[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen,
insbesondere zwei Holzbauteilen, die Verwendung eines derartigen Verfahrens sowie
die Verbindung von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere Holzbauteilen.
[0002] Verbindungen von Holzbauteilen sind bekannt, beispielsweise solche mit Nägeln. Holzverbindungen,
mit Nägeln können auf Druck oder Schub belastet, werden. Allerdings sind Verbindungen
auf Schub oder Druck quer zur Holzfaser schwach und weich.
[0003] Anstelle von Nägeln können auch Schrauben zur Verbindung von Holzbauteilen verwandt
werden. Die Verbindung von Holzbalken mit Hilfe von Schrauben sind aus einer Vielzahl
von Schriften bekannt geworden.
[0004] So zeigt beispielsweise die
DE 706759 C und die
FR 865513 A Holzverbindungen mit Hilfe von Schrauben, die spitzwinklig zur Oberfläche des Holzbalkens
eingedreht sind. Bei derartigen Verbindungen spielen die tatsächlichen Belastungsprobleme
kaum eine Rolle. Bei rechtwinklig aneinander anschließenden Holzbalken, beispielsweise
Haupt-Nebenträger-Verbindungen, wurden im Stand der Technik häufig Zapfen- und Nutverbindungen
eingesetzt. Hierbei kam es aber immer zu einer Schwächung eines Trägers.
[0005] Aus der
DE 197 24 284 A ist die Verbindung von zwei in Längsrichtung aneinander überlappend anschließenden
Holzbalken mit Hilfe von gekreuzt eingedrehten Schrauben bekannt geworden. Die gekreuzt
eingedrehten Schrauben werden in einer quer zu den Oberflächen verlaufenden Ebene
liegend eingedreht. Bei der Verbindung gemäß der
DE 197 24 284 A handelt es sich um eine sogenannte Koppelpfette.
[0006] Die Verbindung von zwei zumindest rechtwinklig aneinander anschließenden Holzbalken
wird in der
WO 01/65018 beschrieben. Bei der Verbindung gemäß der
WO 01/65018 sind die Schrauben in wenigstens zwei zueinander parallel verlaufenden Ebenen liegend
eingedreht. Dies bedeutet, dass die Achsen der Schrauben vollständig in den parallel
zueinander angeordneten Ebenen zu liegen kommt und diese Ebenen sich dadurch auszeichnen,
dass sie senkrecht zu wenigstens einer Oberfläche eines zu verbindenden Holzbalkens
steht. Da die Ebenen parallel zueinander liegen, kreuzen sich die so definierten Ebenen,
in denen die Schrauben eingedreht sind, nicht.
[0007] Bei der
WO 01/65018 sind die aufnehmbaren Anschlusslasten in den parallel zueinander liegenden Ebenen
sehr niedrig. Ein weiteres Problem bei der Verbindung gemäß der
WO 01/65018 ist, dass am Einschraubpunkt beim Einschrauben die Schrauben verlaufen und von der
gewünschten bzw. vorgegebenen Achse abweichen und damit Lage und Winkel nicht ausreichend
eingehalten werden können. Des Weiteren handelt es sich bei der in der
WO 01/65018 gezeigten Verbindung um eine spezielle, nämlich einen Haupt-/Nebenträgeranschluss.
Bei diesem Anschluß stehen die Ebenen, in denen die Schrauben zu liegen kommen, im
wesentlichen senkrecht auf dem Hauptträger und sind parallel zueinander.
[0008] Nachteilig bei dem aus der
WO 01/65018 bekannten Haupt-/Nebenträgeranschluss war des Weiteren dass der sich in der Mitte
durchbiegt und am Ende rotiert. Dabei ist zu beachten, dass Holzträger auch auf Abbundmaschinen
nicht beliebig genau zugeschnitten werden können und Holz quellen und schwinden kann.
[0009] Ein weiteres Problem der Verbindung gemäß der
WO 01/65018 war, dass sie nur funktioniert wenn die Schrauben mit für das Bauwesen hoher Präzision
gesetzt werden, da die im einen Bauteil in die Schraube eingeleiteten Kräfte im anderen
Bauteil wieder auf dieses übertragen werden sollen. Durch das Verlaufen der Schrauben
am Einschraubpunkt kann diese Präzision nicht mehr gewährleistet werden.
[0010] Die Auswirkungen von kleinen Ungenauigkeiten haben z. B. zur Folge, dass die Gewindeabschnitte
in den beiden zu verbindenden Holzteilen nicht mehr gleich lang sind, wodurch bei
gleicher Holzqualität die übertragbare Last um 20 % oder mehr sinkt.
[0011] Noch gravierender wird dieses Problem, wenn der Anschluss der Holzbauteile nicht
mehr rechtwinklig ist.
[0012] Aus der
DE 299 20 853 ist ein Wandaufbau bekannt geworden, bei dem einzelne aufeinanderliegende Balken
durch Schrauben miteinander verbunden werden. Die Schrauben stehen dabei immer senkrecht
auf der Balkenoberfläche
[0013] Eine Verbindung zum Abtragen einer Last ist in der
DE 299 20 853 nicht offenbart.
[0014] Aus der
EP-A-2003348 ist eine Schraube zum Verstärken von Holzkonstruktionen bekannt, das Verbinden von
Holzbauteilen zum Abtragen von Lasten ist nicht beschrieben.
[0015] Die
DE 19712175 zeigt Gewindebuchsen zum Verbinden von Holztreppen. Die Schrauben dienen dabei nur
der Befestigung der Gewindebuchsen und werden nicht zum Abtragen von Lasten durch
beide Holzbauteile hindurchgeführt
[0016] Ganz allgemein gesprochen wurden bei der Verbindung von Holzteilen gemäß dem Stand
der Technik vor allem Schub- und gelegentlich auch Druckverbindungen (Versatz in traditionellen
Zimmermannsverbindungen) eingesetzt. Bei auf Zug belasteten Verbindungen im Stand
der Technik war deren Traglast durch die vom Kopf mit oder ohne Unterlagscheibe aufnehmbare
Last begrenzt.
[0017] Wurden Druckverbindungen gemäß dem Stand der Technik ausgeführt, so waren sie in
ihrer Traglast vor allem beschränkt, wenn sie quer zur Faser des Holzes erfolgte.
Bei Schubverbindungen gemäß dem Stand der Technik war die Lage unerheblich, solange
die Verbindung nicht am Rand der Holzteile ausgebildet wurde.
[0018] Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden
und in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Verbinden von zwei Holzelementen anzugeben,
das beliebig Orientierungen der Verbindungselemente, hier der Schrauben, in dem Holzelement
ermöglicht, wobei die Lage der Verbindungselemente vorbestimmt wird, beispielsweise
aus einer Berechnung der von den verbundenen Holzelementen abzutragenden Lasten.
[0019] Insbesondere soll die Verbindung auch bei einem Gerbergelenk verwandt werden können,
wobei in das Gerbergelenk Lasten aus verschiedenen Richtungen eingetragen werden können.
Insbesondere sollen auch nicht rechtwinklige Verbindungen bzw. Anschlüsse von Holzbauteilen
zur Verfügung gestellt werden mit denen Lasten zuverlässig abgetragen werden können.
