[0001] Die Erfindung betrifft eine Knotenverbindung für Stabwerke mit mehr als zwei in einem
Knoten verbundenen Stäben, insbesondere von Stahlbaukonstruktionen, deren Stäbe als
Rundrohre ausgebildet sind, wobei die Enden der zu einem Knoten zusammenlaufenden
Rundrohre mittels in der Rohrachse angeordneter Schraubenverbindungen an je einem
Knotenstück befestigbar sind.
[0002] Bekannte derartige Knotenverbindungen haben den Vorteil, daß die Stäbe die Zug- und
Druckkräfte ausschließlich mathematisch genau in die Mitte der Knotenstücke einleiten.
Hierbei enden die als Stäbe fungierenden Rundrohre an anfgeschweißten Kegelstümpfen
mit einer axialen Bohrung. Durch die Bohrung nach außen ragt ein Schraubenbolzen,
der sich mit seinem Kopf im Rohrinneren am Kegelstumpf abstützt und mit seinem am
vorderen Ende angeordneten Gewinde in eine Bohrung eines aus Vollmaterial bestehenden
Knotenstückes eiagegeschraubt werden kann. Zwischen dem Kegelstumpf und dem Knotenstück
ist ein Rohr- bzw. Muffenteil angeordnet, durch welchen der Schraubenbolzen mit seinem
Schaft hindurchgeht. Der Muffenteil ist mit dem Schaft des Bolzens derart verbunden,
daß der Schaft im Muffenteil gleiten, jedoch sich die-sem gegenüber nicht verdrehen
kann.
[0003] Durch Verdrehen des Muffenteiles kann der Schraubenbolzen gedreht und somit die Schraubenverbindung
zwischen dem Rundrohr und dem Knotenstück hergestellt bzw. gelöst werden.
[0004] Die beschriebene Knotenverbindung hat aber viele Nachteile. Sie ist wegen der großen
Zahl zu bearbeitender Metallteile aufwendig. Die Schweißverbindung zwischen Rundrohr
und Kegelstumpf ist eine Schwachstelle und die Festigkeit der Rundrohre kann daher
nicht ausgenützt werden. Die hochfesten Schraubenbolzen selbst unterliegen Kerbspannungen
und stellen keine starre sondern gewissermaßen eine gelenkige Verbindung zwischen
den Stäben und den Knotenteilen her, da ihre Kernquerschnitte bei Stabknickung als
Fließgelenke wirken. Es muß die volle, bis zum Gewinde am vorderen Ende der Schraubenbolzen
reichende Knicklänge bei der Bemessung der Stäbe in Rechnung gestellt werden. Die
Eigensteifigkeit des Stabwerkes ist gering. Zum Einführen der Schraubenbolzen sind
Montagelöcher in den Rohren notwendig, die wiederum gegenüber angeordnete Entwässerungslöcher
notwendig machen und somit den Rohrquerschnitt örtlich schwächen. Die Rohrinnenwände
sind unkontrollierbar korrossionsgefährdet und ein Schatz der Rohre vor Hitzeeinwirkung
im Brandfall ist kaum möglich. Der Feuerwiderstand ist daher insbesondere für den
Bau von Hallen, in denen sich viele Menschen aufhalten oder Flugzeuge abgestellt werden,
nicht ausreichend.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine biegesteife Knotenverbindung.ohne
Schwächung der mehr als zwei in einem Knoten verbundenen Stäbe und ohne die erwähnten
Nachteile und mit einem geringeren Aufwand der Herstellung bereitzustellen. Die Erfindung
besteht bei einer Knotenverbindung der eingangs beschriebenen Art darin, daß die Enden
der Rundrohre ohne Schwächung von deren Querschnitt und Biegesteifigkeit ein Außengewinde
aufweisen, dessen Kerndurchmesser mindestens gleich groß wie der Außendurchmesser
der Rundrohre ist und daß auf dieses Außengewinde eine über das Rundrohr schiebbare
bzw. drehbare Überwurfmutter mit ihrem Innengewinde schraubbar ist, wobei die Überwurfmutter
außerdem am Knotenstück festschraubbar ist. Es entsteht somit ein biegesteifer Anschluß
zwischen Rundrohren und Knatenstück. Im übrigen ist eine Füllung der über die Knotenstücke
kommunizierend verbindbaren Hohlräume der Rundrohre mit Flüssigkeit, z.B. Wasser unter
Beimengung von Korrossionsschntz - und gegebenenfalls Frostschutzmittel und der Einsatz
der Flüssigkeit zum Beheizen, Kühlen und/oder Löschen im Brandfall, Speichern von
Solarwärme oder dgl. möglich.
