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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für Bambusrohre, welche sich durch hohe Beanspruchbarkeit, einfache Herstellbarkeit und genaue Positionierbarkeit der Verbindungspartner relativ zueinander auszeichnet. Die Verbindungspartner werden über einen Bolzen miteinander verbunden, der in einer in das Bambusrohr eingebrachten Durchgangsbohrung angeordnet ist. Zur Steigerung der Festigkeit wird das Bambusrohr im Bereich der Durchgangsbohrung dauerhaft durch äußere Druckkräfte vorgespannt und bei Bedarf zusätzlich mit Verstärkungsblechen unterstützt. Die reproduzierbare und exakte Positionierbarkeit wird durch wohldefinierte Anlageflächen sichergestellt, die als Abflachungen an den zu verbindenden Bambusrohren angebracht sind. Hierdurch eignet sich die Verbindungsanordnung in besonderer Weise zur Herstellung von Stabwerken aus Bambusrohren, bei denen die Verbindungsstellen wohldefinierte räumliche Lagen besitzen.
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In der
DE4333029C2 wird ein Tragwerk aus Bambusrohren beschrieben, bei dem die Bambusrohre über Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Die Verbindungselemente werden dabei über ein Klebe- oder Vergussmittel an den freien Enden des Bambusrohrs angespritzt, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, welche die Ungeradheiten des Bambusrohres ausgleicht. Nachteilig bei diesem Verbindungsprinzip sind insbesondere die große Menge an benötigter Vergussmasse und der hohe Zeitbedarf, der zur ihrer Aushärtung erforderlich ist. Ferner führt die Verwendung eines flüssigen Klebstoffs bei der Herstellung der Verbindung zu einer ungünstigen und umständlichen Handhabbarkeit, welche zu unerwünschten Verschmutzungen der zu verbindenden Bauteile und der Umgebung führen kann.
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Das deutsche Gebrauchsmuster
DE8900382U1 schlägt ein Verbindungselement zur Verbindung von Bambusstäben vor, welches mit einem zylindrischen Stutzen in ein Bambusrohr eingesteckt wird. Anschließend wird das Verbindungselement mit Hilfe einer beispielsweise aus Glasfaserbändern und Epoxidharz bestehenden Manschette am Bambusrohr befestigt. Diese Art der Verbindung ist mit hohem Aufwand verbunden und erfordert ebenfalls den Einsatz eines Klebstoffes, der mit den oben beschriebenen Nachteilen einhergeht.
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Aus der
DE10218597C2 ist ein System zur Herstellung eines Trag- oder Stabwerkes bekannt, welches ein Zusammenfügen von Bambusrohren nach dem Steckprinzip ermöglicht. Hierzu werden zunächst geeignete Fügeflächen am Bambusrohr und an den aus festem, nachwachsendem Rohstoff bestehenden Verbindungselementen angebracht. Die Befestigung der Bambusrohre an den Verbindungselementen erfolgt mit Hilfe eines Leimes oder durch Klemmen, indem ein am Befestigungselement vorhandener Kern aufgespreizt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren sind der hohe Fertigungsaufwand sowie die insbesondere bei der Klemmverbindung nur geringe Beanspruchbarkeit der Verbindung mit Zugkräften.
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In der
EP2251553A1 wird ein Verbindungselement für Rohre offenbart, welches für Rohre mit unterschiedlichem Durchmesser, insbesondere Bambusrohre, geeignet ist. Die Rohre werden mit Hilfe bandförmiger Befestigungsmittel am Verbindungselement befestigt, welches hierzu mit Laschen ausgestattet ist. Nachteilig bei diesem Prinzip ist der verhältnismäßig große Bedarf an Bauraum für das Verbindungselement. Des Weiteren ist die Reproduzierbarkeit der Anordnung bei natürlich gewachsenen Bambusrohren durch deren Formtoleranzen eingeschränkt. Auch sind nur mäßige Zug- und Druckkräfte übertragbar, da in axialer Richtung kein direkter Formschluss zwischen den Rohren und den Verbindungselementen hergestellt wird.
