DE102012012213A1

DE102012012213A1 - Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln

Info

Publication number: DE102012012213A1
Application number: DE201210012213
Authority: DE
Inventors: Hans Bahlmann; Andreas Kisselbach
Original assignee: Leitz GmbH and Co KG
Current assignee: Leitz GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-09-26

Abstract

Eine Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln (1, 2), insbesondere aus Holz oder Holzwerkstoff, bestehend aus einem an der ersten Kantel (1) hervorstehenden Zapfen (3, 3') und einer in der zweiten Kantel (2) vorgesehenen Bohrung (4, 4'), zeichnet sich dadurch aus, dass der Zapfen (3, 3') mindestens eine an seiner Umfangsfläche vorgesehene Erhöhung (5, 5') und die Bohrung (4, 4') eine in ihrer Umfangswandung vorgesehene Vertiefung (6, 6') aufweist, und dass bei hergestellter Verbindung die Erhöhung (5, 5') in die Vertiefung (6, 6') eingreift.

Description

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. Außerdem werden ein Verfahren und ein Werkzeug zum Herstellen einer solchen Einrichtung vorgeschlagen.
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.
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 einander 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.
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.
Nachteilig an den vorbeschriebenen Verbindungseinrichtungen ist, dass sie konstruktiv sehr aufwendig und damit teuer sind.
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.
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.
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.
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.
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 vorgesehene Vertiefung aufweist und bei hergestellter Verbindung die Erhöhung in die Vertiefung eingreift.
In kinematischer Umkehr kann der Zapfen auch mindestens eine an seiner Umfangsfläche vorgesehene Vertiefung und die Bohrung eine in ihrer Umfangswandung vorgesehene Erhöhung aufweisen.
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. Bei komplexen Bauelementen (z. B. Klettergerüst) kann der Zapfen anstatt durch Leim in der Verbindung auch durch eine Verschraubung zusätzlich gesichert werden. Die Verriegelung verhindert dabei dann das Auseinanderfallen der einzelnen Kanteln beim Aufstellen (Zusammenbauen).
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. Ebenso kann der Zapfen als eine sich in Längsrichtung der Kantel erstreckende Feder und die Bohrung als eine hierzu komplementäre Nut ausgebildet sein. 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.
Vorzugsweise verläuft die Erhöhung bzw. Vertiefung über die Umfangsfläche des Zapfens um. Zumindest in diesem Fall läuft dann auch die Vertiefung bzw. Erhöhung in der Umfangswandung der Bohrung um. Die Herstellung wird dadurch weiter vereinfacht und gleichzeitig die übertragbare Zugkraft in der Verbindungsstelle erhöht. Die Vertiefung in der Umfangswandung der Bohrung muss nicht notwendigerweise nur umlaufen, wenn auch die Erhöhung am Zapfen über die Umfangsfläche umläuft. Eine 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.
Vorzugsweise weist der Zapfen im Bereich einer Brüstung der Kantel eine Erhöhung und im Bereich seines freien Endes eine Vertiefung auf. Entsprechend ist die Bohrung dann im Bereich ihrer Öffnung mit einer Vertiefung und im Bereich ihres Bodens mit einer Erhöhung versehen, so dass der in die Bohrung eingesteckte Zapfen doppelt verriegelt ist.
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.
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 einen Spalt auszubilden, der überschüssigen Leim aufnehmen kann. Aus demselben Grund ist die axiale Länge der Bohrung vorzugsweise größer als die axiale Länge des Zapfens.
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..
