-
Die
Erfindung betrifft eine Knotenpunktverbindung für räumliche Tragwerke mit einem
Knotenstück,
das mit mindestens drei mittels einer in einer gemeinsamen Ebene
wirkenden Klemmverbindung zusammengespannte Bauelemente umfasst,
wobei die einander zugewandten Flächen der Bauelemente Lager
zur Aufnahme von Anschlusselementen für das Tragwerk aufweisen.
-
Eine
derartige Knotenpunktverbindung ist durch die deutsche Patentschrift
DE 30 44 140 C2 bekannt
geworden.
-
Bei
der bekannten Knotenpunktverbindung ist ein Knotenstück aus drei
Bauteilen gebildet, die über
eine Klemmverbindung zusammengehalten werden. Zwischen aneinander
liegenden Bauteilen sind Ausnehmungen vorgesehen, in die die Stäbe eines
Tragwerks derart eingreifen können,
dass sie von den Bauteilen jeweils einenends gehalten werden können. Die
lagerbildenden Ausnehmungen sind in unterschiedliche Richtungen
und Neigungen ausgerichtet, sodass in die Bauteile eingreifende
Stäbe von
diesen Bauteilen unter Einhaltung einer festen Richtungsvorgabe
gehalten werden. Die Stäbe
sind um ihre axiale Achse auch dann drehbar, wenn sie in einen Verbund
von Bauteilen eingespannt sind. Unterschiedliche Knotenstücke müssen dann
für einen Tragwerkverbund
eingesetzt werden, wenn unterschiedliche Neigungen von einem Knotenstück zu einem
anderen Knotenstück
für die
in den Bauteilen gehaltenen Stäbe
gewünscht
werden.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Knotenstück bereitzustellen, das neben
einer variablen Ausrichtung der mit dem Knotenstück zu verbindenden Stäbe und/oder
Profile vereinfachte und schnell auf- und abzubauende ebene und/oder
räumliche
Fachwerke zulässt.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Anschlusselemente als Koppelelemente zur aufsteckbaren
Aufnahme von Stäben
und/oder Hohlprofilen eines Tragwerks ausgebildet sind und dass
die Koppelelemente an einem Ende als kugelförmiger Gelenkkopf und am anderen Ende
zur aufsteckbaren Aufnahme von Stäben und/oder Hohlprofilen ausgebildet
sind.
-
Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Knotenstücks
hat damit den wesentlichen Vorteil, dass die am Knotenstück befestigten
Stäbe oder Hohlprofile
in beliebige Richtungen sowohl schwenkbar als auch gleichzeitig
in jeder Schwenkstellung um ihre Achse drehbar sind. Die zu befestigenden
Stäbe oder
Hohlprofile müssen
nur auf schon fertige Knotenstücke
aufgesteckt werden, damit der gewünschte Tragwerkverbund hergestellt
werden kann. Eine Verschraubung der einzelnen Bauteile miteinander
ist somit nicht mehr notwendig. Deshalb lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Knotenstück Tragwerke sehr
schnell und einfach erstellen. Nachdem die Stäbe und/oder die Hohlprofile
auf das erfindungsgemäße Knotenstück aufgesteckt
sind, lassen sich jeder einzelne Stab oder jedes einzelne Hohlprofil
in die vom Ersteller des Tragwerks gewünschte Richtung verschwenken
und/oder drehen. Die Auslenkung der Koppelelemente ist innerhalb
einer Ebene und aus dieser Ebene heraus möglich.
-
Sind
in einer bevorzugten Ausführungsform die
Bauelemente scheiben- oder
plattenförmig
ausgebildet und sind die Lager Gelenkpfannen, die von zwei sich
gegenüberliegenden
Bauelementen gebildet sind, so lässt
sich ein erfindungsgemäßes Knotenstück durch
einen Zusammenhalt von konstruktiv einfachen und untereinander sehr ähnlichen
Bauelementen erstellen. Die Gelenkpfannen erlauben eine Auslenkung
der in den Gelenkpfannen gelagerten Koppelelementen in alle Richtungen.
