DE19741130C1 - Lösbare Stoßverbindung für Rohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lösbare Stoßverbindung für mindestens zwei Rohre mit polygonalem, insbesondere rechteckigem Querschnitt.

Derartige Stoßverbindungen sind in der Praxis beispielsweise aus dem Gerüstbau bekannt, in dem glatte Stahlrohre mit Kreisquerschnitt miteinander zu einem stabilen Tragwerk verbunden werden. Die dabei zur Verbindung benutzten Haltekörper sind im Sinne von zwei Rohrschellen aufgebaut, die jeweils aus zwei miteinander verschraubten Halteelementen bestehen, die jeweils eines der miteinander zu verbindenden Rohre unter Ausübung einer Anpreßkraft umschließen, so dass die Rohrschelle sich entsprechend fest anklemmt. Eines der beiden Halteelemente einer Rohrschelle ist dabei jeweils einstückig mit einem der beiden Halteelemente der anderen Rohrschelle verbunden. Diese Art der Verbindung zweier Rohre hat den Nachteil, dass die Längsachsen der Rohre nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen können.

Ein weiterer Nachteil einer Rohrverbindung mittels der bekannten Haltekörper aus dem Gerüstbau ist darin zu sehen, dass die damit geschaffenen Rohrverbindungen in Rohrlängsrichtung ausschließlich auf einem Kraftschluß beruhen, also in ihrer Qualität allein von der Zuverlässigkeit abhängen, mit der die Schrauben für die Verbindung der Halteelemente untereinander angezogen sind. Dadurch ergeben sich entsprechende Beschränkungen für die durch die Verbindung übertragbaren Schubkräfte.

Im Stahlhochbau werden vielfach Tragkonstruktionen aus Hohlprofilen mit polygonalem Querschnitt, insbesondere mit rechteckigem Querschnitt (Vierkantrohre) hergestellt. Die Verbindungen der einzelnen Rohrschüsse untereinander werden üblicherweise als Schweißverbindungen ausgeführt. Deren Herstellung erfordert unter den gegebenen Baustellenbedingungen in aller Regel einen erheblichen Aufwand je Verbindung. Dies liegt zum einen in der aufwendigen Durchführung der eigentlichen Schweißung, also in dem Legen der einzelnen Schweißnähte, das üblicherweise rein manuell ausgeführt wird. Zum anderen fällt ein erheblicher Aufwand für die Vorbereitung der Schweißfugen und der notwendigen Beilagenbleche an, da die bei einer großvolumigen Gesamtkonstruktion bei der Zurichtung der einzelnen Bauelemente auftretenden Maßtoleranzen vielfach nicht der Genauigkeit entsprechen, die für die Fugengeometrie bei der Schweißnahtvorbereitung einzuhalten ist. Außerdem haben Schweißverbindungen den Nachteil, dass sie nicht mehr lösbar sind. Auf der anderen Seite ist es aber bei einer Schweißverbindung ohne Probleme möglich, die Längsachsen der miteinander zu verbindenden Rohre innerhalb einer gemeinsamen Ebene anzuordnen.

Aus der US 1205733 ist eine lösbare Stoßverbindung für runde Rohre bekannt, bei der an dem aus Halbschalen gebildeten Haltekörper Aussparungen vorgesehen sind, in die Haltenocken einsetzbar sind, die nach dem Anziehen in Einkerbungen der zu verbindenden Rohre eingreifen.

Bei einer anderen lösbaren Stoßverbindung (GB 1493599) sind an dem Haltekörper spikeähnliche Vorsprünge vorgesehen.

Vergleichbar hiermit ist auch die Anordnung von Nasen gemäß dem DE-GM 19 69 380 oder DE-GM 19 93 277.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Stoßverbindung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die gegenüber bisher verwendeten Schweißkonstruktionen kostengünstiger herstellbar ist, im Hinblick auf die Übertragbarkeit von Schubkräften eine erhöhte Sicherheit bietet, eine Anordnung der Rohrlängsachsen in einer gemeinsamen Ebene erlaubt und unter Baustellenbedingungen ausführbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 2-6 hervor.