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Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert die der Erfindung zugrunde liegende Problemstellung, eine Verbindungsanordnung für Bambusrohre zu realisieren, welche einfach herzustellen ist, eine reproduzierbare und genaue Positionierung der Verbindungspartner relativ zueinander ermöglicht und zudem in hohem Maße belastbar ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungsanordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Lösung sieht vor, die Verbindung zwischen einem Bambusrohr und einem damit zu verbindenden Verbindungspartner, bei dem es sich vorzugsweise ebenfalls um ein Bambusrohr handelt, über einen Bolzen herzustellen, der in einer in das Bambusrohr eingebrachte Durchgangsbohrung angeordnet ist, die quer zur Längsachse des Bambusrohres verläuft.
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Aufgrund des natürlichen Wuchses der Bambuspflanze unterscheiden sich Bambusrohre in der Regel erheblich in ihrer Form. Insbesondere in Stabwerken ist jedoch häufig eine wohldefinierte und reproduzierbare räumliche Lage der Verbindungsstellen der Stäbe relativ zueinander gefordert. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn Teile des Stabwerkes als Klappmechanismus ausgeführt werden sollen.
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Um derartige Stabwerke aus Bambusrohren herzustellen, müssen die Formtoleranzen der Bambusrohre kompensiert werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch Abflachungen, mit denen die Bambusrohre an ihren Außenflächen im Bereich der Durchgangsbohrungen versehen werden. Die Abflachungen sind vorzugsweise senkrecht zu den Mittelachsen der ihnen zugeordneten Durchgangsbohrungen angeordnet. Sie dienen als wohldefinierte Anlageflächen, an denen sich der jeweilige Verbindungspartner oder ein zwischen den Verbindungspartnern angeordnetes Zwischenelement abstützt. Der seitliche Abstand zwischen den Anlageflächen der Verbindungspartner ist hierdurch eindeutig bestimmt.
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Bei mehreren Verbindungsstellen eines Bambusrohres weisen sowohl die Durchgangsbohrungen als auch die Abflachungen dieses Bambusrohres wohldefinierte Lagen relativ zueinander auf. Dies ermöglicht es, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung Stabwerke mit hoher Genauigkeit ohne aufwändige Justiermaßnahmen reproduzierbar herzustellen.
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Sowohl die Durchgangsbohrung als auch die Abflachung führen zu einer Schwächung des Bambusrohres. Ohne zusätzliche Maßnahmen würden bereits geringe Beanspruchungen der Verbindung zu einer Zerstörung des Bambusrohres führen, was auf die Rissanfälligkeit des Bambusmaterials entlang der in Längsrichtung verlaufenden Fasern zurückzuführen ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine permanente Vorspannung des Bambusrohres durch ringförmige Spannelemente gelöst, welche beiderseits der Durchgangsbohrung angebracht sind und in Richtung der Stabmitte wirkende Druckkräfte auf das Bambusrohr ausüben. Das Auftreten von Längsrissen wird hierdurch wirkungsvoll verhindert und die Beanspruchbarkeit der Verbindungsanordnung erheblich erhöht. Die Spannelemente bestehen vorzugsweise aus Metall. Besonders bevorzugt werden die Spannelemente aus Blechstreifen hergestellt, die zu diesem Zweck so gebogen werden, dass sie an der Außenfläche des Bambusrohres anliegen, wobei sich die Enden der Blechstreifen überlappen. Nach dem Aufbringen der Vorspannkraft werden die Enden der Blechstreifen beispielsweise durch einen Biegevorgang formschlüssig miteinander verbunden, so dass die Vorspannkraft dauerhaft erhalten bleibt. Alternativ können die Enden der vorgespannten Blechstreifen auch stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, miteinander verbunden werden
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Eine zusätzliche Steigerung der Festigkeit wird durch Verstärkungsbleche erreicht, die das Bambusrohr im Bereich der Abflachung zumindest teilweise umhüllen und welche mit Bohrungen zur Durchführung des Bolzens versehen sind. Die Verstärkungsbleche nehmen die auf den Bolzen wirkenden Kräfte auf und verteilen sie auf die Oberfläche des Bambusrohres. Die Fixierung der Verstärkungsbleche kann durch Klemmen mit Hilfe der Spannelemente erfolgen. Ebenso ist es möglich, Spannelemente und Verstärkungsbleche einstückig als zusammenhängendes Bauteil auszuführen.