Vorzugsweise ist der Zapfen einstückig an der ersten Kantel ausgebildet. Die Hestellung der Verbindung wird dadurch erleichtert, weil kein separates Bauteil (Dübel) verwendet wird, das zusätzlich zunächst in die erste Kantel eingesetzt werden muss.
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.
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.
Ein Verfahren zum Herstellen einer vorgeschriebenen Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Außenkontur des Zapfens und die Innenkontur der Bohrung mit demselben Werkzeug hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass kein Umspannen des Werkzeuges (Werkzeugwechsel) notwendig ist, wodurch die Herstellung der Einrichtung rationalisiert wird.
Hierzu ist die Länge des bearbeiteten Zapfens vorzugsweise kürzer als die Tiefe der bearbeiteten Bohrung. Die Länge des Zapfens wird beim Zuschneiden der Kantel durch ein bestimmtes Aufmaß berücksichtigt. Sie muss kleiner oder gleich der Tiefe der bearbeiteten Bohrung sein, sonst kann die Brüstungsfläche der einen Kantel nicht dicht an der anderen Kantel anliegen. Wenn die Länge des Zapfens kleiner als die Tiefe der Bohrung ist, wird ein Aufsitzen des Zapfens im Bohrungsgrund sicher vermieden.
Bei einem Werkzeug zur Herstellung einer solchen Einrichtung, das mit einem Schaft zur Einspannung in einer Werkzeugmaschine und mindestens einer Schneide versehen ist, weist die Schneide erfindungsgemäß im Bereich ihres freien Endes eine Vertiefung und im Bereich des dem Schaft zugewandten Endes eine Erhöhung auf. Mittels der Vertiefung wird die Erhöhung des Zapfens und mittels der Erhöhung die korrespondierende Vertiefung in der Bohrung erzeugt. Auch hier ist die kinematische Umkehr möglich – wenn sie auch wenig sinnvoll erscheint – und soll von dem entsprechenden Anspruch erfasst sein.
Wenn die Länge des Zapfens und die Tiefe der Bohrung identisch sind, kann mit der umlaufenden Erhöhung der Schneide auch eine Vertiefung in den Zapfen gefräst werden, der in eine umlaufende Erhöhung in der Bohrung eingreift, die mit der Vertiefung des Werkzeuges erzeugt wurde, die an dem Zapfen die Erhöhung ausbildet. Diese doppelte Verriegelung wurde bereits beschrieben. Die Profilgebung am Werkzeug ist in einer bevorzugten Ausführung punktsymmetrisch, d. h. Erhöhung und Vertiefung sind identisch (gleiche Länge, gleiche Tiefe/Höhe). Die Länge des Zapfens und die Tiefe der Bohrung sind nur annähernd identisch. Der Zapfen ist vorzugsweise geringfügig kürzer, um sicher zu vermeiden, dass der Zapfen im Bohrungsgrund aufsitzt und damit noch etwas Raum für überschüssigen Leim (Leimtasche) verbleibt. Aufgrund des elasto-plastischen Werkstoffverhaltens von Holz kann es vorkommen, dass die Deformation der Erhöhung in Folge des Überwindens der Presspassung beim Zusammenfügen von Zapfen und Bohrung nicht vollständig reversibel ist, so dass im zusammengefügten Zustand die Höhe der Erhöhung in der Regel etwas geringer ist, als die Tiefe der Vertiefung.
Die Erhöhung und die Vertiefung sind Bestandteil der Schneide und ebenfalls geschärft.
Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend kurz beschrieben werden.
Es zeigen:
1 – die perspektivische Darstellung einer Steckverbindung mit Rundzapfen;
2 – einen Axialschnitt der Steckverbindung nach 1 im zusammengefügten Zustand;
3a bis 3c – vergrößerte Details der Steckverbindung nach 1;
4a bis 4e – Ausführungsformen einer Steckverbindung;
5a, 5b – weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung;
6 – ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zapfens;
7a bis 7c – weitere Ausführungsbeispiele eines Zapfens;
8 – die perspektivische Darstellung zweiter Kanteln;
9a, 9b – den Querschnitt durch eine Steckverbindung in Kombination mit Längs- und Konterprofil;
10 – die perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Steckverbindung;
11 – vergrößerte Darstellungen der Steckverbindung nach 10;
12 – eine Darstellung zur Fertigung der als Nut ausgebildeten Bohrung gemäß 10;
13 – die perspektivische Darstellung der ersten Kantel, bei der als Zapfen ein Dübel verwendet wird;
