DE10327011A1

DE10327011A1 - Verbindungselement für ebene oder räumliche Gitterstrukturen und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Verbindungselements

Info

Publication number: DE10327011A1
Application number: DE2003127011
Authority: DE
Inventors: Jakob Schmitt; Rainer Schmitt; Ronald Dr. Claus
Original assignee: Willy Voit & Co Stanz Met GmbH; Willy Voit & Co Stanz-Metallwerk GmbH
Current assignee: Willy Voit & Co Stanz Met GmbH; Willy Voit & Co Stanz-Metallwerk GmbH
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für ebene oder räumliche Gitterstrukturen aus stabförmigen Einzelelementen und ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselementes. DOLLAR A Um mit geringem Herstellungsaufwand ein vielseitig einsetzbares und leichtes Verbindungselement zu schaffen, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß das Verbindungselement aus einem Flächenelement besteht, das mindestens zwei Paare von Fahnen aufweist, wobei jeweils durch Umbiegen aus der Ebene zweier einander zugeordneter Fahnen ein Rohrabschnitt ausgebildet ist, mit dem die stabförmigen Einzelelemente verbindbar sind. DOLLAR A Auf diese Weise ist es möglich, aus einem kostengünstig herstellbaren Stanzelement aus biegbarem Material, z. B. aus Blech, ein stabiles Verbindungselement zu schaffen, denn durch die Rohrabschnitte ergibt sich bereits eine starke Versteifungswirkung, die noch dadurch verstärkt werden kann, daß die Kanten des Flächenelementes zwischen zwei Rohrabschnitten aus der Ebene in Richtung zu der Nahtstelle der Fahnen hin angehoben sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für ebene oder räumliche Gitterstrukturen aus stabförmigen Einzelelementen und ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselementes.
Verbindungselemente in Gitterstrukturen stellen die Verbindung zwischen den stabförmigen Einzelelementen dar, welche in der Regel zylindrische, ovale oder polygonale Querschnitte aufweisen. Die Verbindungselemente dienen nicht nur der Lagefixierung der stabförmigen Einzelelemente, sondern sie dienen auch der Aufnahme und Einleitung von Kräften und Momenten von den Einzelelementen bzw. in die Einzelelemente.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einen Vollmetallkörper entsprechend allen Komponentenwirklinien mit Gewindebohrungen zu versehen, in die dann die entsprechend an ihren Enden mit Gewindezapfen versehenen Komponenten eingeschraubt werden. Diese Lösung ist technisch aufwendig und führt bei einer großen Zahl von auf ein Knotenelement zulaufenden Komponenten zu großvolumigen und schweren Knotenelementen.
Weiterhin ist es bekannt, Aufnahmen für jede auf ein Knotenelement zulaufende Komponente aufwendig zu einem Knotenelement zusammenzuschweißen.
Die EP 0 307 628 A1 beschreibt ein Gitterwerk aus Stäben und Knoten, wobei jeder Stab an seinem Ende ein dem Verbinden mit dem Knoten dienendes Anschlußteil, das als Gabel ausgebildet ist, aufweist.
Aus der DE 93 09 779 U1 ist eine Verbindungsanordnung aus kaltverformtem Blech für Rohranordnungen bekannt, die aus einem Kern und zwei haubenartigen Schuhen besteht, bei der ein Rohr an einander gegenüberliegenden Stellen des Kerns angelegt sind. Diese Verbindungsanordnung bringt jedoch hinsichtlich des Herstellungsaufwandes und der Verbindungsmöglichkeiten im Raum Beschränkungen mit sich.
Die DE 197 43 931 A1 beschreibt ein Knotenelement zur Verbindung von zwei oder mehreren Profilen, das die Form eines Hohlprofils aufweist, wobei an wenigstens zwei Wandungen des Grundkörpers stegartige Vorsprünge vorgesehen sind und das Knotenelement einstückig aus Blech gebogen ist. Mit diesem Knotenelement ist jedoch nur eine relativ geringe Lastaufnahme möglich und die Möglichkeiten der räumlichen Gestaltung sind beschränkt. Ein weiteres Profilelement aus Blech zur Herstellung einer Rahmenkonstruktion für ein kastenförmiges Gehäuse ist aus der DE 37 11 215 A1 bekannt.
