[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen, insbesondere
Holzbauteilen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Zur Verbindung von Bauteilen, insbesondere von Holzbauteilen, oder auch von Balken
auf Fundamenten mit sogenannten Stützenfüßen sind zahlreiche Systeme bekannt.
[0003] Meist wird eine direkte Verbindung von Stirnholzbereichen umgangen: Dies geschieht
durch Blechformteile, die den Holzbalken ganz oder teilweise im Endbereich umhüllen.
Somit ist eine Verschraubung der Teile in der Seitenfläche des Balkens möglich. Eine
derartige Lösung ist zwar durchaus zweckmäßig, das optische Erscheinungsbild ist jedoch
wenig zufriedenstellend.
[0004] Um schließlich eine stirnseitige Verbindung des Balkens zu ermöglichen ist es notwendig,
die Schrauben oder Nägel unter einem Winkel von annähernd 45° bezogen auf die Längsachse
des Balkens einzuschrauben, um eine optimale Auszugsfestigkeit und Tragfähigkeit zu
gewährleisten, da parallel zur Faserrichtung im Holz eingebrachte kraftschlüssige
Verbindungen nur geringe Auszugsfestigkeiten aufweisen.
[0005] Bauteile, die eine stirnseitige Verbindung ermöglichen, sind beispielsweise aus der
DE 298 16 981 U1 bekannt: Diese zeigt einen an der Stirnseite eines Holzständers befestigten Stützfuß,
mit dem der Holzständer ortsfest verankerbar ist, wobei der Stützfuß eine Stützplatte
aufweist, die an der Stirnseite des Holzständers anliegt, wobei zur Befestigung des
Stützfußes Befestigungsmittel in Form von sich gegenüberliegenden Nägeln oder Schrauben
durch die Stützplatte geführt sind, die in spitzem Winkel zur Längsachse des Holzständers
verlaufen.
[0006] Die Achsen der Befestigungsmittel sind hierbei in einem definierten Winkel zur Faserrichtung
des Holzes angeordnet; je größer dieser Winkel, desto besser. Allerdings bietet die
Art des Ausführung einige Nachteile: Bei einer Anordnung der Befestigungsmittel mit
in Richtung des Kernes des Holzträgers weisenden, kegelförmig zusammenlaufenden Achsen,
ist man hinsichtlich der Länge der Befestigungsmittel eingeschränkt: Bei einem wünschenswerten
großen Neigungswinkel der Achsen müssen die Befestigungsmittel entsprechend kurz sein,
damit deren Enden einander nicht berühren,und das Holz örtlich in seiner Festigkeit
geschwächt würde. Längere Befestigungsmittel müssen in einem flacheren Winkel eingebracht
werden, was auf Kosten der Auszugsfestigkeit geht. Bei einer Anordnung der Befestigungsmittel
mit in Richtung der Oberfläche des Holzträgers weisenden, kegelförmig auseinanderlaufenden
Achsen, gibt es ebenfalls Einschränkungen: Bei einem wünschenswerten großen Neigungswinkel
der Achsen sind die Köpfe der Befestigungsmittel sehr eng aneinander angeordnet, wodurch
die Anzahl der möglichen Befestigungsmittel relativ niedrig bleibt.
[0007] Die
EP 1 122 372 A1 beschreibt eine Lösung zum Verbinden zweier Bauteile vermittels eines verborgenen
Verbindungselementes. Dabei wird das Verbindungselement in einem der beiden Teile
versenkt und mit Schrauben, Nägeln oder anderen geeigneten, stiftförmigen Befestigungsmitteln
befestigt. Entlang der Längsachse des Verbindungselementes ist eine Aufnahme für eine
Gewindestange oder dergleichen vorgesehen. Das heißt, dass die Befestigungsmittel
nur in Richtung der Oberfläche des Bauteiles (Holzträgers oder dergleichen) weisen.
Somit gibt es auch hier deutlich Einschränkungen bezüglich der Länge der Befestigungsmittel
und somit der erzielbaren Auszugsfestigkeit. Im übrigen erfordert die Herstellung
der Aufnahmeöffnung für das Verbindungselement zumindest eine Sacklochbohrung mit
wenigstens einer Abstufung, was einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung erfordert,
oder zumindest ein an die Form des Verbindungselementes angepasstes Bohrwerkzeug.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen,
insbesondere Holzbauteilen, zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache und sichere
Befestigung ermöglicht und dabei hohe Lasten bei unterschiedlichen Beanspruchungsarten
tragen kann.
