grain, the point of intersection thereof being at the joint face.

3. A connection according to Claim 1 or 2,
characterised in that, at the inside of the corner connection, a fully threaded screw (21) is screwed in at an angle of 45°, extending from the outside of at least one of the planks (13, 14) as far as the outside of the other plank (14, 13).

4. A connection according to one of Claims 1 to 3,
characterised in that, in the region of the inside of the connection, in each of the planks (13, 14) a fully threaded screw (22) that extends from the joint (12) and approximately parallel to the longitudinal direction of the grain of the respective plank (13, 14) is screwed into the latter.

5. A connection comprising at least two wooden planks having at least two self-tapping, fully threaded screws (15a, 19a, 20a, 21 a) per wooden plank (13, 14), wherein the fully threaded screws (15a, 19a, 20a, 21 a) are screwed in such that they carry away tensile forces at a right angle to the direction of the wood grain and/or absorb tensile forces parallel to the direction of the grain and/or transfer compressive stresses at a right angle to the direction of the grain,
characterised in that the connection takes the form of a flexurally rigid corner connection, wherein the two wooden planks (13, 14) abut against one another as a mitre joint and form an acute or obtuse angle, in particular an angle of 90°, wherein from the inside of the corner connection fully threaded screws (15a) are screwed into each of the wooden planks (13, 14) parallel to the joint face of the two wooden planks (13, 14) and serve to absorb compressive forces, wherein on the inside of the corner connection only one fully threaded screw (21 a) is drilled in at an angle of 45° to the longitudinal direction of the grain and on the outside of the corner connection two parallel fully threaded screws (19a, 20a) are screwed into each of the wooden planks (13, 14).

Revendications

1. Système d'assemblage constitué d'au moins deux poutres en bois (13, 14) avec au moins deux vis auto-foreuses à filetage complet (15 ,19, 20, 21, 22) par poutre en bois (13, 14), dans lequel les vis à filetage complet (15, 19, 20, 21, 22) sont vissées de telle manière qu'elles éliminent des forces de traction de manière perpendiculaire par rapport aux sens des fibres du bois et/ou absorbent des forces de traction de manière parallèle par rapport au sens des fibres et/ou transfèrent des contraintes de pression de manière perpendiculaire par rapport au sens des fibres,
caractérisé en ce que le système d'assemblage est réalisé sous la forme d'un système d'assemblage en angle résistant à la flexion, dans lequel les deux poutres en bois (13, 14) se touchent en onglet et dans lequel les poutres en bois (13, 14) forment un angle aigu ou obtus, en particulier un angle de 90°, dans lequel une vis à filetage complet (15) est vissée depuis le côté extérieur (17, 18) respectif des poutres en bois (13, 14), soit du côté extérieur du système d'assemblage en angle, dans chacune des poutres en bois (13, 14), à proximité de l'emplacement de contact (12), de manière parallèle à la surface de l'emplacement de contact des deux poutres en bois (13, 14) de sorte que des forces de traction transversales apparaissant de manière parallèle à l'emplacement de contact sont absorbées en traction.

2. Système d'assemblage selon la revendication 1,
caractérisé en ce que respectivement au moins une vis à filetage complet (19, 20) est vissée selon un angle d'environ 67° par rapport au sens des fibres de bois au niveau du côté extérieur du système d'assemblage en angle dans chacune des deux poutres en bois (13, 14), le point d'intersection de ladite vis se trouvant dans la face de l'emplacement de contact.

3. Système d'assemblage selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce qu'une vis à filetage complet (21) est vissée selon un angle de 45° de manière à s'étendre depuis le côté extérieur d'au moins une des poutres (13, 14) jusqu'au côté extérieur de l'autre poutre (14, 13), au niveau du côté intérieur du système d'assemblage en angle.

4. Système d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce qu'une vis à filetage complet (22) partant de l'emplacement de contact (12), s'étendant à peu près de manière parallèle par rapport au sens longitudinal des fibres de chaque poutre (13, 14) est vissée dans ces dernières dans la zone du côté intérieur du système d'assemblage dans chacune des poutres (13, 14).

5. Système d'assemblage constitué au moins de deux poutres en bois avec au moins deux vis auto-foreuses à filetage complet (15a, 19a, 20a, 21a) par poutre en bois (13, 14), dans lequel les vis à filetage complet (15a, 19a, 20a, 21a) sont vissées de telle manière qu'elles éliminent des forces de traction de manière perpendiculaire par rapport au sens des fibres de bois, et/ou qu'elles absorbent des forces de traction de manière parallèle par rapport au sens des fibres, et/ou qu'elles transfèrent des contraintes de pression de manière perpendiculaire par rapport au sens des fibres,
caractérisé en ce que le système d'assemblage est réalisé sous la forme d'un système d'assemblage en angle résistant à la flexion, dans lequel les deux poutres en bois (13, 14) se touchent en onglet et forment un angle aigu ou obtus, en particulier un angle de 90°, dans lequel des vis à filetage complet (15a) sont vissées depuis le côté intérieur du système d'assemblage en angle dans chacune des poutres en bois (13, 14) de manière parallèle à la face de l'emplacement de contact des deux poutres en bois (13, 14), lesquelles vis servant à absorber des forces de pression, dans lequel uniquement une vis à filetage complet (21a) est enfoncée selon un angle de 45° par rapport au sens longitudinal des fibres sur le côté intérieur du système d'assemblage en angle et dans lequel deux vis à filetage complet (19a, 20a) s'étendant de manière parallèle sont vissées au niveau du côté extérieur du système d'assemblage en angle dans chacune des poutres en bois (13, 14).

Zeichnung