Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen

Abstract

 Bei einem Baukastensystem mit Knoten- (40) und Stabelementen (30) für Gitter- und Fachwerkstrukturen weisen die Knotenelemente (40) T-nutför­mige Verankerungsöffnungen (1, 2) auf. Die Stabelemente (30) werden durch gewindelose Hammerbolzen (36, 37) mit dem Knotenelement festge­klemmt. Um eine Vielzahl von strahlenförmig weglaufenden Stabelementen (30) mit einem Knoten zu verbinden und um dadurch Fachwerkbauten mit Ku­gel- und Bogenformen aufbauen zu können, wird ein im wesentlichen kugel­förmiges Knotenelement (40) vorgeschlagen. Dieses Knotenelement (40) weist auf einer Mittelachse (3) diametral gegenüberliegende Verankerungs­öffnungen (1, 2) auf. Entlang einer quer zu dieser Mittelachse (3) lie­genden Ebene (8) ist im weiteren eine Umfangsnut (4, 5, 6) zur Aufnahme mehrerer Hammerbolzen (36, 37) von mehreren Stabelementen (30) vorgese­hen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.

[0002] Aus US-PS 3 982 841 ist ein Baukastensystem bekannt, welches ein Knotenele­ment in der Form einer Hohlkugel mit im wesentlichen rechteckigen Veran­kerungsöffnungen im Kugelmantel aufweist. In die Verankerungsöffnungen sind Hammerbolzen einsteckbar, die mittels einer Gewindespanneinrichtung Stabelemente befestigen können. Bei diesem Baukastensystem ergeben sich durch die begrenzte Zahl von Langlöchern an der Kugeloberfläche nur be­grenzte Wegbaumöglichkeiten von Stabelementen. Im weiteren ist die Herstel­lung sowohl der Hohlkugel als auch der Hammerbolzen mit ihren Gewindespann­einrichtungen mit einer zugehörigen Mutter am Stabelement teuer.

[0003] Aus DE-OS 3 035 698 ist weiter ein Konstruktionssystem für mobile bzw. temporär einsetzbare Strukturen bekannt, das Knoten- und Stabelemente ver­wendet. Die Stabelemente weisen an ihren Enden abgeflachte Kugelgelenk­köpfe auf, die in Lagerrillen von Lagerscheiben formschlüssig arretier­bar sind. Mehrere Lagerscheiben werden durch Schlossschrauben miteinan­der verbunden. Auf der Kopfseite der Schlossschraube ist keine Kupplungs­möglichkeit für Stäbe vorgesehen, und auf der Bolzenseite der Schloss­schraube können keine Stabelemente mit Kugelgelenkköpfen verbunden wer­den. Neben der kostspieligen Herstellung der Kugelgelenkköpfe und ihren Festspanneinrichtungen sind bei Kraftübertragung zwischen Kugelgelenk­kopf und Lagerrille ungünstige Flächenpressverhältnisse vorhanden. Das Verbindungssystem in der X-, Y-Achse und in der Z-Achse im karthesischen Koordinatensystem ist somit unterschiedlich. Die abgeflachten Gelenkköpfe erfordern im weiteren eine aufwendige Drehsicherung, damit sich Gelenk­köpfe beim Spannen nicht verdrehen.