[0020] Erfindungsgemäß wird in einem ersten Aspekt die Erfindung dadurch gelöst, dass bei
einem Verfahren zur Verbindung von zwei Holzbauteilen, d.h. einem ersten Holzbauteil
und einem zweiten Holzbauteil, mit wenigstens einer in das erste und einer in das
zweite Holzbauteil eingreifenden Schraube mit einer Eingriffslänge in einem ersten
Verfahrensschritt der Einschraubpunkt bzw. die Einschraubpunkte sowie der Raumwinkel
der wenigstens einen Schraube bestimmt wird. In einem weiteren Schritt wird erfindungsgemäß
vorgesehen, dass vor Eindrehen der Schraube mit Hilfe eines Bohrers am Einschraubpunkt
unter dem Raumwinkel eine Führungsbohrung zur Verfügung gestellt wird. Um ein Verlaufen
der Führungsbohrung, d.h. ein Abweichen von der vorgegebenen Achse, zu vermeiden,
was bei Bohrern bzw. Bohrgestellen bei längeren Bohrabschnitten immer auftritt, ist
vorgesehen, dass die Führungsbohrung, verglichen bspw. zur Einschraublänge der Schraube,
sehr kurz ist. Kurz bedeutet, vorliegend, dass die Länge der Führungsbohrungen so
gewählt ist, dass zum einen ein Eingreifen der Schraube, insbesondere Vollgewindeschraube
gewährleistet ist, so dass durch die Stützfunktion des Gewindes die Schraube präzise
in der vorgegebenen Richtung und dem vorgegebenen Einschraubwinkel weiter in die Holzbauteile
eingedreht werden kann, zum anderen aber die Führungsbohrung ausreichend kurz ist,
so dass der Bohrer beim Bohren nicht verläuft. Die Erfinder haben herausgefunden,
dass bevorzugt ohne Beschränkung hierauf die Länge der Führungsbohrung im Bereich
vom 5-fachen des Kerndurchmessers des Gewindes bis zum 30-fachen des Kerndurchmessers
des Gewindes der als Verbindungsmittel verwendeten Schraube liegt. Ganz besonders
bevorzugt beträgt die Führungsbohrungslänge das 10 bis 15-fache des Kerndurchmessers
der einzudrehenden Schraube. Schrauben mit 400 mm Länge besitzen bspw. einen Kerndurchmesser
von 10 mm bei 600 mm Länge und 8 mm bei 400 mm Länge. Die sich hieraus ergebende Führungsbohrungslänge
liegt dann zwischen 40 mm und 300 mm, bevorzugt im Bereich 80 mm bis 150 mm.
[0021] Die kurze Führungsbohrung dient im Wesentlichen als Ersatz für eine externe Lehre,
mit deren Hilfe am Einschraubpunkt unter einem Raumwinkel eine Schraube eingebracht
wird. Die Führungsbohrung ist wesentlich einfacher und kostengünstiger herzustellen
als ein Einbringen mit Hilfe von Lehren. Die Einschraubpunkte sowie der Raumwinkel
der Verbindungsmittel, insbesondere der Schrauben wird durch die abzutragenden Lasten
bestimmt.
[0022] Nachdem die Führungslöcher über die kurzen Strecken, ohne zu verlaufen, vorgebohrt
sind, werden die Verbindungselemente, bevorzugt die Schrauben, in die Führungsbohrungen
eingebracht und in das Holzbauteil eingedreht. Da bevorzugt selbstbohrende Schrauben
verwandt werden, wird ein Verlaufen, also eine Abweichung von der vorgegebenen Achse,
beim Eindrehen der Schrauben im Gegensatz beispielsweise zu Bohrgestängen vermieden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn als Schraube selbstbohrende Vollgewindeschrauben
zum Einsatz gelangen, wie beispielsweise in der
DE 10 2006 057259 A1 oder der
DE 10 2005 039744 A1 bzw. der
DE 10 2004 018069 A1 beschrieben.
[0023] Bevorzugt werden die als Verbindungselement verwendeten Vollgewindeschraube auf Schrägzug
belastet. Durch Schrägzug belastete Vollgewindeschrauben können viel höhere Lasten
aufnehmen, als auf Schub belasteten Vollgewindeschrauben.
[0024] Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Vollgewindeschrauben als Verbindungsmittel
ist, dass die Verschiebung unter Last viel kleiner ist und die Traglast des Schraubenkopfes
die Zugtraglast der Schraube nicht begrenzt. Ein gewöhnlicher Senkkopf konnte nämlich
nur gerade etwa soviel Zugkraft verankern wie eine Gewindelänge von etwa 4 Mal dem
Gewindedurchmesser aufnehmen könnte.
[0025] Es ist ein Verdienst der Erfinder herausgefunden zu haben, dass ein zuverlässiges
Abtragen von Lasten in einer Verbindung von wenigstens zwei Holzelementen eine präzise
Lage der Verbindungselemente, insbesondere der Vollgewindeschrauben erfordert. Eine
präzise Lage kann insbesondere dann erreicht werden, wenn Führungsbohrungen in die
zu verbindenden Holzelemente eingebracht werden. Ein weiteres Verdienst der Erfinder
ist es, herausgefunden zu haben, dass die Länge der Führungsbohrung einerseits so
bemessen sein muss, dass die Verbindungsmittel, insbesondere die Vollgewindeschraube
in die Führungsbohrung eingreifen kann, so dass aufgrund der Stützfunktion des Gewindes
die Vollgewindeschraube von der einmal vorgegeben und eingeschlagenen Richtung nicht
mehr abweichen kann. Zum anderen soll aber ein Verlaufen des Bohrloches beim Bohren
vermieden werden, da dann Abweichungen von der vorgegebenen Lage auftreten.
[0026] Die Gefahr für ein Verlaufen des Bohrloches steigt mit deren Länge. Die Länge der
Führungsbohrung soll so bemessen sein, dass zum einen ein Eingreifen der Schraube
und einer präziser Vortrieb ermöglicht wird, zum anderen muss das Bohrloch aber so
kurz sein, dass ein Verlaufen der Bohrung vermieden wird.
[0027] Die Durchmesser der Führungsbohrungen entsprechen im Wesentlichen dem Kerndurchmesser
der für die Verbindung eingesetzten Vollgewindeschrauben mit einem Spiel von wenigen
Zehntel Zentimetern.
[0028] Der Einschraubpunkt und der Raumwinkel bestimmen die maximal übertragbare Last. Die
maximal übertragbare Last wird bei Verbindung gleichartiger Hölzer durch den kürzeren
in das Holzbauteil eingreifenden Gewindeteil bestimmt. Dies bedeutet, dass wenn genau
die Hälfte in das eine und genau die Hälfte in das andere Bauteil aus demselben Holzmaterial
eingreift, die übertragbare Last im durch die Vollgewindeschrauben hergestellten Verbund
maximal wird.
[0029] Die maximal erreichbare Last kann durch Berechnung ermittelt werden und bestimmt
den Einschraubpunkt und den Raumwinkel der Verbindungselemente. Gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird unter der Randbedingung der abzutragenden Lasten Raumwinkel und Einschraubpunkt
der Verbindungselemente bestimmt.
