DE102017121253A1

DE102017121253A1 - Verbindungsanordnung, Verbindungselement und Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung

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Publication number: DE102017121253A1
Application number: DE102017121253.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: DE102017121253B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (16) umfassend ein Verbindungselement (01) und mindestens zwei zu verbindende Bauteile (17). Die Bauteile (17) weisen eine gemeinsame, axial fluchtende Durchgangsbohrung (18) auf. Das Verbindungselement (01) umfasst einen Stab (02), eine Mutter (03) und einen Querbolzen (04). Der Stab (02) weist an einem ersten Endabschnitt (06) ein Außengewinde (07) und an einem zweiten Endabschnitt (08) mindestens eine axial beabstandete, quer zur Stabachse (11) verlaufende Querbohrung (09) auf, wobei der Außendurchmesser (d_a) des Außengewindes (07) nicht größer als der Außendurchmesser (d_s) des zweiten Endabschnitts (08) ist, und wobei der Stab (02) mit Presspassung in die gemeinsame Durchgangsbohrung (18) der Bauteile (17) eingetrieben ist. Die Mutter (03) ist mit ihrem Innengewinde auf das Außengewinde (07) des ersten Endabschnitts (06) des Stabes (02) aufgeschraubt. Der Querbolzen (04) ist in einer der Querbohrungen (09) des Stabes (02) festsitzend eingebracht. Der Abstand zwischen dem Querbolzen (04) und der Mutter (03) ist so eingestellt, dass die dort befindlichen mindestens zwei Bauteile (17) durch eine zwischen dem Querbolzen (04) und der Mutter (03) wirkende Zugkraft druckverspannt sind. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbindungselement (01) sowie ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungsanordnung (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verbindungselement zum Verbinden mindestens zweier Bauteile. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der Verbindungsanordnung mit dem Verbindungselement.
Im Bauwesen, insbesondere im Holzbau, sind verschiedene Verbindungsmittel für Holz-Holz- und Holz-Stahl-Verbindungen bekannt.
Ein bekanntes Verbindungsmittel ist der Stabdübel, der gemäß DIN als ein nicht profilierter, zylindrischer, an den Enden leicht angefaster Stab ausgebildet ist. Gemäß EN ist das stiftförmige Verbindungsmittel aus Metall. Der Stabdübel besitzt eine Tragwirkung im Verbund. Bekanntermaßen sind die Bohrlochdurchmesser, in die die Stabdübel eingetrieben werden, nicht größer als der jeweilige Stabdübeldurchmesser. Vorteil, der im Vergleich zu den Stabdübeldurchmessern gleich großen oder kleineren Bohrlochdurchmesser in die die Stabdübel eingebracht werden, ist die erhöhte Duktilität, also die mögliche plastische Verformung ohne Zerbrechen des Verbindungsmittels. Der Stabdübel ist bei Lasteintrag kraftschlüssig. Die Dimensionierung des Stabdübels und die Anzahl der zu verwendenden Stabdübel sind gemäß der Einbausituation zu wählen. Ein Nachteil der Verwendung des Stabdübels ist die Notwendigkeit wenigstens eines weiteren Verbindungsmittels, um die in Achsrichtung des Stabdübels auftretende Kräfte aufnehmen zu können.
Ein weiteres bekanntes Verbindungsmittel ist der Bolzen und insbesondere der Passbolzen, der ähnlich dem Stabdübel aufgebaut ist, aber zusätzlich einen Kopf und eine auf einem Stabgewinde aufgeschraubte Mutter umfasst. Der Passbolzen dient insbesondere der Sicherung außen liegender Stahlteile oder der Verbesserung der Klemmwirkung bei Holz-Holz-Verbindungen. Ebenso wie der Stabdübel weist der Passbolzen im Verbund eine Tragwirkung auf. Insbesondere kommt der Bolzen bei Querbelastung bzw. Scherung zum Einsatz. Da der Bolzen ein Gewinde aufweist, ist das Bohrloch größer als der Bolzendurchmesser zu wählen. Es besteht eine Spielpassung. Bei großer Schlagpräzession kann der Bolzen in ein Bohrloch mit gleichem Durchmesser eingetrieben werden.
Aus der DE 297 23 866 U1 ist ein Verbindungselement bekannt, das insbesondere für Holzbau-Verbundsysteme geeignet ist. Das Verbindungselement umfasst einen Verbundanker, der aus einem Kern mit abstehenden Dornen besteht.
