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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbinder für eine Gebäudehülle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Außenhülle sowie ein Anschlussstück für einen Verbinder.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Verbinder für eine Gebäudehülle, welche zumindest zwei gegeneinander orientierte und/oder aneinander anliegende lasttragende Elemente, insbesondere Träger, Profile, Pfosten oder Riegel, an jeweils einem Ende eines lasttragenden Elements aufnehmen können, und die verschiedenen lasttragenden Elemente somit mittelbar miteinander verbinden können.
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Solche Verbinder können beispielhaft sein ein Profilstoß zum Verbinden von zwei lasttragenden Elementen, oder aber ein Knoten, insbesondere ein Fassadenknoten, zum Verbinden von drei oder mehr lasttragenden Elementen.
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Ein Verbinder der eingangs genannten Art mit insgesamt drei Anschlüssen für lasttragende Elemente (Tragprofile) ist aus
DE 10 2014 108 562 A1 bekannt, wo der Verbinder als „Knotenelement“ bezeichnet wird.
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Fensterfassaden werden in der Regel entweder als Elementfassaden oder als Pfosten-Riegel-Fassaden konstruiert und errichtet. Bei Elementfassaden werden in sich geschlossene vorgefertigte Fensterelemente, die aus Fensterprofilen und Glas bestehen, an den Rohbau montiert. Bei Pfosten-Riegel-Fassaden werden zunächst Profile als Pfosten und dazwischen hängende Riegel auf der Baustelle montiert und die Glasscheiben nachträglich auf der Baustelle eingesetzt.
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In beiden Fällen werden individuelle Extrusionsprofile, in der Regel aus Aluminium, aus Eigenentwicklung oder aus Systemkomponenten, zugeschnitten und gefügt. Knotenpunkte, an denen sich zwei Profile treffen, werden als Profilstoß bezeichnet. Knotenpunkte, an denen sich drei oder mehr Profile treffen, werden als Fassadenknoten bezeichnet. Profilstöße werden in der Regel über einfache Einschieblinge ausgebildet, die an einem Profil befestigt sind. Das anzuschließende Profil wird über den Einschiebling gestülpt und mit Verbindungsmitteln (z.B. Schrauben) fixiert.
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Bei Knotenpunkten gibt es für einfache Verbindungen von Systemkomponenten, wie z.B. einem ebenen 4-er Knoten in 90-Grad-Winkeln, vorgefertigte Einschieblingsknoten, über die die Profile geschoben werden. Bei komplexeren Knoten müssen Profile in unterschiedlichen Ebenen und Winkeln aufgenommen werden. Hierfür werden derzeit die Knoteneinschieblinge aus Einzelteilen verschweißt. Die überzustülpenden Profile müssen entsprechend aufwändig bearbeitet werden.
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Eine passgenaue, dichtschließende Fügung der Profile im Knoten ist i.A. nur mit kreisrunden Profilgeometrien möglich. Die Profile werden in der Regel aus Aluminium oder Stahl gefertigt.
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Des Weiteren ist die Montage einer komplexen Struktur als „Steckverbindung mit Hubweg“ nicht möglich, da für eine Verschiebung der Profile in Längsrichtung oftmals kein Platz (Hubweg) verfügbar ist.
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STRAUSS, H.: „AM Envelope: The Potential of Additive Manufacturing for Facade Constructions“ Band 1, Ausgabe 2013 von A+BE Architecture and the Built Environment Series, ISSN 2212-3202, Verlag TU Delft, 2013 ISBN 1481214330, 9781481214339, offenbart die Erzeugung von materialoptimierten, individuell 3D-gedruckten Verbindern, nämlich als Fassadenknoten, durch SLM-Verfahren (selektives Laserschmelzen) und somit in einem additiven Fertigungsverfahren.
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Problem und Aufgabe
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Die herkömmliche Fertigung von Verbindern für die Gebäudehülle ist technisch aufwendig und wenig individualisierbar.
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Das Erzeugen von individuellen, additiv gefertigten Knoten in den bei großformatigen Fensterprofilen üblichen Materialien, wie Aluminium und Stahl, ist ein sehr energie- und derzeit zeitintensiver Fertigungsprozess. Die im Bauwesen üblichen Dimensionen überschreiten hierbei die üblichen Bauräume von am Markt erhältlichen SLM-Druckern. Das Materialverhalten von additiv gefertigten Bauteilen unterscheidet sich in seinen Eigenschaften von extrudierten Profilen, nämlich aufgrund des Herstellungsprozesses. Genauere wissenschaftliche Erkenntnisse oder Normierungen gibt es derzeit hierzu nicht.