[0030] Besonders bevorzugt wird bei der Erfindung z. B. die von einem Holzbalken auf den
anderen Holzbalken zu übertragende Schublast in eine Zug- und eine Druckkraft aufgeteilt.
[0031] Besonders bevorzugt ist es, wenn die Einschraubpunkte und der Raumwinkel aufgrund
der vorgegebenen Traglasten beispielsweise mit Hilfe eines externen Programmes mathematisch
berechnet wird bzw. werden.
[0032] Bei der Bestimmung, mit welchen Seiten- und Höhenwinkeln in Bezug zu welchem Koordinatensystem
die Verbindungsmittel zu setzen sind, so dass die Gewindelängen in beiden Hölzern
den jeweiligen Holzgüten entsprechen und die Schrauben weder zum Holz hinaustreten
noch sich im Holz treffen und gleichzeitig aber die zu übertragenden Kräfte aufnehmen
können, wird bevorzugt eine statische Berechnung durchgeführt.
[0033] Sie hat die Aufgabe die zu übertragenden Kräfte zu berechnen. Diese Kräfte sind in
den lokalen Koordinatensystemen auszudrücken und dann in die Berechnung einzuführen.
Für jedes Teil der Holzkonstruktion gibt es ein lokales Koordinatensystem. Für den
Spezialfall eines symmetrischen Daches, muss der Einfachheit halber nur für eine Hälfte
des Daches berechnet werden.
[0034] In einem nächsten Schritt werden die zu übertragenden Kräfte im lokalen Koordinatensystem
jedes Holzbauteiles der Holzkonstruktion festgelegt. Aus dieser Festlegung ist bevorzugt
die Lage der Verbindungselemente, insbesondere Vollgewindeschrauben so zu bestimmen,
welche
- die zu übertragenden Kräfte aufnehmen können, indem sie so angeordnet sind, dass bevorzugt
- die Gewindeteile in den zu verbindenden Hölzern im wesentlichen dieselbe Kraft übertragen
können
- die Schrauben dabei im wesentlichen vollständig in den zu verbindenden Hölzern liegen
- die Schraubenachsen in keinem Holzteil zur Holzfaser einen geringeren Winkel als 30°
bilden
- alle Schrauben an dem Punkt die vorgeschriebenen Randabstände und die Achsabstände
untereinander einhalten
- die Schrauben sich möglichst in er Verbindungsebene der zu verbindenden Hölzer kreuzen
um die Übertragung von Momenten von einen zum anderen Holz und damit Nebenspannungen
zu vermeiden
- die Schrauben einander nicht berühren.
[0035] Es müssen nicht sämtliche zuvor genannten Bedingungen bei der Bestimmung der Kräfte
berücksichtigt werden, bevorzugt werden aber alle Randbedingungen eingehalten.
[0036] Besonders bevorzugt ist es, wenn möglichst gleichlange Vollgewindeschrauben verwendet
werden um Verwechslungen auf der Baustelle zu vermeiden.
[0037] Die Erfüllung aller oder eines Teiles der oben genannter Bedingungen führt dazu,
dass die Schrauben für eine Holzkonstruktion bestehend aus erfindungsgemäßen Verbindungen
an ganz verschiedenen Orten in unterschiedlichen Höhen- und Seitenwinkeln im jeweiligen
Lokal-Koordinatensystem eingeschraubt werden müssen. Diese unter beliebigen Raumwinkeln
einzudrehenden Schrauben müssen, um die erforderlichen Lasten aufnehmen zu können,
mit hoher Präzision gesetzt werden können. Mit mechanischen Lehren wäre dies nur für
einfache Verbindungen möglich, beispielsweise für Verbindungen, bei denen die Balken
in einer Ebene rechtwinklig aufeinander stoßen.
[0038] Da heute ein großer Teil der Holzkonstruktionen auf computergesteuerten Bearbeitungszentren
zugeschnitten (abgebunden) werden und die meisten dieser Abbundanlagen einen Bohrkopf
besitzen, der in der Lage ist an einem definierten Ort und mit im Raum definiertem
Winkel präzise Löcher zu bohren, schlägt die Erfindung vor, die mit Hilfe eines externen
Programmes berechneten Einschraubpunkte und Raumwinkel mechanisch auf die zu verbindenden
Hölzer zu übertragen. Alternativ können die Hölzer auch in den Abbundmaschinen mit
den Führungsbohrungen versehen sein, indem an die Abbundmaschine die in digitaler
Form vorliegenden Daten übergeben und mit Hilfe von CAM auf die Holzbauteile übertragen
werden. Hierbei kann in einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Programm
die Daten für die vorzubohrenden Löcher an die Abbundmaschine zusammen mit den übrigen
Zuschnittdaten übergibt.
[0039] Alternativ wäre es möglich, dass das externe Programm, welches die Daten der Lage
einer Schraube bestimmt, auch direkt an die Datei für die Zuschnittdaten eines CAD-Programmes
für die Abbundmaschine angehängt werden.
[0040] Da dünne, lange Bohrungen im Holz dazu tendieren zu verlaufen, das heißt, dass mit
zunehmendem Bohrfortschritt die Löcher von der festgelegten Geraden als Zentrum des
Bohrloches abweichen und zwar in einem solchen Maße, dass das Bohrloch für genaue
Positionierung einer Vollgewindeschraube unbrauchbar wird, schlägt die Erfindung kurze
Führungsbohrungen vor, bevorzugt solche, deren Länge lediglich ein wenig Vielfaches
des Schraubendurchmessers ist. Solche Fürhungsbohrungen können ohne nennenswerte Abweichung
von der vorgegebenen Geraden gebohrt werden.
[0041] Die in dieses kurze Führungsbohrungen eingedrehten Schrauben können am Ende dieser
Bohrung problemlos weiter eingedreht werden, Die Schraube wird wegen der Stützfunktion
des Gewindes von der einmal eingeschlagenen Richtung nicht mehr wesentlich abweichen.
Somit stellen die kurzen gebohrten präzisen Führungslöcher, am genau definierten Ort
und mit dem ebenso genau definiertem Raumwinkel, die Lösung für das Problem der Verbindung
von Holzteilen mit Vollgewindeschrauben zur Lastabtragung dar. Man könnte diese Führungslöcher
als in das Holzbauteil integrierte Lehren bezeichnen. Es versteht sich von selbst,
dass die Bohrungen mit dem Kerndurchmesser der Vollgewindeschrauben gebohrt werden
müssen, eventuell wenige Zehntel mm größer. Die Länge der Führungsbohrungen beträgt
bevorzugt das 5- bis 30-fache, insbesondere das 10- bis 15-fache des Kerndurchmessers
der einzuordrehenden Schraube. Es ist der Verdienst der Erfinder herausgefunden zu
haben, dass die Länge der Führungsbohrung einerseits ausreichend sein muss, um ein
Weitereintreiben der Schraube entlang des vorgegebenen Winkels und der vorgegebenen
Achse zu ermöglichen, andererseits die Länge so kurz ist, dass mit ausreichender Präzession
vorgebohrt werden kann, d. h. kein bzw. ein die Präzession nur unwesentlich beeinträchtigendes
Verlaufen auftritt
[0042] Da auf einer Abbundmaschine vor allem Bohrer mit Standarddurchmessern z. B. 4, 5,
6, 8 mm eingesetzt werden, werden bevorzugt Schrauben verwandt, deren Kerndurchmesser
diesen Standarddurchmessern entspricht und nicht, wie im Stand der Technik üblich,
Schrauben, deren Außendurchmesser in ganzen mm Durchmesser abgestuft sind.
