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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum formschlüssigen
verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei
die beiden Bauteile nicht die Funktion von Knoten und Stäben
in einem Stabtragwerk haben, mit aneinander angepaßten Eingriffsorganen
an beiden Bauteilen.
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In
DE 10 2007 054 205 wird
ein Stabtragwerk vorgeschlagen, bei dem die Stäbe und Knoten
in einer Weise miteinander verbunden sind, die es erlaubt, die Stäbe
zwischen den Knoten einzusetzen, ohne daß dazu der Stab
relativ zu den Knoten in Längsrichtung bewegt werden muß.
Folglich ist es beim Einsetzen der Stäbe auch nicht erforderlich, den
Abstand den Knoten vorübergehend zu vergrößern.
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Die
dabei eingesetzten Verbindungsvorrichtungen sind besonders geeignet
für die Verbindung von Bauteilen aus Holz oder holzartigen
Werkstoffen wie z. B. Bambus.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die in
DE
10 2007 054 205 vorgeschlagene Artder Verbindung auf andere
Anwendungsfälle zu verallgemeinern.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Merkmalen gelöst,
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung eignet sich beispielsweise zur Befestigung von Tischbeinen
an Tischen oder generell zur Befestigung von Möbelfüßen
an Möbeln. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist der Aufbau
von Türmen oder Masten, beispielsweise Masten von Windkraftanlagen,
bei denen der Mast zu Transportzwecken in kürzere Segmente
zerlegt wird, die dann mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtungen endweise miteinander verbunden werden.
Ebenso eignet sich die Erfindung zum Aufbau von Rohrleitungen verschiedenster
Art, wobei die Eigenschaften der Verbindungsvorrichtung es erlauben,
einzelne Röhren in der Rohrleitung auszutauschen, ohne
daß die angrenzenden Röhren in ihrer Lage verändert werden
müssen.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Detaildarstellung von Eingriffsorganen an zwei Bauteilen;
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2 und 3 die
Eingriffsorgane nach 1 in unterschiedlichen Stellungen
während der Montage;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines stabförmigen Bauteils;
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5 einen
Schnitt durch einen Eingriffsbereich einer Verbindungsvorrichtung
nach 4;
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6 bis 9 Beispiele
für unterschiedliche gestaltete Eingriffsorgane der Verbindungsvorichtung;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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11 bis 14 unterschiedliche
Stadien bei der Montage einer Vorrichtung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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15 einen
Schnitt durch eine Verbindungvorrichtung für Röhren;
und
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16 einen
Querschnitt von Teilen einer Verbindungsvorrichtung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
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Im
folgenden soll eine Verbindung zwischen einem stabförmigen
ersten Bauteil, im folgenden als Stab 20 bezeichnet und
einem beliebig geformten zweiten Bauteil 14 beschrieben
werden. Als Beispiel kann angenommen werden, daß das Bauteil
Teil einer Tischplatte ist, während es sich bei dem Stab 20 um
ein Tischbein handelt.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung des in diesem Fall quaderförmigen
Bauteils 14, das aus zwei Teilen 24, 26 zusammengesetzt
ist. Das Teil 24 ist nur strichpunktiert angedeutet und
ist nicht fest mit der Tischplatte verbunden, so daß es
relativ zu dieser verschoben oder nachtäglich angebracht
werden kann. Von dem Stab 20 ist nur ein abgeschnittenes
Ende eines Halbstabes 32 in durchgezogenen Linien dargestellt,
während ein komplementärer Halbstab 30 nur
strichpunktiert angedeutet ist. Ein Eingriffsorgan 34 jedes
Halbstabes hat in diesem Beispiel die Form eines halbzylindrischen,
hohlen und am freien Ende offenen Fortsatzes des betreffenden Halbstabes.
Die halbzylindrischen Fortsätze beider Halbstäbe 30 und 32 ergänzen
sich daher zu einem hohlen Vollzylinder. Zu den Eingriffsorganen 34 komplementäre
Eingriffsorgane 36 in den Teilen 24, 26 des
Bauteils 14 haben die Form von halbzylindrischen Nuten,
die sich nach dem Zusammensetzen der Teile zu einer Ringnut ergänzen.
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Die
Eingriffsorgane 34 und 36 sind in 1 jeweils
in der Winkelstellung gezeigt, die ihrer Eingriffsposition entspricht,
doch sind diese Eingriffsorgane axial versetzt dargestellt, damit
die Strukturen deutlicher erkennbar sind.