In der DE 87 10 109 U1 wird ein Verbindungsdübel für Holzbauwerke beschrieben. Der Verbindungsdübel besteht aus einem zylindrischen Metall und weist mindestens zwei durchgehende Bohrungen auf, die der Aufnahme von Stabdübeln dienen. Die Stabdübel dienen der Einhaltung der Position des Dübels im Holzbauwerk. Der Dübel ist nicht frei einstellbar, sodass verschieden dimensionierte Dübel vorgehalten werden müssen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine Verbindungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche mindestens zwei Bauteile, insbesondere aus Holz oder Holz und Stahl, sowie ein Verbindungselement umfasst, wobei die Bauteile mittels des Verbindungselements verspannbar sein sollen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verbindungselement für eine derartige Verbindungsanordnung bereit zu stellen, welches sowohl als Klemmelement als auch als Tragelement dient und dabei entsprechend der Dicke der zu verbindenden Materialien variabel einstellbar ist. Ebenso ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungsanordnung anzugeben.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Verbindungsanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1, durch ein Verbindungselement gemäß dem beigefügten Anspruch 9 und durch ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungsanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 10.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung umfasst ein Verbindungselement und mindestens zwei, ggf. auch mehrere zu verbindende Bauteile, die bevorzugt aus Holz bestehen. Die Bauteile weisen eine gemeinsame, axial fluchtende Durchgangsbohrung auf. Das Verbindungselement umfasst mindestens einen Stab, eine Mutter und einen Querbolzen. Der Stab weist an seinem ersten Endabschnitt ein Außengewinde auf. An seinem zweiten Endabschnitt besitzt der Stab mindestens eine durchgehende Querbohrung. Vorzugsweise mehrere Querbohrungen sind zueinander axial beabstandet. Die mindestens eine Querbohrung verläuft rechtwinklig bzw. quer zu einer zentralen Längsachse des Stabes. Der Außendurchmesser des Außengewindes des ersten Endabschnitts ist nicht größer als der Außendurchmesser des zweiten Endabschnitts, vorzugsweise kleiner. Der Stab ist bei hergestellter Verbindungsanordnung mit Presspassung in die gemeinsame Durchgangsbohrung der Bauteile eingetrieben. Demnach sind die Durchmesser des Stabes und der Durchgangsbohrung der Bauteile gemäß den Toleranzen einer Presspassung bzw. Übermaßpassung gewählt. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung ist gleich oder kleiner dem Durchmesser des eingetriebenen Stabes. Die Mutter weist ein Innengewinde auf, mit dem sie auf das Außengewinde des ersten Endabschnitts des Stabes aufgeschraubt ist. Der Querbolzen ist in einer der Querbohrungen des Stabes festsitzend eingebracht. Zwischen dem Querbolzen und der Mutter sind die zwei oder mehreren Bauteile angeordnet. Der Querbolzen und die Mutter liegen unmittelbar oder mittelbar über lastverteilende Scheiben oder dergleichen an jeweils einem Bauteil an. Die Bauteile sind durch eine zwischen dem Querbolzen und der Mutter bestehenden Zugkraft druckverspannt.
Der Querbolzen ist sowohl im Formschluss als auch im Kraftschluss in der Querbohrung eingebracht.
Alle zu verbindenden Bauteile bestehen besonders bevorzugt aus Holz. Alternativ bevorzugt besteht mindestens ein Bauteil aus Metall, insbesondere Stahl, und ein anderes Bauteil aus Holz.
Bevorzugt ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung der mindestens zwei Bauteile 0,1 bis 0,6 mm kleiner als der Stabaußendurchmesser. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung der mindestens zwei Bauteile 0,2 bis 0,5 mm kleiner als der Stabaußendurchmesser.
Bevorzugt ist eine erste Unterlegscheibe zwischen einem ersten Bauteil, welches am nächsten an dem Querbolzen befindlich ist, und dem Querbolzen auf dem Stab angeordnet. Das erste Bauteil, die erste Unterlegscheibe und der Querbolzen sind demnach aneinander anliegend. Die erste Unterlegscheibe befindet sich an dem zweiten Endabschnitt des Stabes.
Vorzugsweise ist eine weitere Unterlegscheibe zwischen einem zweiten Bauteil, welches sich am nächsten an der Mutter befindet, und der Mutter auf dem Stab angeordnet. Das zweite Bauteil, die zweite Unterlegscheibe und die Mutter sind demnach aneinander anliegend. Die zweite Unterlegscheibe befindet sich an dem ersten Endabschnitt des Stabes.
In einer Ausführungsform sind mehrere Unterlegscheiben zwischen dem ersten Bauteil und dem Querbolzen auf dem Stab und/oder zwischen dem zweiten Bauteil und der Mutter auf dem Stab angeordnet.
Unterlegscheiben oder vergleichbare Elemente zur Lastverteilung und Abstandhaltung sind zumeist scheibenförmig ausgebildet und besitzen eine zentrale Bohrung. Bevorzugt ist der Innendurchmesser der Unterlegscheibe größer, aber zumindest gleich groß des Stabdurchmessers. Die Unterlegscheibe dient insbesondere der Vermeidung von Oberflächenverformungen an den Bauteilen beim Verspannen, indem bestehender Kompressionsdruck auf eine größere Fläche verteilt wird. Insbesondere bestehen Unterlegscheiben aus Metall oder Kunststoff. Bevorzugt bestehen die Unterlegscheiben aus Stahl.
In einer Ausführungsform weist das Verbindungselement keine Unterlegscheibe auf. In einer alternativen Ausführungsform weist das Verbindungselement eine der beschriebenen Unterlegscheiben an dem ersten oder dem zweiten Endabschnitt auf. In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform weist das Verbindungselement beide beschriebenen Unterlegscheiben auf, um Bauteilbeschädigungen durch den Querbolzen oder die Mutter aufgrund zu hoher Zug- bzw. Druckkräfte zu vermeiden.
Die Mutter dient als Befestigungs- bzw. Halteelement sowie zum Aufbau der Zugkraft.
In einer Ausführungsform sind durch das Verbindungselement zwischen der Mutter und dem Querbolzen zwei, eine Durchgangsbohrung aufweisende Bauteile auf dem Stab verspannt. In einer alternativen Ausführungsform sind zwischen der Mutter und dem Querbolzen drei oder mehr eine Durchgangsbohrung aufweisende Bauteile auf dem Stab verspannt.
Vorzugsweise weist der Stab zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt einen mittleren Abschnitt auf. Der mittlere Abschnitt des Stabes ist als ein glatter Schaft ausgebildet. Demnach weist der Stab in dem mittleren Abschnitt eine durchgehend glatte Oberfläche auf, die durch keine Querbohrungen oder durch kein Gewinde unterbrochen ist. Die drei Stababschnitte sind aufeinanderfolgend am Stab ausgebildet.
