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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln, insbesondere aus Holz oder Holzwerkstoff, bestehend aus einem an der ersten Kantel hervorstehenden Zapfen und einer in der zweiten Kantel vorgesehenen Bohrung.
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Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der
DE 26 46 351 A1 bekannt. Zur Herstellung dieser geleimten Verbindung wird der Zapfen als Dübel zunächst trocken eingeführt und anschließend unter Druck eine vorbestimmte Dosis Leim oder Flüssigkunststoff über mindestens eine in einer der Kanteln vorgesehene Leitung, die eine Verbindung mit der Bohrung besitzt, eingepresst.
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Aus der
DE 37 28 025 A1 ist eine Eckverbindung zweier wenigstens in ihrem Verbindungsbereich massiver Kanteln bekannt, bei der ein an einer Kantel abgesetzter leistenförmiger Zapfen in eine angepasste Bohrung der anderen Kantel eingreift. Außerhalb dieses Eingriffs stoßen die aneinander zugekehrten Brüstungsflächen der Kanteln stumpf aneinander. Der leistenförmige Zapfen und die Bohrung weisen je eine in Richtung quer zum Zapfen und parallel zur Bohrung verlaufende Ausnehmung auf, die sich in der Eingriffsstellung zu einem Sackloch ergänzen, das einen querschnittsangepassten Sperrdübel aufnimmt. In einer Ebene parallel und im Abstand zu dem leistenförmigen Zapfen sind in den beiden Kanteln korrespondierende Bohrungen vorgesehen, in die ein angepasster Zapfen eingreift.
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In der
deutschen Patentanmeldung 10 2011 103 196 ist ein Fenster- oder Türelement beschrieben, das aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Kanteln mit einer mit einem Längsprofil versehenen Längsseite und einer mit einem zum Längsprofil komplementären Querprofil versehenen Stirnseite besteht, bei dem mindestens zwei erste Holzkanteln an ihren Stirnseiten mit einer eine Hinterschneidung ausbildenden Profilierung versehene Zapfen aufweisen und mindestens zwei weitere Kanteln in das Längsprofil hineinreichende Bohrungen oder Nuten aufweisen, die zumindest bereichsweise zu der Profilierung der Zapfen komplementär sind, sodass in der Verbindung eine Zugkraft übertragbar ist.
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Nachteilig an den vorbeschriebenen Verbindungseinrichtungen ist, dass sie konstruktiv sehr aufwendig und damit teuer sind.
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Die einfachste Einrichtung zur Verbindung zweier Kanteln, von der die Erfindung ausgeht, ist die Zapfenverbindung, bei der ein an einer Kantel ausgebildeter Zapfen in eine an der anderen Kantel vorgesehene Bohrung eingesteckt wird. Grundsätzlich ist es bekannt und hier auch äquivalent gemeint, den Zapfen als Dübel-Verbindung auszugestalten, bei der die beiden Kanteln mit gegenüber liegenden Bohrungen versehen sind. Der Dübel wird dann zur Ausbildung eines Zapfens in die Bohrung der ersten Kantel eingesetzt. Der Zapfen wird ansonsten nur einstückig an einer Kantel herausgearbeitet, um den Arbeitsgang des Einschlagens des Dübels in die Bohrung der ersten Kantel einzusparen.
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Zur Gewährleistung einer definierten Endlage weisen die beschriebenen Steckverbindungen eine sogenannte Brüstung auf, die als eine Art Anschlagfläche senkrecht zur Einsteckrichtung angeordnet ist und die Einstecktiefe bestimmt bzw. begrenzt. Zur festen Verbindung der beiden Kanteln wird die Steckverbindung verleimt, indem flüssiger Leim oder Kunstharz vor dem Einstecken des Zapfens in die Bohrung und/oder an den Zapfen gegeben wird. Um eine bessere Verteilung des Leims beim Einstecken der Verbindungselemente zu gewährleisten, werden Dübel beispielsweise mit in axialer Richtung (Einsteckrichtung) verlaufenden Rillen versehen. Bei Zapfen sind Ausführungen bekannt, bei denen Rillen senkrecht zur Axialrichtung verlaufen, die als Leimtaschen bewirken sollen, dass beim Einschieben des Zapfens in die Bohrung genügend Leim an den Verbindungsflächen verbleibt.