Dieser konstruktive Aufbau erlaubt die Anordnung auch von mehr als
drei Bauelementen übereinander,
wobei immer zwei sich gegenüberliegende
Bauelemente eine Gelenkebene für
die in den Lagern gehaltenen Koppelelemente bilden.
-
In
jeder Gelenkebene sind zwei bis acht Koppelelemente anlenkbar, sodass
von einem erfindungsgemäßen Knotenstück mehrere
Hohlprofile in verschiedenste Richtungen sich erstreckend gehalten
werden können.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die das Knotenstück
endseitig abschließenden Bauelemente
eine quadratische, rechteckige oder sechs- bis achteckige Außenkontur
auf und die Außenseite
dieser abschließenden
Bauelemente ist im Wesentlichen eben ausgebildet und die Innenseite dieser
abschließenden
Bauelemente weist Lagerschalenhälften
auf.
-
Dies
hat den Vorteil, dass die auf die Koppelelemente aufgesteckten Hohlprofile
oder Stäbe
in ihrer Auslenkung definiert begrenzt werden können, indem die Außenkontur
der abschließenden
Bauelemente als Anschlag für
die zu haltenden Stäbe
oder Hohlprofile dienen. Mit den ebenen Außenseiten wird eine Oberfläche gebildet,
die im Normalfall nicht mehr verblendet werden muss. Die Innenseiten
der abschließenden
Bauelemente sind so ausgebildet, dass sie eine Lagerhälfte für die gelenkig
zu haltenden Koppelelemente bilden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein aus drei
Bauelementen gebildetes Knotenstück
zwei das Knotenstück
abschließende Bauelemente
und ein zwischen den abschließenden Bauelementen
mittiges, kreisrundes Bauelement auf, das über den Umfang verteilte Durchgangsbohrungen
aufweist, die Lagerschalenhälften
in den gegenüberliegenden
Bauelementen zugeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass über die
Lagerschalenhälften die
zu haltenden Koppelelemente gelenkig gelagert werden können und über die
freien Enden der Durchgangsbohrungen werden die kreisrunden Gelenkköpfe der
Koppelelemente in den Lagerschalenhälften fixiert.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Knotenstück ist die
Klemmverbindung bevorzugt als Schraube mit einem Schraubenkopf ausgebildet,
an den zusätzliche Elemente
ankoppelbar sind, wie z. B. Verkleidungselemente, Informationstafeln
oder Stäbe.
Dies hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Knotenstück noch weiteren Funktionen
zugeführt
werden kann. Ohne umfangreiche konstruktive Maßnahmen lassen sich beispielsweise
Stäbe und/oder
Hohlprofile am Schraubenkopf befestigen, die beispielsweise im Tragwerkverbund
auf Zug beansprucht werden. Der Schraubenkopf kann eine Sacklochbohrung
aufweisen, in der die zusätzlichen
Elemente befestigt werden.
-
In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Koppelelemente
außerhalb
der Bauelemente eine Gewindebohrung zur Aufnahme einer Schraube
auf, die über
die Außenoberfläche eines
Koppelelements hervorstehend herausdrehbar ist.
-
Dies
hat den Vorteil, dass auf Koppelelemente aufsteckbare Stäbe und/oder
Hohlprofile mit diesen Koppelelementen über einen Reibschluss verbunden
werden können,
indem bei aufgestecktem Stab oder Hohlprofil eine Schraube so weit
aus dem Koppelelement herausgedreht wird, bis sich das Koppelelement
und das darauf aufgesteckte Hohlprofil oder der darauf aufgesteckte
Stab so weit gegeneinander verspannen, dass das Koppelelement mit
dem aufgesteckten Stab oder dem aufgesteckten Hohlprofil eine unverrückbare Verbindung
bilden. Um die Verschraubung vornehmen zu können, muss der aufgesteckte
Stab bzw. das aufgesteckte Hohlprofil im Bereich der Schraube eine
Durchbruchsöffnung aufweisen.
