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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden,
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine übliche Verbindungsmöglichkeit
von aus Metall bestehenden Profilen ist deren direkte Verschweißung. Allerdings
ist eine solche Verbindung nicht mehr ohne weiteres lösbar. Außerdem müssen Schweißarbeiten
bei größeren Konstruktionen
in der Regel am Einsatzort getätigt
werden, um einen aufwendigen großvolumigen Transport zu vermeiden.
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Auch
ist es bekannt, Vierkanthohlprofile derart miteinander wieder lösbar zu
verbinden, indem an die Rohre Muffen angeschweißt werden, die genau in den
Hohlraum einer Stirnseite eines Profils passen. Die Teile können dann
zusammengesteckt und miteinander verschraubt werden. Um eine optisch
ansprechende glatte Oberfläche
am Rand der Schweißnaht
zu gewährleisten,
müssen
aber auch in diesem Fall zusätzliche
Arbeitsschritte durchgeführt
werden.
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Im
Bestreben, das Schweißen
zu vermeiden, wurden Knotenverbinder eingeführt. Knotenverbinder greifen
wie eine Manschette um die zu verbindenden Profile und halten diese
zusammen. Allerdings stören
diese Knotenverbinder, wenn es darum geht, rechtwinklige Strukturen
zu bilden, da sie je nach Ausbildung mehr oder weniger über das
Profil hinaus ragen. Darüber
hinaus ist es oft aus ästhetischen Gründen erwünscht, die
Verbindung derart zu gestalten, dass die Verbindungselemente für den Betrachter
im Verborgenen bleiben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass
zur Montage des Knotenverbinders die Profile von mehreren Seiten
zugänglich
sein müssen.
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Eine
weitere Alternative stellt das Verbinden über Kreuzknotenverbindungen
dar. Dabei werden an die Arme eines Kreuzknotens jeweils ein zugehöriges Hohlprofil
aufgesteckt und quer zur Achsrichtung des Hohlprofils festgesetzt.
Sollte eine Kreuzverbindung in oder an einem bereits vorhandenen Profil
vorgesehen werden, so muss das Längsprofil an
der vorgesehenen Stelle zunächst
getrennt werden, damit der Kreuzknoten eingebracht werden kann.
Die mittels des Kreuzknotens erstellte Verbindung ist jedoch sehr
unstabil und kann deswegen keine größeren Kräfte aufnehmen.
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Im
Laufe der weiteren Entwicklung wurden lösbare Verbindungsvorrichtungen
entwickelt, bei deren Montage nur eine Seite der Verbindungsvorrichtung
oder des Vierkanthohlprofils zugänglich
sein muss. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der
FR 2 683 601 A1 bekannt,
bei der ein an der Stirnseite eines Vierkanthohlprofils angebrachter
Haken durch ein Loch eines weiteren Vierkanthohlprofils eingesteckt
wird und mittels eines Schraubelements in Längsrichtung des ersten Vierkanthohlprofils
angezogen und verspannt wird. Ein Nachteil einer solchen Verbindungsvorrichtung
ist, dass zum Einhaken eine Drehbewegung des gesamten Vierkanthohlprofils notwendig
ist, und dadurch eine Montage in beengten Verhältnissen unmöglich ist.
Darüber
hinaus lässt sich
ein bereits eingebautes Vierkanthohlprofil aus einer Gesamtkonstruktion
mehrerer auf diese Art zusammengesetzter Vierkanthohlprofile nicht
mehr austauschen.
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Aus
US 2,469,349 ist ferner
eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Flachprofile bekannt. Dabei wird
ein mit einem Gewinde versehener konusförmiger Bolzen verwendet, um
dessen Schaft ein Federring angeordnet ist. Das konusförmige Ende
des Bolzens wird zusammen mit dem Federring durch jeweils ein Loch
der zu verbindenden flächigen
Teile gesteckt. Das Festziehen des Bolzens erfolgt mittels einer
an dem dem konusförmigen
Ende gegenüberliegenden
Ende eingreifenden Schraubverbindung. Die bekannte Vorrichtung dient
zur Verbindung von Flachprofilen, ist jedoch für die Verbindung senkrecht zueinander
stehender Hohlprofile wegen der dann nicht oder nur schwer zugänglichen
Schraubverbindung wenig geeignet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet
und die es insbesondere ermöglicht,
ein Vierkanthohlprofil mit einem weiteren Profil, beispielsweise
einem gleichartigen oder ähnlichen
Hohlkörper
unter Wahrung ästhetischer
Konstruktionserfordernisse auf einfache, Zeit sparende und kostengünstige Weise
zu verbinden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verbindungssystem mit den Merkmalen des An-
spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass mit den vorgesehenen Segmenten der ursprüngliche
Durchmesser des Kopfes vergrößert wird,
sobald die Segmente durch das Loch geschoben werden und sie sich
auf Grund der Spannwirkung des Keilspannelements an die Konusschräge des Kopfes
anschmiegen, sodass der Kopf auf Grund des durch die Segmente vergrößerten Durchmessers
nicht mehr aus dem Loch der Profilwand zurückweichen kann und sich statt
dessen am Lochrand abstützt,
diesen hintergreifend.