Bei der erfindungsgemäßen lösbaren Stoßverbindung liegen die Längsachsen der miteinander zu verbindenden Rohre vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, so dass sich die Rohrlängsachsen unter einem bestimmten Winkel schneiden. Dieser Winkel beträgt typischerweise 90°, so dass die zu verbindenden Rohrschüsse ein T oder L bilden. Es ist aber auch möglich, die Rohre unter einem anderen Neigungswinkel (z. B. 45°) miteinander zu verbinden. Bei Bedarf können auch mehr als zwei Rohre miteinander verbunden werden. Ferner können die zu verbindenden Rohre auch so angeordnet werden, dass ihre Längsachsen wie bei der aus dem Gerüstbau bekannten Verbindung nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen. Der zur Verbindung benutzte Haltekörper besteht aus zwei Halbschalen, die vorzugsweise spiegelbildlich zueinander ausgeführt sind. Im Falle einer 90°-Verbindung bedeutet dies, dass beide Halbschalen völlig gleich sein können. Die Teilungsebene der beiden Halbschalen liegt vorzugsweise in der von den Längsachsen der zu verbindenden Rohre aufgespannten Ebene. Die Innenoberfläche der Halbschalen entspricht jeweils der Gestalt der Außenoberfläche der vorzugsweise zwei aufeinanderstoßenden Rohre, d. h. sie stellen eine Negativform der Rohroberflächen im Verbindungsbereich dar. Die Halbschalen werden durch Schrauben, die zweckmäßigerweise an einem flanschartigen Kragen im Bereich der Teilungsebene angeordnet sind, miteinander verspannt und klemmen sich auf diese Art und Weise im Verbindungsbereich an die Rohre an. Als Schrauben werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebige Zugankerverbindungen verstanden, die die beiden Halbschalen unter ausreichender Vorspannung zusammenhalten.

Wesentliches Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Verbindung in Rohrlängsrichtung nicht nur kraftschlüssig, sondern gleichzeitig auch formschlüssig ausgeführt ist. Hierzu sind in den Halbschalen Haltenocken vorgesehen, die in entsprechend geformte Einkerbungen in der Oberfläche der Rohre eingreifen. Diese Einkerbungen, von denen im Verbindungsbereich mindestens eine je Rohr vorhanden sein muß, werden nicht auf den Seitenflächen der Rohre angebracht, sondern liegen an den Längskanten der Rohre. Vorzugsweise weist jede Längskante der zu verbindenden Rohre im Verbindungsbereich jeweils mindestens eine, besonders bevorzugt sogar mindestens zwei Einkerbungen auf. Dementsprechend sind in den Halbschalen jeweils eine Anzahl korrespondierender Haltenocken vorzusehen. Die Einkerbungen werden vorzugsweise nicht spanend erzeugt, sondern spanlos im Sinne einer Kaltverformung durch Einprägung. Die Richtung der Einprägung verläuft dabei etwa parallel zu einer der an die jeweilige Längskante angrenzenden Seitenflächen des Rohres. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass sich die Querschnittsgeometrie des Rohres in unerwünschter Weise verformt (Einbeulen). Diese Art der Verformung ist nicht nur bei Vierkantrohren möglich, sondern ohne weiteres bei Benutzung entsprechender die äußere Querschnittsform des Rohres abstützender Werkzeuge auch bei anderen polygonalen Querschnitten, wie etwa einem Sechseck. Bei Benutzung entsprechender hydraulischer Werkzeuge können die Einkerbungen ohne weiteres unter Baustellenbedingungen an der jeweils gewünschten Stelle angebracht werden. Bei den Halbschalen des Haltekörpers handelt es sich um werkseitig fertigbearbeitete Teile (vorzugsweise Preß-, Guß- oder Spritzteile), die mindestens einen Haltenocken, vorzugsweise mehrere Haltenocken entsprechend der Anordnung der Einkerbungen an den zu verbindenden Rohren aufweisen. Die Form und Lage der Haltenocken ist so gewählt, dass diese im montierten Zustand jeweils in eine der Einkerbungen an den beiden Rohren formschlüssig eingreifen. Auf diese überraschend einfache Weise kann ein außerordentlich sicherer Verbund zwischen den jeweiligen Rohren hergestellt werden. Je nach der gewünschten Tragfähigkeit bezüglich der Schubkräfte kann die Anzahl an Haltenocken und Einkerbungen erhöht werden. Im einfachsten Fall reicht bereits je Rohr eine einzige Einkerbung aus. Praktischerweise wird man jedoch mehrere Einkerbungen vorsehen, vorzugsweise mindestens eine oder zwei Einkerbungen je Rohrlängskante.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Stoßverbindung, bei der lediglich die hintere Halbschale sichtbar ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Stoßverbindung der Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Stoßverbindung und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Vierkantrohres mit Einkerbungen an den Längskanten.