Der Durchmesser des mittleren Abschnitts des Stabes entspricht bevorzugt dem Durchmesser des Stabes im zweiten Endabschnitt, sodass die Durchmesser identisch sind.
Der mittlere Abschnitt des Stabes ist in seiner axialen Erstreckung bzw. Länge entlang der Stabachse bevorzugt länger ausgebildet als die axiale Erstreckung bzw. Länge des ersten oder des zweiten Endabschnitts. Besonders bevorzugt ist der mittlere Abschnitt des Stabes in seiner axialen Erstreckung entlang der Stabachse länger ausgebildet als die gemeinsame axiale Erstreckung des ersten und des zweiten Endabschnitts.
Vorzugsweise ist die Gestaltung des Stabes, insbesondere der Durchmesser des Stabes sowie dessen Länge, entsprechend der auf die Verbindungsanordnung im Einsatz wirkenden Kräfte bzw. auf die auf den Stab wirkenden Kräfte, bspw. Scherung, zu wählen.
In seiner Grundform ist der Stab vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Bevorzugt ist der erste Endabschnitt des Stabes, der das Außengewinde aufweist, kürzer als der zweite Endabschnitt des Stabes, der mehrere Querbohrungen aufweist. Besonders bevorzugt weist der zweite Endabschnitt mindestens die doppelte Länge des ersten Endabschnitts des Stabes auf. Alternativ bevorzugt weist der zweite Endabschnitt mindestens die dreifache Länge des ersten Endabschnitts des Stabes auf.
Bevorzugt besteht der Stab aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Stahl.
Der Stab umfasst mindestens eine Querbohrung an seinem zweiten Endabschnitt. Bevorzugt weist der Stab zwei bis zwölf Querbohrungen auf. Vorzugsweise weist der Stab drei Querbohrungen an seinem zweiten Endabschnitt auf. Alternativ bevorzug weist der Stab sechs Querbohrungen an seinem zweiten Endabschnitt auf. Besonders bevorzugt besitzt der Stab zwölf Querbohrungen an seinem zweiten Endabschnitt. Die Querbohrungen sind so zu wählen, dass die auftretende Materialschwächung an die zu erwartenden Kräfte angepasst ist. Ebenso sind die Abstände der Querbohrungen konstruktiv zu berechnen.
Die Querbohrungen sind vorzugsweise in regelmäßigen Abständen auf dem Stab angeordnet. Die Querbohrungen dienen der Variabilität des Stabes bezüglich seiner Länge im Einbauzustand bzw. im Einsatz. Die Querbohrung, in die der Querbolzen eingebracht ist, ist variabel gemäß der axialen Ausdehnung der Bauteile entlang der Stabachse gewählt. Der Vorteil der Variabilität des Stabes ist, dass nicht für jede Breite der Bauteile in ihrer axialen Ausdehnung entlang der Stabachse ein anderer Stab mit entsprechender Länge vorgehalten werden muss. Vielmehr kann ein und derselbe Stab für verschiedene Bauteilausdehnungen genutzt werden. Dies ist bspw. von Vorteil, wenn im Holzbau naturbelassene Rundhölzer verbunden werden sollen, die bekanntermaßen über ihre Länge unterschiedliche Holzstärken bzw. Holzbreiten aufweisen. Die mehreren Querbohrungen besitzen einen axialen Abstand im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 15 mm.
Besonders bevorzugt sind die Querbohrungen orthogonal zu den auf die Bauteile einwirkenden Kräften ausgerichtet. Dies führt zur geringsten Tragfähigkeitsreduzierung bzw. zur geringsten Querschnittsschwächung im Bereich der Querbohrung am Stab. Das Trägheitsmoment des Stabes ist im Bereich der orthogonal zum Krafteintrag liegenden Querbohrung bzw. im Bereich des in die Querbohrung eingebrachten Querbolzens größer als das Trägheitsmoment des Stabes im Bereich der parallel zum Krafteintrag liegenden Querbohrung. Der in der Querbohrung befindliche Querbolzen dient als Richtungszeiger, wobei er angibt wie die Querbohrung zum Krafteintrag ausgerichtet ist.
Der Querbolzen und die Querbohrung weisen gemeinsam bevorzugt eine Spielpassung auf. Alternativ bevorzugt besteht zwischen dem Querbolzen und der entsprechenden Querbohrung eine Übergangspassung.
Der in die Querbohrung eingebrachte Querbolzen ist bevorzugt ein Splint, der einen Hammerkopf aufweist. Der Durchmesser des Splints ist dermaßen gestaltet, dass er in die Querbohrung passt und dabei höchstens ein geringes Spiel aufweist. Bevorzugt sind der Splintdurchmesser und der Querbohrungsdurchmesser gleich groß. Alternativ ist das Querbolzen ein Keil, der in die Querbohrung eingetrieben wird. Der Querbolzen kann auch als Stift ausgebildet sein. Bevorzugt besteht der Querbolzen aus Metall.
Bevorzugt weist das distale Ende des zweiten Endabschnitts des Stabes eine stetige Querschnittsverjüngung auf. Vorzugsweise ist das distale Ende des zweiten Endabschnitts des Stabes mit einer Fase ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist das distale Ende des zweiten Endabschnitts des Stabes abgerundet ausgebildet. Somit ist das distale Ende des zweiten Endabschnitts des Stabes dermaßen ausgebildet, dass das Eintreiben des Stabes in die Durchgangsbohrung der Bauteile erleichtert wird.
Vorzugsweise wird beim Eintreiben des Stabes in die Durchgangsbohrung ein Gleitmittel verwendet. Das Gleitmittel kann beispielsweise Silikon sein.