[0004] Aus CH-PS 645 957, die den Oberbegriff bildet, ist ein Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen für Gitter- und Fachwerkstrukturen bekannt. An den Knoten greifen gewindelose Hammerbolzen in T-nutenförmige Veran­kerungsöffnungen ein. Die Hammerbolzen weisen an ihrem Schaft eine quer zur Längsachse angebohrte kegelförmige Vertiefung auf, in welche eine quer zur Längsachse des Hammerbolzens bewegbare Kegelspitzschraube ein­greift. Durch Drehen der Kegelspitzschraube wird der Hammerbolzen zusam­men mit dem Stabelement am Knoten festgespannt bzw. gelöst. Dieses einfa­che und gegen Verdrehen des Hammerbolzens sichere Ankupplungs- oder Ver­bindungssystem ermöglicht Fachwerkbauten mit Stäben in der X-, Y- und Z-Achse im karthesischen Koordinatensystem. Für Fachwerkbauten mit Ku­gel- oder Bogenformen kann dieses System bis heute nicht verwendet wer­den.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Knotenelement für ein be­kanntes Baukastensystem zu schaffen, das sowohl in der X-, Y- und Z-Ach­se im karthesischen Koordinatensystem als auch entlang einer Winkelstrahl­achse zwischen 0 und 80° im Polarkoordinatensystem Stabelemente mit ei­nem einheitlichen Ankupplungssystem verbinden kann. Im weiteren soll es möglich sein, in einer aufgebauten Konstruktion mit wenig Aufwand nach­träglich Stäbe ein- oder auszubauen. Das Knotenelement zusammen mit dem Verbindungssystem soll im weiteren einfach und billig herstellbar sein.

[0006] Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

[0007] Mit dem erfindungsgemässen Baukastensystem ist es möglich, Fachwerkbau­ten mit Kugel- oder Bogenformen aufzubauen, wobei für alle Anschlussver­bindungen, insbesondere an kugelförmigen Knotenelementen, einheitliche, gewindelose Hammerbolzen verwendbar sind. Es sind Anschlussmöglichkeiten für Stabelemente in der X-, Y- und Z-Achse im karthesischen Koordinaten­system sowie auch entlang von Winklelstrachlachsen zwischen 0 und 80° im Polarkoordinatensystem möglich. Das Knotenelement und das Verbindungs­system sind einfach und billig herstellbar.

[0008] Eine erste Umfangsnut wird, gemäss einem Ausführungsbeispiel, mit Vorteil in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Verankerungsöffungen vorge­sehen. Von dieser Umfangsnut können vom Mittelpunkt des Knotenelementes strahlenförmig in allen Richtungen Stabelement angebaut werden.

[0009] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel können zusätzliche Umfangs­nuten parallel zur Umfangsnut in der Mittelebene angebracht werden. Diese zusätzlichen Umfangsnuten erlauben den Anbau von Hammerbolzen bzw. Stabelementen, deren Längsachsen einen Winkel zwischen 30 und 60°, vor­zugsweise von 45° zur Mittelebene bilden. Durch jede zusätzliche Umfangs­nut entstehen Anbaumöglichkeiten auf einer neuen Winkelstrahlachse im Po­larkoordinatensystem. Bei einem entsprechend grossen Knotenelement kön­nen gleichzeitig Umfangsnuten für Winkelstrahlachsen von 0°, 30°, 45° und 60° vorgesehen werden.

[0010] Die Fertigung von solchen kugelförmigen Knotenelementen kann wesentlich vereinfacht und auf eine rationelle Herstellung auf Dreh- bzw. Spritzguss­automaten ausgerichtet werden, wenn mindestens eine im Bereich einer Um­fangsnut quer zur Mittelachse liegende Teilungsebene und ein konzentrisch zur Mittelachse angeordneter Gewindebolzen vorgesehen sind.

[0011] Zwei oder mehr Knotenbauteile können wie Kontermuttern auf einen schrau­benkopflosen Gewindebolzen festgespannt werden, wobei die beiden Stirn­seiten des Gewindebolzens gleichzeitig je eine Bodenfläche der beiden dia­metral gegenüberliegenden Verankerungsöffnungen bilden. Diese Konstruk­tion erlaubt bei zwei- oder mehrteiliger Ausführung einen raschen Zusam­menbau. Die kopflose Gestaltung des Gewindebolzens erlaubt eine Verlän­gerung des Gewindes, wodurch Konstruktionen mit hohen Zugbelastungen er­möglicht werden.

[0012] Eine zusätzliche Vereinfachung bei der Herstellung der Knotenbauteile kann erreicht werden, wenn im Bereich der zusätzlichen Umfangsnuten die Tei­lungsebene selbst eine erste Nutengrundfläche bildet und eine zweite Nu­tengrundfläche im rechten Winkel zu ersten steht.