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In 2 und 3 ist
gezeigt, wie die Verbindung zwischen dem Halbstab 32 und
dem Teil 26 hergestellt wird. Der Halbstab wird zunächst
so gehalten, daß eine Oberfläche, die der Teilungsebene 28 zwischen
den Halbstäben 30, 32 entspricht, der Oberfläche
des Teils 26 zugewandt ist, die der Teilungsebene 22 zischen
den Teilen 24, 26 entspricht, und daß die
Eingriffsorgane 34 und 36 miteinander fluchten
(2). Anschließend wird der Halbstab 32 in
Richtung des Pfeils A um die Längsmittelachse des späteren
kompletten Stabes 20 gedreht, so daß das Eingriffsorgan 34 in
das nutförmige Eingriffsorgan 36 eintritt. Zunächst
wird der Halbstab um einen Drehwinkel von 180° gedreht,
so daß das Eingriffsorgan 34 vollständig
in dem Eingriffsorgan 36 aufgenommen wird und die Teilungsebenen 22 und 28 miteinander
bündig sind. Dieser Zustand ist in 2 und 3 nicht
gezeigt.
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Entsprechend
verfährt man dann mit dem anderen Halbstab 30 und
dem zugehörigen Teil 24. Anschließend
werden die Teile des Bauteils 14 und des Stabes 20 zusammengesetzt
und wahlweise miteinander verklebt, und schließlich wird
der dann komplettierte Stab 20 um 90° zurückgedreht,
so daß der Halbstab 32 die in 3 gezeigte
Position einnimmt. In diesem Zu stand stehen die Eingriffsorgane 34, 36 immer
noch miteinander in Eingriff, jedoch nicht mehr auf einem Bogen
von 180°, sondern nur noch auf einem Bogen von 90°.
Dafür steht jedoch das Eingriffsorgan 34 des Halbstabes 32 auch
mit dem nutförmigen Eingriffsorgan des in 3 nicht
gezeigten Teils 24 in Eingriff. Die halbzylindrischen Eingriffsorgane 34 ergänzen
sich dann zu einem hohlen Vollzylinder, der einen zylindrischen
Zapfen umschließt, der von den nutförmigen Eingriffsorganen 36 begrenzt
wird und je zur Hälfte durch das Teil 24 und das
Teil 26 gebildet wird. Auf diese Weise werden die beiden
Teile 24, 26 nunmehr in der Richtung quer zur Längsrichtung
des Stabes 20 formschlüssig zusammengehalten,
ohne daß es auf die Verklebung zwischen ihnen noch ankommt.
Umgekehrt werden auch die beiden Halbstäbe 30 und 32 durch
die Eingriffsorgane 36 formschlüssig zusammengehalten.
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Wahlweise
können vor der oben beschriebenen Montage auch die inneren
und äußeren Oberflächen der Eingriffsorgane 34 (und/oder 36)
beleimt werden, wodurch der Stab 20 nach dem Aushärten des
Klebers in seiner Winkelstellung fixiert wird. Die formschlüssige
Verriegelung der Teile aneinander bleibt dann dauerhaft erhalten,
und die Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit, der Verbindung
ist von der Stärke (Dicke und Länge) der Eingriffsorgane 34 abhängig,
jedoch nicht von der Klebkraft, mit der die verschiedenen Teile
miteinander verklebt sind. Da die Verbindung nicht durch eine Steckverbindung gebildet
wird, läßt sich das Ausmaß der Überlappung zwischen
den Eingriffsorganen 34 und 36, hier also die
Länge der halbzylindrischen Strukturen, so groß wählen,
daß die erforderliche Festigkeit erreicht wird, ohne daß die
Tischplatte angehoben werden muß. Eine Verlängerung
dieser Überlappung vergrößert zugleich
auch die Klebfläche und damit insbesondere die Zugfestigkeit.
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Der
Stab braucht nicht notwendigerweise an seiner Längsmittelebene
in zwei Halbstäbe aufgeteilt zu sein. 4 zeigt
ein Beispiel eines Stabes 20a, dessen Mittelteil als runder
Vollstab ausgebildet ist. Dieser Stab 20a kann wahlweise
durch Teile, die komplementär zu den beiden Endabschnitten
ausgebildet sind, zu einem Vollstab komplettiert werden, der sich
dann in gleicher Weise wie der oben beschriebene Stab 20 14 einsetzen
läßt.