[0006] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgenäßen Knotenverbindung ist
die Überwurfmutter mit dem vorderen Abschnitt ihres Innengewindes auf ein entsprechendes
Außengewinde des Knotenstückes schraubbar. Hierbei kann - im Fall eines flüssigkeitsgefüllten
Stabwerkes - ein, gegebenenfalls als querschnittverengende Drossel (Blende) wirkender,
Dichtungsring im Spalt zwiehen den Enden des Rundrohres und des das Außengewinde aufweisenden
Abschnittes des Knotenstückes angeordnet sein, welcher die Durchströmung des durch
die Rundrohre gebildeten Rohrsystems beeinflußt.
[0007] Bei einer anderen, sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Knotenverbindung
ist die Überwurfmutter mit einem an ihr vorgesehenen Außengewinde in ein entsprechendes
Innengewinde des Knotenstückes schraubbar, wobei das Innengewinde und das Außengewinde
der Überwurfmutter mit gleicher Steigung sowie konzentrisch angeordnet sind. Dabei
sind vorzugsweise das Innengewinde und das Außengewinde der Überwurfmutter entlang
deren selben Längsabschnittes angeordnet, wobei die zu einem Knoten verbundenen Rundrohre
bis-in das Knotenstück hineinreichen.
[0008] Die Überwurfmutter kann dabei zweckmäßig als Hülse mit schraubenförmig verlaufendem,
wellenförmigem Querschnitt ausgebildet sein. Die als solche Hülse ausgebildete Überwurfmutter
weist zweckmäßig am hinteren Ende einen nach außen radial vorstehenden Ring auf, der
- im Fall eines flüssigkeitsgefüllten Stabwerkes - über einen äußeren Dichtring gegen
das Ende des mit dem Innengewinde ausgebildeten Abschnittes des Knotenstückes drückt
und über einen inneren Dichtring zwischen der Überwurfmutter und dem Rundrohr abdichtet.
[0009] Die Überwurfmutter mit entlang desselben Längsabschnittes angeordnetem Innen- und
Außengewinde kann auch als Spirale (Schraubenwendel) ausgebildet sein, wobei - im
Falle eines flüssigkeitsgefüllten Stabwerkes - der Zwischenraum zwischen den Spiralenwindungen
im Bereich, in dem das Rundrohr bis in das Knotenstück reicht, durch eine Dichtungsmasse
gefüllt sein kann.
[0010] Die Überwurfmutter mit entlang desselben Längsabschnittes angeordnetem Innen- und
Außengewinde kann auch als Hülse mit in dieser eingelassener, z.B. eingegossener Spirale
(Schraubenwendel) ausgebildet sein. Dabei kann die Spirale im Querschnitt auch aus
zwei verschieden profilierten Drahthälften zusammengesetzt sein.
[0011] Im Fall des flüssigkeitsgefüllten Stabwerkes sind die Knotenstücke hohl und mit entlang
der Achsen der an sie anschliessenden Rundrohre durchgehenden Öffnungen ausgebildet.
Die Öffnungen der Knotenstücke haben zweckmäßig einen Durchmesser, der mindestens
gleich dem Innendurchmesser der Rundrohre ist. Das Außengewinde kann an den Enden
der Rundrohre durch plastische Verformung, z.B. Pressen, Stauchen und/oder Rollen,
angeformt sein.