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Es
hat sich gezeigt, dass die um das Langelement angeordneten Segmente
in vor- teilhafter Weise mittels eines elastischen Rings sehr gut
in Position gehalten werden können.
Um ein Abstreifen des elastischen Rings zu vermeiden – was zum
Verlust des Segmente führen
könnte – sind in
den Segmenten Nuten vorgesehen, die den Ring aufnehmen. Auf diese
Art und Weise bilden die Segmente und der um sie gespannte Ring
eine Einheit.
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Der
elastische Ring ermöglicht
es, die Segmente gemeinsam auf dem Langelement hin und herzu schieben,
um sie auf diese Art und Weise derart zu positionieren, dass beim
Verspannen des Kopfes eine optimale Kraftübertragung auf die an die Segmente
angrenzende Hohlkörperwand
gewährleistet
wird. Beim Lösen
der Verbindung lassen sich diese Segmente vom Kopf anschließend wieder
in der Richtung des Verkeilelements auf dem Langelement verschieben.
Dadurch wird eine Lösung
der Verbindung möglich,
ohne dass die Verbindungsteile beschädigt werden. Diese Verbindungsteile
können dann
erneut verwendet werden.
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Als
besonders zweckmäßig haben
sich Gummiringe, O-Ringe oder Spiralfederringe erwiesen, weil sie
eine lange Haltbarkeit aufweisen.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
kann es angebracht sein, die Segmente zusammen mit dem Ring einstückig auszubilden.
Im Allgemeinen handelt es sich dabei um Ringe aus elastischem Kunststoff oder
Gummi, da Ringe dieser Art leicht auf das Kopfelement des Langelements
geschoben werden können.
Sofern die Ansprüche
an die Stabilität
der Konstruktion gering sind, stellt eine solche Lösung eine kostengünstige Alternative
zu Segmenten aus Metall dar.
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Um ästhetischen
Ansprüchen
an Konstruktionen zu genügen,
bei denen zu viele Unebenheiten auf der Oberfläche der Vierkanthohlprofile
und/oder Hohlkörper,
sowie Aussparungen und Löcher
darin nicht toleriert werden können,
hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, Verbindungsvorrichtungen
vorzusehen, die möglichst
wenige Öffnungen
in den zu verbindenden Hohlkörpern
und/oder Vierkanthohlprofilen benötigen. Solche Verbindungen
sind im Allgemeinen schwer herzustellen, da beim Montieren der Profile
gewöhnlich
mehr als nur eine Seite des Profils zugänglich sein muss. Somit sind
einseitig zugängliche
Verbindungssysteme nur unter äußerst komplizierten
Bedingungen und hohem Zeitaufwand zu montieren bzw. auszutauschen.
Bei der Erfindung erfolgt eine Verschiebung bzw. eine Verspannung zweier
Profile miteinander, indem ein Keilspannelement über einen Langelement mit einem
Verkeilelement derart zusammenwirkt, dass das Verkeilelement gegen
ein Abstützelement
gezogen wird, wobei sich das Verkeilelement mit dem Abstützelement
verspannt und dabei eine vom Kopf des Keilspannelements wirkende
Zugkraft aufnehmen kann. Der Vorteil besteht darin, dass nur ein
Element betätigt
werden muss, um das Verbindungssystem zu verspannen.
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In
vorteilhafter Weise handelt es sich bei den zu betätigenden
Element um eine Schraube oder einen Bolzen. Diese sind marktübliche Verbindungsmittel,
die weder viel kosten noch schwer herzustellen sind.
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Um
Schrauben oder Bolzen einsetzen zu können, benötigen sie ein Gegenstück, d. h.
ein Gegengewinde in dem sie aufgenommen werden können und mit dem sie zusammenwirken
können.
Deswegen ist es sinnvoll, in dem Verkeilelement eine Gewindebohrung
vorzusehen, in die die Schraube oder der Bolzen eingreifen kann.