In den Fig. 1 bis 3 ist in drei unterschiedlichen Ansichten eine erfindungsgemäße lösbare Stoßverbindung dargestellt, bei der die beiden zu verbindenden Rohre 2, 3 unter einem Winkel α = 90° aufeinanderstoßen. Während in den Fig. 2 und 3 die beiden Halbschalen 1a, 1b im montierten Zustand dargestellt sind, ist in der Ansicht der Fig. 1 lediglich die hinter den beiden Rohren 2, 3 liegende Halbschale 1a dargestellt. Beide Rohre 2, 3 sind als Vierkantrohre mit quadratischem Profil ausgebildet. Die Halbschalen 1a, 1b umschließen die beiden Rohre 2, 3 im Verbindungsbereich von allen Seiten. Durch insgesamt sechs Schraubverbindungen (Schrauben 4 und Muttern 5) werden die beiden Halbschalen 1a, 1b miteinander verspannt und klemmen sich auf diese Art und Weise fest an die beiden Rohre 2, 3 an. Die Schraubverbindungen sind an flanschartigen Auskragungen der Halbschalen 1a, 1b angeordnet, die im Bereich der Teilungsebene zwischen den beiden Halbschalen 1a, 1b liegen. In den Fig. 1 bis 3 ist eine Vielzahl von Einkerbungen schematisch angedeutet, die mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet sind und sich im Bereich der Längskanten der Rohre 2, 3 befinden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind je Längskante jeweils zwei Einkerbungen 6 vorgesehen worden. In diese Einkerbungen 6 greifen jeweils Haltenocken 7 ein, die auf der Innenseite der Halbschalen 1a, 1b in entsprechender Position und entsprechender Formgebung angebracht sind. Auf diese Weise besteht im montierten Zustand, d. h. bei angezogenen Schraubverbindungen, nicht nur ein Kraftschluss, sondern auch ein Formschluss zwischen den Halbschalen 1a, 1b und den beiden Rohren 2, 3.

In den Fig. 1 und 3 erkennt man deutlich einen erheblichen Vorteil, den die erfindungsgemäße Verbindung bietet. Dieser besteht darin, dass der Abstand zwischen dem Rohr 2 und dem Rohr 3 relativ groß sein darf, also großzügig toleriert sein kann, ohne dass dies irgendwelche Probleme bei der Montage hervorruft. Bei einer Schweißverbindung hätte der maximal zulässige Abstand relativ eng sein und durch Beilagenbleche ausgeglichen werden müssen. Bei Vierkantstahlrohren mit z. B. 100 mm Kantenlänge kann der tolerierbare Abstand ohne weiteres bis zu 20 mm betragen.

In Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Rohrstückes 3 dargestellt, bei der eine zweckmäßige Form der Einkerbungen 6 im Bereich der Längskanten wiedergegeben ist. Diese Einkerbungen 6 werden durch ein hydraulisch angetriebenes Stempelwerkzeug mit einer entsprechenden Außenkontur in die Rohroberfläche eingeprägt, wobei die Prägerichtung senkrecht von oben nach unten, d. h. etwa parallel zu den beiden seitlichen Wänden des Vierkantrohres 3 ausgerichtet ist.