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Nachteil dieser einfachen und damit kostengünstigen Verbindungen ist die mangelnde Anfangsfestigkeit nach dem Verleimen. Während der Leim abbindet, müssen die Bauteile zueinander fixiert werden, um Maßhaltigkeit und Festigkeit der Verbindung sicherzustellen. Dadurch wird der Produktionsprozess verkompliziert und verlangsamt.
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Die
DE 66 01 664 U1 offenbart eine Eckverbindung für Rahmen und Zargen von Fenstern und Türen, bei der eine Schlitz- und Zapfenverbindung vorgesehen ist. Die Zapfen sind mit senkrecht zueinander verlaufenden Rillen versehen, in die sich das Holz hineinpresst, wenn in Folge von aufgesaugtem Leim das Holz quillt. Auch bei dieser Eckverbindung müssen die beiden Kanteln an der Verbindungsstelle zueinander fixiert werden, bis der Leim ausgehärtet ist.
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Von dieser Problemstellung ausgehend soll eine Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln geschaffen werden, die konstruktiv einfach aufgebaut und verleimfähig ist, die die Maßhaltigkeit und Festigkeit der Verbindung sichert, ohne dass die gefügten Kanteln zusätzlich von außen zueinander fixiert werden müssen, damit die Produktionsgeschwindigkeit erhöht wird.
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Zur Problemlösung zeichnet sich eine gattungsgemäße Einrichtung dadurch aus, dass der Zapfen mindestens eine an seiner Umfangsfläche vorgesehene Erhöhung und die Bohrung eine in ihrer Umfangswandung umlaufend vorgesehene Vertiefung aufweist und bei hergestellter Verbindung die Erhöhung in die Vertiefung eingreift, weil die Erhöhung beim Fügen wieder ausfedert, wenn sie in den Bereich der Vertiefung gelangt, wodurch der Zapfen in der Bohrung verrastet wird.
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Durch diese Ausgestaltung rastet nach Herstellung der Verbindung die Erhöhung in die Vertiefung ein. In axialer Richtung sind die beiden Bauteile damit fixiert. Wie auch bei einer herkömmlichen Zapfen- oder Dübelverbindung werden auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Zapfen und die Bohrung passgenau gefertigt, sodass sie sich möglichst spielfrei ineinander stecken lassen. Beim Zusammenfügen der zu verbindenden Teile wird das elastische Verhalten von Holz bzw. Holzwerkstoffen ausgenutzt. Die Erhöhung weist gegenüber dem Innenmaß der Bohrung ein Aufmaß von wenigen Zehntel Millimetern auf, sodass sie beim Einschieben des Zapfens in die Bohrung zusammengedrückt wird und beim Erreichen der Vertiefung elastisch zurückfedert, sodass eine Verrastung erfolgt. Bei der erfindungsgemäßen Steckverbindung mit Verriegelung ist es möglich, alle Einzelteile maschinell komplett zu bearbeiten und nach dem Zusammenfügen/Verleimen für den Abbindprozess des Leims ohne zusätzlichen Pressdruck oder Klammerhaltungen sich selbst zu überlassen. Dadurch kann die Durchlaufzeit im Fertigungsprozess erhöht werden, weil die Pressenzeiten verkürzt werden und manuelle Arbeiten, beispielsweise zum Eintreiben von Dübeln oder Klammern der gefügten Teile, entfallen. Die umlaufende Vertiefung in der Bohrung bietet den Vorteil, dass eine sichere Verrastung in der Verbindungsstelle auch dann erfolgt, wenn nur eine oder mehrere örtliche Erhöhungen am Zapfen vorgesehen sind, weil Erhöhung und Vertiefung dann bezogen auf die Umfangsrichtung nicht voneinander lageabhängig sind.