[0012] Das Außengewinde kann aber auch in die durch Aufstauchen verdickten Enden der Rundrohre
eingeschnitten sein.
[0013] Es ist auch möglich, das Außengewinde an den Enden der Rundrohre durch Schweißen,
z.B. Auftragschweißen oder Widerstandspreßschweißen einer Profildrahtspirale, zu befestigen.
[0014] Ein Stabwerk mit erfindungsgemäßen Knotenverbindungen ist vorteilhaft über die Knotenstücke
kommunizierend mit einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, gefüllt und an einen Flüssigkeitskreislauf
angeschlossen.
[0015] Die Knotenstücke und/oder die Rundrohre können dabei mit einem Ventil ausgebildet
sein, welches z.B. im Brandfall durch Überdruck und/oder Übertemperatur öffnet, wodurch
ähnlich wie bei einem Sprinklersystem der Brandherd bzw. das Stabwerk mit Wasser besprüht
werden können und durch die dabei entstehende Strömung im Rohr die Rohrwand gekühlt
wird.
[0016] Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
erfindungsgemäßer Knotenverbindungen bzw. eines damit hergestellten Stabwerkes näher
erläutert. Darin zeigt bzw. zeigen
Fig.1 ein Stabwerk im Schrägriß von oben,
Fig.2 ein Detail einer Knotenverbindung, nämlich ein Knotenstück in vereinfachter
Darstellung,
Fig.3 bis 6 verschiedene Ausführungsformen von an das Knotenstück nach Fig.2 anschließenden
Enden von Rundrohren,
Fig.7 eine Knotenverbindung im Querschnitt,
Fig.8 eine andere Ausführungsform einer Knotenverbindnng ebenso im Querschnitt und
Fig.9 ein Detail der Knotenverbindung nach Fig.8, nämlich eine Überwurfmutter, in
gegenüber Fig.8 geänderter Ausführung.
[0017] In Fig.1 ist ein Stabwerk in Form eines typischen zweilagigen Raumfachwerkes, welches
aus Knotenstücken 1 und aus durch Rundrohre 2 gebildeten Staben besteht, vereinfacht
dargestellt. Die Knatenstücke 1 und die Rundrohre 2 bilden mit ihren Hohlräumen ein
kommunizierendes Flüssigkeitssystem.
[0018] Das Flüssigkeitssystem ist über - an den Ecken des Raumfächwerks angeordnete - Yorlaufleitungen
3 und - in der Mitte des Raumfachwerks befindliche - Rücklaufleitungen 4 an einen
Flüssigkeitskreislauf angeschlossen, in dem ein Flüssigkeitsbehälter 5, ein Zweigventil
6 und eine Pumpe 7 liegen. Über eine vom Zweigventil 6 zur Pumpe 7 führende Bypassleitung
kann ein zur Heizung, Kühlung oder Solarenergiegewinnung dienender Wärmetauscher 8
beaufschlagt werden. Die Pumpe 7 kann im Fall der Beheizung über eine Heizungssteuerung
und im Brandfall über eine Brandmeldeanlage oder durch einen Schwimmerschalter bei
Wasserverlust durch Öffnen eines der temperatur- und druckabhängigen Ventile im Netz
in Betrieb gesetzt werden. Verluste im Flüssigkeitssystem können aus dem Wasserleitungs-Ortsnetz
über ein automatisches, vom Niveau des Flüssigkeitsbehälters 5 gesteuertes Ventil
9 ergänzt werden. Als Flüssigkeit kann Wasser mit Zusätzen eines Korrossionsschntz-
und eines Frostschutzmittels verwendet werden.