14 – einen Axialschnitt durch zwei miteinander verbundenen Kanteln mit dem Dübel nach 13;
15a bis 15c – die Steckverbindung für zwei auf Gehrung miteinander verbundenen Kanteln;
16 – die Steckverbindung für zwei miteinander verbundene Platten;
17 – die Darstellung des Zapfens (Feder) und der Bohrung (Nut) der Verbindung nach 16;
18a – eine Steckverbindung mit einem Dübel;
18b – eine weitere Verbindung mit einem Dübel;
19a bis 19c – eine Steckverbindung, bei der Zapfen oder Dübel und Bohrung mit demselben Werkzeug herstellbar sind;
20a – die Herstellung des Zapfens nach 19;
20b – die Herstellung der Bohrung nach 19;
21a bis 21c – eine Steckverbindung mit Doppelverriegelung, bei der Zapfen oder Dübel und Bohrung mit demselben Werkzeug herstellbar sind;
22a – die Herstellung des Zapfens nach 21;
22b – die Herstellung der Bohrung nach 21;
23a bis 23c – eine Variante der Einrichtung nach 21.
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.
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.
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 I1 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 I3 entfernt. Um eine Zugkraft im zusammengefügten Zustand zu erreichen, muss I1 < I3 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 I1 und I3 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.
Die im Querschnitt polygonen Zapfen 3 nach 7 haben gegenüber dem in 6 dargestellten Flachzapfen den Vorteil, dass sie einen kleineren Bauraum benötigen.
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).
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.
15 zeigt eine erfindungsgemäße Steckverbindung mit einem Flachzapfen 3', die vorzugsweise für eine Verbindung zweier Kanteln 1, 2 auf Gehrung Verwendung finden kann.
18a und 18b zeigen eine Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln 1, 2 mittels Dübels 3. Der Vorteil einer solchen Verbindung liegt darin, dass nur Bohrungen erzeugt werden, was mit einer handgeführten Maschine und exzentrisch bewegter Frässpindel erfolgen kann. Die Rillen 5b im Dübel 3 können presstechnisch hergestellt werden. Der Dübel 3 könnte auch als Kunststoffformteil hergestellt worden sein. Die axiale Position des Dübels 3 beim Einstecken in die Bohrung in der Kantel 2 wird durch die Tiefe der in 18a nicht näher gekennzeichneten Bohrung bestimmt. Die herausstehende Länge des Dübels 3 ist kleiner als die Tiefe der Bohrung 4 in der Kantel 1. Um eine Überbestimmtheit zu vermeiden, sollte die Länge des herausstehenden Dübelteils kleiner als die Tiefe der zweiten Bohrung sein. Damit die Bohrungen mit demselben Werkzeug hergestellt werden können, ist es sinnvoll, den Dübel 3 zwischen der Verriegelungszone und seinem freien Ende kürzer und damit also asymmetrisch auszubilden. Die Verriegelungsmittel können, wie 18b zeigt, auch in kinematischer Umkehr ausgebildet sein, also die Erhöhungen 5 am Dübel 3 und entsprechende Vertiefungen in den Bohrungen 4. Wenn die Bohrung 4 an ihrer Umfangswandung eine Erhöhung 6b aufweist und der Zapfen oder Dübel 3 eine Vertiefung 5b ist es vorteilhaft, wenn die Erhöhung 6b möglichst tief in der Bohrung 4 angeordnet ist und die Vertiefung 5b sich am freien Ende des Zapfens oder Dübels 3 befindet (vgl. 18a). Dadurch lassen sich beide Teile leicht ineinander stecken und die Kraft zum Überwinden der Presspassung zwischen Zapfen oder Dübel 3 und Erhöhung 6b in der Bohrung 4 muss erst gegen Ende des Einsteckweges aufgebracht werden. Bei der kinematischen Umkehr verhält es sich genau anders herum. Hier sollte die Vertiefung in der Bohrung möglichst nahe an der Öffnung und die Erhöhung am Zapfen möglichst nahe an der Brüstung angeordnet sein. In beiden Fällen wird bewirkt, dass nur ein kurzer Weg zum Überwinden der Presspassung erforderlich ist.