Schließlich ist aus der DE 35 03 635 C1 eine Verbindungsvorrichtung für zerlegbare Fachwerkbauten bekannt, die als Knotenblech ausgebildet ist, an dem Knotenstäbe befestigt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem Herstellungsaufwand ein vielseitig einsetzbares und leichtes Verbindungselement zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verbindungselement aus einem Flächenelement besteht, das mindestens zwei Paare von Fahnen aufweist, wobei jeweils durch Umbiegen aus der Ebene zweier einander zugeordneter Fahnen ein Rohrabschnitt ausgebildet ist, mit dem die stabförmigen Einzelelemente verbindbar sind.
Auf diese Weise ist es möglich, aus einem kostengünstig herstellbaren Stanzelement aus biegbarem Material, z.B. aus Blech, ein stabiles Verbindungselement zu schaffen, denn durch die Rohrabschnitte ergibt sich bereits eine starke Versteifungswirkung.
Die Zahl der Rohrabschnitte und ihre Anordnung im Raum sowie ihre Form, ihr Querschnitt und ihre Größe bzw. Länge sind praktisch beliebig variierbar, so daß an einem Verbindungselement unterschiedliche Rohrabschnitte angeordnet sein können. Es kann somit auf einfache Weise ein System von Verbindungselementen geschaffen werden, mit dem unterschiedlichste Gestaltungen in der Fläche oder im Raum möglich sind.
Es ist vorteilhaft, daß die Kanten des Flächenelementes zwischen zwei Rohrabschnitten aus der Ebene in Richtung zu der Nahtstelle der Fahnen hin angehoben sind.
Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Steifigkeit des Verbindungselementes.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Nahtstellen der Rohrabschnitte geschlossen sind.
Bei geschlossenen Nahtstellen wird die Belastbarkeit der Rohrabschnitte und des gesamten Verbindungselementes deutlich erhöht, wobei das Schließen sowohl durch Formschluß (z.B. als Schwalbenschwanzverbindung zwischen den Enden der beiden Fahnen) als auch durch Verschweißen im Bereich der Nahtstelle erfolgen kann.
Es ist vorteilhaft, daß die Rohrabschnitte einen zylindrischen, ovalen oder polygonalen Querschnitt aufweisen.
Grundsätzlich sind praktisch beliebige Querschnitte der Rohrabschnitte möglich, wobei die oben angegebenen den üblichen Querschnitten der mit dem Rohrabschnitt zu verbindenden Einzelelemente entsprechen. Je nach Anwendungsfall und den damit verbundenen Anforderungen an die Statik bzw. an das Material sind auch andere Querschnitte, z.B. ein uförmiger Querschnitt, möglich.
Weiterhin ist vorgesehen, daß die stabfömigen Einzelelemente in die Rohrabschnitte einführbar oder auf diese aufbringbar sind.
Es wird ebenfalls vom Anwendungsfall und der gewählten Verbindungsart abhängen, ob ein Einführen der Einzelelemente in die Rohrabschnitte oder ein Aufbringen auf diese bevorzugt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß Verbindungsmittel zum Sichern der Verbindung zwischen einem Rohrabschnitt und dem mit diesem zu verbindenden stabförmigen Einzelelement vorgesehen sind.
Die Art der Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Einzelelement kann aus dem großen Spektrum bekannter Verbindungsarten gewählt werden, wobei nur beispielhaft eine Gewindeverbindung, eine Klemmverbindung, eine Verbindung über Spreizelemente, ein Bajonettverschluß und eine Verbindung mittels durch entsprechende Bohrungen durchgesteckte Sperrbolzen genannt werden sollen.
Bei einem Anwendungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Abdeckung für den Bereich des Verbindungselementes zwischen den Rohrabschnitten vorgesehen ist.
Durch diese Abdeckung, die sich über zwischen den Rohrabschnitten über den Körper de_s Verbindungselementes hinweg erstreckt, wird einerseits der Innenbereich vor Witterungseinflüssen, Schmutzansammlung und dergleichen geschützt und andererseits, je nach Art der Befestigung der Abdeckung eine zusätzliche versteifende Wirkung erzielt.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