[0043] Werden die Daten der Führungslöcher, wie zuvor beschrieben, in gängige CAD-Software
für den Holzbau eingegeben, so können die vorzubohrenden Löcher auch optisch kontrolliert
werden, ebenso wie die Schrauben, insbesondere die Vollgewindeschrauben. Diese CAD-Software
kann dann die Steuerungsdaten für das Bohren der Führungslöcher auf dem Holz-Bearbeitungszentrum
(Abbundmaschine) generieren und mit den Zuschneidedaten dem Holz-Bearbeitungszentrum
übergeben.
[0044] Bevorzugt sind wenigstens zwei Schrauben bei der Verbindung der beiden Holzbauteile
vorgesehen, wobei die beiden Schrauben in einer dreidimensionalen Anordnung zur Aufnahme
von Belastungen in unterschiedlichen Raumrichtungen nicht in zueinander parallelen
Ebenen. Die nicht zueinander parallelen Ebenen stehen insbesondere senkrecht auf wenigstens
einer Oberfläche der beiden Holzbauteile.
[0045] Besonders bevorzugt ist es, wenn nicht nur über zwei Schrauben die Verbindung zwischen
den beiden Holzbauteilen hergestellt wird, sondern mehr als zwei Schrauben vorgesehen
sind, beispielsweise drei Schrauben, die unter beliebigen Lagen die beiden Holzbauteile
oder auch mehrere Holzbauteile einer Holzkonstruktion miteinander verbinden.
[0046] Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise ohne Beschränkung hierauf bei
der Verbindung von Holzbauteilen, die einen Haupt-/Nebenträgeranschluss, einen Riegel-Pfosten-Anschlusses,
einen Pfosten-BalkenAnschluss oder bei der Verbindung von Rahmen und Sparren am First
und an der Traufe eingesetzt werden, angewandt werden. Auch der Einsatz bei einem
sogenannten Gerbergelenk, unter dem man eine gelenkige Verbindung von zwei Holzbalken
bzw. Trägern in derselben Achse versteht, wäre möglich.
[0047] Selbstverständlich wäre es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Einschraubpunkte
und den Raumwinkel der Verbindungselemente, insbesondere Vollgewindeschrauben, für
eine Verbindung von mehr als zwei Holzbauteilen, beispielsweise drei oder vier oder
noch mehr zusammenstoßende Holzbauteile anzugeben.
[0048] Besonders bevorzugt ist es, wenn die Verbindungsmittel, insbesondere die Vollgewindeschrauben,
mit einem Einschraubwerkzeug eingeschraubt werden. Wird ein Einschraubwerkzeug verwendet,
das - zum Beispiel durch einen einstellbaren Anschlag - dafür sorgt, dass die Schraube
genau und genügend weit eingeschraubt wird, so kann die Vollgewindeschraube auf einfache
und sichere Art und Weise gesetzt werden. Es ist auch denkbar, die Schraube mit einem
Kopf auszurüsten, der selber als Tiefenanschlag wirkt - z. B. ein konventioneller
Schraubenkopf. Alternativ kann bei Verbindungen, bei denen die Schraube versenkt werden
soll, ein schlanker, versenkbarer, nur dem Antrieb beim Einschrauben dienender Kopf
vorgesehen sein.
[0049] Neben dem Verfahren und der Verwendung des Verfahrens stellt die Erfindung auch eine
Verbindung von wenigstens zwei Holzbauteilen zur Verfügung, wobei wenigstens zwei
Schrauben in das erste und das zweite Holzbauteil eingreifen. Hierbei ist es bevorzugt,
dass die Schrauben in zwei unterschiedlichen Ebenen zu liegen kommen, wobei erste
und zweite Ebene nicht parallel zueinander sind und die Ebenen senkrecht auf der Oberfläche
wenigstens eines Bauteiles stehen.. Bevorzugt weisen die Holzbauteile kurze Führungsbohrungen
auf, in die Verbindungsmittel, insbesondere die Vollgewindeschrauben eingebracht,
insbesondere eingedreht werden.
[0050] In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es so, dass die beiden Ebenen, in denen
die Schrauben zu liegen kommen, sich schneiden.
[0051] Um Traglasten in den unterschiedlichsten Richtungen aufnehmen zu können, ist es besonders
bevorzugt, wenn mehr als zwei Schrauben, beispielsweise drei Schrauben, vorgesehen
sind, die in drei unterschiedlichen Ebenen zum Liegen kommen, wobei die Ebenen nicht
parallel zueinander ausgebildet sind und die Ebenen in denen die Schrauben liegen
senkrecht auf der Oberfläche wenigstens eines Bauteiles stehen.
[0052] Selbstverständlich können auch mehr als zwei Holzbauteile, beispielsweise drei, vier
oder noch mehr Holzbauteile, die aneinanderstoßen, miteinander verbunden werden.
[0053] Die erfindungsgemäße Verbindung mit Schrauben, insbesondere Vollgewindeschrauben
können um ein mehrfaches höhere Lasten übertragen als konventionelle Holzverbindungen.
Um die hohen Lasten abtragen zu können sind genaue statische Berechnungen erforderlich,
wobei die Vollgewindeschrauben mit Ausnahme einiger einfachen Anwendungen bei der
Verbindung rechtwinklig aufeinander treffender Holzbauteile, dreidimensional im Raum
anzuordnen sind. Nur mit diesen dreidimensionalen Anordnungen können die Vollgewindeschrauben
voll ausgenutzt und hohe Lasten sicher übertragen werden. Hierfür ist eine präzise
präzise Anordnung der Vollgewindeschrauben im Raum mittels kurzen Führungslöchern,
die eine einfache und präzise Montage ermöglicht, vorteilhaft. Dies kann dadurch realisiert
werden, dass kurze Führungslöcher mit geringstem Abstand auf dem Holzbearbeitungszentrum
rasch, sicher und präzise gebohrt werden. Präzise, vor allem aber gerade Führungslöcher
lassen sich aber nur mit beschränkter Länge bohren. Vollgewindeschrauben hingegen
lassen sich genau der gewünschten Achse entlang einschrauben, dank der Stützfunktion
des Gewindes.
[0054] Mit den entsprechenden mathematischen Werkzeugen und der Möglichkeit rasch und präzise
Führungslöcher für die Vollgewindeschrauben zu bohren, bzw. vozubohren ist es möglich,
auch komplexe Verbindungen zu realisieren.
[0055] Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden, ohne Beschränkung
hierauf.