Die zwischen dem Querbolzen und der Mutter bestehende Zugkraft ist durch das gewählte Drehmoment, mit dem die Mutter aufgeschraubt wird, einstellbar. Bevorzugt sind der Querbolzen und die Mutter so druckverspannt, dass bei bestehender Zugkraft ein kurzer proximaler Abschnitt des Außengewindes des Stabes in der Durchgangsbohrung positioniert ist. Dabei ist in einer Ausführungsform der mittlere Abschnitt des Stabes vollständig in der Durchgangsbohrung befindlich. Alternativ bevorzugt sind der Querbolzen und die Mutter so druckverspannt, dass bei bestehender Zugkraft sich das Außengewinde des Stabes im Wesentlichen vollständig außerhalb der Durchgangsbohrung der Bauteile befindet, wobei die Mutter oder eine Unterlegscheibe oder ein alternatives Zwischenelement unmittelbar an der der Mutter zugewandten Bauteilseite anliegt, und wobei eine Unterlegscheibe oder ein alternatives Zwischenelement mittelbar oder unmittelbar an der Mutter anliegt. Alternativ sind mehrere Unterlegscheiben und/oder alternative Zwischenelemente zwischen Bauteil und Mutter positioniert. Bei beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der mittlere Abschnitt des Stabes außerhalb der Durchgangsbohrung befindlich. Alternativ kann der zweite Endabschnitt außerhalb der Durchgangsbohrung auf der der Mutter zugewandten Bauteilseite befindlich sein.
Die Verbindungsanordnung ist vorzugsweise eine lösbare Anordnung. Vorzugsweise kommt die Verbindungsanordnung in tragenden Holzbauwerken zum Einsatz.
Die vorliegende Erfindung vereint die Vorteile eines Bolzens, insbesondere eines Passbolzens, mit den Vorteilen eines Stabdübels, indem durch das Verbindungselement sowohl Querzugkräfte als auch Beanspruchung durch Biegung aufgenommen werden. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist, dass der Stab in Presspassung in der Durchgangsbohrung der Bauteile eingetrieben ist und somit eine verbesserte Duktilität aufweist. Er ist mit einer Lochleibungsvorspannung eingebaut und bei Lasteintrag sofort kraftschlüssig. Ein Vorteil dabei ist, dass der Stab sowohl Sicherungs- bzw. Klemmelement als auch Tragelement ist. Die Tragfähigkeit der Verbindungsanordnung kann somit um 20% bis 50% im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen erhöht werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist die Variabilität. Aufgrund der mehreren in den Stab eingebrachten Querbohrungen kann ein einziges Verbindungselement für mehrere Breiten der Gesamterstreckung der Bauteile entlang der Stabachse vorgehalten werden. Wird eine Querbohrung gewählt, die im Vergleich zu anderen Querbohrungen in dem Stab einen geringeren axialen Abstand zu der Mutter aufweist, so kann der Stab hinter der Querbohrung, in welcher der Querbolzen eingebracht ist, gekürzt werden. Dabei sollte ein Rostschutzmittel auf die Schnittstelle aufgebracht werden, um das Rosten des Metallstabes zu vermeiden. Es besteht somit ein variabel einstellbares Maß zwischen der Mutter und dem Querbolzen.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement dient dem Verspannen mindestens zweier Bauteile, insbesondere einer Holz-Holz-Verbindung oder einer Holz-Stahl-Verbindung. Das Verbindungselement umfasst einen Stab, eine Mutter sowie einen Querbolzen. Der Stab ist bevorzugt als ein metallisches zylinderförmiges Element ausgebildet. Der Stab weist einen ersten und einen zweiten Endabschnitt auf und ist in eine gemeinsame Durchgangsbohrung der Bauteile mit Presspassung einbringbar, um diese zu verbinden, wobei der Außendurchmesser des Stabes dementsprechend gewählt ist. An dem ersten Endabschnitt des Stabes ist ein Außengewinde ausgebildet. Der Außendurchmesser des Außengewindes ist nicht größer als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des Stabes. Der zweite Endabschnitt weist mindestens eine, bevorzugt mehrere durchgehende Querbohrungen auf. Die Querbohrungen sind axial beabstandet, quer zur Längsachse des Stabes verlaufend. Die Mutter weist eine zentrierte Bohrung mit einem Innengewinde auf. Mittels des Innengewindes ist die Mutter auf das Außengewinde des ersten Endabschnitts des Stabes aufschraubbar. Das Innengewinde ist demnach entsprechend des Außengewindes des Stabes ausgebildet, sodass das Stabaußengewinde und das Mutterinnengewinde zusammen passen und einen Verbund bilden können. Der Querbolzen ist in eine der Querbohrungen des Stabes festsitzend einbringbar. Der Querbolzen ist in diejenige Querbohrung einbringbar, deren Abstand zum proximalen Ende des Außengewindes kleiner gleich der Gesamtdicke der zu verspannenden Bauteile im Bereich der Durchgangsbohrung ist.
Für das Verbindungselement gelten die zuvor im Zusammenhang mit der Verbindungsanordnung beschriebenen Ausführungsformen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung gemäß der zuvor beschriebenen Verbindungsanordnung sieht in einem ersten Verfahrensschritt vor, dass mindestens zwei zu verspannende Bauteile bereitgestellt werden. In die Bauteile ist ein die Bauteile gemeinsam durchdringende Durchgangsbohrung einzubringen.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass ein Verbindungselement bereitgestellt wird, welches dem zuvor beschriebenen Verbindungselement mit seinen Ausführungsformen entspricht. Es wird ein Durchmesser des Stabes des Verbindungselements gewählt, der einen geringfügig größeren Durchmesser als der Durchmesser der Durchgangsbohrung in den Bauteilen aufweist.
Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt wird der Stab des Verbindungselements in die Durchgangsbohrung der Bauteile mit Presspassung eingeschlagen, sodass beide Endabschnitte des Stabes abschnittsweise außerhalb der Durchgangsbohrung positioniert sind. Demnach wird der Stab in die Durchgangsbohrung ohne Spiel eingebracht. Der Stab kann von beiden Öffnungen der Durchgangsbohrung aus eingeschlagen werden. Bevorzugt erfolgt das Einschlagen des Stabes so, dass die Einschlagkraft auf den Stab auf den ersten Endabschnitt des Stabes einwirkt. Der Stab wird so weit in die Durchgangsbohrung eingeschlagen, dass der erste Endabschnitt mit dem Außengewinde mindestens derart aus dem Bauteil herausragt, dass die Mutter, ggf. mit einer Unterlegscheibe, vollständig aufschraubbar ist.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass ein Querbolzen in diejenige Querbohrung des Stabes eingebracht wird, welche sich am nächsten an einem der Bauteile befindet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Mutter mittels ihres Innengewindes auf das Außengewinde des ersten Endabschnitts des Stabes so lange aufgeschraubt, bis zwischen Querbolzen und Mutter eine hinreichende Zugkraft besteht und dadurch die auf dem Stab befindlichen Bauteile zwischen dem Querbolzen und der Mutter druckverspannt werden. Die Vorgehensweise sowie das zu nutzende Werkzeug zum Festziehen einer Mutter sind hinlänglich bekannt.
In einer Ausführungsform wird in einem weiteren Verfahrensschritt der zweite Endabschnitt des Stabes im Bereich der Querbohrung, welche der Querbohrung in der der Querbolzen positioniert ist axial am nächsten liegt, gekürzt. Das Kürzen des Stabes erfolgt, wenn der Stab axial hinter dem Querbolzen übersteht und außerhalb der Durchgangsbohrung befindlich ist. Das Kürzen des zweiten Endabschnitts erfolgt bevorzugt, wenn der zweite Endabschnitt zur Hälfte seiner Erstreckungslänge außerhalb der Durchgangsbohrung befindlich ist. Besonders bevorzugt erfolgt das Kürzen des zweiten Endabschnitts des Stabes, wenn zwei Drittel der Erstreckungslänge des zweiten Endabschnitts außerhalb der Durchgangsbohrung befindlich sind. Beispielsweise kann das Kürzen mit einer Metallsäge oder einem Winkelschleifer erfolgen. Um Rosten des Metalls zu vermeiden, ist die Schnittstelle nachfolgend mit einem Rostschutzmittel bzw. Korrosionsschutzmittel zu bestreichen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungselements;
2 einen ersten von drei Montageschritten zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung als Schnittansicht;
3 einen zweiten von drei Montageschritten zur Herstellung der Verbindungsanordnung als Schnittansicht;
4 einen dritten von drei Montageschritten zur Herstellung der Verbindungsanordnung als Schnittansicht;
5 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Verbindungsanordnung;
6 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Verbindungsanordnung.

1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 01. Das Verbindungselement 01 umfasst einen Stab 02, eine Mutter 03 sowie einen Querbolzen 04. Der Stab 02 besteht aus Metall und ist zylindrisch ausgebildet. Der Stab 02 weist einen erste Endabschnitt 06 mit einem Außengewinde 07 (beispielsweise M24) auf. Weiterhin umfasst der Stab 02 einen zweiten Endabschnitt 08, der mehrere durchgehende Querbohrungen 09 aufweist. Die hier dargestellten fünfzehn Querbohrungen 09 weisen einen Durchmesser von z. B. 6 mm auf und sind zueinander regelmäßig auf einer Stabachse 11 beabstandet im Stab 02 angeordnet. Die Abstände betragen z. B. 15 mm. Des Weiteren weist der Stab 02 einen mittleren Stababschnitt 12 auf, der als glatter Schaft ausgebildet ist. Der mittlere Abschnitt 12 und der zweite Abschnitt 08 besitzen den gleichen Durchmesser d_s . Der Durchmesser d_a des Außengewindes 07 ist nicht größer als der Durchmesser d_s des mittleren und des zweiten Abschnitts 12, 08. Der Stab 02 ist mittels Einschlagen mit Presspassung in eine gemeinsame Durchgangsbohrung (2) zu verbindender Bauteile (2) einbringbar, um diese zu verbinden.
Die Mutter 03, beispielsweise der Bauform M24, ist mittels eines Mutterinnengewindes (nicht gezeigt) auf das Außengewinde 07 des ersten Endabschnitts 06 des Stabes 02 aufgeschraubt. Das Mutterinnengewinde und das Außengewinde 07 des Stabes 02 sind so ausgebildet, dass sie gemeinsam verschraubt werden können.
Der Querbolzen 04 ist in eine der Querbohrungen 09 des Stabes 02 festsitzend einbringbar. Der Querbolzen 04 ist als Splint ausgebildet. Weiterhin umfasst das Verbindungselement 01 zwei Unterlegscheiben, wobei eine erste Unterlegscheibe 13 unmittelbar an dem Querbolzen 04 auf dem Stab 02 positionierbar ist. Eine zweite Unterlegscheibe 14 ist unmittelbar an der Mutter 03 auf dem Stab 02 positioniert. Die Unterlegscheiben 13, 14 dienen der Druckentlastung der eine Zugkraft aufbringbaren Elemente auf zu verspannende Bauteile, wobei die Elemente der Querbolzen 04 und die Mutter 03 sind. Zum Erleichtern des Einschlagens des Stabes 02 mit Presspassung, ist am distalen Ende des zweiten Endabschnitts 08 des Stabes 02 eine stetige Querschnittsverjüngung ausgebildet, sodass dieses halbrund ausgebildet ist.