Mit einem geeigneten Werkzeug erhält man über die Durchbruchsöffnung Zugang
zu der im Koppelelement angeordneten Schraube, die mittels des Werkzeugs
so weit verdreht werden kann, bis sich das Koppelelement mit dem
aufgesteckten Stab oder Hohlprofil fest verspannt.
-
Die
an dem erfindungsgemäßen Knotenstück befestigten
Koppelelemente sind im Querschnitt bevorzugt quadratisch ausgebildet,
damit quadratische Hohlprofile unter einem Formschluss auf die Koppel elemente
aufgesteckt werden können. Dies
hat den Vorteil, dass aufgesteckte Hohlprofile nicht um die axiale
Erstreckung der Koppelelemente gedreht werden können, sondern eine Drehung
der aufgesteckten Hohlprofile nur im Rahmen der Gelenkverbindung
möglich
ist, die der Gelenkkopf im Lager der Bauelemente vorgibt.
-
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Koppelelemente in unterschiedlichen
Ebenen übereinander angeordnet
sind. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Doppelkammer-Hohlprofile über gleichzeitig zwei
Koppelelemente gesteckt werden können.
Werden beispielsweise die Schrauben in den Gewindebohrungen über die
Außenoberfläche der
Koppelelemente hinausgedreht, so werden die aneinandergrenzenden
Koppelelemente gegeneinander verschwenkt und es ergibt sich eine
Verspannung der Koppelelemente mit dem aufgesteckten Doppelkammer-Hohlprofil.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die auf die Koppelelemente
aufsteckbaren Anschlussprofile Hohlkammerprofile und/oder rohrförmige Stäbe, die
an ihren freien Enden in zwei räumlichen
Richtungen anschrägbar
sind. Dies hat den Vorteil, dass über das Maß einer Abschrägung des
freien Endes eines Hohlkammerprofils oder eines rohrförmigen Stabs
die Auslenkung eines Hohlkammerprofils oder eines Stabs an einem
erfindungsgemäßen Knotenstück vorgegeben
werden kann. Das angeschrägte
Ende eines Hohlkammerprofils wird so weit ausgeschwenkt, bis es
am abschließenden
Bauelement anstößt und mit
dem Anschlag an dem abschließenden
Bauelement ist die Winkelauslenkung des derart angeschrägten Hohlkammerprofils
gegenüber
dem erfindungsgemäßen Knotenstück fest
vorgegeben.
-
Ist
das erfindungsgemäße Knotenstück quadratisch
aufgebaut, so lässt
sich die Anordnungsrichtung der Stäbe durch die Stabendbearbeitung
einfachst vorgeben, indem entsprechende Winkelschnitte an diesen
Stab- bzw. Hohlprofilenden gewählt
werden. 2D- und 3D-Schnitte in Kombination bieten unendlich viele
Richtungsmöglichkeiten.
-
Die
Koppelelemente lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Knotenstück in der
Gelenkebene in beide Richtungen um jeweils mindestens 45° verschwenken
und in der Ebene der Klemmverbindung um ca. 15°. Hat das erfindungsgemäße Knotenstück mehrere
Abgangsrichtungen für
Stäbe und/oder Hohlprofile,
die auf die Koppelelemente aufgesteckt sind, so verdoppeln sich
die Winkelauslenkungen in der Gelenkebene für dort angeordnete Stäbe oder Hohlprofile
auf mehr als 90° und
in der Ebene der Klemmverbindung auf ca. 30°.
-
Beim
Einsatz eines erfindungsgemäßen Knotenstücks mit
zwei Gelenkebenen wird das Knotenstück bei einer Belastung nicht
auf eine gemeinsame Kugelmitte hin belastet, sondern es entsteht
eine Kraftumlenkung, die im Knotenstück eine Verklemmung erzeugt.