• Herstellen eines Flächenelementes mit mindestens zwei Paaren von einander zugeordneten Fahnen,
• Erzeugen von mindestens zwei Rohrabschnitten durch Umbiegen aus der Ebene jeweils zweier einander zugeordneter Fahnen.

Dieses Herstellungsverfahren kann auch für die Großserienproduktion verwendet werden, da es sehr wirtschaftlich ausgestaltet ist. Das Flächenelement kann beispielsweise durch Stanzen erzeugt werden, woran sich der Umbiegevorgang anschließt, im Zuge dessen vorzugsweise auch die zwischen zwei Rohrabschnitten liegenden Kanten des Flächenelementes zur weiteren Versteifung desselben aus dessen Ebene nach oben gezogen werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, folgenden weiteren Verfahrensschritt vorzunehmen

• Anheben der Kanten des Flächenelementes zwischen zwei Rohrabschnitten aus der Ebene in Richtung zu der Nahtstelle der Fahnen hin.

Hierdurch wird das Verbindungselement merklich versteift.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird dies um den folgenden weiteren Verfahrensschritt ergänzt:

• Erstellen von Verbindungsmitteln an dem Rohrabschnitt zum Sichern der Verbindung zwischen dem Rohrabschnitt und einem stabförmigen Einzelelement.

Diese Verbindungsmittel können beispielsweise eingerollte Gewinde, Rastnasen, Koni oder dergleichen sein, die während des Umbiegens der Fahnen oder danach ausgebildet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung liegt der folgende weitere Verfahrensschritt vor:

• Schließen der Nahtstellen mindestens eines der Rohrabschnitte durch Formschluß der beiden Fahnen beim Erzeugen des Rohrabschnittes oder durch Verschweißen.

Durch das Schließen der Nahtstellen wird die Steifigkeit und Belastbarkeit des Verbindungselementes deutlich erhöht.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen
1a, 1b und 1c als 3-er Knoten ausgebildete Verbindungselemente,
2a, 2b und 2c als 4-er Knoten ausgebildete Verbindungselemente,
3a und 3b, ein als 6er-Knoten ausgebildetes Verbindungselement in Draufsicht und in Seitenansicht,
4a und 4b ein als 8er-Knoten ausgebildetes Verbindungselement in Draufsicht und in Seitenansicht,
5a und 5b, ein als modifizierter 8er-Knoten mit sechs Rohrabschnitten ausgebildetes Verbindungselement in Draufsicht und in Seitenansicht,
6 ein mit 4er-Knoten erstelltes Gitterwerk,
7 ein mit 6er-Knoten erstelltes Gitterwerk,
8 ein mit 6er-Knoten und modifizierten 6er-Knoten erstelltes Gitterwerk.
Wie aus den 1 bis 5 ersichtlich, wird das erfindungsgemäße Verbindungselement dadurch hergestellt, daß zunächst ein Flächenelement 1 aus biegsamem Material (z.B. Blech) erzeugt wird, das eine der gewünschten Anzahl von Rohrabschnitten entsprechende Zahl von Fahnen 2 aufweist, wobei die Fahnen 2 so angeordnet sind, daß auf der zwischen zwei einander zugeordneten Fahnen 2a und 2b liegenden Symmetrieebene die Achse des späteren Rohrabschnittes 3 liegt. Aus der Länge und Breite der Fahnen 2 ergibt sich somit auch die Länge und Breite der späteren Rohrabschnitte. Anschließend werden die Fahnen 2a und 2b paarweise zu Rohrabschnitten 3 umgebogen, wobei auch der Querschnitt der Rohrabschnitte 3 wunschgemäß ausgebildet wird, sei es zylindrisch, oval oder polygonal. Vorzugsweise werden auch die zwischen zwei Rohrabschnitten 3 liegenden Kanten 4 des Flächenelementes 1 aus der Ebene des Flächenelementes 1 nach oben in Richtung der Rohrabschnitte 3 gebogen, was eine versteifende Wirkung mit sich bringt. Die Nahtstellen 5 der Rohrabschnitte 3 werden bei dem Umbiegen vorzugsweise geschlossen, was formschlüssig (wie dargestellt durch eine Schwalbenschwanzverbindung) oder durch Verschweißen erfolgen kann.
Der Bereich 6 zwischen den Rohrabschnitten 3 eines Verbindungselementes kann mit einer Abdeckung (nicht dargestellt) vor Verschmutzung bzw. Witterungseinflüssen geschützt werden. Ebenso kann das Verbindungselement auf geeignete Weise (z.B. durch Verzinken, Pulverbeschichten, etc.) vor Korrosion geschützt werden.
Zur Verbindung des Verbindungselementes mit Einzelelementen werden diese entweder auf die Rohrabschnitte 3 des Verbindungselementes aufgebracht oder in diese eingeführt, wobei neben dem einfachen Formschluß vorzugsweise Mittel zum Sichern dieser Verbindung vorgesehen sind, z.B. Gewinde, Koni, Klemmelemente, Rastelemente, etc. Auf diese Weise können aus den Einzelelementen und entsprechenden Verbindungselementen schnell flächige oder räumliche Strukturen gebildet werden, die zudem leicht demontiert werden können.
Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung ein breites Anwendungsspektrum. So können neben flächigen Verbindungselementen, bei denen die Rohrabschnitte 3 jeweils einen gleichen Winkel einschließen (1a, 2a, 3a, 4a) auch solche erstellt werden, bei denen dies nicht der Fall ist, z.B. das T-Stück gemäß 1b. Die Rohrabschnitte 3 können auch räumlich in verschiedenen Ebenen angeordnet sein, wie beispielsweise in 1c, 2b und 2c. Die Zahl der Rohrabschnitte 3 in einer Ebene kann relativ groß sein, wie der 6er-Knoten aus 3 und der 8er-Knoten aus 4 zeigen.
Weiterhin ist es möglich, Rohrabschnitte 3 wie in 5 wegzulassen und statt eines 8er-Knotens einen 6er-Knoten mit spiegelsymmetrisch angeordneten Rohrabschnitten 3 auszubilden. Ebenso wäre eine asymmetrische Ausbildung möglich. Zusammenfassend kann die Zahl und die räumliche Anordnung sowie die Ausgestaltung der einzelnen Rohrabschnitte 3 eines einzelnen Verbindungselementes praktisch beliebig variiert werden.
Mit den erfindungsgemäßen Verbindungselementen sowie dazu passenden Einzelelemten 7 können beispielsweise Gitterstrukturen, wie sie in den 6 bis 8 dargestellt sind, erstellt werden. Die Zwischenräume der Gitterstrukturen können mit Füllelementen 8, die beispielsweise aus Textil, Glas, Kunststoff, Metall, etc. bestehen können, gefüllt werden. Je nach Ausbildung der vorhandenen Verbindungselemente sind der gestalterischen Freiheit praktisch keine Grenzen gesetzt.

