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(11) | EP 4 127 347 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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NUT-FEDER-VERBINDUNG TONGUE AND GROOVE CONNECTION LIAISON LANGUETTE-RAINURE |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Feder für eine Nut-Feder-Verbindung, ein Bauelement mit einer Nut für eine Nut-Feder-Verbindung und ein mindestens zweiteiliges Bauelement mit mindestens einer Nut-Feder-Verbindung seiner Teile.
[0002] Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Bauelemente aus Holz, insbesondere für das Baugewerbe, z.B. die Bereitstellung von Wand-, Dach- und Deckenplatten, die aus hölzernen Profilen mit Hilfe von Nut-Feder-Verbindungen zusammengesetzt sind.
[0003] Solche Bauelemente sind z.B. aus der DE 10 2014 006 621 A1 bereits bekannt. Die plattenförmigen Bauelemente sind aus Vollholzprofilen zusammengesetzt. Ihre hölzernen Nut-Feder-Verbindungen sind klebstoff- und metallfrei. Die im Baugewerbe erwartete Wind- und Luftdichtigkeit setzt eine entsprechend hohe Flächenpressung an den Grenzflächen der Nut-Feder-Verbindung voraus.
[0004] Die Nuten der Nut-Feder-Verbindungen gemäß DE 10 2014 006 621 A1 sind hinterschnitten. Das ergibt erhöhte Festigkeit durch Formschluss quer zur Nut in der Ebene der gebildeten Platte. Hinterschnittene Nuten oder auch beengte Platzverhältnisse bei der Fertigung setzen jedoch voraus, dass die Federn in Längsrichtung in die Nuten eingeführt werden. Soll dabei eine angemessene Flächenpressung zwischen Nut und Feder verwirklicht werden, ist der bei Einführung der Feder in die Nut notwendige Kraftaufwand zur Überwindung der Reibung zwischen Nut und Feder sehr groß und steigt mit der Länge der Feder, die im Baugewerbe mehrere Meter betragen kann.
[0005] In der US 3,090,086 sind sich verjüngende Schwalbenschwanzverbindungen zur Verwendung bei der Holzbearbeitung von Schränken offenbart, bei denen eine besonders feine Tischlerei gewünscht wird und dauerhafte Klebeverbindungen erforderlich sind.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nut-Feder-Verbindung bereitzustellen, die mit geringerem Kraftaufwand als im Stand der Technik montierbar ist, kein Hilfsmaterial wie Kleb- oder Dichtstoff neben dem eigentlichen Material für Nut und Feder benötigt und die Anforderungen des Baugewerbes an Dichtigkeit und Festigkeit erfüllt.
[0007] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Feder für eine passgenaue Nut-Feder-Verbindung nach Anspruch 1 gelöst, bei welcher die Feder einen trapezförmigen Querschnitt aufweist;
der trapezförmige Querschnitt zwei parallele Seiten mit unterschiedlicher Länge aufweist;
der trapezförmige Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist; die Höhe des trapezförmigen Querschnitts über die Länge der Feder konstant ist; und
die Länge einer der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Feder über die Länge der Feder stetig abnimmt;
wobei die Feder dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Länge der anderen der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Feder über die Länge der Feder konstant bleibt.
[0008] Die Feder kann einstückig mit dem Bauteil ausgebildet sein, das sie verbinden soll. Alternativ kann sie ein separates Bauteil sein, das mit je einer Nut in zwei zu verbindenden Bauteilen zusammenwirkt. Der Querschnitt der Feder im Sinne dieser Beschreibung ist immer derjenige der eigentlichen Feder ohne das zu verbindende Bauteil.