[0056] Es zeigen:
- Fig. 1a - b
- Verbindung zweier Holzbauteile gemäß der WO 01/65018
- Fig. 1c - 1e
- Verbindung zweier Holzbauteile, wobei die Eingriffslängen in die Holzbauteile unterschiedlich
sind.
- Fig. 2
- nicht rechtwinkliger Ausschluss von zwei Holzbauteilen
- Fig. 3a-b
- Gerbergelenk mit Last und Grundriß des Gerbergelenkes
- Fig. 4
- Ausschnitt eines Holzkonstruktion mit lokalen Koordinatensystem
- Fig. 5a-5b
- First mit Anschlussparren und Gratsparren sowie erfindungsgemäße Verbindungselementen.
- Fig. 6
- eine Verbindung von zwei Holzbauteilen mit einer erfindungsgemäßen Verbindung
- Fig. 7
- eine Dachbalkenkonstruktion mit Balken, die gemäß der Erfindung verbunden sind.
- Fig. 8a-b
- ein Diagramm zu Schublasten senkrecht zur Schraubenachse und Aufteilung der Schublast
in Zug- und Drucklasten.
[0057] In Fig. 1a-1b ist ein Haupt-/Nebenträgeranschluss gemäß der
WO 01/65018 gezeigt, bei dem zwei Schrauben 1020.1, 1020.2 in zwei parallel zueinander verschobenen
Ebenen zu liegen kommen. Figur 1a zeigt einen Schnitt durch eine Ebene in der eine
der beiden Verbindungsschrauben 1020.1, 1020.2 zu Liegen kommt. Die Ebene der anderen
Schraube liegt parallel hierzu. Dies ist aus der 3-dimensionalen Ansicht in Figur
1b ersichtlich.
[0058] In Figur 1b sind die Holzbalken mit 1010.1 und 1010.2 bezeichnet. Die erste Schraube
1020.1 kommt in einer ersten Ebene 1021.1 zu liegen, die im wesentlichen senkrecht
auf der Oberfläche 1023 des Holzbalkens 1010.2 steht.
[0059] Die zweite Schraube 1020.2, kommt in einer zweiten Ebene 1021.2 zu Liegen. Die Ebene
1021.2 steht ebenfalls senkrecht auf der Oberfläche 1023 des Holzbalkens 1010.2. Wie
aus Figur 1b hervorgeht sind die Ebenen 1021.1, 1021.2, in denen die Schrauben zu
Liegen kommen im wesentlichen parallel zueinander, d. h. die Ebenen 1021.1, 1021.2
und damit die in den Ebenen liegenden Schrauben 1020.1, 1020.2 durchdringen sich nicht.
[0060] Die zu verbindenden Holzbalken 1010.1, 1010.2 stoßen rechtwinklig aneinander an.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1a-1b sind die beiden Abschnitte 1020.1.a, 1020.1.b
und 1020.2.a sowie 1020.2.b gleich lang. Bei gleicher Holzart werden hierdurch optimal
große Lasten übertragen.
[0061] Die Auswirkungen von kleinen Ungenauigkeiten zeigen sich deutlich in den Fig. 1c
bis 1e. Die Gewindeabschnitte 1020.1.a, 1020.1.b, 1020.2.a, 1020.2.b sind in den beiden
zu verbindenden Holzteilen nicht mehr gleich lang. Die übertragbare Last sinkt um
20 % oder mehr gegenüber der Verbindung in Fig. 1a-b, wenn gleiche Holzarten vorliegen.
Bei unterschiedlichen Holzarten können unterschiedliche Längen der Gewindeabschnitte
gewünscht sein, da der Unterschied im Holz in Bezug auf gleiche abzutragende Lasten
kompensiert wird.
[0062] In Fig. 2 ist die Verbindung von nicht rechtwinklig aneinander anstoßenden Holzbauteilen
gezeigt. Zur optimalen Lastübertragung ist es notwendig, dass die Schrauben unter
Winkeln, die der Verbindung angepasst sind, individuell für jedes zu verbindende Holzbauteil
bestimmt werden. Die nicht rechtwinklig zu verbindenden Holzbalken sind mit den Bezugsziffern
1110.1, 1110.2, die Schrauben mit den Bezugsziffern 1120.1, 1120.2 bezeichnet.
[0063] Um geringe Durchbiegungen eines Durchlaufträgers zu erzielen, können Gerberträger
mit einer Schraubverbindung eingesetzt werden, beispielsweise bei Dachaufbauten. Werden
solche Träger in Dachaufbauten eingesetzt, so ergibt sich das Problem, dass die Eigenlast
des Daches und die Schneelast nicht senkrecht zur Dachneigung stehen. Zu der Wind-Last
senkrecht zur Oberfläche der Pfette kommt noch eine parallele Last dazu, der Sog (Schneeschub).
[0064] Die Lasten 1015, 1017 der Verbindung der Holzteile 1210.1, 1210.2 sind in Fig. 3a
eingezeichnet. Aus den Lasten 1015 und 1017 in Fig. 3a kann dann die Lage der Schrauben,
d. h., ihre Einschraubrichtung bestimmt werden. Die Lage der Schrauben 1220.1, 1220.2,
1220.3, 1220.4 in einer Draufsicht auf den Träger bestehend aus den beiden Holzbalken
1210.1, 1210.2 zeigt Fig. 3b. Wie aus Fig. 3b hervorgeht sind die Ebenen 1024.1, 1024.2,
1024.3, 1024.4 in denen die Schrauben zu Liegen kommen nicht parallel zueinander,
wie die Ebenen 1021.1, 1021.2 gemäß Fig. 1a-1b. Ebenen 1024.1, 1024.2, 1024.3, 1024.4
schneiden sich. Die in der Ebene liegenden Schrauben durchdringen sich nicht, da die
Schrauben einen nicht dargestellten Neigungswinkel in der Ebene 1024.1, 1024.2, 1024.3,
1024.4 aufweisen..
[0065] Die Ebenen 1024.1, 1024.2, 1024.3, 1024.4 in denen die Schrauben liegen, stehen senkrecht
auf der Oberfläche 1223 der Holzbalken 1210.1, 1210.2.
[0066] Noch aufwendiger ist die Bestimmung der Lage der Schrauben bei komplizierten Konstruktionen,
z. B. bei einem Satteldach. Bei einem Satteldach ist es notwendig zunächst eine statische
Berechnung zuführen. Sie hat die Aufgabe die zu übertragenden Kräfte zu berechnen.
Diese Kräfte sind in den lokalen Koordinatensystemen auszudrücken und dann in die
Berechnung einzuführen. Für jedes Teil der Holzkonstruktion gibt es ein lokales Koordinatensystem.
[0067] In Fig. 4 ist ein Ausschnitt einer Holzkonstruktion 3000 gezeigt. Die Balken der
Holzkonstruktion sind mit 3010.1, 3010.2, 3010.3, 3010.4 bezeichnet. Die lokalen Koordinaten
sind mit 3016.1, 3016.2, 3016.3 bezeichnet. Wie zu erkennen, sind die Koorinatensystem
3016.1, 3016.2, 3016.3 zu dem generellen Koordinatensystem 3021 verschoben und gedreht.