Claims

Verbindungselement für ebene oder räumliche Gitterstrukturen aus stabförmigen Einzelelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus einem Flächenelement (1) besteht, das mindestens zwei Paare von Fahnen (2a, 2b) aufweist, wobei jeweils durch Umbiegen aus der Ebene zweier einander zugeordneter Fahnen (2a, 2b) ein Rohrabschnitt (3) ausgebildet ist, mit dem die stabförmigen Einzelelemente verbindbar sind.
Verbindungselement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (5) des Flächenelementes (1) zwischen zwei Rohrabschnitten (3) aus der Ebene in Richtung zu der Nahtstelle (5) der Fahnen (2a, 2b) hin angehoben sind.
Verbindungselement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahtstellen (5) der Rohrabschnitte (3) geschlossen sind.
Verbindungselement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (3) einen zylindrischen, ovalen oder polygonalen Querschnitt aufweisen.
Verbindungselement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabfömigen Einzelelemente in die Rohrabschnitte (3) einführbar oder auf diese aufbringbar sind.
Verbindungselement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsmittel zum Sichern der Verbindung zwischen einem Rohrabschnitt (3) und dem mit diesem zu verbindenden stabförmigen Einzelelement vorgesehen sind.
Verbindungselement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung für den Bereich (6) des Verbindungselementes zwischen den Rohrabschnitten (3) vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselementes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte • Herstellen eines Flächenelementes (1) mit mindestens zwei Paaren von einander zugeordneten Fahnen (2a, 2b), • Erzeugen von mindestens zwei Rohrabschnitten (3) durch Umbiegen aus der Ebene jeweils zweier einander zugeordneter Fahnen (2a, 2b).
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselementes gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt • Anheben der Kanten (5) des Flächenelementes (1) zwischen zwei Rohrabschnitten (3) aus der Ebene in Richtung zu der Nahtstelle (5) der Fahnen (2a, 2b) hin.
Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch den folgenden weiteren Verfahrensschritt • Erstellen von Verbindungsmitteln an dem Rohrabschnitt (3) zum Sichern der Verbindung zwischen dem Rohrabschnitt (3) und einem stabförmigen Einzelelement.
Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch den folgenden weiteren Verfahrensschritt • Schließen der Nahtstellen (5) mindestens eines der Rohrabschnitte (3) durch Formschluß der beiden Fahnen (2a, 2b) beim Erzeugen des Rohrabschnittes (3) oder durch Verschweißen.