[0009] Ein weiterer Lösungsbeitrag nach der Erfindung wird geleistet durch ein Bauelement mit einer Nut zur passgenauen Aufnahme der Feder einer Nut-Feder-Verbindung, bei welcher die Nut einen trapezförmigen Querschnitt aufweist;
der trapezförmige Querschnitt zwei parallele Seiten mit unterschiedlicher Länge aufweist;
der trapezförmige Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist; sich die kürzere der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts auf der offenen Seite der Nut befindet;
die Höhe des trapezförmigen Querschnitts über die Länge der Nut konstant ist; und
die Länge einer der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Nut über die Länge der Nut stetig abnimmt;
wobei die Nut dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Länge der anderen der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Nut über die Länge der Nut konstant bleibt.
[0010] Die Erfindung ist besonders geeignet für hölzerne Nut-Feder-Verbindungen, bei denen die Feder aus Holz besteht und die Nut in Holz ausgebildet ist.
[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen von Nut und Feder nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 7 bzw. 9 bis 12 hervor.
[0012] Beide Varianten der Lösung werden bevorzugt gemeinsam angewendet, aber auch jede allein ist für sich schon hilfreich. Das Merkmal der Passgenauigkeit bedeutet, dass sie jedenfalls am Schluss der Montage einer erfindungsgemäßen Nut-Feder-Verbindung vorliegt. Zur Montage wird die Feder mit dem im Querschnitt kleineren Ende voraus in Längsrichtung in die Nut an deren Ende mit dem größeren Querschnitt eingeführt. Deshalb besteht zunächst Spiel zwischen der Feder und der Nut. Mit dem weiteren Einschieben wird dieses Spiel kleiner, bis sich die Wände (Flächen) von Nut und Feder aneinander anschmiegen. Es kommt zu dauerhafter Flächenberührung an den Wänden und schließlich zu einer Flächenpressung zwischen Nut und Feder auf der ganzen Länge der Verbindung. In dieser Schlussphase des Einschiebens der Feder muss zwar nun die Reibung der Flächenpressung überwunden werden, aber nur über eine Wegstrecke, die einen Bruchteil der Länge der Feder beträgt. Am Schluss der Montage sitzt die Feder auf ganzer Länge passgenau und dicht in ihrer Nut.
[0013] Vorzugsweise wird nach Vorstehendem die Länge der einen parallelen Seite des trapezförmigen Querschnitts der Feder bzw. Nut, die über die Länge der Feder bzw. der Nut abnimmt, so ausgewählt, dass sie den Abstand zwischen den Wänden von Nut und Feder in Bereichen des Querschnitts, in denen am Schluss der Montage Flächenpressung vorliegen soll, zumindest mitbestimmt.
[0014] Man kann durch entsprechende Bemessung von Nut und Feder den beim Eintritt der Flächenpressung zurückgelegten Einschub-Weg der Feder auch verkürzen. Man verzichtet dadurch für den Rest des Einschub-Weges auf die Leichtigkeit des Einschiebens, gewinnt aber aufgrund der bei der Erfindung gegebenen umgekehrten Keilwirkung zwischen Nut und Feder die Möglichkeit, mit mäßiger Einschub-Kraft eine große Flächenpressung zu erzeugen, die z.B. bei einer Ausbildung von Nut und Feder in Holz zur Verformung der Holzzellen bis zu einer Tiefe von ca. 2 mm unter der Oberfläche des Holzes führt. Die elastische Eigenschaft der Holzzellen bewirkt eine Gegenkraft, welche die Zellen wieder in den Ausgangszustand bringen möchte. Diese Flächenpressung ergibt einem erhöhten Kraftschluss.
[0015] Die Abnahme der Länge der parallelen Seite des trapezförmigen Querschnitts der Feder, deren Länge über die Länge der Feder abnimmt, kann die Festigkeit der Feder mindern. Ein bevorzugter Kompromiss zwischen diesem Einfluss und der Leichtigkeit des Einschiebens der Feder ist in Anspruch 4 definiert
[0016] Vorzugsweise liegt das Längenverhältnis der beiden parallelen Seiten mit unterschiedlicher Länge des trapezförmigen Querschnitts der Feder bzw. der Nut im Bereich von 1:1,05 bis 1:1,7; vorzugsweise im Bereich von 1:1,1 bis 1:1,5; besonders bevorzugt von 1:1,21 bis 1:1,44.