-
Werden
die Koppelelemente innerhalb der aneinander grenzenden Bauelemente über Lagerschalenhälften und über das
freie Ende einer Durchgangsbohrung gehalten, so werden die Koppelelemente
kongruent gestellt (durchzentriert).
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Knotenstück mit Koppelelementen
in verschiedenen Gelenkebenen lassen sich beliebige Körperformen über räumliche
Tragwerke erstellen. Verschiedene Knotenstückformen sind nicht mehr notwendig,
es kann mit ein und demselben Knotenstück für die Erstellung des gewünschten
Tragwerks gearbeitet werden. Bei Bedarf können im Randbereich von zu
erstellenden räumlichen
Trag werken Koppelelemente abgenommen werden, die für die Erstellung
des Tragwerks nicht benötigt
werden.
-
Weiterhin
ist es denkbar, dass die für
die Klemmverbindung eingesetzten Schrauben durch Stäbe ersetzt
werden.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung,
die verschiedene Ausführungsbeispiele
von erfindungsgemäßen Knotenstücken zeigen.
-
Es
zeigt:
-
1a ein
erfindungsgemäßes Knotenstück mit zwei
Gelenkebenen, teilweise aufgeschnitten mit vier erfindungsgemäßen Koppelelementen;
-
1b Querschnitte
durch Hohlprofile mit und ohne eingesetzt Koppelelemente gemäß 1a;
-
1c eine
Draufsicht auf ein Bauelement des Knotenstücks aus 1a;
-
2 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Knotenstücks mit
drei Gelenkebenen, in denen beispielhaft vier erfindungsgemäße Koppelelemente
gestrichelt eingezeichnet sind;
-
3 eine
Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Knotenstücks mit
acht Koppelelementen aus sechs Hohlprofilen in einer Gelenkebene;
-
4 eine
der 3 entsprechende Ansicht auf das Knotenstück mit drei
Koppelelementen und drei Hohlprofilen;
-
5a–5f perspektivische
Ansichten von sechs architektonischen Gebilden, die mit Knotenstücken der
Erfindung und Hohlprofilen oder Stäben herstellbar sind.
-
Das
erfindungsgemäße Knotenstück kann
in beliebigen Größen und
Abmessungen hergestellt werden, wobei eine bevorzugte Größe des Knotenstücks kleiner
ist als die in den Figuren gezeigten Elemente.
-
In 1a ist
mit 10 ein Knotenstück
gezeigt, das sich aus einem ersten Bauelement 11, aus einem zweiten
Bauelement 12 und aus einem dritten Bauelement 13 zusammensetzt.
Die Bauelemente 11, 12, 13 sind scheibenförmig bzw.
plattenförmig
ausgebildet und weisen im zusammengesetzten Zustand ein erstes Lager 14,
ein zweites Lager 15, ein drittes Lager 16 und
ein viertes Lager 17 auf. Die Bauelemente 11, 12, 13 sind über eine
Schraube 18 zusammengehalten, die in eine Durchgangsbohrung
eingeschraubt ist, wobei sich die Durchgangsbohrung durch alle Bauelemente 11, 12, 13 hindurch
erstreckt. In dem ersten Lager 14 ist ein erstes Koppelelement 19 gelenkig
gehalten und in den Lagern 15, 16, 17 sind
ein zweites Koppelelement 20, ein drittes Koppelelement 21 und
ein viertes Koppelelement 22 ausgebildet.
-
Auf
der Innenseite des ersten Bauelements 11 und des dritten
Bauelements 13 sind Lagerschalenhälften 23, 24, 25, 26 ausgebildet,
die gemeinsam mit einer Durchgangsbohrung 27 im mittleren
Bauelement 12 (1c) die
Lager 14, 15, 16, 17 bilden.