[0013] Eine freie Wahl der Durchmesser der Stabelemente kann erreicht werden, wenn zwischen Knoten- und Stabelementen Konusringe vorgesehen sind, die die Stabelemente zum Knotenelement hin verjüngen.

[0014] Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

[0015] Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Knotenelement,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Knotenelement gemäss Fig. 1 und

Fig. 3 das Knotenelement im Schnitt und ein Stabelement mit den Verbindungsteilen in Explosionsdarstellung.

[0016] Fig. 1 und 2 stellen ein Knotenelement 40 mit im wesentlichen kugelförmi­ger Oberfläche 41 dar. Das Knotenelement ist mit zwei diametral auf einer Mittelachse 3 angeordneten Verankerungsöffnungen 1, 2 versehen. Die Ver­ankerungsöffnungen 1, 2 sind T-nutenförmig und für die Aufnahme von Ham­merbolzen vorgesehen. Die T-Nut besteht im Oeffnungsbereich aus einem Langloch und aus einer hinterstochenen Rundnut. Entlang einer quer zur Mit­telachse 3 liegenden Mittelebene 8 verläuft eine Verankerungsöffnung in der Form einer kreisförmigen Umfangsnut 4 zur Aufnahme mehrerer Hammerbol­zen von mehreren Stabelementen.

[0017] An dieses Knotenelement 40 können Stabelemente in der X-, Y- und Z-Achse mit den gleichen Verankerungseinrichtungen angebaut werden. Vom Mittel­punkt 45 können aber auch in der Umfangsnut 4 Stabelemente entlang von Mittelstrahlachsen46, 47 mit einem Winkel von 0° im Polarkoordinatensy­stem angebaut werden. In einer Umfangsnut 5 oder 6 können Stabelemente entlang einer Mittelstrahlachse 48 mit einem Winkel Delta von 45° im Po­larkoordinatensystem angebaut werden.

[0018] Die Umfangsnuten 5, 6 können je einzeln in einem halbkugelförmigen Kno­tenelement oder zusammen parallel zur Umfangsnut 4 in einem kugelför­migen Knotenelement 40 angebracht werden. Der im Beispiel gezeigte Win­kel von 45° kann zwischen 1 und 89°, jedoch vorzugsweise 30°, 45° oder 60° zur Mittelebene 8 der Umfangsnut 4 betragen.

[0019] In Fig. 3 werden für gleiche Teile Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 verwendet und nicht mehr zusätzlich erläutert.

[0020] Das Knotenelement ist in diesem Beispiel durch mindestens eine im Bereich der Umfangsnuten 4, 5, 6 vorgesehenen Ebene 8, 50, 51, die jeweils quer zur Mittelachse 3 liegen, in Knotenbauteile 9, 10, 11, 12 unterteilt. Die Knotenbauteile 9, 10, 11, 12 sind durch einen konzentrisch zur Mit­telachse 3 angeordneten Gewindebolzen 7 zusammenspannbar. Der Gewindebol­ zen 7 ist ohne Schraubenkopf und beide Stirnseiten 13, 14 des Bolzens 7 bilden je eine Bodenfläche der beiden diametral gegenüberliegenden Ver­ankerungsöffnungen 1, 2. Ein Schlitz 15 dient zum Halten der Schraube beim Festspannen.

[0021] Die Teilungsebenen 50, 51 im Bereich der Umfangnuten 5, 6 bilden selbst je eine erste Nutengrundfläche 17 und eine zweite Nutengrundfläche 18, welche in einem rechten Winkel zueinander stehen.