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Im Folgenden wird eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein unbearbeitetes Bambusrohr,
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2 ein Bambusrohr nach dem Anbringen von Abflachungen und Durchgangsbohrungen,
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3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung,
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4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit Verstärkungsblechen,
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5 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung,
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6 eine perspektivische Darstellung einer Drehgelenk-Verbindung zweier seitlich versetzt angeordneter Bambusrohre,
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7 eine perspektivische Darstellung einer Drehgelenk-Verbindung zweier in einer Ebene angeordneter Bambusrohre und
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8 ein Stabwerk aus Bambusrohren mit erfindungsgemäßen Verbindungsanordnungen in verschiedenen Klappzuständen.
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1 zeigt ein beispielhaftes Bambusrohr 1 in unbearbeitetem Zustand. Aufgrund des unregelmäßigen natürlichen Wuchses weicht die Form des Bambusrohres in der Regel deutlich von einer gleichmäßigen Zylinderform ab. Ferner ist die Form von Bambusrohren exemplarspezifisch, so dass sich zwei Bambusrohre beispielsweise hinsichtlich Geradheit und Durchmesser unterscheiden.
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2 zeigt ein bearbeitetes Bambusrohr mit zwei quer zu seiner Längsachse verlaufenden Durchgangsbohrungen 2.1 und 2.2. Die Durchgangsbohrungen weisen eine wohldefinierte Lage und Orientierung relativ zueinander auf. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen parallel zueinander und ihr Abstand entspricht einem vorgegebenen Wert. Am Bambusrohr sind ferner im Bereich der Durchgangsbohrungen Abflachungen 4.1 bis 4.4 angebracht. Diese sind im Beispiel so angeordnet, dass die Abflachungen 4.1 und 4.3 in einer Ebene 3.1 und die Abflachungen 4.2 und 4.4 in einer weiteren Ebene 3.2 liegen. Die Ebenen 3.1 und 3.2 sind zueinander parallel angeordnet und weisen einen vorgegebenen Abstand voneinander auf.
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Verschiedene Exemplare von Bambusrohren können in der dargestellten Weise mit Durchgangsbohrungen und Abflachungen versehen werden, so dass die Durchgangsbohrungen und Abflachungen an jedem Bambusrohr relativ zueinander identisch angeordnet und ausgerichtet sind. Hierdurch besitzen die an den Durchgangsbohrungen und Abflachungen ausgerichteten Bauteile stets eine reproduzierbare räumliche Lage relativ zueinander, unabhängig von der unregelmäßigen natürlichen Grundform des jeweiligen Bambusrohres. Dies ermöglicht den Aufbau von Stabwerken aus Bambusrohren, deren Verbindungsstellen identische räumliche Lagen und Orientierungen aufweisen.
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Sowohl die Durchgangsbohrung als auch die Anlageflächen führen aufgrund des Materialabtrags zu einer Verringerung der Beanspruchbarkeit des Bambusrohres. Insbesondere kann es durch Einleiten von Kräften im Bereich der Durchgangsbohrung zu einer Rissbildung kommen, da die Fasern des Bambusrohres größtenteils in dessen Längsrichtung verlaufen. Die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen wirken einer solchen Rissbildung entgegen und führen zu einer hohen Beanspruchbarkeit der Verbindungsanordnung.