Im Nachfolgenden wird unter „axial“ eine Richtung entlang oder parallel der Stabachse 11 verstanden.
2 bis 4 stellen die Montageschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 16 dar, wobei diese jeweils als Schnittansicht gezeigt sind. Im Einsatz weist die Verbindungsanordnung 16 ein Verbindungselement 01 auf, welches dem in 1 dargestellten Verbindungselement 01 gleicht. Der in 2 gezeigte Stab 02 weist im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Stab 02 nur eine einzige Querbohrung 09 an seinem zweiten Endabschnitt 08 auf. Zunächst werden drei zu verspannende Bauteile 17 bereitgestellt, in welche eine gemeinsame durchgehende Durchgangsbohrung 18 eingebracht ist. Die Bauteile 17 sind alle aus Holz oder zumindest ein Bauteil 17 besteht aus Metall.
Der in 2 gezeigte erste Montageschritt sieht vor, dass der Stab 02 mit seinem zweiten Endabschnitt 08 voraus in die Durchgangsbohrung 18 der Bauteile 17 eingetrieben wird. Das Einschlagen des Stabes 02 erfolgt z. B. mit einem Hammer 19, wobei die Hammerschläge auf das distale Ende des ersten Endabschnitts 06 des Stabes 02 bzw. die dort aufgeschraubte Mutter 03 erfolgen. Unmittelbar an der Mutter 03 ist die zweite Unterlegscheibe 14 auf dem Stab 02 positioniert, sodass sich die Unterlegscheibe 14 zwischen der Mutter 03 und dem der Mutter 03 nächstliegenden Bauteil 17 befindet. Der Durchmesser d_s des Stabes 02 ist kleiner als der Durchmesser d_b der Durchgangsbohrung 18, sodass eine Presspassung entsteht. Gemäß 2 gilt: d_b = 0,95 × d_s . Der Stab 02 mit der Querbohrung 09 wird in die Durchgangsbohrung 18 der Bauteile 17 soweit eingetrieben, dass die zweite Unterlegscheibe 14 mit der axial benachbarten Mutter 03 an dem Bauteil 17, welches nächstliegend der zweiten Unterlegscheibe 14 ist, zum Anliegen kommt und das die Querbohrung 09 außerhalb der Durchgangsbohrung 18 befindlich ist.
Im zweiten Montageschritt, der in 3 gezeigt ist, befindet sich der eingetriebene Stab 02 in der Durchgangsbohrung 18 der Bauteile 17, wobei die am distalen Ende des zweiten Endabschnitts 08 positionierte zweite Unterlegscheibe 14 unmittelbar an dem ihr naheliegenden Bauteil 17 axial anliegt und die aufgeschraubte Mutter 03 unmittelbar an der zweiten Unterlegscheibe 14 axial anliegt. Im zweiten Verfahrensschritt wird die erste Unterlegscheibe 13 auf den zweiten Endabschnitt 08 des Stabes 02 aufgeschoben und somit auf diesem positioniert. Nach dem Aufschieben der ersten Unterlegscheibe 13 wird der Querbolzen 04 in die am Bauteil 17 naheliegende Querbohrung 09 eingebracht, wodurch zusammen mit der Mutter 03 eine Sicherung des Stabes 02 in der Durchgangsbohrung 18 der Bauteile 17 erfolgt. Zwischen der ersten Unterlegscheibe 13 und dem ihr naheliegenden Bauteil 17, bzw. dessen axial ausgerichteter Außenwand, verbleibt zunächst ein Abstand Δt. Der Abstand Δt ist kleiner gleich dem während des zweiten Verfahrensschritts in der Durchgangsbohrung 18 befindlichen Abschnitt des Außengewindes 07. Demnach darf der Abstand Δt nicht größer sein als der in der Durchgangsbohrung 18 befindliche Abschnitt des Außengewindes 07.
In dem dritten Montageschritt, der in 4 gezeigt ist, wird die auf dem Stab 02 aufgeschraubte Mutter 03 weiter auf das Außengewinde 07 des Stabes 02 aufgeschraubt. Dabei entsteht eine axial ausgerichtete Zugkraft zwischen der Mutter mit ihrer unmittelbar anliegenden Unterlegscheibe 14 und dem Querbolzen 04 mit dessen unmittelbar anliegenden Unterlegscheibe 13. Mittels der durch Festziehen der Mutter 03 erzeugten Zugkraft werden die Bauteile 17 druckverspannt, wobei die Unterlegscheiben 13, 14 an den axial außenliegenden Seiten der äußeren Bauteile 17 unmittelbar zum Anliegen kommen und die Mutter 03 sowie der Querbolzen 04 mittelbar zum Anliegen an den Bauteilen 17 kommen. Der im zweiten Verfahrensschritt zwischen der ersten Unterlegscheibe 13 und dem ihr naheliegenden Bauteil 17 bestehende Abstand Δt besteht durch das Festziehen der Mutter 03 nicht mehr bzw. ist Null. Durch das Festziehen wird die Mutter 03 von einer ersten Position in eine zweite Position gebracht. In der ersten Position, in der sich die Mutter 03 während des ersten und zweiten Verfahrensschritts befindet, ist das distale Ende der Mutter 03 und das distale Ende des ersten Endabschnitts 06 an gleicher axialer Position bzw. nahezu auf gleicher axialer Position. In der zweiten Position, nach dem Festziehen der Mutter 03, befindet sich deren distales Ende beabstandet zu dem distalen Ende des ersten Endabschnitts 06. Der durch das Festziehen der Mutter 03 bestehende Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position entspricht dem während des zweiten Verfahrensschritts bestehenden Abstand Δt. Da der Stab 02 in eine Durchgangsbohrung 18, die einen kleineren Durchmesser als dieser aufweist, eingetrieben wird, besteht eine verbesserte Duktilität gegenüber einem Bolzen, der in ein Bohrloch mit gleichem oder größerem Durchmesser als der Bolzendurchmesser eingetrieben wäre. Ein Kippen der Bauteile 17 bzw. des Stabes 02 oder Verbindungselements 01 wird verhindert. Weiterhin nimmt das Verbindungselement 01 im Einsatz Kräfte auf, wobei die Tragfähigkeit gegenüber ähnlichen bekannten Verbindungen um 20 % bis 50 % erhöht ist.
