DE102014101333A1

DE102014101333A1 - Verfahren zum Befestigen eines Verbinders an einem Holzbauteil

Info

Publication number: DE102014101333A1
Application number: DE102014101333.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Verfahren zum Befestigen eines Verbinders (16; 16') aus einem Nicht-Holz-Werkstoff an einem Bauteil (10), das aus einem Holzwerkstoff besteht, mit den folgenden Schritten: – Herstellen mindestens einer Ausnehmung (14) in dem Bauteil (10), – Tränken des Bauteils (10) im Bereich der Ausnehmung (14) mit einem flüssigen Versiegelungsmittel (24), das den Holzwerkstoff gegen das Eindringen von Feuchtigkeit versiegelt und im ausgehärteten Zustand den Wärmeausdehnungskoeffizienten des getränkten Holzwerkstoffes an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Verbinders annähert, und – Einkleben eines passgenau in die Ausnehmung (14) eingreifenden Zapfens (22) des Verbinders (16) in die Ausnehmung (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Verbinders aus einem Nicht-Holz-Werkstoff an einem Bauteil, das aus einem Holzwerkstoff besteht.
Im Holzbau stellt das Herstellen sicherer und belastbarer Verbindungen der Holzbauteile untereinander sowie das Herstellen von Verbindungen der Holzbauteile mit Bauteilen aus anderen Materialien, beispielsweise Beton oder Stahl, einen erheblichen Kostenfaktor dar.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Verfahren anzugeben, das eine kostengünstige und dennoch sichere und belastbare Verbindung von Holzbauteilen mit anderen Bauteilen aus Holz oder anderen Werkstoffen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten:

– Herstellen mindestens einer Ausnehmung in dem Bauteil,
– Tränken des Bauteils im Bereich der Ausnehmung mit einem flüssigen Versiegelungsmittel, das den Holzwerkstoff gegen das Eindringen von Feuchtigkeit versiegelt und im ausgehärteten Zustand den Wärmeausdehnungskoeffizienten des getränkten Holzwerkstoffes an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Verbinders annähert, und
– Einkleben eines passgenau in die Ausnehmung eingreifenden Zapfens des Verbinders in die Ausnehmung.