[0009] Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die Achsen der Durchgangslöcher
für die Aufnahme von Befestigungsmitteln windschief und/oder parallel zueinander angeordnet
sind. Eine "windschiefe" Anordnung der Achsen liegt dann vor, wenn diese sich weder
schneiden noch parallel zueinander sind.
[0010] Mit dieser Erfindung ist es möglich, im Vergleich zu bisherigen Entwicklungen eine
größere Anzahl von Befestigungsmitteln (Schrauben, Nägel oder dergleichen) einzusetzen
und damit höhere Festigkeiten bei verschiedenen Beanspruchungsarten zu erzielen. Der
verschraubte Raum, der sich durch eine gedachte Umhüllfläche der Schrauben ergibt,
wird wesentlich gegenüber dem des Kegels aus den bekannten Lösungen erhöht, was wiederum
vorteilhaft auf die übertragbaren Kräfte wirkt. Neben einer reinen Zugbeanspruchung
können Querkraftverbindungen, Stützenfüße oder Einhängesysteme realisiert werden.
Auf diese Weise kann überdies die Torsionsfestigkeit der Verbindung erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für die Verbindung von Holzbauteilen herangezogen
werden, ebenso ist es denkbar, Bauteile bestehend aus anderen Materialien zu verbinden,
beispielsweise Kunststoffe, Metalle, Beton, etc. Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung
sieht vor, dass der Grundkörper vorzugsweise eine zylindrische Form aufweist. Die
Grundgeometrie des im wesentlichen zylindrischen Grundkörpers kann ein Kreis sein,
da auf Kreisen basierende Formen maschinell gut herstellbar sind und auch eine Weiterbearbeitung
gut möglich ist. Ebenso sind jedoch rechteckige, bzw. quadratische (prismatische)
Grundformen möglich, da dies oftmals für das optische Erscheinungsbild erforderlich
ist. Die Geometrie des Grundkörpers kann jedoch auch derart ausgeführt sein, dass
dieser mit einem Grundkörper einer weiteren Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen
eine formschlüssige Verbindung eingeht, wodurch derartige Vorrichtungen als Einhängesystem
verwendet werden können.
[0011] Eine Weiterbildung der Erfindung kann in Effizienz steigernder Weise vorsehen, dass
das Stützelement einen im wesentlichen zylinderförmigen Basiskörper umfasst.
[0012] Für einen flexiblen Einsatz der Vorrichtung je nach Art und Höhe der mechanischen
Beanspruchung kann vorgesehen sein, dass die Achsen der Durchgangslöcher in Richtung
Mantelfläche des Bauteiles, an welche die Vorrichtung befestigt wird, und/oder in
Richtung des Bauteilkerns verlaufen.
[0013] Für ein Erzielen einer hohen Auszugsfestigkeit der Befestigungsmittel können die
Achsen der Durchgangslöcher in einem Winkel von 20° bis 70° bezogen auf die Kontaktebene
des vorzugsweise zylindrischen Grundkörpers mit dem Bauteil angeordnet sein. Dieser
Winkel kann für alle Befestigungsmittel in der Vorrichtung gleich sein, er kann aber
auch variieren.
[0014] Für eine symmetrische Verteilung der vermittels der Befestigungsmittel eingebrachtren
Lasten kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Achsen der Durchgangslöcher
symmetrisch zueinander angeordnet ist bezogen auf eine Symmetrieebene, wobei die Drehachse
des vorzugsweise zylindrischen Grundkörpers in dieser Symmetrieebene liegt.
[0015] Eine gleichmäßige Krafteinleitung und ein ansprechendes optisches Erscheinungsbild
der Vorrichtung können erzielt werden, indem die Schnittpunkte der Achsen der Durchgangslöcher
mit der Kontaktebene des vorzugsweise zylindrischen Grundkörpers mit dem Bauteil auf
wenigstens einem in besagter Kontaktebene liegenden Kreisbogen angeordnet sind, dessen
Mittelpunkt durch den Schnittpunkt der Achse des vorzugsweise zylindrischen Grundkörpers
mit besagter Kontaktebene gebildet ist.
[0016] Um ein Stabilisieren der Vorrichtung bei der Montage zu ermöglichen und um eventuell
in der Verbindung auftretende Querkräfte aufzunehmen, kann wenigstens ein Stützelement
vorgesehen sein, welches form- oder kraftschlüssig mit einem am ersten Bauteil vorgesehenen,
bzw ausgeformten Verbindungsmittel verbindbar ist. Dieses Verbindungsmittel kann beispielsweise
eine Bohrung und/oder eine Ringnut aufweisen.