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Wenn
die Stabilitätsanforderungen nicht so hoch sind, kann ein
Stab mit der in 4 gezeigten Grundkonfiguration
jedoch auch allein, ohne zusätzliche komplementäre
Teile verwendet werden. Der vollzylindrische mittlere Abschnitt
sollte sich dann bis unmittelbar an die halbzylindrischen Eingriffsorgane 34 erstrecken. 5 zeigt
einen Schnitt durch das Eingriffsorgan 34 eines solchen
Stabes und durch die Teile 24, 26 in der Eingriffsposition.
Man erkennt, daß auch hier das einzige Eingriffsorgan 34 des
Stabes in die Eingriffsorgane 36 beider Teile 24, 26 eingreift und
diese formschlüssig zusammenhält.
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Auch
die meisten der nachstehend beschriebenen Varianten lassen sich
wahlweise mit einteiligen oder mehrteiligen Stäben realisieren.
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6 zeigt
eine Ausführungsform ähnlich derjenigen nach 1 bis 3,
bei der jedoch die Eingriffsorgane 34, 36 zueinander
komplementäre Schwalbenschwanzprofile haben. In der Zeichnung blickt
man auf die Oberfläche des Teils 26, die in der Teilungsebene 22 liegt,
und auf die von der Teilungsebene abgewandte, gerundete Rückseite
des Halbstabes 32. Die schwalbenschwanzförmigen
Eingriffsorgane 34 und 36 stellen auch in Längsrichtung des
Stabes 20 bzw. des Halbstabes 32 eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Stab und dem angrenzenden Bauteil her.
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7 zeigt
in ähnlicher Darstellung wie in 6 eine Variante,
bei welcher der Formschluß nicht durch Schwalbenschwanzprofile,
sondern durch einen Bund 38 bzw. eine Ringnut 40 an
den Eingriffsorganen 34a, 36 erreicht wird.
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Bei
einem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel
weisen die Eingriffsorgane 34 und 36 gewindeartige
Strukturen auf, die sowohl einen Formschluß in Längsrichtung
der Stäbe wie auch eine Verspannung der Bauteile in dieser
Richtung ermöglichen. Gezeigt sind hier beide Teile 24, 26,
jeweils mit Blick auf die Teilungsebene 22, sowie beide
Halbstäbe 30, 32, jeweils mit Blick auf
die von der Teilungsebene 28 abgewandte Seite.
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Das
Eingriffsorgan 34 des Halbstabes 32 hat auf seiner äußeren
Umfangsfläche, die sich über einen Bogenwinkel
von 180° erstreckt, einen gewindeförmig verlaufenden
Wulst 42, und das Eingriffsorgan 36 des Teils 26 des
Bauteils 14 weist zwei gewindeförmige Nuten 44, 46 auf,
die beide Teil eines zu dem Wulst 42 komplementären
Gewindegangs sind. Bei dem Halbstab 30 weist das Eingriffsorgan 34 einen entsprechenden
Wulst 48 auf, der jedoch in einer anderen axialen Position
als der Wulst 42 liegt, und das Teil 24 hat an
seinem Eingriffsorgan 36 eine dazu komplementäre
Nut 50.
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Zur
Verbindung des Halbstabes 32 mit dem Teil 26 wird
das Eingriffsorgan 34 in eine Position gebracht, in der
das in der Zeichnung obere Ende des Wulstes 42 mit dem
in der Zeichnung oberen Ende der Nut 44 fluchtet. Anschließend
wird der Halbstab 32 um 180° im Uhrzeigersinn
gedreht, so daß sich das Eingriffsorgan 34 in
das Eingriffsorgan 36 hineinschraubt. Entsprechend verfährt
man mit dem Halbstab 30 und dem Teil 24. Anschließend
werden die beiden Teile und die Halbstäbe zusammengefügt.
In der Zeichnung würde das bedeuten, daß das Teil 24 um
die Achse X in 8 auf das Teil 26 geklappt wird.
Das in 8 obere Ende der Nut 50 kommt dabei in
eine Lage, in der es mit dem unteren Ende der Nut 44 fluchtet.