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In 3 ist ein Ende eines Bambusrohres 1 mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung dargestellt. In das Bambusrohr ist eine Durchgangsbohrung 2.1 eingebracht, in der ein Bolzen 6 angeordnet ist. Am Bolzen 6 kann ein beliebiger Verbindungspartner befestigt und auf diese Weise mit dem Bambusrohr 1 verbunden werden. Das Rohr besitzt ferner eine als wohldefinierte Anlagefläche dienende Abflachung 4.1, über die eine seitliche Positionierung des Verbindungspartners erfolgen kann. Am Bambusrohr 1 sind beiderseits der Durchgangsbohrung 2.1 die ringförmigen Spannelemente 5.1 und 5.2 angeordnet. Die Spannelemente sind derart vorgespannt, dass sie dauerhaft Druckkräfte auf das Bambusrohr ausüben, welche über den Umfang verteilt sind und in Richtung der Mittelachse des Bambusrohres wirken. Hierdurch resultiert im Bambusrohr ein mechanischer Spannungszustand, welcher einem Entstehen von Längsrissen entgegen wirkt, indem die Fasern des Bambusrohres aneinander gepresst werden. Durch diese Maßnahme können in das Bambusrohr über den Bolzen hohe Kräfte eingeleitet werden, ohne dass es zu einem Versagen der Verbindungsanordnung kommt.
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Ein Spannelement 5 besteht vorzugsweise aus einem Blechstreifen, welcher so gebogen ist, dass er an der Außenfläche des Bambusrohres anliegt und dieses umschließt. Anschließend wird die gewünschte Vorspannkraft aufgebaut, indem die Enden des Blechstreifens mit einer äußeren Zugkraft beaufschlagt werden. In diesem vorgespannten Zustand werden die Enden des Blechstreifens miteinander verbunden, so dass die Vorspannkraft im Blechstreifen auch nach Entfernen der äußeren Zugkraft bestehen bleibt. Das Verbinden der Enden des Blechstreifens kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Enden des Blechstreifens durch Biegen so verformt werden, dass sie einen dauerhaften Formschluss 13 miteinander bilden. Alternativ ist auch eine stoffschlüssige Verbindung der Enden des Blechstreifens möglich, beispielsweise durch Schweißen.
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Eine weitere Steigerung der Belastbarkeit der Verbindungsanordnung wird durch die in 4 dargestellte Anordnung erreicht. Das Ende des Bambusrohres ist wie oben beschrieben mit einer Durchgangsbohrung 2.1 und einer Abflachung 4.1 versehen. Zusätzlich zu den Spannelementen 5.1 und 5.2 werden Verstärkungsbleche 7.1 und 7.2 im Bereich der Abflachung am Bambusrohr angeordnet. Die Verstärkungsbleche sind durch Biegen so geformt, dass sie an der Außenfläche des Bambusrohres anliegen und sich im Bereich der Durchgangsbohrung 2 überlappen, wobei die Durchgangsbohrung sowohl die Verstärkungsbleche als auch das Bambusrohr durchsetzt. In der Durchgangsbohrung ist eine Hülse 8 angeordnet, die einen hier nicht dargestellten Bolzen aufnimmt. Der Einsatz einer solchen Hülse ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Bolzen drehbar gelagert werden soll. Die Hülse 8 leitet die auf den Bolzen wirkende Kraft zumindest teilweise in die Verstärkungsbleche ein. Da sich letztere an der Außenfläche des Bambusrohres abstützen, wird die Kraft auf eine verhältnismäßig große Fläche verteilt, so dass nur eine geringe Beanspruchung des Bambusrohres resultiert. Selbstverständlich ist es auch möglich, auf die Hülse 8 zu verzichten und den Bolzen direkt in die der Durchgangsbohrung zu lagern. Die Verstärkungsbleche besitzen Laschen 14, die unter die Spannelemente ragen und von diesen fixiert werden. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Verstärkung des Bambusrohres im Bereich der Verbindungsstelle.