5 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Verbindungsanordnung 16. Die Verbindungsanordnung 16 umfasst ein Verbindungselement 01, welches zunächst dem in 1 gezeigten Verbindungselement 01 gleicht. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Verbindungselement 01, weist das in 5 gezeigte Verbindungselement 01 lediglich vier Querbohrungen 09 auf. Die gezeigte Verbindungsanordnung 16 umfasst drei Bauteile 17, wobei die beiden äußeren Bauteile 21, 22 je aus einem Seitenteil eines abschnittsweise geteilten bzw. zersägten Rundholzes bestehen. Zwischen den beiden Rundholzseitenteilen 21, 22 ist ein mittleres Bauteil 23 positioniert. Das mittlere Bauteil 23 ist aus Holz oder Stahl, sodass die Verbindungsanordnung 16 eine Holz-Holz-Verbindung oder eine Holz-Stahl-Verbindung ist. Die Bauteile 17 weisen eine gemeinsame Durchgangsbohrung 18 auf, in die der Stab 02 eingebracht ist. Der Querbolzen 04 ist in die der Außenseite des ersten Bauteils 21 nächstliegende Querbohrung 09 eingebracht. Der Abstand zwischen der Mutter 03 mit deren ersten Unterlegscheibe 13 und dem Querbolzen 04 mit seiner zweiten Unterlegscheibe 14 ist so gewählt, dass die dazwischen befindlichen Bauteile 17 mittels Zugkraft druckverspannt sind. Der Abstand zwischen den Unterlegscheiben 13, 14, welche unmittelbar an den äußeren Bauteilen 21, 22 anliegen, entspricht der Gesamtbreite der drei Bauteile 21, 22, 23 bzw. 17 entlang der Stabachse 11. Der Stab 02 kann im Bereich der Querbohrung 09, welche der Querbohrung 09 in der der Querbolzen 04 eingebracht ist am nächsten ist, gekürzt werden. Da der Stab 02 aus Metall besteht, ist auf einen Rostschutz an der Schnittstelle zu achten.
5 zeigt des Weiteren wie Kräfte auf die Bauteile 17 einwirken, die wiederum auf das Verbindungselement 01 wirken. Das mittlere Bauteil 23 erfährt eine Kraft F und die beiden äußeren Bauteile 21, 22 erfahren gemeinsam eine Gegenkraft bzw. jeweils einen Gegenkraftanteil F/2.
6 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Verbindungsanordnung 16. Die in 6 gezeigte Verbindungsanordnung 16 gleicht zunächst der in 5 gezeigten Verbindungsanordnung 16, jedoch weist das Rundholz einen größeren Durchmesser im Vergleich zu dem in 5 gezeigte Rundholzdurchmesser auf. Das mittlere Bauteil 23 gleicht in seiner Breite entlang der Stabachse 11 der in 5 gezeigten Breite des mittleren Bauteils 23. Die beiden äußeren Bauteile 21, 22 weisen eine größere, fast doppelte Breite entlang der Stabachse 11 im Vergleich zu der Breite der in 5 gezeigten äußeren Bauteile 21, 22 auf. Aufgrund der größeren Breite bzw. Dicke der äußeren Bauteile 21, 22 ist der Querbolzen 04 in der axial äußersten Querbohrung 09 angeordnet, welche der Querbohrung 09 entspricht, die am nächsten an dem ersten Bauteil 21 befindlich ist, sich aber außerhalb der Durchgangsbohrung 18 befindet. Aufgrund des größeren Durchmessers der äußeren Bauteile 21, 22 ist auch das mittlere Bauteil 23 quer zur Stabachse 11 verlängert ausgebildet.
Die in 6 gezeigten Querbohrungen 09 sind im Vergleich zu den in 5 gezeigten Querbohrungen orthogonal zu diesen sowie orthogonal zu den auf die Bauteile 17 einwirkenden Kräften ausgerichtet. Orthogonal zur Kraftrichtung eingebrachte Querbohrungen 09 in dem Stab 02 weisen die geringste Tragfähigkeitsreduzierung auf. Die Querbohrungen 09 sind jeweils entlang der Stabachse 11 des Stabes 02 angeordnet.