[0017] Eine konstruktive Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass das Stützelement mit
dem vorzugsweise zylindrischen Grundkörper einstückig geformt ist. Dadurch kommt eine
effektive Abstützung gegen sämtliche Kräfte und Momente zustande.
[0018] Stabilität der Vorrichtung bei der Montage kann gewährleistet werden, indem das Stützelement
einen im wesentlichen ringförmigen Basiskörper umfasst. Nach der Erfindung kann durch
die einfach herzustellende, vorzugsweise zylindrische Öffnung eine einfache Montage
der Vorrichtung erzielt werden. Ein Abstützen des Stützelementes an der Wand der vorzugsweise
zylindrischen Öffnung ermöglicht eine effektive Querkraftaufnahme.
[0019] Für eine wenig aufwändige Herstellung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass
der im wesentlichen ringförmige Basiskörper des Stützelementes koaxial zu dem vorzugsweise
zylindrischen Grundkörper angeordnet ist.
[0020] Bei einer bevorzugten Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das
Stützelement einen im wesentlichen zylinderförmigen Basiskörper aufweist. Dieser gewährleistet
eine einfache Montage der Vorrichtung, überdies ist eine einfache Herstellbarkeit
eines zylindrischen Körpers hierbei von Vorteil. Ebenso kann das Stützelement einen
kegelstumpfförmigen Basiskörper umfassen, oder eine Kombination aus Kegelstumpf und
Zylinder.
[0021] Eine einfache Herstellung der Vorrichtung und eine gleichförmige Aufnahme eventuell
auftretender Querkräfte können sichergestellt werden, indem der im wesentlichen zylinderförmige
Basiskörper des Stützelementes koaxial zu dem vorzugweise zylindrischen Grundkörper
angeordnet ist.
[0022] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die
Montageeinrichtung wenigstens eine Bohrung mit einem Innengewinde aufweist. Dies ermöglicht
eine einfache Befestigung unterschiedlicher Anschlussteile, beispielsweise Gewindestangen,
diverse formschlüssige Verbindungselemente für Einhängesysteme, Krallen und dergleichen.
[0023] Für eine weitere Steigerung der Anwendungsmöglichkeiten kann vorgesehen sein, dass
die Montageeinrichtung wenigstens ein formschlüssiges Verbindungselement aufweist.
Diese können beispielsweise Haken und/oder Ösen sein, welche in Kombination ein Einhängesystem
bilden können.
[0024] Bei einer bevorzugten Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich
die der Montageeinrichtung zugeordnete Bohrung bis in oder durch den im wesentlichen
zylinderförmigen Basiskörper des Stützelementes erstreckt. Dadurch kann eine erhöhte
(Kipp-)Stabilität eines montierten Anschlussteils, beispielsweise einer Gewindestange,
gewährleistet werden, während gleichzeitig die Dicke des vorzugsweise zylindrischen
Grundkörpers verringert werden kann.
[0025] Damit die Befestigungsmittel beim Befestigen der Vorrichtung an dem Bauteil plan
in der Oberfläche des im wesentlichen zylindrischen Grundkörpers versenkt werden,
kann vorgesehen sein, dass der vorzugsweise zylindrische Grundkörper an der dem Bauteil
abgewandten Grundfläche kegelstumpfförmige Mündungsöffnungen der Durchgangslöcher
aufweist. Diese kegelstumpfförmigen Mündungsöffnungen können gleichzeitig als Ansatz
für die Herstellung der Durchgangslöcher dienen.
[0026] Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht in Kosten sparender Weise
vor, dass die Befestigungsmittel Schrauben und/oder Stifte aufweisen. Eine Verwendung
von Standardteilen ist vorzuziehen um Kosten zu sparen.
[0027] Ein Erzielen von hohen Festigkeitswerten kann gewährleistet werden, indem der vorzugsweise
zylindrische Grundkörper und/oder die Montageeinrichtung und/oder das Stützelement
aus metallischen Werkstoffen hergestellt ist. Hierfür geeignet sind beispielsweise
Stahl, Edelstahl, Aluminium und andere Leichtmetalllegierungen. Neben spanabhebender
Bearbeitung sind beispielsweise spanlose Verfahren wie Gießen, Druckguss oder Sintern
möglich.