19 zeigt eine erfindungsgemäße Steckverbindung, bei der der Zapfen 3 und die Bohrung 4 mit demselben Fräswerkzeug 30 hergestellt werden kann, wie aus 20 ersichtlich ist. Das Werkzeug 30 weist einen Schaft 31 auf, mit dem es in eine Werkzeugmaschine eingesteckt werden kann und eine Schneide 32, die mit einer Vertiefung 34 und einer Erhöhung 33 versehen ist. Die Vertiefung 34 befindet sich in der Nähe des freien Endes 35 und ist ebenso geschärft wie die Erhöhung 33, die sich im Bereich des dem Schaft 31 zugewandten Endes der Schneide 32 befindet.
20a zeigt, wie mit dem Werkzeug 30 der Zapfen 3 gefräst wird. 20b zeigt, wie mit demselben Werkzeug 30 die Bohrung 4 gefräst wird. Der maximale Durchmesser d des Werkzeuges 30 ist kleiner als der Durchmesser D der Bohrung 4. Das Werkzeug 30 wird auf einer Umlaufbahn um den Zapfen 3 bzw. innerhalb der Bohrung 4 geführt, um die Kontur von Zapfen/Bohrung zu erzeugen. Dadurch, dass Zapfen 3 und Bohrung 4 mit demselben Werkzeug 30 hergestellt werden, entfällt ein Werkzeugwechsel, wodurch die Prozesszeiten verkürzt werden. Dadurch, dass die Tiefe T_B der Bohrung größer ist als die Länge L_Z des Zapfens 3 wird ein ausreichender Bauraum erzeugt oder die Länge L_Z des Zapfens 3 muss weiter verkürzt werden. So können wohl Vertiefungen 5b, 6 am Zapfen 3 bzw. der Bohrung 4 als auch Erhöhungen 5, 6b erzeugt werden.
Bei der in 21 dargestellten Verbindung ist der Zapfen 3 nur geringfügig kürzer als die Tiefe der Bohrung 4 (vgl. 21c). Auch bei dieser Ausgestaltung können Zapfen 3 und Bohrung 4 mit demselben Werkzeug 30 hergestellt werden, wie 22 zeigt. Durch den Vorsprung 5 in der Nähe der Brüstung 11 der Kantel 1 und der Vertiefung 5b am freien Ende 3a des Zapfens erfolgt zusammen mit der Vertiefung 6 im Bereich der Öffnung der Bohrung 4 und dem Vorsprung 6b im Bereich des Grundes der Bohrung 4 eine doppelte Verriegelung. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 19 ist hier die Haltekraft größer. Die Vertiefung 34 und die Erhöhung 33 an der Schneide 22 müssen identisch profiliert sein und punktsymmetrisch zueinander um den Symmetriepunkt P angeordnet sein. Diese Verbindung erfordert das speziell ausgebildete Werkzeug 30 mit einem im Wesentlichen achsparallelen Schneidenprofil, bei dem die Vertiefung 34 und die Erhöhung 33 identisch und zueinander punktsymmetrisch angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schneidenprofil des Werkzeugs 30 am Übergang zum Schaft 31 eine Fase 36 aufweist. Auf diese Weise kann sowohl am Zapfen 3 als auch an der Bohrungsöffnung eine Fase 3b, 4b angefräst werden, wodurch das Einführen des Zapfens 5 in die Bohrung 4 erleichtert wird.
Bei dem Zapfen 3 nach 23a endet seine Länge L_Z in der Mitte der Vertiefung 5b gemäß 21. Dadurch wird die „zweite Verriegelungszone” auf eine Einführphase bzw. im zusammengesteckten Zustand auf eine Zentrierung reduziert.
Die „punktsymmetrische Profilgebung” des Werkzeuges 30 ist nur eine bevorzugte Ausführungsform für eine „Doppelverriegelung”. Selbstverständlich ist eine Doppelverriegelung auch mit dem Profil nach 20 möglich. Der Zapfen 3 müsste hierzu nur länger ausgebildet sein, so dass er an seinem freien Ende 3a noch eine Vertiefung erhält. Für eine Doppelverriegelung ist also nur wesentlich, dass Zapfen 3 und Bohrung 4 axial beabstandet eine Erhöhung 5, 6b und eine Vertiefung 6, 5b aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie im zusammengefügten Zustand ineinandergreifen. Das in 21 dargestellte punktsymmetrische Profil ist zum einen sehr einfach aufgebaut. Zum anderen wurde in Versuchen festgestellt, dass eine solche Verbindung auch nach mehrmaligem Ein- und Ausstecken im zusammengefügten Zustand immer noch dicht anliegt. Bei dem punktsymmetrischen Profil liegen die Erhöhungen und die Vertiefungen mehr oder weniger flächig an, wenn man einmal von der geringen plastischen Deformation absieht. Bei dem Profil gemäß 20 entsteht eher ein Linienkontakt, der zu einer Kantenpressung und dadurch zu stärkerer plastischer Deformation führt, was letzten Endes nach mehrmaligem Ein- und Ausstecken axiales Spiel hervorruft.
Bezugszeichenliste

