-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für Bambusrohre, welche sich durch hohe Belastbarkeit, einfache Herstellbarkeit und genaue Positionierbarkeit der Verbindungspartner relativ zueinander auszeichnet. Die Bambusrohre weisen Querbohrungen auf, in denen axial fixierte Hülsen angeordnet sind. Die Verbindungspartner werden über einen Bolzen miteinander verbunden, der in den Hülsen gelagert ist. Die reproduzierbare und exakte Positionierbarkeit wird durch die Stirnflächen der Hülsen sichergestellt, welche als wohldefinierte Anlageflächen dienen. Hierdurch eignet sich die Verbindungsanordnung in besonderer Weise zur Herstellung von Stabwerken aus Bambusrohren, bei denen die Verbindungsstellen wohldefinierte räumliche Lagen besitzen. Zur Steigerung der Festigkeit wird das Bambusrohr beiderseits der Querbohrung von Spannelementen ringförmig umschlossen und bei Bedarf zusätzlich mit Verstärkungsblechen unterstützt.
-
Der natürliche Werkstoff Bambus zeichnet sich durch ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit aus. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung lassen sich kostengünstige Stabwerke aus Bambusrohren realisieren, die diese Eigenschaften in besonders vorteilhafter Weise nutzen.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 Hülse gelagert ist, welche in einer in des Bambusrohr eingebrachten Querbohrung angeordnet und axial fixiert ist.
-
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.
-
Um derartige Stabwerke aus Bambusrohren herzustellen, müssen die Formtoleranzen der Bambusrohre kompensiert werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch die in den Querbohrungen angeordneten Hülsen, deren Stirnflächen als wohldefinierte Anlageflächen dienen, 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.
-
Bei mehreren Verbindungsstellen eines Bambusrohres weisen sowohl die Querbohrungen als auch die darin angeordneten und axial fixierten Hülsen dieses Bambusrohres wohldefinierte Lagen relativ zueinander auf. Dies ermöglicht es, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung Stabwerke mit hoher Genauigkeit ohne aufwändige Justiermaßnahmen reproduzierbar herzustellen.
-
Die Querbohrung führt 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.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine permanente Vorspannung des Bambusrohres durch ringförmige Spannelemente gelöst, welche beiderseits der Querbohrung angebracht sind und radiale 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.
-
Die Spannelemente können auch aus Draht bestehen, der zu diesem Zweck stramm um das Bambusrohr gewickelt wird. Anschließend wird der Draht beispielsweise durch Verdrillen der Drahtenden gegen Lösen gesichert.
-
Eine zusätzliche Steigerung der Festigkeit wird durch Verstärkungsbleche erreicht, die das Bambusrohr im Bereich der Querbohrung zumindest teilweise umhüllen und welche mit Bohrungen zur Durchführung der Hülse versehen sind. Die Verstärkungsbleche nehmen die auf die Hülse 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.
-
Im Folgenden wird eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 ein unbearbeitetes Bambusrohr,
-
2 ein bearbeitetes Bambusrohr mit Querbohrungen und Hülsen
-
3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung,
-
4 eine perspektivische Darstellung und eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit Verstärkungsblechen,
-
5 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit Spannelementen aus Draht,
-
6 eine perspektivische Darstellung einer Drehgelenk-Verbindung zweier seitlich versetzt angeordneter Bambusrohre und
-
7 eine perspektivische Darstellung einer Drehgelenk-Verbindung zweier in einer Ebene angeordneter Bambusrohre.
-
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.