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Die für die Erläuterung der Erfindung verwendeten Begriffe Zapfen und Bohrung sind nicht notwendigerweise dahingehend auszulegen, dass der Zapfen zylindrisch und die Bohrung rund ist. Es sind alle Querschnittsformen denkbar. Vorzugsweise sind Bohrung und Zapfen aber zylindrisch ausgebildet, weil die Herstellung relativ einfach ist. Die Kanteln müssen nicht notwendigerweise stabförmig oder quaderförmig sein. Sie können auch als Platte vorliegen. Notwendig zum Verständnis ist nur, dass die eine Kantel an ihrer Stirnseite und die andere Kantel an ihrer Längsseite verbunden wird.
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Vorzugsweise verläuft auch die Erhöhung über die Umfangsfläche des Zapfens um. Die Herstellung wird dadurch weiter vereinfacht und gleichzeitig die übertragbare Zugkraft in der Verbindungsstelle erhöht.
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Wenn die Tiefe der Vertiefung größer ist als die Höhe der Erhöhung, kann sich in der Vertiefung Leim sammeln, der zum einen den Fügespalt zwischen den Verbindungselementen abdichtet und zum anderen für eine hohe Klebefestigkeit sorgt, weil der gewissermaßen zu einem verdickten Wulst aushärtet.
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Die Breite der Erhöhung ist vorzugsweise kleiner als die Breite der Vertiefung, damit – insbesondere wenn die Erhöhung umlaufend ausgebildet ist – diese nicht umfangsseitig in der rillenförmigen Vertiefung anliegt, um überschüssigen Leim aufnehmen zu können. Aus demselben Grund ist die axiale Länge der Bohrung vorzugsweise größer als die axiale Länge des Zapfens.
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Wenn zumindest eine Brüstungsfläche mindestens einer Kantel eine Riffelung aufweist, kann auch dort besser Leim aufgenommen werden, wodurch die Verleimung der beiden Kanteln zusätzlich verbessert und eine Fugendichtheit der Verbindung bewirkt wird, was insbesondere für Bauteile in Frage kommt, die der Witterung ausgesetzt sind, wie beispielsweise Fensterrahmen o. dgl..
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Vorzugsweise ist der Zapfen einstückig an der ersten Kantel ausgebildet. Die Herstellung der Verbindung wird dadurch erleichtert, weil kein separates Bauteil (Dübel) verwendet wird, das zusätzlich zunächst in die erste Kantel eingesetzt werden muss.
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Wenn ein Dübel als Zapfen verwendet wird, muss in der ersten Kantel auch eine Bohrung vorgesehen sein. Vorzugsweise sind dann die in der ersten Kantel und die in der zweiten Kantel vorgesehenen Bohrungen identisch ausgebildet. Der Zapfen weist in diesem Fall dann zwei in seiner axialen Richtung zueinander parallel beabstandete Erhöhungen auf. Auch diese Erhöhungen können umlaufend ausgebildet sein. In diesem Fall findet dann eine Verrastung des Zapfens in beiden Kanteln statt.
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Damit beim Einstecken des Zapfens in die Bohrung Luft entweichen kann, weist dieser vorzugsweise in axialer Richtung mindestens eine durchgängige Abflachung oder Rille auf. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Bohrung in axialer Richtung eine durchgängige Nut aufweisen.
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Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend kurz beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 – die perspektivische Darstellung einer Steckverbindung mit Rundzapfen;
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2 – einen Axialschnitt der Steckverbindung nach 1 im zusammengefügten Zustand;
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3a bis 3c – vergrößerte Details der Steckverbindung nach 1;
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4a bis 4e – Ausführungsformen einer Steckverbindung;
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5a, 5b – weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung;
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6 – ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zapfens;
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7a bis 7c – weitere Ausführungsbeispiele eines Zapfens;
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8 – die perspektivische Darstellung zweiter Kanteln;
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9a, 9b – den Querschnitt durch eine Steckverbindung in Kombination mit Längs- und Konterprofil;
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10 – die perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Steckverbindung;
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11 – vergrößerte Darstellungen der Steckverbindung nach 10;
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12 – eine Darstellung zur Fertigung der als Nut ausgebildeten Bohrung gemäß 10;
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13 – die perspektivische Darstellung der ersten Kantel, bei der als Zapfen ein Dübel verwendet wird;
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14 – einen Axialschnitt durch zwei miteinander verbundenen Kanteln mit dem Dübel nach 13;
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15a bis 15c – die Steckverbindung für zwei auf Gehrung miteinander verbundenen Kanteln;
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16 – die Steckverbindung für zwei miteinander verbundene Platten;
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17 – die Darstellung des Zapfens (Feder) und der Bohrung (Nut) der Verbindung nach 16.