Wenn nun der durch die beiden Halbstäbe 30 und 32 gebildete
Stab um 90° in Einschraubrichtung weitergedreht wird, so
tritt der Wulst 42 in die Nut 50 des Teils 24 ein,
während gleichzeitig der Wulst 48 teilweise aus
der Nut 50 austritt (und damit Platz für den Wulst 42 schafft)
und in die Nut 46 des Teils 26 eintritt. Durch
diese Einschraubbewegung werden beide Halbstäbe 32, 34 fest
gegen die Teile 24 und 26 gespannt. Dies erfordert
eine korrekte Wahl der axialen Position der Wülste 42 und 48 und
der Nuten 44, 46 und 50. Speziell muß dazu
das in 8 eingezeichnete Maß d1 gleich dem Maß c1 sein
und das Maß d2 gleich dem Maß c2. Die Maße c1
und c2 geben dabei die axiale Position des vorauslaufenden Endes
des Wulstes 48 bzw. 42 in Bezug auf den Fußpunkt
des Eingriffsorgans 34 an, und die Maße d1 und
d2 geben die axiale Position dieses vorauslaufenden Endes des Wulstes 48 bzw. 42 im vollständig
eingeschraubten Zustand innerhalb der Nut 46 bzw. 50 an.
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9 zeigt
eine Ausführungsvariante, bei der die Eingriffsorgane 34 und 36 jeweils
in der inneren und äußeren Halbzylinder-Umfangsfläche
eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 52 bzw. 54 in
einander entsprechenden Positionen aufweisen. Wenn die Eingriffsorgane
ineinander eingedreht werden, können zusätzlich
halbringförmige Drähte oder Schnüre 56, 58 eingeführt
werden, die dann einen Formschluß in axialer Richtung herstellen.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform des Bauteils 14.
Dieses Bauteil ist würfelförmig und weist in jeder
seiner sechs Seiten ein Eingriffsorgan 36 für
einen Stab auf, so daß das Bauteil z. B. a Nabe eine Wäschespinne
oder allgemein zum Aufbau einer baumartigen Struktur eingesetzt
werden kann. Damit all die Stäbe in der oben beschriebenen
Weise montiert werden können, ist das Bauteil gemäß 10 mehrteilig
aufgebaut, mit einem Basisteil 24 und sechs Schiebeteilen 26',
die jeweils so in einer der Flächen des Würfels
angeordnet sind, daß eine Teilungslinie zwischen dem Schiebeteil
und dem Basisteil durch die Mitte des Eingriffsorgans 36 verläuft. Wie
durch Pfeile in 10 veranschaulicht wird, lassen
sich die Schiebeteile 26' jeweils rechtwinklig zu der genannten
Teilungslinie von dem Basisteil 24' abziehen und – nach
Einsetzen der Halbstäbe in das Basisteil 24' und
das Schiebeteil 26' – in entgegengesetzter Richtung
wieder einschieben, um die Halbstäbe zu einem Vollstab
zusammenzufügen.
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11 bis 14 illustrieren
die Herstellung einer Verbindung zwischen einem einteiligen Bauteil 14' und
einem mindestens zweiteiligen Stab 20. Das Eingriffsorgan 36 wird
wieder durch eine ringförmige Nut gebildet, die in diesem
Fall jedoch durch eine Einschleusungsnut 60 mit einer Seitenfläche
des Bauteils 14 verbunden ist. Der Stab 20 wird
wieder durch zwei komplementäre Halbstäbe 30, 32 gebildet,
doch sind die Eingriffsorgane 34 in diesem Fall nicht halbzylindrisch,
sondern als exzentrisch angeordnete vorspringende Zapfen ausgebildet.
Das Profil der Halbstäbe 30, 32 ist hier
nur strichpunktiert angedeutet, und die als Eingriffsorgane 34 dienenden Zapfen
sind im Schnitt dargestellt.
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In 11 ist
noch keiner der Halbstäbe mit dem Bauteil 14' verbunden.
Dann wird zunächst der Halbstab 30 an das Bauteil 14' angesetzt.
Dabei wird das Eingriffsorgan 34 durch die Einschleusungsnut 60 bewegt,
bis die in 12 gezeigte Konfiguration erreicht
ist.
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Der
Halbstab 30 wird dann um 180° um die Mittelachse
des ringförmigen Eingriffsorgans 36 (und damit
die Mittelachse des späteren Vollstabes) gedreht, wobei
sich sein Eingriffsorgan 34 durch die ringförmige
Nut bewegt, und der zweite Halbstab 32 wird in entsprechender
Weise über die Einschleusungsnut 60 eingeführt,
um den Stab 20 zu komplettieren, wie in 13 dargestellt
ist. Der Stab 20 wird dann als ganzes um 90° in
die in 14 gezeigte Position gedreht,
so daß seine Eingriffsorgane 34 die in 14 gezeigte
Position einnehmen und im Zusammenwirken mit dem Eingriffsorgan 36 die
beiden Halbstäbe formschlüssig zusammenhalten.