-
2 zeigt ein bearbeitetes Bambusrohr 1. Das Bambusrohr weist zwei Querbohrungen 2.1 und 2.2 auf. Die Querbohrungen besitzen eine wohldefinierte Lage und Orientierung relativ zueinander. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Mittelachsen der Querbohrungen parallel zueinander und ihr Abstand entspricht einem vorgegebenen Wert. In den Querbohrungen sind Hülsen 3.1 und 3.2 angeordnet. Die Hülsen besitzen die gleiche Länge und sind derart in den Bohrungen positioniert, dass ihre Stirnflächen fluchten, das heißt die Stirnflächen 8.1 und 8.2 liegen in einer gemeinsamen Ebene 5.1 und die Stirnflächen 8.3 und 8.4 liegen in einer dazu parallelen gemeinsamen Ebene 5.2. Die Ebenen 5.1 und 5.2 sind zueinander parallel angeordnet und weisen einen vorgegebenen Abstand voneinander auf. Um die Hülsen in dieser Position zu fixieren und somit die Stirnflächen der Hülsen als wohldefinierte Anlageflächen nutzen zu können, werden die Enden der Hülsen nach dem Einführen in die Bohrung aufgeweitet, so dass die entstehenden Verdickungen der Hülsen mit den Endbereichen der Bohrungen abschließen. Dies bewirkt, dass eine axiale Verschiebung der Hülse relativ zum Bambusrohr nicht mehr möglich ist. Die Schnittdarstellung A-A verdeutlicht dies am Beispiel der Hülse 3.2 mit ihren durch Aufweiten erzeugten Verdickungen 6.1 und 6.2.
-
Die Fixierung der Hülsen durch Aufweiten stellt eine besonders einfache und daher kostengünstige Maßnahme zum Fixieren der Hülsen dar. Selbstverständlich können die Hülsen auch durch andere Maßnahmen in der gewünschten Position axial fixiert werden, wie zum Beispiel durch Aufpressen von Sicherungsringen.
-
Verschiedene Exemplare von Bambusrohren können in der dargestellten Weise mit Querbohrungen und Hülsen versehen werden, so dass die Querbohrungen und die Stirnflächen der Hülsen an jedem Bambusrohr relativ zueinander identisch angeordnet und ausgerichtet sind. Hierdurch besitzen die an den Innen- und Stirnflächen der Hülsen 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.
-
Die Querbohrungen führen aufgrund des Materialabtrags zu einer Verringerung der Belastbarkeit des Bambusrohres. Insbesondere kann es durch Einleiten von Kräften im Bereich der Querbohrung 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.
-
In 3 ist ein Ende eines Bambusrohres 1 mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung dargestellt. in das Bambusrohr ist eine Querbohrung 2 eingebracht, in der eine Hülse 3 angeordnet ist. Die Hülse ist durch Aufweiten ihrer Enden in einer vorgegebenen Position axial in der Bohrung fixiert, so dass ihre Stirnflächen 8.1 und 8.2 als wohldefinierte Anlageflächen dienen können. In der Hülse ist ein Bolzen 7 gelagert, an dem ein beliebiger Verbindungspartner befestigt und auf diese Weise mit dem Bambusrohr 1 verbunden werden. Am Bambusrohr 1 sind beiderseits der Querbohrung 2 die ringförmigen Spannelemente 4.1 und 4.2 angeordnet. Die Spannelemente sind derart vorgespannt, dass sie eng an der Außenfläche des Bambusrohres anliegen und radiale Druckkräfte auf das Bambusrohr ausüben. 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 des Bambusrohr über den Bolzen hohe Kräfte eingeleitet werden, ohne dass es zu einem Versagen der Verbindungsanordnung kommt.
-
Ein Spannelement 4 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 9 miteinander bilden. Alternativ ist auch eine stoffschlüssige Verbindung der Enden des Blechstreifens möglich, beispielsweise durch Schweißen.
-
Eine weitere Steigerung der Belastbarkeit der Verbindungsanordnung wird durch die in 4 dargestellte Anordnung erreicht. Zum besseren Verständnis ist die Anordnung die im oberen Teil der Abbildung in zusammengebauter Form und im unteren Teil als Explosionszeichnung dargestellt. Des Bambusrohr 1 ist wie oben beschrieben mit einer Querbohrung 2 und einer Hülse 3 versehen. Die Spannelemente 4.1 und 4.1 sind zusätzlich mit Verstärkungsblechen 10.1 und 10.2 versehen, die ebenfalls von der Querbohrung durchsetzt sind. Die Verstärkungsbleche sind durch Biegen so geformt, dass sie an der Außenfläche des Bambusrohres anliegen. In der Hülse 3 ist ein Bolzen 7 gelagert. Die Hülse 3 leitet die auf den Bolzen wirkende Kraft zumindest teilweise in die Verstärkungsbleche 10.1 und 10.2 ein. Da sich letztere an der Außenfläche des Bambusrohres abstützen und durch die Klemmelemente fixiert werden, wird die Kraft auf eine verhältnismäßig große Fläche verteilt, so dass nur eine geringe Beanspruchung des Bambusrohres resultiert. In der beispielhaften Darstellung sind die Verstärkungsbleche einstückig mit den Spannelementen ausgeführt. Die Verstärkungsbleche ragen unter das jeweils andere Spannelement und werden von diesem zusätzlich fixiert. Abweichend von der dargestellten einstückigen Ausführung von Spannelement und Verstärkungsblech können diese Elemente selbstverständlich auch als separate Teile ausgeführt sein. Ferner ist es möglich, sämtliche Spannelemente und Verstärkungsbleche einer Verbindungsanordnung in Form eines einzigen zusammenhängenden Bauteils zu realisieren.