[0019] Fig.2 zeigt eines der in Fig.1 mit 1 bezeichneten Knotenstücke. Jede der Fig.3 bis
6 zeigt ein mit dem Knotenstück verbundenes Ende eines Rundrohres 2, welches ein Außengewinde
10 aufweist. Das Außengewinde 10 der Fig.3 ist durch Pressen, das Außengewinde 10
der Fig.4 durch Stauchen und Rollen oder durch Einschneiden in das vorher aufgestauchte
Rohrende angeformt. Das in Fig.5 sichtbare Außengewinde 10 ist durch Auftragschweißen
auf dem Ende des Rohres 2 hergestellt. Gemäß Fig.6 ist das Außengewinde 10 auf das
Ende des Rundrohres 2 in Form einer Spirale (Schraubenwendel) aus Profildraht aufgeschweißt,
z.B. durch Widerstandspreßschweißen. In allen Fällen ist der Kerndurchmesser d
1 des Außengewindes 10 mindestens gleich groß wie der Außendurchmesser D des Rundrohres
2 und der Rohrquerschnitt ungeschwächt.
[0020] In Fig.7 ist in größeren Maßstab eine Knotenverbindung im Querschnitt gezeigt. Draus
ist ersichtlich, wie das mit einem Außengewinde 10 versehene Ende eines Rundrohres
2 am Knotenstück 1 befestigt ist; auf das Außengewinde 10 ist eine, über das Rundrohr
2 schiebbare (schraabbare) Überwurfmutter 11. mit ihrem Innengewinde 12 geschraubt.
Dabei ist die Überwurfmutter 11 gleichzeitig mit dem vorderen Abschnitt ihres Innengewindes
12 auf ein entsprechendes Außengewinde 13 des Knotenstückes geschraubt. Im Spalt zwischen
den Enden des Rundrohres 2 und des das Außengewinde 13 aufweisenden Abschnittes des
Knotenstückes 1 ist ein Dichtungsring 14 angeordnet. Einer der in Fig.7 sichtbaren
Dichtungsringe 14 ist als querschnittsverengende Drossel zur Beeinflussung der Systemdurchströmung
ausgebildet. Bei 15 ist ein an das Knotenstück 1 angeschlossenes Ventil angedeutet,
welches der Entlüftung dienen oder als Überdruck bzw. Übertemperaturventil ausgebildet
sein kann und in Fig.8 genauer dargestellt ist.
[0021] Fig.8 zeigt ebenso in größerem Maßstab eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Knotenverbindung, wobei zweierlei Überwurfmuttern 16 bzw. 17 Anwendung finden. In
beiden Fällen ist die Überwurfmutter 16 bzw. 17 mit einem an ihr vorgesehenen Außengewinde
18 bzw. 19 in ein entsprechendes Innengewinde 20 bzw. 21 des Knotenstückes 1 geschraubt.
Das hier mit 22 bzw. 23 bezeichnete Innengewinde und das Außengewinde 18 bzw.19 der
Überwurfmutter 16 bzw.17 sind mit gleicher Steigung sowie konzentrisch und entlang
deren selben Längsabschnittes angeordnet. Eine besonders feste Verbindung ergibt sich
dadurch, daß die zu einem Knoten verbundenen Rundrohre 2 bis in das Knatenstück 1
hineinreichen.
[0022] Die in Fig.8 sichtbare Überwurfmutter 16 ist als Hülse mit schraubenförmig verlaufendem,
wellenförmigen Querschnitt ausgebildet. Sie weist an ihrem hinteren Ende einen nach
außen radial vorstehenden Ring 24 auf. Der Ring 24 drückt über einen äußeren Dichtring
25 gegen das Ende des mit dem Innengewinde 20 ausgebildeten Abschnittes des Knatenstückes
1. Außerdem dichtet ein innerer Dichtring 26 zwischen dem Innengewinde 22 der Überwurfmutter
16 und dem Rundrohr 2 ab.
[0023] Die in Fig.8 oben gezeigte Überwurfmutter 17 ist als Spirale (Schraubenwendel) ausgebildet.