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1 zeigt die perspektivische Darstellung zweier miteinander zu verbindenden Kanteln 1, 2. Die Kantel 1 ist an ihrer Stirnseite mit einem in axialer Richtung hervorstehenden Zapfen 3 versehen, der eine über seine Umfangsfläche umlaufende Erhöhung 5 aufweist, die eine wulstartige Verdickung bildet. Die zweite Kantel 2 ist mit einer zu dem Zapfen 3 komplementären Bohrung 4 versehen, die in ihrer Umfangswandung eine umlaufende Vertiefung 6 aufweist, die eine Rille ausbildet. Wird der Zapfen 3 in die Bohrung 4 eingesteckt, rastet die Erhöhung 5 in die Vertiefung 6 ein. Die Erhöhung 5 kann, wie 2 zeigt, in axialer Richtung abgerundet sein. Die Vertiefung 6 kann rechteckig ausgebildet sein. Die Breite B der Vertiefung 6 ist größer als die Länge L der Erhöhung 5. Um das Einstecken des Zapfens 3 in die Bohrung 4 zu erleichtern, kann dieser an seinem freien Ende eine umlaufende Fase 8 aufweisen. Auch die Bohrung 4 kann zum selben Zweck mit einer umlaufenden Fase 7 versehen sein. Die Fase 7 in der Bohrung 4 dient zusätzlich dazu, die Erhöhung 5 beim Fügen stetig einzudrücken, damit ein Abscheren der wulstartigen Verdickung, die die Erhöhung 5 bildet, beim Fügen vermieden wird. Gelangt die Erhöhung 5 in den Bereich der Vertiefung 6, federt sie wieder aus und in die Vertiefung 6 hinein, wodurch der Zapfen 3 in der Bohrung 4 verrastet wird. Über die Erhöhung 5 und die Vertiefung 6 ist dann eine Zugkraft übertragbar, sodass der zuvor in die Bohrung 4 eingebrachte Leim aushärten kann, ohne dass eine zusätzliche Fixierung der Kanteln 1, 2 zueinander von außen aufgebracht werden muss. Der in die Bohrung 4 eingebrachte Leim befindet sich auch in der Vertiefung 6. Beim Aushärten bildet er einen zusätzlichen Wulst um die Erhöhung 5 herum, sodass die über die Verbindung übertragbaren Kräfte weiter erhöht werden. Damit beim Einschieben des runden Zapfens 3 in die als Sackloch ausgebildete Bohrung 4 die eingeschlossene Luft einweichen kann und sich kein Luftpolster bildet, können an dem Zapfen 3 eine oder zwei in axialer Richtung verlaufende Abflachungen 10 bzw. Rillen 10a vorgesehen sein (5). Zu demselben Zweck können in der Bohrung 4 auch in Axialrichtung (Fügerichtung) verlaufende Nuten vorgesehen sein (nicht gezeigt). Ebenso ist es möglich, die Bohrung 4 beidseitig zu öffnen, also kein geschlossenes Sackloch auszubilden.
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Zapfen 3' und Nut 4' sind passgenau gefertigt, sodass sie sich möglichst spielfrei ineinander stecken lassen. Die quer zur Einsteckrichtung verlaufende Erhöhung 5 weist gegenüber der sich umgebenden Fläche eine Erhöhung von nur wenigen Zehntel Millimetern auf. Gegenüber dem Öffnungsmaß der Vertiefung 6 besitzt die Erhöhung 5 ein Aufmaß von vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm. Die Tiefe T der Vertiefung 6 beträgt ebenfalls nur wenige Zehntel Millimeter und ist vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm tiefer als die Höhe H der Erhöhung 5.