[0028] Eine Auswahl möglicher Ausführungsbeispiele soll im folgenden anhand von Zeichnungen
erläutert werden: Es zeigt
- Fig. 1
- eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zylinderförmigem
Stützelement mit einer dazugehörigen Vorderansicht in Vollschnittdarstellung;
- Fig. 2
- eine Schrägansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend
Fig. 1, mit in den Durchgangslöchern befindlichen Verbindungselementen;
- Fig. 3
- eine Schrägansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend
Fig. 1, befestigt an einem Holzbauteil;
- Fig. 4
- eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ringförmigem
Stützelement mit einer dazugehörigen Vorderansicht in Vollschnittdarstellung;
- Fig. 5
- eine Vorder- und Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit quaderförmigem Grundkörper und formschlüssigen Verbindungselement;und
- Fig. 6
- eine Draufsicht und Vorderansicht in Vollschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zylinderförmigem Stützelement, montiert an einem
Bauteil, und mit Stützenfuß.
[0029] Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine Vorrichtung
1 zum Verbinden von Holzbauteilen. Der zylindrische Grundkörper 2 und das zylinderförmige
Stützelement 7 bilden hier eine bauliche Einheit, die Herstellung erfolgt durch Drehen,
der Werkstoff ist Stahl. Denkbar ist beispielsweise eine Herstellung des erfindungsgemäßen
Vorrichtung aus Kunststoff mit Einlegeteilen aus Metall. Auf diese Weise kann die
Herstellung kostengünstig erfolgen, während durch die Metallteile die erforderliche
Festigkeit gewährleistet bleibt. Die Durchgangslöcher 3 für die Aufnahme der Befestigungsmittel
4 sind zueinander windschief bzw. parallel im Grundkörper 2 angeordnet, sodass es
im dreidimensionalen Raum zu keiner Überschneidung der Längsachsen der Befestigungsmittel
4 kommt. Damit die Befestigungsmittel 4 beim Befestigen der Vorrichtung an das Bauteil
plan in der Oberfläche des zylindrischen Grundkörpers versenkt werden, ist der Grundkörper
2 an der dem Bauteil 5 abgewandten Grundfläche mit kegelstumpfförmigen Mündungsöffnungen
10 der Durchgangslöcher 3 versehen. Diese Mündungsöffnungen 10 werden durch Fräsen
hergestellt und dienen in der Fertigung gleichzeitig als Ansatz für das Bohren der
Durchgangslöcher 3. Als Befestigungsmittel 4 eignen sich Schrauben hervorragend. Denkbar
ist auch eine Verwendung von Stiften oder Nägeln. Diese räumliche Anordnung der Durchgangslöcher
3 ermöglicht die Verwendung einer großen Anzahl von Schrauben. Dadurch ist es möglich,
große Kräfte zu übertragen und eine sichere Verbindung für unterschiedliche Belastungsarten
zu schaffen, insbesondere bei einer Befestigung an der Stirnseite eines Holzbalkens.
Die Durchgangslöcher 3 sind in zumindest zwei unterschiedlichen Abständen von der
Drehachse des Grundkörpers 2 angebracht. Es können aber speziell bei Vorrichtungen
1 zum Verbinden von groß dimensionierten Holzbauteilen beliebig viele unterschiedliche
Abstände gewählt werden, wodurch sich mehrfach windschief zueinander angeordnete Befestigungsmittel
4 im Holzbauteil 5 befinden. Das Stützelement 7 wird bei der Befestigung mit einem
am Bauteil 5 ausgeformten Verbindungsmittel 14 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich beim Verbindungsmittel 14 um ein Sackloch. Dieses Verbindungsmittel
14 erfüllt mehrere Funktionen: Bereits während des Befestigungsvorganges hat es eine
stabilisierende und präzisionssteigernde Wirkung, da die beim Befestigen auftretenden
Querkräfte aufgenommen werden und es zu keiner Positionsänderung kommen kann. Die
im späteren Betrieb auftretenden Querkräfte werden ebenfalls effektiv aufgenommen.
Eine weitere stabilisierende Wirkung ergibt sich für die Montageeinrichtung 6: Diese
umfasst ein durch das Stützelement 7 und den Grundkörper 2 gehendes Durchgangsloch
mit Innengewinde 6. Dies ermöglicht das Anbringen eines Verbindungselementes wie beispielweise
einer Gewindestange 12 zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil. Die starre Verbindung
von Grundkörper 2 und Stützelement 7 in Verbindung mit der Länge des Durchgangsloches
mit Innengewinde 8 offeriert eine hohe Zugfestigkeit und gleichzeitig eine hohe Kippstabilität
der Vorrichtung.