1: Kantel
1': Platte
2: Kantel
2': Platte
3: Zapfen/Dübel
3a: freies Ende
3': Zapfen (Feder)
3b: Fase
4: Bohrung
4a: Fase
4': Nut
5: Erhöhung
5a: Erhöhung
5b: Vertiefung
5': Erhöhung
6: Vertiefung
6': Vertiefung
6b: Erhöhung
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
30: Werkzeug
31: Schaft
32: Schneide
33: Erhöhung
34: Vertiefung
35: freies Ende
36: Fase
B: Breite
H: Höhe
L: Länge
I₁: Abstand
I₃: Abstand
P: Symmetriepunkt
L_Z: Länge
T_B: Bohrung
T: Tiefe
α: Winkel
β: Winkel
γ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2646351 A1 [0002]
DE 3728025 A1 [0003]
DE 102011103196 [0004]

Claims

Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln (1, 2), insbesondere aus Holz oder Holzwerkstoff, bestehend aus einem an der ersten Kantel (1) hervorstehenden Zapfen (3, 3') und einer in der zweiten Kantel (2) vorgesehenen Bohrung (4, 4'), dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3, 3') mindestens eine an seiner Umfangsfläche vorgesehene Erhöhung (5, 5') und die Bohrung (4, 4') eine in ihrer Umfangswandung vorgesehene Vertiefung (6, 6') aufweist, und dass bei hergestellter Verbindung die Erhöhung (5, 5') in die Vertiefung (6, 6') eingreift.
Einrichtung zum Verbinden zweier Kanteln (1, 2), insbesondere aus Holz oder Holzwerkstoff, bestehend aus einem an der ersten Kantel (1) hervorstehenden Zapfen (3, 3') und einer in der zweiten Kantel (2) vorgesehenen Bohrung (4, 4'), dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3, 3') mindestens eine an seiner Umfangsfläche vorgesehene Vertiefung (5b) und die Bohrung (4, 4') eine in ihrer Umfangswandung vorgesehene Erhöhung (6b) aufweist, und dass bei hergestellter Verbindung die Vertiefung (5b) in die Erhöhung (6b) eingreift.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung (5, 6b) bzw. Vertiefung (6, 5b) über die Umfangsfläche des Zapfens (3) oder der Bohrung (4) umläuft.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3) im Bereich einer Brüstung (11) eine Erhöhung (5) und im Bereich seines freien Endes (3a) eine Vertiefung (5b) aufweist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Brüstungsfläche (11) mindestens einer Kantel (1) eine Riffelung (12) aufweist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3) einstückig an der ersten Kantel (1) ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3) in eine in der ersten Kantel (1) vorgesehene Bohrung (13) einsteckbar ist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3, 3') in der Bohrung (4, 13) zusätzlich durch Leim oder eine Verschraubung gesichert wird.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3) in axialer Richtung mindestens eine durchgängige Abflachung (10) oder Rille (10a) und/oder die Bohrung (4) in axialer Richtung eine durchgängige Nut aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Zapfens (3, 3') und die Innenkontur der Bohrung (4, 4') mit demselben Werkzeug (30) hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_Z) des bearbeiteten Zapfens (3, 3') kürzer ist als die Tiefe (T_B) der bearbeiteten Bohrung (4, 4').
Werkzeug zur Herstellung einer Einrichtung nach Anspruch 4, mit einem Schaft (31) zur Einspannung in eine Werkzeugmaschine und mindestens einer Schneide (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide (32) im Bereich ihres freien Endes (35) eine Vertiefung (34) und im Bereich des dem Schaft (31) zugewandten Endes eine Erhöhung (33) aufweist.