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Beim Zusammenfügen der zu verbindenden Kanteln 1, 2 wird das elastische Verhalten von Holz und Holzwerkstoffen ausgenutzt. Durch das geringe Aufmaß von wenigen Zehntel Millimetern wird die wulstartige Erhöhung 5 beim Zusammenschieben der Teile zusammengedrückt und geht beim Erreichen der rillenförimigen Vertiefung 6 teilweise wieder auseinander, sodass die Verrastung erfolgt. Zum Erzeugen einer Zugkraft zwischen den zusammengesteckten Kanteln 1, 2 müssen bestimmte maßliche Voraussetzungen bezüglich der Lage und Form der Erhöhung 5 und der Vertiefung erfüllt sein. Die Erhöhung 5 weist ein Profil mit einer unter einem Winkel β verlaufenden Einführzone 16 und einer unter einem Winkel α verlaufenden Verriegelungszone 9 auf. Hierbei muss gelten: β ≤ α. Vorzugsweise ist β ≤ 45°. Wenn die Erhöhung 5 gerundet ist, können die Winkel α und β auch identisch sein (3c). Die Verriegelungszone 9 ist im Abstand l1 von der Brüstung 11 entfernt. Die Vertiefung 6 in der Nut 4' weist ebenfalls eine Verriegelungszone 9a auf, die im Winkel γ verläuft. Die Verriegelungszone 9a ist von der Einstecköffnung im Abstand l3 entfernt. Um eine Zugkraft im zusammengefügten Zustand zu erreichen, muss l1 ≤ l3 sein, und an der Kontaktstelle von Erhöhung 5 und Vertiefung 6 muss der Winkel α ≤ dem Winkel γ sein. Die Breite B der Vertiefung 6 muss größer sein als die Länge L der Erhöhung 5. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Kontaktbereich zwischen der Erhöhung 5 und der Vertiefung 6 eindeutig auf der der Einstecköffnung zugewandten Seite liegt und zwischen der Verdickung 5 und der Brüstung 11 eine Zugkraft eingebracht wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Erhöhung 5 möglichst dicht an der Brüstung 11 angeordnet ist, um Veränderungen der Längenmaße l1 und l3 in Folge von Quell- und Schwindverhalten des Holzes/Holzwerkstoffs gering zu halten und außerdem den Kraftaufwand, der nötig ist, um das Aufmaß der Erhöhung 5 einzuschieben, auf eine kurze Weglänge zu reduzieren. Anstatt rund kann der Zapfen 3 auch flach ausgebildet sein, wie 6 zeigt. Auch ein solcher Flachzapfen kann mit einer über seinen Umfang umlaufenden Erhöhung 5 und einer als Entlüftungsrille dienenden Abflachung 10 versehen sein. Ein Flachzapfen bietet den Vorteil, dass in der Verbindung vor dem Verleimen auch ein Drehmoment übertragen werden kann. Dieser Vorteil ist auch mit sonstigen polygonalen Querschnittsformen für den Zapfen 3 erreichbar, wie sie beispielsweise in 7 dargestellt sind.
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Die im Querschnitt polygonen Zapfen 3 nach 7 haben gegenüber dem in 6 dargestellten Flachzapfen den Vorteil, dass sie einen kleineren Bauraum benötigen.