Die Verwendung eines Verbinders aus einem Nicht-Holz-Werkstoff ermöglicht es, für die Holzbauteile einfache und kostengünstige Verbindungstechniken wie beispielsweise Schraub- oder Flanschverbindungen einzusetzen, die den beispielsweise im Stahlbau geläufigen Verbindungstechniken ähneln. Voraussetzung ist dazu jedoch, dass der Verbinder seinerseits mit hinreichender Ausreißsicherheit an dem Holzbauteil befestigt werden kann. Dazu wird erfindungsgemäß eine im Prinzip bekannte Zapfen- oder Zinkenverbindung eingesetzt, bei der jedoch die Besonderheit darin besteht, dass die Ausnehmung in dem Holzbauteil vor dem Einkleben des Verbinders mit einem Versiegelungsmittel getränkt wird. Dieses Versiegelungsmittel verhindert zum einen das Eindringen von Feuchtigkeit in den Holzwerkstoff und stellt dadurch sicher, dass die Verbindung nicht durch ein nachträgliches Quellen oder eine Schwindung des Holzwerkstoffes geschwächt wird. Zugleich hat das Versiegelungsmittel die Funktion, eine bessere Kompatibilität zwischen den Wärmeausdehnungskoeffzienten des Holzwerkstoffes und des Materials des Verbinders zu erreichen. Wenn der Verbinder beispielsweise aus Metall besteht, so ist sein Wärmeausdehungskoeffizient normalerweise deutlich höher als derjenige des unbehandelten Holzwerkstoffes. Durch das Versiegelungsmittel, das beim Tränken in den Holzwerkstoff eindringt und dann aushärtet, wird der Wärmeausdehungskoeffizient des Holzwerkstoffes so weit erhöht, dass er dem Wärmeausdehungskoeffizienten des Metalls zumindest ähnlich ist und im Idealfall annähernd mit diesem übereinstimmt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Klebverbindung auch nicht durch differentielle Wärmeausdehnung der beteiligten Komponenten geschwächt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem Holzwerkstoff um einen Schichtholzwerkstoff, beispielsweise ein Brettsperrholz aus Buchenfurnierschichtholz.
Geeignete Versiegelungsmittel sind Phenolharze, die beim Tränken mit Hilfe eines Lösungsmittels verdünnt werden können und nach dem Einkleben des Verbinders durch Erwärmung zum kristallinen Aushärten gebracht werden können. Gegebenenfalls sind auch Melaninharze geeignet.
Das Tränken des Holzwerkstoffs erfolgt vorzugsweise unter Vakuum, damit das Eindringen der Flüssigkeit in den Holzwerkstoff beschleunigt wird.
Die Ausnehmung in dem Holzbauteil kann die Form einer oder mehrerer Keilnuten haben, in die entsprechende Keilzinken des Verbinders eingreifen.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Ausnehmung jedoch auch eine Sackbohrung sein, in die dann eine Gewindestange eingeschraubt wird, die den Verbinder oder zumindest einen Teil des Verbinders bildet.
Der Verbinder kann aus Metall bestehen, wahlweise jedoch auch aus einem anderen Nicht-Holz-Werkstoff, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoff.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems mit einem Holzbauteil und einem Verbinder;
2 eine Ansicht des Holzbauteils nach einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Verbindung;
3 das Holzbauteil nach 2 nach einem weiteren Verfahrensschritt;
4 eine Darstellung entsprechend 2 und 3 für einen weiteren Schritt des Verfahrens;
5 die erfindungsgemäße Verbindung im Endzustand; und
6 einen Schnitt durch ein Holzbauteil mit einem Verbinder in der Form einer Gewindestange.
In 1 ist als Beispiel für ein Bauteil 10, das aus einem Holzwerkstoff besteht, ein (unteres) Ende eines Balkens gezeigt. Bei dem Holzwerkstoff handelt es sich um Buchenfurnierschichtholz, dessen Schichten 12 hier nur schematisch angedeutet sind.
In die Stirnfläche am Ende des Bauteils 10 ist eine Schar paralleler Keilnuten 14 eingefräst, die rechtwinklig zu den Schichten 12 des Schichtholzwerkstoffes verlaufen.
Ein Verbinder 16 aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hat die Form eines Flansches 18 mit Schraubenlöchern 20 und weist auf einer Seite eine Serie von vorspringenden Keilzinken 22 auf, die eine zu den Keilnuten 14 komplementäre Querschnittsform haben. Der Verbinder 16 kann beispielsweise kostengünstig aus einem gewalzten oder extrudierten Strangmaterial hergestellt sein und ermöglicht, wenn er sicher an dem Bauteil 10 befestigt ist, eine einfache und sichere Flanschverbindung dieses Bauteils 10 mit irgendeinem nicht gezeigten anderen Bauteil, das ebenfalls aus einem Holzwerkstoff oder wahlweise auch aus einem anderen Material bestehen kann. Sofern dieses andere Bauteil seinerseits aus einem Holzwerkstoff besteht, kann es einen zu dem Verbinder 16 passenden Verbinder aufweisen, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an dem anderen Bauteil befestigt worden ist.
Das Verfahren zum Befestigen des Verbinders 16 an dem Bauteil 10 soll jetzt unter Bezugnahme auf 2 bis 5 näher erläutert werden.
2 zeigt eine Seitenansicht des Endes des Bauteils 10 mit den eingefrästen Keilnuten 14.
In diesem Zustand wird das Bauteil 10 oder zumindest das mit den Keilnuten 14 versehene Ende dieses Bauteils in eine Vakuumkammer eingebracht und geeignet abgedichtet und mit einer Phenolharzlösung getränkt. Beispielsweise wird das mit den Keilnuten 14 versehene Ende in die Phenolharzlösung eingetaucht, die dann über die verhältnismäßig große Oberfläche der Keilnuten 14 verhältnismäßig rasch in den Holzwerkstoff eindringt und ein Versiegelungsmittel 24 bildet, wie in 3 gezeigt ist.
Anschließend werden die Innenflächen der Keilnuten 14 und/oder die Außenflächen der Keilzinken 22 des Verbinders 16 mit einem geeigneten Kleber beleimt, und der Verbinder 16 wird so an das Ende des Bauteils 10 angesetzt, dass die Keilzinken 22 passgenau in die Keilnuten 14 eingreifen. Dieser Vorgang ist in 4 und 5 dargestellt.
Zum Einkleben der Keilzinken 22 wird ein Kleber verwendet, der mit dem Versiegelungsmittel, also beispielsweise dem Phenolharz verträglich ist. Geeignet sind z. B. Epoxidharzklebstoffe und EPI-Klebstoffe (Emulsion-Polymer-Isocyanat-Klebstoffe).
Das Abbinden des Klebers und das Aushärten des Versiegelungsmittels 24 kann durch Erwärmung beschleunigt werden. Wenn der Verbinder 16 aus Metall besteht, lässt sich die nötige Wärme aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Verbinders gezielt in das Versiegelungsmittel 24 einbringen.
Das Phenol hat im ausgehärteten (kristallinen) Zustand einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 20 × 10^–6 K^–1. Je nach Imprägnierungsgrad wird dadurch der Wärmeausdehnungskoeffizient des Holzes von etwa 8 × 10^–6 K^–1auf etwa 10 × 10^–6 K^–1bis 15 × 10^–6 K^–1erhöht. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des getränkten Holzes liegt dann in der gleichen Größenordnung wie der Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl (ca. 12 × 10^–6 K^–1). Das Versiegelungsmittel verhindert außerdem das Eindringen von Feuchtigkeit in das mit den Keilnuten 14 versehene Ende des Bauteils 10, mit dem Ergebnis, dass dieses Ende des Bauteils danach nicht so stark quillt, aber auch keine nennenswerte Schwindung erfährt. Typischerweise wird die Quellung um mindestens 50 % reduziert. Die Tränkung des Holzwerkstoffes verhindert so, dass sich die Verbindung von Holz und Metall bei Temperaturschwankungen oder Schwankungen der Luftfeuchtigkeit lockert.
Als alternatives Ausführungsbeispiel zeigt 6 einen Verbinder 16' in der Form einer Gewindestange, die an einem Ende des Bauteils 10 befestigt ist. Die Ausnehmung des Bauteils 10 besteht in diesem Fall aus einer passenden Bohrung für die Gewindestange. Das Ende des Bauteils 10 und die Innenflächen dieser Bohrung werden ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel mit dem Versiegelungsmittel getränkt. Das Außengewinde des Verbinders 16' wird dann beleimt, und die Gewindestange wird in die Bohrung des Bauteils 10 eingeschraubt, wobei sich die Gewindegänge in den Holzwerkstoff einschneiden, so dass eine ausreißfeste formschlüssige Verbindung geschaffen wird.
Wahlweise können selbstverständlich auch mehrere Gewindestangen in dem Ende des Bauteils 10 befestigt werden. Auf die vorspringenden Enden der Gewindestange kann dann ein Flansch eines anschließenden Bauteils aufgesteckt werden, und mit auf die Gewindestangen aufgeschraubten Muttern wird dieser Flansch fest gegen das Ende des Bauteils 10 gespannt.