Nach dem Einschrauben der als Spirale ausgebildeten Überwurfmutter 17 in den Zwischenraum
zwischen dem Innengewinde 21 des Knatenstückes 1 und dem Außengewinde 10 des Rundrohres
2 ist der Zwischenraum zwischen den Spiralenwindungen der Überwurfmutter 17 durch
Einspritzen einer Dichtungsmasse 26 gefüllt worden.
[0024] Fig.9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überwurf- mutter 27, wobei diese
als Hülse mit einer in dieser eingegossenen Spirale (Schraubenwendel) 28 ausgebildet
ist. Dabei kann die Spirale 28 im Querschnitt auch aus zwei verschieden profilierten
Drahthälften zusammengesetzt sein.
[0025] Bei den Knotenverbindungen der Fig.7 und 8 sind die Knotenstücke 1 hohl und mit entlang
der Achsen der an sie anschliessenden Rundrohre 2 durchgehenden Öffnungen 30 ausgebildet.
Die Öffnungen 30 haben einen Durchmesser, der mindestens gleich dem Innendurchmesser
d der Rundrohre 2 ist.
[0026] In Fig.8 ist im weiteren ein an ein Rundrohr 2 anschließendes Ventil 15 näher dargestellt.
Im Rundrohr 2 ist ein Ventilrohr 31 eingeschraubt, in dem sich ein durch eine Druckfeder
32 belasteter Ventilkörper 33 befindet. Die Druckfeder 3
2 drückt am anderen Ende auf ein Schmelzlotplättchen 34, welches ab einer entsprechend
hohen Temperatur den Weg für Druckfeder 32 und Ventilkörper 33 freigibt, sodaß das
Wasser durch das Ventilrohr 31 oben ausströmen kann. Das Ventilrohr 31 hat außerdem
seitliche Öffnungen 35, durch welche das Wasser nicht nur im Fall des Schmelzens des
Plättchens 34, sondern auch dann austreten kann, wenn der Druck im Flüssigkeitssystem
einen so hohen Wert annimmt, daß er den Ventilkörper 33 gegen die Kraft der Druckfeder
32 bis zu den Öffnungen 35 hochdrückt. Eine in das Rundrohr 2 eingesetzte querschnittsverengende
Drossel (Blende) ist im übrigen mit 36 bezeichnet und ersetzt bei dieser Ausführung
den als Drossel wirkenden Dichtungsring 14 der Fig.7
[0027] Die erfindungsgemäße Knotenverbindung ist für Stabwerke aller Art, insbesondere für
räumliche Stabwerke, mehrgurtige Fachwerksträger, Fachwerksscheiben, -tonnen und -faltwerke,
ein- und mehrlagige Fachwerkskuppeln, Stabwerkskuppeln, Stabrost- und Flächentragwerke
mit Vorteil einsetzbar.
1. Knotenverbindungen für Stabwerke mit mehr als zwei in einem Knoten verbundenen
Stäben, insbesondere von Stahlbaukonstruktionen, deren Stäbe als Rundrohre ausgebildet
sind, wobei die Enden der zu einem Knoten zusammenlaufenden Rundrohre mittels in der
Rohrachse angeordneter Schraubenverbindungen an je einem Knotenstück befestigbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rundrohre (2) ohne Schwächuag von deren
Querschnitt und Biegesteifigkeit ein Außengewinde (10) aufweisen, dessen Kerndurchmesser
(d1) mindestens gleich groß wie der Außendurchmesser (D) der Rundrohre (2) ist und daß
auf dieses Außengewinde (10) eine über das Rnndrohr (2) schiebbare bzw. drehbare Überwurfmutter
(11, 16,17,27) mit ihrem Innengewinde (12,22,23) schraubbar ist, wobei die Überwurfmutter
(11,16,17,27) außerdem am Knotenstück (1) festschraubbar ist.
2. Knotenverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Überwurfmutter
(11) mit dem vorderen Abschnitt ihres Innengewindes (12) auf ein entsprechendes Außengewinde
(13) des Knotenstückes (1) schraubbar ist (Fig.7)
3. Knotenverbindung nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet daß ein gegebenenfalls
als querschnittsverengende Drossel (Blende) wirkender Dichtungsring (14) im Spalt
zwischen den Enden des Rundrohres (2) und des das Außengewinde (13) aufweisenden Abschnittes
des Knatenstückes (1) angeordnet ist.
4. Knotenverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet , daß die Überwurfmutter
(16,17, 27) mit einem an ihr vorgesehenen Außengewinde (18,19) in ein entsprechendes
Innengewinde (20,21) des Knotenstückes (1) schraubbar ist, wobei das Innengewinde
(22,23) und das Außengewinde (18,19) der Überwurfmutter (16,17,27) mit gleicher Steigung
sowie.konzentrisch angeordnet sind (Fig.8,9).
5. Knotenverbindung nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Innengewinde
(22,23) und das Außengewinde (18,19) der Überwurfmutter (16,17,27) entlang deren selben
Längsschnittes angeordnet sind, wobei die zu einem. Knoten verbundenen Rundrohre (2)
bis in das Knotenstück (1 ) hineinreichen.
6. Knotenverbindung nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Überwurfmutter
(16) als Hülse mit schraubenförmig verlaufendem, wellenförmigen Querschnitt ausgebildet
ist (Fig.8 links).
7. Knotenverbindung nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß die als Hülse ausgebildete
Überwurfmutter (16) am hinteren Ende einen nach außen vorstehenden Ring (24) aufweist,
der über einen äußeren Dichtring (25) gegen das Ende des mit dem Innengewinde (20)
ausgebildeten Abschnittes des Knotenstückes (1) drückt und über einen inneren Dichtring
(26) zwischen dem Innengewinde (22) der Überwurfmutter (16) und dem Rundrohr (2) abdichtet.
8. Knotenverbindung nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Überwurfmutter
(17) als Spirale (Schraubenwendel) ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum zwischen
den Spiralenwindungen im Bereich, in dem das Rundrohr (2) bis in das Knotenstück (1)
reicht, durch eine Dichtungsmasae (26) gefüllt ist (Fig.8 oben).
9. Knotenverbindung nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Überwurfmutter
(27) als Hülse mit in diese eingelassener, z.B. eingegossener Spirale (Schraubenwendel)
ausgebildet ist (Fig.9).
10. Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da- durch gekennzeichnet, daß
die Knotenstücke (1) hohl und mit entlang der Achsen der an sie anschließenden Rundrohre
(2) durchgehenden Öffnungen (30) ausgebildet sind.
11. Knotenverbindung nach Anspruch 10, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Öffnungen
(30) der Knotenstücke (1) einen Durchmesser haben, der mindestens gleich dem Innendurchmesser
(d) der Rundrohre (2) ist.
12. Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß
das Außengewinde (10) an den Enden der Rundrohre (2) durch plastische Verformung,
z.B. Pressen, Stauchen und/oder Rollen, angeformt ist (Fig.3,4).
13. Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß
das Außengewinde (10) in die durch Aufstauchen verdickten Enden der Rundrohre (2)
eingeschnitten ist.
14. Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Außengewinde (10) an den Enden der Rundrohre (2) durch Schweißen, z.B. Auftragschweißen
oder Widerstandspreßschweißen einer Profildraht-Spirale befestigt ist.
15. Stabwerk mit Knotenverbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn-
zeichnet, daß es über die Knotenstücke (1) kommunizierend mit einer Flüssigkeit, z.B.
Wasser, gefüllt und an einen Flüssigkeitskreislauf angeschlossen ist.
16. Stabwerk nach Anspruch 15, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Knotenstücke (1)
und/oder die Rundrohre (2) mit einem Ventil (15) ausgebildet sind, welches durch Überdruck
und/oder Übertemperatur öffnet.