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Wahlweise
können auch hier die Halbstäbe miteinander verklebt
werden, wodurch verhindert wird, daß sich die Halbstäbe
nacheinander wieder über die Einschleusungsnut 60 herausziehen
lassen.
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Im
hier gezeigten Beispiel ist zudem an der Einmündung der
Einschleusungsnut 60 in das Eingriffsorgan 36 eine
Rücklaufsperre 62 (14) in
der Form einer federnden Klinke angeordnet, die beim Einführen
des zapfenförmigen Eingriffsorgans 34 ausweicht,
jedoch eine Rückkehr des Zapfens in die Einschleusungsnut 60 verhindert.
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Wahlweise
kann auch die Einschleusungsnut 60 durch einen Stopfen
verschlossen werden, oder diese Einschleusungsnut und/oder die als
Eingriffsorgan 36 dienende Ringnut oder Teile davon können
mit einer Vergußmasse ausgespritzt werden.
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Das
in 12 bis 14 dargestellte
Prinzip läßt sich auf Verbindungen verallgemeinern,
bei denen die Stäbe im Bereich der Eingriffsorgane aus
drei oder mehr (sektorförmigen) Teilen zusammengesetzt sind.
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15 zeigt
eine Vorrichtung 70 zum Verbinden zweier Rohre 72, 74.
Die Eingriffsorgane sind hier so an den Enden der beiden Rohre 72, 74 angeordnet,
daß sich die beiden Rohre endweise miteinander verbinden
lassen.
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Im
gezeigten Beispiel sind beide Rohre 72, 74 der
Länge nach in Halbrohre unterteilt, die den Halbstäben 30, 32 entsprechen.
Wahlweise kann jedoch auch analog zu 4 eine Teilung
lediglich an den Rohrenden, im Bereich der Eingriffsorgane vorgesehen
sein.
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Außerdem
sind im gezeigten Beispiel die durch Nuten gebildeten Eingriffsorgane
des Rohrs 72 in einer muffenartigen Verdickung am Rohrende
ausgebildet. Auch dies ist jedoch nicht zwingend. Bei hinreichender
Dicke der Rohrwand können die Eingriffsorgane vollständig
in die Rohrwand gleichbleibender Dicke integriert sein. Umgekehrt
ist es auch möglich, die Eingriffsorgane an scheibenartigen
Verdickungen an den Enden beider Rohre 72, 74 auszubilden.
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Die
in 15 gezeigte Verbindung eignet sich beispielsweise
dazu, Masten für Windkraftanlagen und dergleichen aus relativ
leichten und kurzen Segmenten zusammenzusetzen. Ebenso ist auch der
Aufbau von Rohrleitungen möglich.
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16 illustriert
eine Möglichkeit, die zu verbindenden Bauteile bei der
Verdrehung, durch die die Verriegelung hergestellt wird, zugleich
fester miteinander zu verspannen. Die das Eingriffsorgan 36 bildende
Nut hat hier keine gleichbleibende Breite, sondern ihre Breite variiert
periodisch in Umfangsrichtung, im gezeigten Beispiel mit einer Periode
von 90°. Das Eingriffsorgan 34 ist komplementär
hierzu geformt. Wenn nun das Eingriffsorgan 34 in die Nut
hineingedreht wird, so wird es zunächst zunehmend zwischen
den Wänden der Nut verspannt, da die Breite der Nut zunächst
abnimmt. Erst wenn ein gewisser Totpunkt überwunden ist,
im gezeigten Beispiel bei 45°, nimmt die Spannung wieder
ab. Auf die Weise wird ein unbeabsichtigtes Zurückdrehen
in die Lösestellung wirksam verhindert.
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In
einer anderen Ausführungsform können die Eingriffsorgane 34, 36 auch
eine klinkenradähnliche Profilierung aufweisen, so daß sie
sich nur in einer Richtung gegeneinander verdrehen lassen, während
ein Zurückdrehen verhindert wird. In dem Fall läßt
sich durch geeignete Wahl der Klinken auch erreichen, daß die
Arretierung in der Verriegelungsposition bei einer Winkelstellung
erfolgt, in der die Spannung zwischen dem Eingriffsorgan 34 und
den Wänden der Nut maximal ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007054205 [0002, 0004]