Bezugszeichenliste

01: Verbindungselement
02: Stab
03: Mutter
04: Querbolzen
05: -
06: erster Endabschnitt
07: Außengewinde
08: zweiter Endabschnitt
09: Querbohrung
10: -
11: Stabachse
12: mittlerer Stababschnitt
13: erste Unterlegscheibe
14: zweite Unterlegscheibe
15: -
16: Verbindungsanordnung
17: Bauteil
18: Durchgangsbohrung
19: Hammer
20: -
21: erstes Bauteil
22: zweites Bauteil
23: mittleres Bauteil
d_s: Stabdurchmesser
d_a: Außengewindedurchmesser
d_b: Durchmesser der Durchgangsbohrung 18
Δt: Abstand zwischen der ersten Unterlegscheibe 13 und dem ihr naheliegenden Bauteil 17

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29723866 U1 [0005]
DE 8710109 U1 [0006]

Claims

Verbindungsanordnung (16) umfassend ein Verbindungselement (01) und mindestens zwei zu verbindende Bauteile (17), die eine gemeinsame, axial fluchtende Durchgangsbohrung (18) aufweisen, wobei das Verbindungselement (01) umfasst: - einen Stab (02), der an einem ersten Endabschnitt (06) ein Außengewinde (07) und an einem zweiten Endabschnitt (08) mindestens eine axial beabstandete, quer zur Längsachse (11) des Stabes (02) verlaufende Querbohrung (09) aufweist, wobei der Außendurchmesser (d_a) des Außengewindes (07) nicht größer als der Außendurchmesser (d_s) des zweiten Endabschnitts (08) ist, und wobei der Stab (02) mit Presspassung in die gemeinsame Durchgangsbohrung (18) der Bauteile (17) eingetrieben ist; - eine Mutter (03), die mit ihrem Innengewinde auf das Außengewinde (07) des ersten Endabschnitts (06) des Stabes (02) aufgeschraubt ist; und - einen Querbolzen (04), welcher in einer der Querbohrungen (09) des Stabes (02) festsitzend eingebracht ist; wobei der Abstand zwischen dem Querbolzen (04) und der Mutter (03) so eingestellt ist, dass die dort befindlichen mindestens zwei Bauteile (17) durch eine zwischen dem Querbolzen (04) und der Mutter (03) wirkende Zugkraft druckverspannt sind.
Verbindungsanordnung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle zu verbindenden Bauteile (17) aus Holz oder mindestens ein Bauteil aus Holz und ein weiteres Bauteil aus Metall bestehen.
Verbindungsanordnung (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Unterlegscheibe (13) auf dem Stab (02) zwischen dem Querbolzen (04) und einem ersten Bauteil (21) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Unterlegscheibe (14) auf dem Stab (02) unmittelbar zwischen der Mutter (03) und einem zweiten Bauteil (22) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stab (02) zwei bis zwölf regelmäßig beabstandete Querbohrungen (09) eingebracht sind.
Verbindungsanordnung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbolzen (04) als ein Splint oder ein Keil ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende des zweiten Endabschnitts (08) des Stabes (02) eine stetige Querschnittsverjüngung aufweist.
Verbindungsanordnung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (02) zwischen dem ersten Endabschnitt (06) und dem zweiten Endabschnitt (08) einen mittleren Abschnitt (12) aufweist, der als ein glatter Schaft ausgebildet ist, dessen Durchmesser vorzugsweise identischen mit dem Durchmesser (d_s) des zweiten Endabschnitts (08) ist.
Verbindungselement (01) zum Verspannen mindestens zweier Bauteile (17), die eine gemeinsame Durchgangsbohrung (18) aufweisen, umfassend: - einen Stab (02), der an einem ersten Endabschnitt (06) ein Außengewinde (07) und an einem zweiten Endabschnitt (08) mindestens eine axial beabstandete, quer zur Längsachse (11) des Stabes (02) verlaufende Querbohrung (09) aufweist, wobei der Außendurchmesser (d_a) des Außengewindes (07) nicht größer als der Außendurchmesser (d_s) des zweiten Endabschnitts (08) ist, und wobei der Außendurchmesser (d_s) im zweiten Endabschnitt (08) so gewählt ist, dass der Stab (02) in Presspassung in die gemeinsame Durchgangsbohrung (18) der Bauteile (17) eintreibbar ist; - eine Mutter (03), die mit ihrem Innengewinde auf das Außengewinde (07) des ersten Endabschnitts (06) des Stabes (02) aufschraubbar ist; und - einen Querbolzen (04), welcher in diejenige der Querbohrungen (09) des Stabes (02) festsitzend einbringbar ist, deren Abstand zum proximalen Ende des Außengewindes (07) kleiner gleich der Gesamtdicke der zu verspannenden Bauteile (17) im Bereich der Durchgangsbohrung (18) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, folgende Schritte umfassend: - Bereitstellen mindestens zweier zu verspannender Bauteile (17) und Einbringen einer die Bauteile (17) durchdringenden gemeinsamen Durchgangsbohrung (18); - Bereitstellen eines Verbindungselements (01) gemäß Anspruch 10, wobei der Durchmesser (d_b) der Durchgangsbohrung (18) geringfügig kleiner als der Durchmesser (d_s) des Stabes (02) gewählt ist; - Einschlagen des Stabes (02) des Verbindungselements (01) in die Durchgangsbohrung (18) der Bauteile (17) mit Presspassung, sodass beide Endabschnitte (06, 08) abschnittsweise außerhalb der Durchgangsbohrung (18) positioniert sind; - Einbringen des Querbolzens (04) in diejenige Querbohrung (09) des Stabes (02), welche sich am nächsten an einem der Bauteile (21) befindet; und - Aufschrauben der Mutter (03) mittels des Innengewindes auf das Außengewinde (07), bis zwischen Querbolzen (04) und Mutter (03) eine Zugkraft besteht, sodass die Bauteile (17) auf dem Stab (02) zwischen dem Querbolzen (04) und der Mutter (03) druckverspannt sind.