[0022] Ein Stabelement 30 mit Verbindungsteilen ist in einer Explosionszeichnung zum Anbau an das Knotenelement 40 dargestellt. Ein gewindeloser Hammerbol­zen 36, 37 ist so dimensioniert, dass er in jede der Umfangsnuten 4 - 6 hineingesteckt und 90° um seine Längsachse gedreht werden kann. Am Schaft des Hammerbolzens 36 ist quer zur Längsachse des Hammerbolzens 36 eine kegelförmige Vertiefung 55 angebracht. In diese kegelförmige Vertiefung 55 kann eine quer zur Längsachse des Hammerbolzens bewegbare Kegeslspitz­schraube 34 durch Drehbewegung, z.B. mit einem Imbusschlüssel 35, in Ein­griff gebracht werden. Der Hammerbolzen 36 kann dadurch zusammen mit dem Stabelement 30 am Knotenelement 40 festgeklemmt bzw. gelöst werden. Das Muttergewinde für die Kegelspitzschraube 34 kann in einer in das Stab­element 30 einsteckbaren Hülse 33 (wie dargestellt) oder direkt in das Stabelement 30 geschnitten werden.

[0023] Die Stabelemente 30 können bis zur Endfläche 31 parallel sein. Die End­fläche 31 kann, wenn eine Vielzahl von Stabelementen mit dem Knotenele­ment verbunden werden muss, durch Konusringe 32, die die Stabelemente zum Knotenelement hin verjüngen, wie strichpunktiert am Ende des Stabelemen­tes 30 angedeutet, entsprechend verkleinert werden.

[0024] Anstelle des in Fig. 3 dargestellten Gewindebolzens 7 können auch andere bekannte Verbindungsmittel wie Niet-, Schweissverbindungen etc. angewen­det werden.

Ansprüche

1. Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen für Gitter- oder Fach­werkstrukturen, wobei die Knotenelemente (40) T-nutförmige Veran­kerungsöffnungen (1, 2) aufweisen, in welche gewindelose Hammerbol­zen (36, 37) einführbar sind, die am Schaft eine quer zu ihrer Längs­achse (38) angebohrte, kegelförmige Vertiefung (55) aufweisen und in welche eine quer zur Längsachse (38) des Hammerbolzens (36, 37) beweg­bare Kegelspitzschraube (34) eingreift sowie durch deren Drehbewegung der Hammerbolzen (36,37) zusammen mit dem Stabelement (30) am Knoten­element (40) festklemm- bzw. lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (40) eine im wesentlichen kugelförmige Oberfläche (41) mit zwei auf einer Mittelachse 3 diametral gegenüberliegenden Ver­ankerungsöffnungen (1, 2) für die Aufnahme je eines Hammerbolzens (36, 37) und mindestens einer entlang einer quer zu dieser Mittelach­se (3) liegenden Ebene (8) verlaufende Verankerungsöffnung in der Form einer Umfangsnut (4) zur Aufnahme mehrerer Hammerbolzen (36,37) vom mehreren Stabelementen (30) aufweist.

2. Baukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Um­fangsnut (4) in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Veranke­rungsöffnungen (1, 2) liegt.

3. Baukastensystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zusätz­liche, parallel zur Umfangsnut (4) angeordnete Umfangsnuten (5, 6) zur Aufnahme von Hammerbolzen (36, 37), deren Längsachsen (38) in ei­nem Winkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise von 45°, zur Mittel­ebene (8) der Umfangsnut (4) stehen.

4. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch mindestens eine im Bereich einer Umfangsnut (4, 5, 6) quer zur Mit­telachse (3) liegenden Teilungsebene (8, 50) und einem konsentrisch zur Mittelachse (3) angeordneten Gewindebolzen (7).

5. Baukastensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bei­den Stirnseiten (13, 14) des Gewindebolzens (7) je eine Bodenfläche der beiden diametral gegenüberliegenden Verankerungsöffnungen (1, 2) bilden.

6. Baukastensystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zusätzlichen Umfangsnuten (5, 6) die Teilungsebene (50) selbst eine erste Nutengrundfläche (17) bildet und eine zweite Nutengrundfläche (18) im rechten Winkel zur ersten steht.

7. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Knoten- (40) und Stabelementen (30) Konusringe (32) vor­gesehen sind, die die Stabelemente (30) zum Knotenelement (40) hin ver­jüngen.

Zeichnung