[0068] Nachdem die Koordinatensysteme definiert wurden, sind die zu übertragenden Kräfte
im lokalen Koordinatensystem jedes Holzbauteiles festzulegen.
[0069] Dann sind die Lagen der Schrauben, insbesondere der Vollgewindeschrauben zu bestimmen,
welche bevorzugt
- die zu übertragenden Kräfte aufnehmen können, indem sie insbesondere bevorzugt so
angeordnet sind, dass
- die Gewindeteile in den zu verbindenden Hölzern die selbe Kraft übertragen können
- die Schrauben dabei ganz in den zu verbindenden Hölzern liegen
- die Schraubenachsen in keinem Holzteil zur Holzfaser einen geringeren Winkel als 30°
bilden
- alles Schrauben an jedem Punkt die vorgeschriebenen Randabstände und die Achtabstände
unter einander einhalten
- die Schrauben sich möglichst in der Verbindungsebene der zu verbindenden Hölzer kreuzen
um die Übertragung von Momenten von einen zum anderen Holz und damit Nebenspannungn
zu vermeiden.
- die Schrauben einander nicht berühren
[0070] Die Erfüllung aller oder eines Teiles dieser Bedingungen führt dazu, dass die Schrauben
an ganz verschiedenen Orten in unterschiedlichen Höhen- und Seitenwinkel im Lokal-Koordinatensystem
eingeschraubt werden müssen.
[0071] Aus Fig. 5a-5b ist die Lage der Schrauben für eine komplexe Holzkonstruktion, hier
einer Dachkonstruktion in einer 3-dimensionlane Ansicht (Fig. 5a) und in einer Draufsicht
(Fig. 5b) gezeigt.
[0072] Insgesamt werden fünf Balken 4010.1, 4010.2, 4010.3, 4010.4, 4010.5 miteinander verbunden.
Der First ist mit 4010.1 bezeichnet, die Gratsparren mit 4010.2, 4010.3 und die Sparren
mit 4010.4, und 4010.5. Die Verbindungsschrauben, deren Lage sich aus der Berechnung
der Lasten ergibt sind mit 4020.1, 4020.2, 4020.3, 4020.4, 4020.5, 4020.6, 4020.7,
4020.8 bezeichnet.
[0073] Wie aus Fig. 5a und 5b ersichtlich, ist es zum Abtragen der Lasten bevorzugt, wenn
die als Verbinder eingesetzten Schrauben, insbesondere Vollgewindeschrauben mit der
erforderlichen Präzision gesetzt werden.
[0074] Erfindungsgemäß kann dies dadurch erreicht werden, wenn Führungsbohrungen gesetzt
werden, in die dann selbstbohrende Verbinder, wie Vollgewindeschrauben eingedreht
werden können.
[0075] Bevorzugt werden die Führungsbohrungen bereits bei der Herstellung der Holzbalken
z. B. auf Abbundmaschinen eingebracht.
Der große Vorteil dieser selbstbohrenden, sehr rasch montierten Verbinder ist eine
wirtschaftliche Holzverbindung, die höchste Lasten übertragen kann.
[0076] In Figur 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Verbindung von zwei Holzbauteilen, hier
vorliegend zwei Holzbalken 10.1, 10.2, die nur abschnittsweise dargestellt sind, gezeigt.
Die Beschränkung auf zwei aneinander anstoßenden Holzbalken ist nur beispielhaft und
nicht einschränkend.
[0077] Die dargestellte Verbindung der beiden Holzbalken 10.1, 10.2 wird entlang der Fläche
12, an der die beiden Holzbalken aneinander stoßen, durch vier beliebig im Raum orientierte
Schrauben 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 hergestellt.
[0078] Zwischen die aneinander stoßenden Flächen der beiden Holzbalken kann ein elastisches
Material eingebracht sein. Dieses elastische Material kann beispielsweise eine Schicht
in Form einer Holzfaser oder einer Mineralfaserplatte sein, auch Kunststoffplatten
wären möglich. Die Dicke einer derartigen Schicht kann im Bereich von 0,1 mm bis 10
cm liegen und bevorzugt ein weiches Material umfassen, wobei die Weichheit bzw. die
Elastizität geringer ist als die Weichheit bzw. Elastizität der Holzbalken. Durch
die elastische Zwischenschicht im Bereich der Fläche 12 der zu verbindenden Holzbalken
wird erreicht, dass der Schwund und das Quellen des Holzes bei Verbindung von zwei
Holzbalken kompensiert wird und ein Spalt, der zwischen den aneinander anstoßenden
Holzbalken gebildet wird, geschlossen werden kann.
[0079] Wie aus Figur 6 hervorgeht, sind die Schrauben 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 in unterschiedliche
Ebenen eingedreht, wobei keine der Ebenen, in denen die Schrauben 20.1, 20.2, 20.3,
20.4 zu liegen kommen, zueinander parallel ist.
[0080] Auf diese Art und Weise können gegenüber herkömmlichen Verbindungen, wie sie beispielsweise
aus der
WO 01/65018 bekannt sind, signifikant höhere Lasten, insbesondere in völlig unterschiedlichen
Richtungen abgetragen werden.
[0082] Für eine optimale Verbindung mit Vollgewindeschrauben ist deren dreidimensionale
Lage in einer Holzverbindung wichtig - an einem Verbindungspunkt müssen oft Lasten
in allen drei Dimensionen z. B. bezüglich der Achse eines länglichen Holzbalkens übertragen
werden. Dabei wird die Axiallast durch das Gewinde ein- und ausgeleitet. Daher ist
es vorteilhafte, wenn die Gewindeteile in den zu verbindenden Holzelementen bei gleichen
Holzmaterialien gleich lang sind oder sich in einem bestimmten Verhältnis befinden,
z. B. bei Verbindung von Holzteilen verschiedener Holzgüte bzw. Holzmaterialien. Damit
dies erreicht werden kann, müssen die Schrauben sehr genau bezüglich Ort und Raumwinkel
angeordnet werden.
[0083] Zur direkten Übertragung von Schublasten, also Lasten senkrecht zur Schraubenachse,
sind Vollgewindeschrauben wenig geeignet. Um trotzdem Schublasten übertragen zu können,
können diese in Zug- und Drucklasten aufgeteilt werden.
[0084] Um die Lage der mit Hilfe beispielsweise eines Programmes vorberechneten Verbindungen
vor Ort realisieren zu können, ist vorgesehen, dass erfindungsgemäß an den mit Hilfe
beispielsweise eines Programmes vorbestimmten Einschraubpunkten Führungsbohrungen
vorzusehen. Die Führungsbohrungen sind in der Regel in ihrer Länge so bemessen, dass
zum einen die Lage der selbstbohrenden Schraube exakt bestimmt ist, zum anderen ein
Verlaufen des Bohrers nicht auftritt, so dass die vorbestimmten Lagen und Raumwinkel
genau eingehalten werden können.