[0030] Für eine Verbindung großer Bauteile können mehrere Vorrichtungen 1 nebeneinander,
übereinander oder versetzt angeordnet werden, wodurch die übertragbare Kraft entsprechend
erhöht wird. Das zylindrische Stützelement 7 kann eine Fase oder eine Kantenverrundung
aufweisen, diese erleichtert die Montage.
[0031] Figur 2 zeigt eine Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit in den Durchgangslöchern befindlichen Holzschrauben 4 mit Senkkopf.
[0032] Figur 3 zeigt ist eine Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, befestigt an einem Holzbauteil 5.
[0033] Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine Vorrichtung
1 zum Verbinden von Holzbauteilen mit einem ringförmigen Stützelement 7. Das Stützelement
7 weist eine Fase oder eine Kantenverrundung auf, wodurch die Montage deutlich erleichtert
wird. Auch dieses Ausführungsbeispiel ist ein Drehteil aus Metall. Das Stützelement
7 greift in das am Bauteil 5 ausgeformte Verbindungselement 14 ein, welches im wesentlichen
eine Ringnut aufweist.
[0034] Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit quaderförmigem Grundkörper
2 und formschlüssigen Verbindungselementen 11. Diese Vorrichtung 1 kann beispielsweise
an der Stirnseite eines Holzträgers 5 montiert werden. Dieser Holzträger kann in weiterer
Folge mit einem zweiten Bauteil verbunden werden, welches die Gegenstücke zu den an
der Vorrichtung 1 vorgesehenen Verbindungselementen aufweist. Auf diese Weise läßt
sich einfach ein Einhängesystem realisieren. Eine Besonderheit dieser beispielhaften
Vorrichtung ist, dass aufgrund einer Symmetrie bezüglich zweier Achsen der Vorrichtung
1 die Achsen der jeweils gegenüberliegenden Schrauben 4 einander schneiden. Der Schnittpunkt
liegt jedoch außerhalb des Bauteiles 5.
[0035] Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit zylinderförmigem
Stützelement 7, montiert an einem Bauteil 5, mit Stützenfuß (12, 13). Das Bauteil
5 weist als Verbindungsmittel eine Sackbohrung 14 auf, welche das Stützelement 7 und
die Gewindestange 12 aufnimmt. Der Stützenfuß wird gebildet durch die Gewindestange
12, welche mit der Grundplatte 13 fest verbunden ist.
1. Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen, insbesondere Holzbauteilen, welche einen
Grundkörper (2) mit mehreren Durchgangslöchern (3) für die Aufnahme von Befestigungsmitteln
(4) für eine Befestigung der Vorrichtung (1) an einem ersten Bauteil (5) aufweist,
und welche wenigstens eine Montageeinrichtung (6) für die Montage des ersten Bauteils
(5) mit einem zweiten Bauteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Durchgangslöcher (3) für die Aufnahme von Befestigungsmitteln (4)
windschief und/oder parallel zueinander angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Durchgangslöcher (3) in Richtung Mantelfläche des Bauteiles (5), an
welche die Vorrichtung (1) befestigt wird, und/oder in Richtung des Bauteilkerns verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Achsen der Durchgangslöcher (3) symmetrisch zueinander angeordnet
ist bezogen auf eine Symmetrieebene, wobei die Drehachse des vorzugsweise zylindrischen
Grundkörper (2) in dieser Symmetrieebene liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stützelement (7) vorgesehen ist, welches form- oder kraftschlüssig
mit einem am ersten Bauteil (5) vorgesehenen, bzw ausgeformten Verbindungsmittel (14)
verbindbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (7) mit dem vorzugsweise zylindrischen Grundkörper (2) einstückig
geformt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (7) einen im wesentlichen ringförmigen Basiskörper umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen zylinderförmige Basiskörper des Stützelementes (7) koaxial zum
vorzugsweise zylindrischen Grundkörper (2) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinrichtung (6) wenigstens eine Bohrung mit einem Innengewinde (8) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinrichtung (6) wenigstens ein formschlüssiges Verbindungselement (11)
aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise zylindrische Grundkörper (2) und/oder die Montageeinrichtung (6)
und/oder das Stützelement (7) aus metallischen Werkstoffen hergestellt ist.