Auf diese Weise kann eine feste Verbindung hergestellt werden.
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Damit
ein Schrauben möglich
ist, sollte das Kopfelement eines Langelements, beispielsweise einer
Schraube oder eines Bolzens, mit einer Aussparung versehen sein,
die zur Aufnahme von Schraubwerkzeugen geeignet ist. Die Aussparung
sollte zur Aufnahme eines schlitz-, kreuz-, oder sternförmigen Schraubenschlüssels oder
zur Aufnahme weiterer gängiger
Werkzeugen geeignet sein.
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Als
vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn statt einer Gewindebohrung
eine im Verkeilelement lagerbare Mutter angeordnet wird. Diese kann
beliebig oft ausgetauscht werden und stellt auf diese Art und Weise
sicher, dass die Verbindung zwischen Langelement und Verkeilelement
auch nach mehrmaligem Ein- und Ausbau des Verbindungssystems tatsächlich fest
bleibt.
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Damit
sich Verkeilelement und Abstützelement
verspannen, weist das Abstützelement
eine zum Ende des Vierkanthohlprofils hin verdickte Form auf. In
vorteilhafter Weise ist die dem Verkeilelement zugewandte Ebene
schief. In Abhängigkeit
der Neigung der schiefen Ebene lässt
sich die Empfindlichkeit des Anzugsmoments des Langelements einstellen.
Je geringer die Neigung ist, desto leichter lässt sich das Anzugsmoment einstellen.
Je nach Abhängigkeit
der Materialien der Hohlprofile, z. B. bei Aluminiumprofilen kann
eine Einstellung des Anzugsmoments notwendig sein.
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Zur
Wahrung ästhetischer
Rahmenbedingungen ist es von Vorteil, das Festziehen des Keilspannelements über ein
Schraubelement, das in einer Gewindebohrung des Abstützelements
angeordnet ist vorzunehmen. Beim Einschrauben des Schraubelements
trifft dessen schräge
Spitze auf eine im Keilspannelement ausgebildete schiefe Ebene,
wobei das Keilspannelement als komplette Einheit mit dem fest verbundenen
Langelement und dem Kopfelement axial ins Innere des Vierkanthohlpro fils gedrückt wird.
Gleichzeitig verspannt sich das Verkeilelement 5 gegen
die Innenwandung des Vierkanthohlprofils und das Abstützelement,
wodurch das Anzugsmoment am Loch aufgenommen werden kann.
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Es
ist günstig,
die Gewindebohrung des Schraubelements im Abstützelement selbst anzuordnen.
Da sich das Abstützelement
leichter und billiger austauschen lässt, muss somit nicht gleich
das ganze Vierkantrohrprofil neu bearbeitet oder aber im schlimmsten
Fall ausgetauscht werden.
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Besonders
vorteilhaft lassen sich mit Hilfe des obigen Ausführungsbeispiels
Kreuzverbindungen von Hohlprofilen gestalten. Dabei ist es vorstellbar
eine bereits bestehende T-Verbindung zu einer Kreuzverbindung zu
erweitern oder diese ausgehend von einem gestreckten Hohlprofil
zu montieren. Die zu erweiternde T-Verbindung kann wahlweise nach einem
der oben dargestellten Ausführungsbeispiele bewerkstelligt
worden sein oder eine bereits nach dem Stand der Technik erstellte
vorliegende T-Verbindung sein. Der Aufbau zur Kreuzverbindung erfolgt,
indem auf der gegenüberliegenden
Seite eines quer liegenden Hohlprofils, fluchtend zur Achsrichtung
eines daran bereits angebrachten Vierkanthohlprofils ein weiteres
Vierkanthohlprofil erfindungsgemäß angeordnet
wird. Die so erstellte Kreuzverbindung ermöglicht eine höhere Stabilität gegenüber einer
mittels Knotenverbindern erstellten Kreuzverbindung, da bei der
Knotenverbindung das montierte Vierkanthohlprofil lediglich quer
zur Längsachsrichtung
gespannt wird, während
es bei der erfindungsgemäßen Verbindung
zum anderen quer liegenden Profil stirnseitig in Richtung der Längsachse
des Vierkanthohlprofils gepresst/verspannt wird.