-
Die Enden der Hülse 3 sind aufgeweitet, so dass die entstehenden Verdickungen 6.1 und 6.2 an den Verstärkungsblechen anliegen und die Hülse axial fixieren. Um den in der Hülse 3 gelagerten Bolzen 7 einseitig axial zu fixieren, ist an diesem beispielhaft ein Kragen 11 angebracht, der sich an der Stirnfläche 8.2 abstützt. Die andere Stirnfläche 8.1 der Hülse kann als wohldefinierte Anlagefläche für ein mit dem Bambusrohr zu verbindendes Bauteil dienen.
-
5 zeigt eine Variante der Verbindungsanordnung, bei der die Spannelemente aus Draht bestehen. Dieser ist beiderseits der Querbohrung um das Bambusrohr gewickelt und übt die erforderlichen radialen Druckkräfte auf dieses aus. Durch die Spannelemente aus Draht werden ferner die Verstärkungsbleche 10.1 und 10.2. fixiert, die je nach Anwendung auch entfallen können. Um ein Lösen des Drahtes zu verhindern, können dessen Enden beispielsweise miteinander verdrillt werden.
-
6 zeigt eine laterale Drehgelenk-Verbindung 12, welche zwei seitlich versetzt angeordnete Bambusrohre 1.1 und 1.2 miteinander verbindet. Die Bambusrohre weisen erfindungsgemäße Verbindungsanordnungen mit Spannelementen 4.1 bis 4.4 auf und sind durch den Bolzen 7 schwenkbar miteinander verbunden. Das Sicherungselement 13 fixiert die Hülsen axial auf dem Bolzen. Die mittleren Stirnflächen der Hülsen 3.1 und 3.2 stützen sich aneinander ab. Hierdurch wird erreicht, dass die Stirnflächen der Hülsen einen definierten seitlichen Abstand zu den Stirnflächen weiterer Hülsen besitzen, die in gleicher Weise an den Bambusrohren angebracht werden können. Auf diese Weise lassen sich unabhängig von den natürlichen Formtoleranzen der Bambusrohre Stabwerke mit hoher Genauigkeit reproduzierbar herstellen, da die Verbindungsstellen wohldefinierte Lagen und Positionen relativ zueinander besitzen.
-
7 zeigt eine komplanare Drehgelenk-Verbindung 14, 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 15, welches schwenkbar mit dem Bambusstab 1.1 und fest mit dem Bambusrohr 1.2 verbunden ist. Die Bolzen 7.1 und 7.2 sind zwei nebeneinander angeordneten erfindungsgemäßen Verbindungsanordnungen zugeordnet und befestigen das Bambusrohr 12 am Verbindungsblech. Das Bambusrohr 1.1 ist über den Bolzen 7.3 mit dem Verbindungsblech verbunden, so dass es um die Achse des Bolzens geschwenkt werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bambusrohr
- 2
- Querbohrung
- 3
- Hülse
- 4
- Spannelement
- 5
- Ebene
- 6
- Verdickung
- 7
- Bolzen
- 8
- Stirnfläche
- 9
- Formschluss
- 10
- Verstärkungsblech
- 11
- Kragen
- 12
- Laterale Drehgelenk-Verbindung
- 13
- Sicherungselement
- 14
- Komplanare Drehgelenk-Verbindung
- 15
- Verbindungsblech
-
Mehrmals auftretende Elemente mit gleichem Bezugszeichen werden in den Zeichnungen durch Nummern gekennzeichnet, die über einen Punkt an das Bezugszeichen angehängt sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4333029 C2 [0003]
- DE 8900382 U1 [0004]
- DE 10218597 C2 [0005]
- EP 2251553 A1 [0006]