[0017] Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Höhe des trapezförmigen Querschnitts zur Länge der längeren Seite der beiden parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Feder bzw. der Nut im Bereich von 1:1 bis 1:5; vorzugsweise im Bereich von 1:2 bis 1:4; besonders bevorzugt von 1:1,2 bis 1:3.
[0018] Wird nur von einer der beiden Varianten der Lösung allein Gebrauch gemacht, ist es unvermeidlich, dass die Feder auf einem Teil ihrer Länge im Querschnitt zu klein ist, um die Nut passgenau auszufüllen. Mit der Weiterbildung nach Anspruch 6 lässt sich dieses bei einer in Holz ausgebildeten Nut-Feder-Verbindung ausgleichen. Das Holz der Feder oder dessen Restfeuchte bei der Montage wird so gewählt, dass es nach der Montage noch quillt und etwa vorhandenen Spielraum zwischen Nut und Feder ausfüllt (Hygroskopisches Verhalten von Holz).
[0019] Werden beide Varianten gemeinsam angewendet, ist die Ausbildung eines Bauelementes nach Anspruch 12 mit einer Feder, die jeweils komplementär zu der sie aufnehmenden Nut geformt ist, für die Leichtigkeit der Montage und die Dichtigkeit und Festigkeit der Verbindung optimal.
[0020] Im Folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in isometrischer Ansicht zwei gleiche Profile aus Vollholz, die für eine Nut-Feder-Verbindung nach der Erfindung vorbereitet sind;
Figur 2 die Profile nach Figur 1 im verbundenen Zustand mit teilweiser eingesteckter Feder;
Figur 3 eine Ansicht der in Figur 2 sichtbaren Stirnseite der beiden Profile mit Feder;
Figur 4 eine Stirnansicht der Feder an dem in Figur 2 sichtbaren Stirnende und die zugeordnete Stirnansicht eines der beiden Profile;
Figur 5 eine Stirnansicht der Feder an dem in Figur 2 nicht sichtbaren Stirnende und die zugeordnete Stirnansicht eines der beiden Profile;
[0021] Gemäß Figur 1 liegen nebeneinander zwei gleiche Profile 1 aus Vollholz mit jeweils rechteckigem Querschnitt und vergleichsweise großer Längserstreckung von z.B. drei Metern. Die beiden Profile 1 sollen mithilfe einer Nut-Feder-Verbindung nach der Erfindung miteinander verbunden werden. Dazu ist bei beiden, gleich ausgebildeten Profilen 1 jeweils in einer der beiden Schmalseiten eine in Längsrichtung durchgehende Nut 2 ausgefräst. Die Nut 2 ist hinterschnitten und hat dazu einen trapezförmigen Querschnitt, dessen längere Seite 3 den Grund der Nut 2 bildet. Die Abmessung des Querschnitts an seiner längeren Seite 3 ist nicht konstant. Sie ist an dem in Figur 1 sichtbaren Stirnende 4 des Vollholz-Profils 1 am größten und nimmt in Längsrichtung der Nut 2 zum anderen, in Figur 1 hinteren Ende 5 des Profils hin stetig ab. Die übrigen Querschnitts-Abmessungen der Nut 2 sind über die ganze Länge des Vollholz-Profils 1 konstant. Aber da die Länge der langen Seite 3 des trapezförmigen Querschnitts zum hinteren Ende 5 der Nut 2 hin abnimmt, mit anderen Worten die Nut am Grund 3 schmaler wird, nimmt die Neigung der beiden Seitenwände der Nut gegenüber dem Grund ebenfalls ab.