-
Die
Koppelelemente 19, 20, 21, 22,
die in den Lagern 14, 15, 16, 17 gelenkig
befestigt sind, sind zapfenartig ausgebildet und im Querschnitt
bevorzugt quadratisch (1b).
-
Die
Koppelelemente 19, 20, 21, 22 weisen
in einem Bereich außerhalb
der Bauelemente 11, 12, 13 eine Gewindebohrung 28, 29 auf,
in die jeweils eine Schraube 36 eindrehbar ist, derart,
dass sie mit ihren freien Enden innerhalb der äußeren Oberflächen der Koppelelemente
anordenbar und in einer anderen Stellung so weit aus den Koppelelementen 19, 20, 21, 22 herausdrehbar
ist, dass diese Schraube 36 aus den Gewindebohrungen 28, 29 mit
einem Ende über
die Außenoberfläche der
Koppelelemente 19, 20, 21, 22 vorsteht
(1c). Die Koppelelemente 19, 20, 21, 22 weisen
jeweils einen kugelförmigen
Gelenkkopf 30 auf, der in den Lagern 14, 15, 16, 17 in alle
Richtungen dreh- und/oder schwenkbar gelagert ist. In Pfeilrichtung 31 lassen
sich die Koppelelemente 19, 20, 21, 22 verschwenken,
wie auch 2 zeigt, und in Pfeilrichtung 32 können die
Koppelelemente 19, 20, 21, 22 gedreht
werden.
-
Über die
freien Enden 33 der Koppelelemente 19, 20, 21, 22 lassen
sich in 1b im Querschnitt dargestellte
Stäbe bzw.
Hohlprofile 37 schieben, die im aufgeschobenen Zustand
von dem Knotenstück 10 gehalten
werden. Über
die in den Gewindebohrungen 28, 29 angeordnete
Schrauben 36 lassen sich die aufgeschobenen Stäbe bzw.
Hohlprofile 37 mit den Koppelelementen 19, 20, 21, 22 unverschiebbar
verspannen.
-
Das
Knotenstück 10 weist
eine erste Gelenkebene 34 und eine zweite Gelenkebene 35 auf,
in denen jeweils mehrere Koppelelemente 19, 20, 21, 22 angeordnet
sein können.
Das in der 1 gezeigte Knotenstück kann
in jeder Ebene mit ein bis acht Koppelelementen bestückt werden, da
auch in den Ecken des bevorzugt quadratischen Knotenstücks 10 Koppelelemente
anordenbar sind.
-
2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Knotenverbindung 40 mit drei Gelenkebenen 41, 42, 43.
In jeder Gelenkebene 41, 42, 43 können mehrere
Koppelelemente angeordnet sein, bevorzugt in jeder Ebene zwischen
vier bis acht Koppelelementen.
-
Die
Gelenkebenen 41, 42 werden von einem Knotenstück 10' mit den Bauelementen 12, 13 nach 1 gebildet. Die dritte Gelenkebene 43 wird
durch ein Bauelement 47 erreicht, das unten an das auf
der Außenseite
mit Lagerschalen versehene Bauelement 11' des Knotenstücks 10' angeschraubt ist. In jeder Gelenkebene 41, 42, 43 sind
Koppelelemente 19, 20, 21, 22 und 56, 58 gelenkig
gehalten angeordnet. Es versteht sich, dass die Koppelelemente 19, 20, 21, 22 und 56, 58 auch
unterschiedliche Längen
bzw. Querschnitte aufweisen können.
Die Koppelelemente 19, 20, 21, 22 und 56, 58 sind
beliebig verschwenkbar und erfahren nur eine Begrenzung über Anschläge, die über die
Ränder
der Bauelemente 11, 12, 13; 47 gebildet
sind oder über
Anschläge,
bei denen die einzelnen Koppelelemente 19, 20, 21, 22; 56, 58 bei
einer entsprechenden Auslenkung aneinander stoßen. Bevorzugt sind die Koppelelemente 19, 20, 21, 22 übereinander
angeordnet, sodass ein Mehrkammer-Hohlprofil; beispielsweise das
Zweikammerprofil 37 aus 1b über gleichzeitig
mehrere Koppelelemente 19, 20, 21, 22 geschoben
werden kann. An den Koppelelementen 56, 58 können Einkammerprofile
befestigt werden.