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Ergänzend sei
an dieser Stelle gesagt, dass eine Ausgestaltung weiterer auch dreidimensionaler Verbindungen
vorstellbar ist, z. B. eines Sternknotens. Dabei können mittels
der in der zweiten Ausführungsform
dargestellten Verbindung, weitere Vierkanthohlprofile an die noch
vorhandenen Seiten des Haupt-Hohlprofils montiert werden.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungssystems;
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2 eine
Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungssystems
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines lösbaren
Verbindungssystems nach der Erfindung. Ein mit einem Hohlkörper 2 zu
verbindendes Vierkanthohlprofil 1 wird mittels eines Abstützelements 3,
das mit einem beweglichen Keilspannelement 4; [5, 6, 7];
[5, 6, 7, 9] zusammenwirkt,
fest verbunden.
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Das
Abstützelement 3 wird über einen
Zapfen in ein Loch an der Stirnseite des Vierkanthohiprofils 1 eingehängt und
darin dreh- und verschiebefest gehalten. Das Keilspannelement 4 setzt
sich aus einem klotzförmigen
Verkeilelement 5, das mit dem Abstützelement 3 zusammenwirkt
und einem bolzenförmigen
Langelement 6 zusammen. An seinem äußeren Ende weist das Langelement 6 ein
Kopfelement 7 auf.
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Das
Kopfelement 7 hat einen sich konisch nach außen hin
erweiternden Kopf 10. Um den Kopf 10 sind mindestens
zwei an diesem anliegende Segmente 11 angeordnet. Diese
werden am Kopfelement 7 an der dem freien Kopfende abgewandten Seite
mittels eines elastischen Rings 13 gehalten. Der Ring 13 wird
dabei in einer Nut der Segmente außen um das Kopfelement 7 geführt. Zusammen
mit den Segmenten 11 wird das Kopfelement 7 zur
Montage des Vierkanthohlprofils 1 durch das Loch 8 in der
Profilwand des Hohlkörpers 2 gesteckt.
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Der
Kopf 10 weist an seinem Rand Aussparungen 14 auf,
welche ein Eingreifen von Schraubwerkzeugen erlauben.
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Die
Segmente 11 können
auf dem Kopf 10 derart verschoben werden, dass der Durchmesser des
Kopfelements 7 vergrößert wird
und somit ein Austreten aus dem Loch 8 nicht mehr möglich ist.
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Beim
Anziehen des bolzenförmigen
Langelements 6 sowie bei einem unbeabsichtigten Herausziehen
des durch das Loch 8 des Hohlkörpers 2 gesteckten
Kopfelements 7 verkanten sich die einzelnen Segmente 11 derart
mit dem Rand des Lochs 8, dass sie dieses hintergreifen.
Beim weiteren An-/Festziehen des Bolzens 6 spreizen sich
die Segmente 11 auf Grund der Konusschräge des Kopfes 10 gegen
den Rand des Lochs 8 und ermöglichen auf diese Weise ein
Abstützen
des Kopfes 10 gegen die hintere Profilwandung des Hohlkörpers 2.
Dabei nimmt der Lochrand des Hohlkörpers 2 über die
zwischen ihm und dem Kopf 10 liegenden Segmente 11 ein
Anzugsmoment auf. An Stelle der Profilwand des Hohlkörpers 2 kann
auch ein Flachprofil oder ein beliebig anderer Profilkörper mit
einer im Verbindungsbereich des Vierkanthohlprofils 1 senkrecht
zu dessen Achse verlaufenden Verbindungsfläche der Profilwand vorgesehen
werden.
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Statt
eines Verkantens der Segmente 11 am Lochrand 8 des
Hohlkörpers 2 kann
die selbsthemmende Wirkung der Verbindung auch durch die auf Grund
der Verspreizung der Segmente auftretenden Haftreibung zwischen
der konusförmigen
Mantelfläche
des Kopfes 10 auf der einen Seite und der Haftreibung der
Segmente 11 mit dem Rand des Lochs 8 auf der anderen
Seite entstehen.
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In
der Ausführungsform
gemäß 1 bildet das
Langelement 6 zusammen mit dem Kopfelement 7 eine
Bolzenschraube 6, 7, 9, 14,
die über
ein Gewinde mit dem Verkeilelement 5 verbunden ist. Beim An-/Festziehen
wird dabei die an dem Hohlkörper 2 abgestützte Bolzenschraube 6, 7, 9, 14 in
das Verkeilelement 5 eingeschraubt und zieht dabei das
Verkeilelement 5 gegen das im Vierkanthohlprofil 1 verankerte
Abstützelement 3.
Dabei verspannen sich das Verkeilelement 5 und das Abstützelement 3 und gleichzeitig
an den Innenwandungen des Vierkanthohlprofils 1 fest gegeneinander
und nehmen auf diese Art und Weise das Anzugsmoment der Bolzenschraube 6, 7, 9, 14 auf.