[0022] Zur gegenseitigen Verbindung liegen die beiden Vollholz-Profile 1 so nebeneinander, dass sie mit ihren genuteten Schmalseiten aneinander anstoßen, vergleiche Figur 2. Die beiden Nuten 2 bilden eine kanalartige Doppelnut 22 mit symmetrischen Querschnitt entsprechend den beiden Nuten, also in Form zweier gleicher, an der kürzeren ihrer beiden parallelen Seiten zueinander gespiegelter Trapeze, vergleiche auch Figur 3.
[0023] Zur Herstellung der Verbindung dient eine aus Massivholz bestehende Feder 11 gleicher Länge wie die Profile 1 und mit einem Querschnitt, der genau dem Querschnitt der Doppelnut 22 in den beiden Profilen entspricht, vergleiche Figur 3. Dies bedeutet insbesondere, dass die Länge der beiden langen Seiten 13 des Querschnitts der Feder 11 - wie bei den Nuten - über die Länge der Feder abnimmt, und zwar im gleichen Maße wie bei den Nuten 2, so dass die Feder komplementär zu den beiden sie aufnehmenden Nuten, der Doppelnut 22, geformt ist. Die Feder 11 wird mit dem im Querschnitt kleineren Ende 15 voraus in die Doppelnut der aneinander anliegenden Profile eingeführt, und zwar von der Stirnseite 4 der beiden Profile aus, an der ihre beiden Nuten 2 den größeren Querschnitt haben.
[0024] Figur 2 zeigt die beiden Profile 1 mit weitgehend eingeschobener Feder 11. Zu Beginn der Einführung hat die Feder 11 in der Doppelnut 22 Spiel. Da beim weiteren Einschieben Abschnitte der Feder mit zunehmend größer werdendem Querschnitt in die Doppelnut eintreten, nimmt das Spiel zunehmend ab, bis sich Nut 22 und Feder 11 berühren und schließlich Flächenpressung zwischen Nut und Feder auf der ganzen Länge derselben eintritt. Erst in diesem Schlussstadium der Montage muss die Feder mit großer Kraft eingeschoben werden, um die Reibung zwischen Doppelnut und Feder zu überwinden.
[0025] Die Figuren 3 bis 5 zeigen die Stirnseite der beiden Profile 1 mit eingeschobener Feder 11 im Detail und die Querschnitte der Feder an ihren beiden Enden 14, 15 schematisch mit zugeordneter Nut 2. Typische, aber nur als Beispiel zu verstehende, Abmessungen des Querschnitts der Feder an ihrem in Einschubrichtung vorderen Stirnende (Figur 5) sind:
Länge jeder langen Seite 35 mm,
Länge der zu den langen Seiten parallelen Mittellinie 30 mm,
Breite quer zu Mittellinie 24 mm,
Winkel zwischen den langen und den geneigten Seiten der Trapeze 78°.
[0026] Für den Querschnitt der Feder an der in Einschubrichtung hinteren Stirnseite (Figur 4) gilt:
Länge jeder langen Seite 38 mm,
Länge der zu den langen Seiten parallelen Mittellinie 30 mm,
Breite quer zu Mittellinie 24 mm,
Winkel zwischen den langen und den geneigten Seiten der Trapeze 72°.
[0027] Die Abmessung der beiden langen Seiten des Querschnitts der Doppelfeder nimmt also in Längsrichtung der Feder vom in Einschubrichtung hinteren Ende zum vorderen Ende um 3 mm ab. Das ist eine Abnahme von 100% auf 92%. Dementsprechend nimmt in Gegenrichtung die Abmessung des Winkels zwischen den langen und den geneigten Seiten der Trapeze um 6 Grad ab.