-
An
der Oberseite des Knotenstücks 10' ist ein Aufsatzstück 44 beispielsweise
mittels einer Schraubverbindung befestigt. Dieses Aufsatzstück 44 dient
der Befestigung von Abdeckungen 45, 4f für die auf
die Koppelelemente 19, 20, 21, 22 aufgeschobenen
Hohlprofilstäbe.
-
Vor
allem im Messebau ist eine solche Verkleidung der Profilstücke häufig gewünscht. Die
Abdeckungen 45, 46 lassen sich dabei in ihrer
Winkelstellung der Winkelstellung der Profile anpassen, sodass sie
parallel zu diesen verlaufen.
-
In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
eines Knotenstücks 60 in
einer Draufsicht gezeigt, indem sechs Koppelelemente 61, 62, 63, 64, 65, 66 für Hohlprofile 79 in
einer Gelenkebene gelenkig gehalten werden. Das in der 3 gezeigte
Knotenstück 60 kann
aus zwei, drei oder vier Gelenkebenen bestehen. Die auf die Koppelelemente 61, 62, 63, 64, 65, 66 aufgeschobenen
Stäbe bzw.
Hohlprofile 79 können über in Gewindebohrungen 78 angeordnete Schrauben
an den Koppelelementen 61, 62, 63, 64, 65, 66 über einen
Reibschluss unverrückbar
gehalten werden.
-
Im
Gegensatz zu den Knotenstücken 10, 10' aus den 1 und 2 sind beim
Knotenstück 60 in
den Ecken mit einem Innengewinde versehene Hohlkugeln 69, 70, 71, 72 angeordnet.
Die Koppelelemente 61, 65, die in den Ecken des
Knotenstücks 40 verankert
sind, weisen daher an ihrer Spitze keine Kugeln sondern Gewindezapfen 73 auf,
wie an einem Koppelelement 67 gegenüber dem Koppelelement 61,
das in nicht eingeschraubtem Zustand und ohne Hohlprofil dargestellt
ist, zu sehen ist. In den Hohlkugeln 69, 70, 71, 72 können auch
Koppelelemente 68 zur Anbindung von Stäben 74 angeordnet
werden. Durch Einsatz der Hohlkugeln 69, 70, 71, 72 in
die Knotenstück 10, 10' können diese
leicht in das Knotenstück 60 verwandelt
werden.
-
4 verdeutlicht
zusätzlich
zu 3, wie bei den erfindungsgemäßen Knotenverbindungen die
räumliche
Ausrichtung der Profile 79, 79' allein durch deren Stirnflächen, beispielsweise
der Stirnfläche 77 des
Profils 79' bestimmt
wird. Diese Stirnfläche 77 liegt
an einer Seite des quadratischen Knotenstücks 60 an, wodurch
auch die Schwenkposition des Koppelstücks 64' bezüglich des Knotenstücks 60 festgelegt
wird.
-
In 5a–5f sind
beispielhaft einige räumliche
Tragwerke gezeigt, zu deren Herstellung nur eine Art von Knotenstück 10 eingesetzt
werden muss. Das Knotenstück 10 lässt sich
durch Einsatz von Innengewinde-Hohlkugeln
in den Ecken jederzeit auch in das Knotenstück 60 umwandeln, sodass auch
Stäbe statt
Hohlprofile am Knotenstück
verankerbar sind. Sollen zusätzlich
Elemente wie Verkleidungen oder dergleichen eingesetzt werden, so
können
an diesen Stellen die Knotenstücke 10' mit entsprechenden
Ansatzelementen verwendet werden.