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Das
Schrauben erfolgt mittels Werkzeugen, die mit dem Kopfelement 7 über Aussparungen 14 in Eingriff
gebracht werden.
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Somit
kann eine feste Verbindung zwischen dem Vierkanthohlprofil 1 und
dem Hohlkörper 2 hergestellt
werden.
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Das
Lösen der
Verbindung erfolgt durch Lockerung der Bolzenschraube 6, 7, 9, 14.
In unverspanntem Zustand können
dann die Segmente 11 von dem Kopfelement 7 in
Richtung des Langelements 6 geschoben werden. Auf diese
Weise kann der Kopf 10 durch das Loch 8 herausgezogen
werden und dadurch die Verbindung wieder gelöst werden.
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Bei
der in 2 dargestellten weiteren Ausführungsform des Verbindungssystems
nach der Erfindung ist ein Keilspannelement 4, umfassend
das klotzförmigen
Verkeilelement 5, das Langelement 6 und das Kopfelement 7,
einstückig
ausgebildet. Das Verkeilelement 5 wirkt mit einem Abstützelement 3 zusammen.
Wie in der vorhergehenden Ausführungsform
wird das Abstützelement 3 über einen Zapfen
in ein Loch an der Stirnseite eines Vierkanthohlprofils 1 eingehängt und
darin dreh- und verschiebefest gehalten.
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Auch
in diesem Fall ist zur Gewährleistung der
einseitigen Einsetzbarkeit des Kopfes 10 in das Loch 8 des
Hohlkörpers 2 das
Kopfelement 7 als Konus mit anliegenden Segmenten 11 derart
ausgebildet, dass der Kopf 10 mit seinem Durchmesser gerade
noch durch das Loch 8 des Hohlkörpers 2 passt, wobei
die um das Langelement 6 angeordneten Segmente 11 auch
durch das Loch 8 auf den Kopf 10 geschoben werden
können.
Diese Segmente 11 bilden auf Grund der Konusschräge des Kopfes 10 einen größeren Durchmesser,
sodass sie beim An-/Festziehen am Lochrand 8 anliegen und
somit ein Anzugsmoment in Verbindung mit dem Langelement 6 aufnehmen
können,
indem sie sich gegen eine hintere Wandung des Hohlkörpers 2 stützen.
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Abweichend
von der Ausführungsform
gemäß 1 erfolgt
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 das
Festziehen des Keilspannelements 4 über ein Schraubelement 19,
das in einer quer zur Achse des Vierkanthohlprofils 1 verlaufenden
Gewindebohrung 17 des Abstützelements 3 angeordnet
ist. Beim Einschrauben des Schraubelements 19 trifft dessen
konisch verjüngte
Spitze auf eine im Keilspannelement 4 ausgebildete schiefe
Ebene, wobei das Keilspannelement 4 als komplette Einheit
mit dem fest verbundenen Langelement 6 und dem Kopfelement 7 axial
ins Innere des Vierkanthohlprofils 1 gedrückt wird.
Gleichzeitig verspannt sich das Verkeilelement 5 gegen
die Innenwandung des Vierkanthohlprofils 1 und das Abstütz element 3,
wodurch das Anzugsmoment am Loch 8 aufgenommen werden kann.
Dadurch entsteht eine feste Verbindung.
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Auch
diese Verbindung kann wieder getrennt werden, indem das Schraubelement 19 gelöst wird, damit
das Keilspannelement 4 wieder verschoben werden kann, um
anschließend
die Segmente 11 vom Kopf 10 auf das Langelement 6 zurück zu schieben
und den Kopf 10 aus dem Loch 8 des Hohlkörpers 2 zu
ziehen.
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Es
ist auch denkbar die beiden Ausführungsformen
gemäß 1 und 2 miteinander
zu verbinden, wobei das Keilspannelement 4; [5, 6, 7, 9]
gemäß der ersten
Ausführungsform
zusätzlich
eine schiefe Ebene enthält,
die mit einem Schraubelement 19, gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung zusammenwirkt, um eine feste Verbindung zu erzielen.
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- 1
- Vierkanthohlprofil
- 2
- Hohlkörper
- 3
- Abstützelement
- 4
- Keilspannelement
- 5
- Verkeilelement
- 6
- Langelement
- 7
- Kopfelement
- 8
- Loch
- 9
- Schraubelement
- 10
- Kopf
- 11
- Segmente.
- 12
- Ringnut
- 13
- Ring
- 14
- Aussparung
- 15
- schiefe
Ebene
- 16
- Gewindebohrung
- 17
- Gewindebohrung
- 18
- –
- 19
- Schraubelement