[0029] Bei einer nicht dargestellten Variante der vorstehenden Ausführungsform ist die Länge der langen Seiten des Querschnitts fest und die Länge seiner Mittellinie nimmt über die Länge von Feder bzw. Nut ab. Die Abmessungen sind z.B. an der in Einschubrichtung vorderen Stirnseite:
Länge jeder langen Seite 38 mm,
Länge der zu den langen Seiten parallelen Mittellinie 30 mm,
Breite quer zu Mittellinie 24 mm,
Winkel zwischen den langen und den geneigten Seiten der Trapeze 72°.
die Feder (11) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist;
der trapezförmige Querschnitt zwei parallele Seiten mit unterschiedlicher Länge aufweist;
der trapezförmige Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist;
die Höhe des trapezförmigen Querschnitts über die Länge der Feder (11) konstant ist; und
die Länge einer der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Feder (11) über die Länge der Feder (11) stetig abnimmt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge der anderen der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Feder (11) über die Länge der Feder (11) konstant bleibt.
die Nut (2) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist;
der trapezförmige Querschnitt zwei parallele Seiten mit unterschiedlicher Länge aufweist;
der trapezförmige Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist;
sich die kürzere der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts auf der offenen Seite der Nut (2) befindet;
die Höhe des trapezförmigen Querschnitts über die Länge der Nut (2) konstant ist; und
die Länge einer der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Nut (2) über die Länge der Nut (2) stetig abnimmt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge der anderen der parallelen Seiten des trapezförmigen Querschnitts der Nut (2) über die Länge der Nut (2) konstant bleibt.
the tongue (11) has a trapezoidal cross-section;
the trapezoidal cross-section has two parallel sides with different lengths;
the trapezoidal cross-section has the shape of an isosceles trapezoid;
the height of the trapezoidal cross-section is constant over the length of the tongue (11); and
the length of one of the parallel sides of the trapezoidal cross-section of the tongue
(11) decreases continuously over the length of the tongue (11);
characterized in that
the length of the other of the parallel sides of the trapezoidal cross-section of the tongue (11) remains constant over the length of the tongue (11).
the groove (2) has a trapezoidal cross-section;
the trapezoidal cross-section has two parallel sides with different lengths;
the trapezoidal cross-section has the shape of an isosceles trapezoid;
the shorter of the parallel sides of the trapezoidal cross-section is located on the open side of the groove (2);
the height of the trapezoidal cross-section is constant over the length of the groove (2); and
the length of one of the parallel sides of the trapezoidal cross-section of the groove (2) decreases continuously over the length of the groove (2);
characterized in that
the length of the other of the parallel sides of the trapezoidal cross-section of the groove (2) remains constant over the length of the groove (2).
dans laquelle la languette ressort (11) présente une section transversale trapézoïdale;
la section transversale trapézoïdale présente deux côtés parallèles de longueur différente;
la section transversale trapézoïdale présente la forme d'un trapèze isocèle;
la hauteur de la section transversale trapézoïdale est constante sur la longueur de la languette (11); et
la longueur de l'un des côtés parallèles de la section transversale trapézoïdale de
la languette (11) diminue de manière continue sur la longueur de la languette (11);
caractérisé en ce que
la longueur de l'autre des côtés parallèles de la section transversale trapézoïdale de la languette (11) reste constante sur la longueur de la languette (11).
la languette (11) d'un assemblage à rainure et languette, dans lequel
la rainure (2) présente une section transversale trapézoïdale;
la section transversale trapézoïdale présente deux côtés parallèles de longueur différente ;
la section transversale trapézoïdale a la forme d'un trapèze isocèle ;
le plus court des côtés parallèles de la section trapézoïdale se trouve sur le côté ouvert de la rainure (2) ;
la hauteur de la section trapézoïdale est constante sur la longueur de la rainure (2); et
la longueur de l'un des côtés parallèles de la section transversale trapézoïdale de la rainure (2) diminue de manière continue sur la longueur de la rainure (2);
caractérisé en ce que
la longueur de l'autre des côtés parallèles de la section transversale trapézoïdale de la rainure (2) reste constante sur la longueur de la rainure (2).
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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