[0085] In die Führungsbohrungen werden sodann die Schrauben eingebracht. Anschließend wird
die selbstbohrende Schraube eingedreht. Durch die Führungsbohrungen werden nicht nur
die Lage der Schrauben und deren Richtung genau festgelegt, auch die Neigung zum Aufreißen
des Holzes beim Eindrehen der selbstbohrenden Schraube wird vermindert. Ein Aufreißen
des Holzes kann noch weiter reduziert werden, wenn die Vollgewindeschraube mit einem
Fräskopf und daran anschließenden Aufweitungsbereichen im Schaft ausgestattet sind,
wie beispielsweise in der
DE 10 2005 039 744 A1 oder
DE 10 2004 018 069 A1 beschrieben.
[0086] Wie aus Figur 6 ebenfalls hervorgeht, ergeben sich bei dem dargestellten Anschluss
bei Projektion der Schraube in eine Projektionsebene, beispielsweise in die durch
die aneinander stoßenden Flächen definierte Fläche 12 Kreuzungspunkte in dieser Projektionsebene.
Es sind aber auch Anschlüsse denkbar, bei denen sich die Schrauben in keiner Projektionsebene
schneiden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in einer geneigten Ebene Anschlüsse
bzw. Holzverbindungen liegen, z. B. auf einem Dach. Auf einem Dach sind die Windlasten
senkrecht zur Dachebene, die Eigen- und Schneelasten jedoch vertikal. Windverbände
können die Holzverbindungen im Dach zudem parallel zur Dachebene belasten. Damit treten
dort Lasten in allen drei Dimensionen auf.
[0087] Um diese im Anschluss bzw. der Verbindung der beiden Holzbauteile aufnehmen zu können,
ist es vorteilhaft, wenn die Schrauben in der Verbindung der Anschlüsse eine 3-dimensionale
Lage aufweisen.
[0088] Wie ebenfalls aus Figur 6 zu erkennen ist, sind der Einschraubpunkt und der Raumwinkel
der Schrauben 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 gerade so gewählt, dass genau je eine Hälfte
des Gewindes 30.1.1 jeder Schraube z.B. der Schraube 20.1 in dem einen Holzbauteil
10.1 und die andere Hälfte 30.1.2 des Gewindes in dem anderen Holzbauteil 10.2 zum
Liegen kommt. Hierdurch werden die übertragbaren Lasten, die immer durch den kürzeren
Gewindeteil bestimmt werden, bei gleichen Holzarten der zu verbindenden Holzbauteile
10.1, 10.2 maximal. Die Länge der Führungsbohrungen bemisst sich im Regelfall nach
dem Kerndurchmesser der Vollgewindeschrauben 20.1, 20.2, 20.3, 20.4. Vorliegend wurde
die Eingriffslänge mit dem Bezugszeichen L für die Vollgewindeschraube 20.2 benannt.
[0089] Bevorzugt ist es, wenn die Führungsbohrungslänge zwischen dem 5-fachen bis zum 30-fachen
des Kerndurchmessers des Gewindes liegt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Führungsbohrungslänge
im Bereich vom 10-fachen bis 15-fachen des Kerndurchmessers der einzudrehenden Schraube
liegt.
[0090] Die Führungsbohrungen liegen beispielsweise bei Kerndurchmessern von 10 mm bei 600
mm Schraubenlänge bzw. 8 mm bei 400 mm Schraubenlänge im Bereich von 40 mm bis 300
mm, bevorzugt im Bereich von 80mm bis 150mm.. Die Führungsbohrungen weisen einen Durchmesser
auf, der im Wesentlichen dem Kerndurchmesser der Schraube entspricht, wobei einige
Zehntel Millimeter Abweichungen möglich sind.
[0091] Besonders bevorzugt ist es, wenn die Führungsbohrungen nicht auf der Baustelle eingebracht
werden, sondern bereits bei der Herstellung der Holzteile, beispielsweise an den Abbundmaschinen.
In einem solchen Fall können die rechnerisch bestimmten Einschraubpunkte und Raumwinkel
mit Hilfe von Datenfiles aus dem CAD über CAM an die Abbundmaschine übergeben und
dort gebohrt werden. Auf diese Art und Weise können Schablonen, die beispielsweise
auf der Baustelle zum Einbringen der Führungsbohrung verwandt werden, überflüssig
werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Verbindungsschrauben bei einem automatisierten
Vorbohren mit Hilfe von Bohrern an Abbundmaschinen einen Kerndurchmesser in geraden
Millimetern, z.B. 4, 5, 6 und 8 mm aufweisen, anstelle der üblichen Außendurchmesser
von geraden Millimetern, der bei derzeitigen Schrauben verwandt wird.
[0092] In Figur 7 ist eine mögliche Art des Einsatzes von mit Hilfe der Erfindung verbundenen
Holzbalken außerhalb des Auflagers, genauer außerhalb des Momentennullpunktes des
Trägers gezeigt. Der in Figur 7 gezeigte Gerberträger kann mehrere Gelenke aufweisen,
von denen eines an der Stelle 110 gezeigt ist, das aus zwei Schraubenpaaren 100.1
und 100.2 besteht, welche die beiden Holzbalken erfindungsgemäß miteinander verbinden.
Wenn keine automatisierte Übertragung der Führungsbohrlöcher bei der Herstellung auf
Abbundmaschinen erfolgt, so könne diese auch mit Hilfe von Schablone gemäß den vorbestimmten
Lagen und Raumwinkeln aus den Berechnungen auf der Baustelle in die jeweiligen Gerbergelenke
100.1, 100.2 eingebracht werden Dies ist aber nicht bevorzugt, da für jede einzelne
Geometrie eine eigene Schablone angefertigt werden müsste. Die Gerbergelenke 100.1,
100.2 sind mit Schrauben 120.1, 120.2, 120.3, 120.4 verbunden.
[0093] Bevorzugt werden der Einschraubpunkt und die Raumwinkel mit Hilfe eines eigenen,
externen Programmes bestimmt, von dem dann die Daten an ein CAD-Programm übergeben
werden.
[0094] Das CAD-Programm kann dann die Daten für die vorzubohrenden Löcher an die Abbundmaschine
zusammen mit den übrigen Zuschnittdaten übergeben.
[0095] Alternativ kann das externe Programm, welches die Daten der Lage einer Schraube bestimmt,
diese auch direkt an die Datei für die Zuschnittdaten des CAD-Programmes für die Abbundmaschine
angehängt werden.
[0096] Bei der erfindungsgemäßen Verbindung z. B. eines Gerbergelenkes sind wiederum die
Schrauben in unterschiedlichen Ebenen, die nicht zueinander parallel liegen müssen,
eingedreht. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Schneelasten und die Eigenlast
des Tragwerkes parallel zur Dachebene abzuleiten. Derartige parallel zur Dachebene
entstehende Lasten, können mit konventionellen Verbindungen von Gerbergelenken mit
Vollgewindeschrauben, bei denen die Vollgewindeschrauben mit parallelen Ebenen zur
Längsachse des Holzbalkens zu liegen kommen, in nur sehr beschränktem Maße aufgenommen
werden.
[0097] Wie allgemein bekannt, ist, wie in Fig. 8a dargestellt, eine Ableitung von Schubkräften
senkrecht zur Schraubenachse einer Vollgewindeschraube, wie in Fig. 8a dargestellt,
kaum möglich. Die Schrauben sind in Fig. 8a mit den Bezugsziffern 400.1, 400.2 dargestellt,
die auftretenden Schubkräfte senkrecht zu den Vollgewindeschrauben mit Bezugsziffern
410.1, 410.2, 410.3.