Claims

Verfahren zum Befestigen eines Verbinders (16; 16') aus einem Nicht-Holz-Werkstoff an einem Bauteil (10), das aus einem Holzwerkstoff besteht, mit den folgenden Schritten: – Herstellen mindestens einer Ausnehmung (14) in dem Bauteil (10), – Tränken des Bauteils (10) im Bereich der Ausnehmung (14) mit einem flüssigen Versiegelungsmittel (24), das den Holzwerkstoff gegen das Eindringen von Feuchtigkeit versiegelt und im ausgehärteten Zustand den Wärmeausdehnungskoeffizienten des getränkten Holzwerkstoffes an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Verbinders annähert, und – Einkleben eines passgenau in die Ausnehmung (14) eingreifenden Zapfens (22) des Verbinders (16) in die Ausnehmung (14).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bauteil (10) aus einem Schichtholzwerkstoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schichtholzwerkstoff aus Buchenfurnierschichtholz besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Versiegelungsmittel ein Phenolharz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Versiegelungsmittel ein Melaninharz ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Verbinder (16; 16') aus Metall besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Verbinder (16) einen Flansch (18) aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Verbinder (16) Zapfen in der Form von Keilzinken (22) aufweist, die in dazu komplementäre Ausnehmungen (14) des Bauteils (10) eingreifen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Verbinder (16') eine Gewindestange ist, die in eine Ausnehmung in der Form einer Bohrung des Bauteils (10) eingeschraubt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Tränken mit dem flüssigen Versiegelungsmittel (24) unter Vakuum erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem man das Versiegelungsmittel durch Erwärmung aushärten lässt.