Das Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung dar. Es ist ohne weiteres möglich, in entsprechender Weise auch Rohre miteinander zu verbinden, die in einem schrägen Winkel (z. B. 45°) zueinander angeordnet sind oder beispielsweise ein vollständiges Kreuz bilden. In diesem Fall müssen die Halbschalen selbstverständlich entsprechend in ihrer Form verändert werden. Es ist auch möglich, Rohre mit unterschiedlichen Profilquerschnitten im Sinne der Erfindung miteinander zu verbinden. Dies erfordert ebenfalls nur entsprechende Anpassungen der Halbschalen und der für die Einkerbungen benutzten Preßwerkzeuge. Beispielsweise könnte das Rohr 3 in Fig. 3 anstelle des gezeigten quadratischen Querschnittes einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, bei dem etwa die vertikalen Seitenwände kürzer oder länger als dargestellt ausgebildet sind. An der grundsätzlichen Funktion ändert sich dadurch praktisch nichts.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartige Stoßverbindung geschaffen, die insbesondere für den Stahlhochbau und den Gerüstbau vorteilhaft ist, da sie auch unter Baustellenbedingungen kostengünstig herstellbar ist, keine engen Toleranzen hinsichtlich der Rohrlängen erfordert, ohne weiteres wieder lösbar ist und aufgrund des Formschlusses eine besonders hohe Übertragbarkeit von Schubkräften gewährleistet. Die Lösbarkeit der Verbindungen bietet den Vorteil, dass eine größere Flexibilität im Hinblick auf das Verlegen von Leitungen innerhalb der miteinander verbundenen Profilrohre gegeben ist.

Claims (6)

1. Lösbare Stoßverbindung für mindestens zwei Rohre (2, 3) mit polygonalem, insbesondere rechteckigem Querschnitt, bei der die Rohre (2, 3) durch einen Haltekörper verbunden sind, welcher miteinander verschraubte Halteelemente aufweist, die gemeinsam die Rohre (2, 3) im Verbindungsbereich unter Ausübung einer Anpreßkraft umschließen, wobei

• 1. der Haltekörper aus zwei Halbschalen (1a, 1b) gebildet ist, deren Innenoberfläche der Außenoberfläche der aufeinanderstoßenden Rohre (2, 3) entspricht,
• 2. die Rohre (2, 3) in dem von den Halbschalen (1a, 1b) umschlossenen Bereich jeweils mindestens eine Einkerbung (6) an mindestens einer der Längskanten des jeweiligen Rohres (2, 3) aufweisen,
• 3. an der Innenseite mindestens einer der Halbschalen (1a, 1b) für jedes der Rohre (2, 3) mindestens ein Haltenocken (7) angeordnet ist, dessen Form und Lage dergestalt gewählt ist, dass er in montiertem Zustand jeweils in eine der Einkerbungen (6) der Rohre (2, 3) formschlüssig eingreift und
• 4. der Haltenocken (7) an einer der Halbschalen (1a, 1b) einstückig und außerhalb der Teilungsebene zwischen den beiden Halbschalen (1a, 1b) angeformt ist.

2. Stoßverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Längskante der Rohre (2, 3) im Verbindungsbereich jeweils mindestens eine Einkerbung (6) aufweist und an beiden Halbschalen (1a, 1b) eine entsprechende Anzahl korrespondierender Haltenocken (7) angeordnet ist.

3. Stoßverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Längskante der Rohre (2, 3) im Verbindungsbereich mindestens zwei Einkerbungen (6) aufweist.

4. Stoßverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (6) in die Rohre (2, 3) eingeprägt sind, wobei die Richtung der Einprägung im wesentlichen parallel zu einer der an die jeweilige Längskante angrenzenden Seitenflächen des Rohres (2, 3) verläuft.

5. Stoßverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsachsen der mindestens zwei Rohre (2, 3) schneiden.

6. Stoßverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Rohre (2, 3) in der Teilungsebene der Halbschalen (1, 2) liegen.