[0098] Um Kräfte, wie in Fig. 8a dargestellt, bei der Verbindung von zwei Holzteilen 420.1,
420.2 übertragen zu können, ist es notwendig, wie in Fig. 8b dargestellt, die Schublasten
in Druck- und Zuglasten aufzuteilen.
[0099] Dies bedingt, dass die Schrauben nicht in der in Fig. 8a gezeigten Richtung eingedreht
werden, sondern, wie in Fig. 8b dargestellt, in die beiden Richtungen 510.1, 510.2
anstelle Richtung 500, die senkrecht auf der Schraubenachse steht. Die Schublast ist
dann nicht mehr senkrecht zur Richtung der Schraubenachse, sondern aufgeteilt und
steht unter einem Winkel #90° zur Schraubenachse.
[0100] Bei einer Verbindung z. B. bei einem Gerbergelenk können die Schrauben in unterschiedlichen
Ebenen, die nicht zueinander parallel liegen müssen, eingedreht sein. Auf diese Art
und Weise ist es möglich, Schneelasten und die Eigenlast des Tragwerkes parallel zur
Dachebene abzuleiten. Derartige parallel zur Dachebene entstehende Lasten, können
mit konventionellen Verbindungen im allgemeinen nicht vollständig aufgenommen werden.
[0101] Mit der Erfindung wird es somit erstmals möglich, eine Verbindung insbesondere zwischen
zu verbindenden Holzträgern anzugeben, mit der Lasten in unterschiedliche Richtungen
abgetragen werden können. Des Weiteren wird ein Verfahren angegeben, mit dem die Verbindungselemente,
insbesondere Verbindungsschrauben sicher in die vorgegebenen Lagen eingedreht werden
können.
1. Verfahren zur Verbindung von wenigstens zwei Holzbauteilen, einem ersten Holzbauteil
(10.1) und einem zweiten Holzbauteil (10.2) mit wenigstens einer in das erste und
das zweite Holzbauteil eingreifenden Schraube (20.1, 20.2, 20.4), insbesondere Vollgewindeschraube
mit einem Kerndurchmesser, zum Abtragen einer Last umfassend folgende Schritte:
- Bestimmen des Einschraubpunktes und des Raumwinkels der wenigstens einen Schraube
(20.1, 20.2, 20.3, 20.4) in das wenigstens erste und das wenigstens zweite Holzbauteil;
aus den von den Holzbauteilen abzutragenden Lasten
- die wenigstens eine Schraube (20.1, 20.2, 20.3, 20.4) wird in den bestimmten Einschraubpunkt
unter dem bestimmten Raumwinkel eingedreht,
wobei das Verfahren
dadurch gekennzeichnet ist,
dass
- vor dem Eindrehen der Schraube (20.1, 20.2, 20.3, 20.4) mit Hilfe eines Bohrers
am Einschraubpunkt unter dem Raumwinkel eine Führungsbohrung zur Verfügung gestellt
wird, wobei die Länge der Führungsbohrung kurz sind und bevorzugt im Bereich vom 5-fachen
bis zum 30-fachen des Kerndurchmessers der Schraube, insbesondere im Bereich vom 10-fachen
bis 15-fachen des Kerndurchmessers liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die abzutragenden Lasten durch Berechnung ermittelt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schrauben selbstbohrende Schrauben (20.1, 20.2, 20.3, 20.4) sind, die nach Eindrehen
in die Führungsbohrung selbstbohrend im vorgegebenen Einschraubpunkt und entlang des
vorgegebenen Raumwinkels in das erste und das zweite Holzbauteil eingedreht werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einschraubpunkte und der Raumwinkel durch ein Datenverarbeitungsprogramm ermittelt
und die Führungsbohrungen mit Hilfe von CAM an Maschinen, insbesondere Abbundmaschinen,
für das wenigstens erste und das wenigsens zweite Holzbauteil übermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einschraubpunkte und Raumwinkel derart bestimmt werden, dass die Schrauben, die
die zu übertragenden Kräfte aufnehmen können, so angeordnet sind, dass
- die Gewindeteile in den zu verbindenden Hölzern im wesentlichen dieselbe Kraft übertragen
können
- die Schrauben dabei im wesentlichen vollständig in den zu verbindenden Hölzern liegen
- die Schraubenachsen in keinem Holzteil zur Holzfaser einen geringeren Winkel als
30° bilden
- die Schrauben einander nicht berühren.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Schrauben, eine erste Schraube (20.1) und eine zweite Schraube (20.2),
in das erste (10.1) und das zweite Holzbauteil (10.2) eingreifen, wobei erste und
zweite Schraube in Ebenen, die senkrecht zu wenigstens einer Oberfläche wenigstens
des ersten oder zweiten Holzbauteiles stehen zu liegen kommen, wobei diese Ebenen
nicht parallel zueinander sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht zueinander parallelen Ebenen eine erste Ebene und eine zweite Ebene sind,
die sich schneiden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehr als zwei Schrauben vorgesehen sind, wobei jede Schraube in einer eigenen Ebene,
die senkrecht auf wenigstens einer Oberfläche wenigstens eines Holzbauteiles steht,
zu liegen kommt.
9. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei erstes und zweites
Holzbauteil Teil eines
- Haupt-/Nebenträgeranschlusses
- Riegel-/Pfostenanschluss
- Pfosten-/Balkenanschluss
- Verbindung von Rahmen und Sparren am First und an der Traufe sind.
10. Verbindung von wenigstens zwei Holzbauteilen, wenigstens einem ersten Holzbauteil
(10.1) und wenigstens einem zweiten Holzbauteil (10.2) mit wenigstens zwei in das
erste und das zweite Holzbauteil eingreifenden Schrauben (20.1, 20.2, 20.3, 20.4),
dadurch gekennzeichnet, dass
die zwei Schrauben (20.1, 20.2) in unterschiedlichen Ebenen, die senkrecht auf wenigstens
einer Oberfläche wenigstens eines der Holzbauteile (10.1, 10.2) steht zu liegen kommen,
wobei die erste und die zweite Ebene nicht parallel zueinander sind.
11. Verbindung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich erste und zweite Ebene schneiden.
12. Verbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung wenigstens drei Schrauben umfasst, die in drei unterschiedlichen Ebenen
zu liegen kommen.
13. Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die unterschiedlichen Ebenen nicht parallel zueinander sind.
14. Verbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile Führungsbohrungen aufweisen, wobei die Führungsbohrungen kurz sind
und bevorzugt die Länge der Führungsvorrichim Bereich vom 5-fachen bis zum 30-fachen
des Kerndurchmessers der Schraube, insbesondere im Bereich vom 10-fachen bis 15-fachen
des Kerndurchmessers liegt.
15. Holzkonstruktion mit einer Vielzahl von zu verbindenden Holzteilen, wobei für jedes
zu verbindende Holzteil die abzutragenden Lasten bestimmt werden und die Verbindungen
der Vielzahl von Holzteilen mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8
erfolgt.