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung. Um zu gewährleisten, dass die Verstärkungsbleche an der Außenfläche des Bambusrohres 1 anliegen und die Durchgangsbohrung 2.1 passgenau sowohl das Bambusrohr als auch die Verstärkungsbleche 7.1 und 7.2 durchsetzt, ist es zweckmäßig, die Durchgangsbohrung erst nach dem Fixieren der Verstärkungsbleche einzubringen. Die Verstärkungsbleche sind derart gebogen, dass sie auch im Bereich der Abflachungen an der Oberfläche des Bambusrohres anliegen und ihre Außenfläche in diesem Bereich als wohldefinierte Anlagefläche dienen kann. Um den in der Hülse 8 gelagerten Bolzen 6 einseitig axial zu fixieren, ist an diesem beispielhaft ein Kragen 15 angebracht.
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6 zeigt eine laterale Drehgelenk-Verbindung 11, welche zwei seitlich versetzt angeordnete Bambusrohre 1.1 und 1.2 miteinander verbindet. Die Bambusrohre weisen erfindungsgemäße Verbindungsanordnungen mit Spannelementen 5.1 bis 5.4 auf und sind durch den Bolzen 6 schwenkbar miteinander verbunden. Die Distanzhülse 16 stützt sich mit ihren Stirnflächen jeweils an den Anlageflächen der Verstärkungsbleche 7.1 und 7.3 ab und gewährleistet, dass die Bambusrohre stets einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen. Der Bolzen 6 wird durch den Kragen 15 und den Sicherungsring 9 axial fixiert.
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7 zeigt eine komplanare Drehgelenk-Verbindung 12, bei der die Bambusrohre 1.1 und 1.2 so miteinander verbunden sind, dass sie einer Ebene liegen. Zu diesem Zweck erfolgt die Verbindung der Bambusrohre über das Verbindungsblech 10, welches schwenkbar mit dem Bambusstab 1.1 und fest mit dem Bambusrohr 1.2 verbunden ist. Die Bolzen 6.1 und 6.2 sind durch nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Verbindungsanordnungen mit dem Bambusrohr 1.2 verbunden und fixieren dieses am Verbindungsblech. Das Bambusrohr 1.2 ist über den Bolzen 6.3 mit dem Verbindungsblech verbunden, so dass es um dessen Achse geschwenkt werden kann.
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8 zeigt ein beispielhaftes Stabwerk aus vier Bambusrohren in zwei unterschiedlichen Klappstellungen A und B. Die Bambusrohre sind mittels erfindungsgemäßen Verbindungsanordnungen schwenkbar miteinander verbunden. Die Verbindungsstellen sind als laterale Drehgelenk-Verbindungen 11.1 und 11.2 sowie als komplanare Drehgelenk-Verbindungen 12.1 und 12.2 ausgeführt. Aufgrund der wohldefinierten und reproduzierbaren relativen Lagen der Durchgangsbohrungen und Anlageflächen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnungen können gleichartige Bambusrohre zwischen gleichartigen Stabwerken beliebig vertauscht werden, ohne dass die für die Funktion geforderte exakte Positionierung der Verbindungsstellen und der daran angeordneten Gelenke verloren geht. Eine derartige Austauschbarkeit von Bambusrohren ist bei der Herstellung von Stabwerken vorteilhaft, da die Bauteile unabhängig voneinander vorbereitet werden können und während des Montagevorgangs keine besonderen Justierarbeiten erforderlich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bambusrohr
- 2
- Durchgangsbohrung
- 3
- Ebene
- 4
- Abflachung
- 5
- Spannelement
- 6
- Bolzen
- 7
- Verstärkungsblech
- 8
- Hülse
- 9
- Sicherungsring
- 10
- Verbindungsblech
- 11
- Laterale Drehgelenk-Verbindung
- 12
- Komplanare Drehgelenk-Verbindung
- 13
- Formschluss
- 14
- Lasche
- 15
- Kragen
- 16
- Distanzhülse
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Mehrmals auftretende Elemente mit gleichem Bezugszeichen werden in den Zeichnungen durch Nummern gekennzeichnet, die über einen Punkt an das Bezugszeichen angehängt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4333029 C2 [0002]
- DE 8900382 U1 [0003]
- DE 10218597 C2 [0004]
- EP 2251553 A1 [0005]