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8 zeigt, dass der Zapfen 3 auch in Verbindung mit einem Konterprofil angefräst sein kann, bei dem die äußeren Brüstungsflächen 11 in verschiedenen Ebenen und Winkeln angeordnet sein können (z. B. Fensterprofile). Eine Drehmomentübertragung wird hierbei durch die Kombination von einem runden Zapfen 3 und dem Formschluss des Konterprofils mit einem korrespondierenden Längsprofil gewährleistet. Rund- oder Flachzapfen eignen sich vornehmlich für Pfosten-/Riegel- oder Rahmeneckverbindungen, wie sie z. B. im Holzbau, im Fensterbau oder im Gestellmöbelbau eingesetzt werden. Bei derartigen Profilen ist die Steckverbindung so auszulegen, dass im zusammengefügten Zustand die äußeren Brüstungsflächen 11 dicht schließen. Diese Brüstungsflächen 11 können mit einer Riffelung 12 versehen sein (9b). Flachzapfen 3', die mit einer Nut 4' als korrespondierende Bohrung zusammenwirken (vgl. 10), können an ihren Enden in Längsrichtung auch offen ausgebildet sein. Es liegt dann eine Feder-Nut-Steckverbindung vor, die im Durchlaufverfahren frästechnisch mit rotierenden Werkzeugen 20 hergestellt werden kann. Diese Art der Verbindung wird vorzugsweise bei plattenförmigen Bauteilen – beispielsweise zum Zusammenbau zu einem Korpus – eingesetzt. Erfindungsgemäß wichtig ist, dass die Verbindung so ausgestaltet ist, dass sie durch Einstecken des Zapfens 3' hergestellt wird (hier: senkrechte Fügebewegung) und nicht durch Einschieben in Richtung seiner Längserstreckung. Dasselbe gilt für die Steckverbindung, die für zwei als Platten 1', 2' ausgebildete Kanteln gemäß 16 und 17 vorgesehen ist. Die Vertiefung 6' (Hinterschneidung) im Nutprofil kann alternativ auch durch ein feststehendes Räumwerkzeug erzeugt werden. Darüber hinaus erlaubt die Herstellung im Durchlaufverfahren, die Verriegelungsmittel nur an einer Seite der Feder-Nut-Verbindung auszubilden. Um das Einstecken auf einer großen Länge zu erleichtern, kann der Zapfen 3' in Längsrichtung geschlitzt ausgeführt sein, um zusätzlich eine Nachgiebigkeit und Biegeelastizität zu erhalten. Die Schlitztiefe muss dabei über die wulstartige Erhöhung 5' hinausreichen (vgl. 11).
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Wie 13 in Verbindung mit 14 zeigt, kann der Zapfen auch als Dübel 3 ausgebildet sein, der in eine Bohrung 13 in der Kantel 1 eingesetzt wird. Die Bohrung 13 in der Kantel 1 ist identisch ausgebildet zu der Bohrung 4 in der zweiten Kantel 2, sodass der Dübel 3 symmetrisch mit zwei Erhöhungen 5, 5a ausgebildet werden kann, die zueinander in axialer Richtung parallel beabstandet sind. Um die genaue Positionierung des Dübels 3 in der Bohrung 13 sicherzustellen, ist dieser mit einem radial hervorstehenden Flansch 15 versehen, der vorzugsweise mittig angebracht ist. Die Erhöhungen 5, 5a sind vom Flansch 15 im selben Abstand angebracht, sodass der Dübel 3 mit seinen beiden Enden in die Bohrung 13 eingesetzt werden kann und somit keine Montageposition beachtlich ist. Die Bohrung 13, die an sich identisch zur Bohrung 4 ausgebildet ist, weist zusätzlich noch eine Senkung auf, in der der Flansch 15 des Dübels 3 untergebracht ist, sodass die Kanteln 1, 2 plan aufeinander aufliegen.
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15 zeigt eine erfindungsgemäße Steckverbindung mit einem Flachzapfen 3', die vorzugsweise für eine Verbindung zweier Kanteln 1, 2 auf Gehrung Verwendung finden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kantel
- 1'
- Platte
- 2
- Kantel
- 2'
- Platte
- 3
- Zapfen
- 3'
- Zapfen (Feder)
- 4
- Bohrung
- 4'
- Nut
- 5
- Erhöhung
- 5a
- Erhöhung
- 5'
- Erhöhung
- 6
- Vertiefung
- 6'
- Vertiefung
- 7
- Fase
- 8
- Fase
- 9
- Verriegelungszone
- 9a
- Verriegelungszone
- 10
- Abflachung
- 10a
- Rille
- 11
- Brüstung
- 12
- Riffelung
- 13
- Bohrung
- 14
- Senkung
- 15
- Flansch
- 16
- Einführzone
- 20
- Werkzeug
- B
- Breite
- H
- Höhe
- L
- Länge
- l1
- Abstand
- l3
- Abstand
- T
- Tiefe
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- γ
- Winkel