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Es ist möglich, über additive Fertigung maßlich hoch akkurate Bauteile mit komplexen Formen zu erzeugen. Die additive Fertigung mit Kunststoffen ist hierbei am längsten am Markt und auch technisch am weitesten entwickelt. Die additive Fertigung mit Metallen ist zwar möglich, aber derzeit noch nicht sehr prozesssicher. Das Risiko von Fehlproduktionen ist vergleichsweise hoch, was in Kombination mit der derzeit langen Herstellungszeit zu großen Problemen führt.
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Die bei der additiven Fertigung üblichen Kunststoffe sind in der Regel brennbar. Jedoch ist die Verwendung von brennbaren oder selbst schwer entflammbaren Baustoffen bei tragenden Bauteilen nur in wenigen Situationen zulässig. Dünnwandige Metalle sind zwar nicht brennbar, verlieren jedoch bei großer Hitze ihre tragenden Eigenschaften, was bei statisch relevanten Knotenpunkten zu Problemen führen kann.
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Wird ein komplexer Knoten herkömmlich und ohne additive Fertigung gefertigt, was dem Stand der Technik entspricht, ist dieser über handwerklich aufwendige Fertigungs- und Montageverfahren aus einer Vielzahl von Einzelteilen individuell zu fertigen. Bei manchen geometrischen Konstellationen ist es geometrisch nicht möglich, einen perfekt formschlüssigen Knoten aus den Extrusionsprofilen zuzuschneiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu überwinden.
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Ferner liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbinder für die Gebäudehülle anzugeben, welcher zumindest eine der nachstehend aufgeführten Eigenschaften aufweist. Danach soll der erfindungsgemäße Verbinder:
- - geometrisch flexibel auf unterschiedliche geometrische und statische Anforderungen eingehen,
- - möglichst geringe handwerkliche Anforderungen bei Herstellung und Montage aufweisen,
- - eine hohe Prozesssicherheit in der Herstellung mit sich bringen,
- - ein günstiges Verhalten im Brandfall aufweisen,
- - seine statischen Eigenschaften über lange Zeit unverändert beibehalten (bei Annahme eines Gebäudelebenszyklus von 50-100 Jahren), und
- - keine Wartung erfordern.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Lösung zumindest einer der vorstehend genannten Aufgaben gelingt durch einen eingangs genannten Verbinder, welcher durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 weitergebildet ist.
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Danach ist der Verbinder der eingangs genannten Art derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Verbinder eine Außenhülle mit einem Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum mit einem aushärtbaren Material gefüllt ist, und dass zur Aufnahme von lasttragenden Elementen Anschlussstücke vorgesehen sind, welche sich auf der dem Verbinder zugewandten Seite in das aushärtbare Material hinein erstrecken und darin verankert sind, und welche auf der dem Verbinder abgewandten Seite Anschlussmittel zur Aufnahme eines lasttragenden Elements aufweisen.
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Eine Außenhülle für einen erfindungsgemäßen Verbinder ist mit den Merkmalen des Anspruchs 36 angegeben.
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Ein Anschlussstück für einen erfindungsgemäßen Verbinder ist mit den Merkmalen des Anspruchs 37 angegeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
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Der erfindungsgemäße Verbinder wird als Hybridverbinder bezeichnet, da er zumindest zwei verschiedene Materialien aufweist, nämlich einerseits die Außenhülle und andererseits das aushärtbare Material innerhalb der Außenhülle. Der erfindungsgemäße Hybridverbinder könnte alternativ auch als Mehrmaterialverbinder oder als Verbundmaterialverbinder bezeichnet werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Verbinder geschaffen worden, der aus einem Verbund eines dünnwandigen Hohlkörpers (Außenhülle) besteht, welcher mit einem aushärtenden Material (insbesondere Beton) verfüllt ist.
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Die Außenhülle hat hierbei mehrere Funktionen. Einerseits fungiert sie als Schalungselement für das aushärtende Material, und definiert andererseits die Außenform des Hybridverbinders. Die tatsächliche Form und Abmessung der Außenform hängen hierbei vom anschließenden Fassadenprofilsystem und den statischen, geometrischen und bautechnischen Anforderungen am späteren Einbauort des Verbinders ab. Die Form ist hierbei nicht von einem Extrusionsprozess o.a. bestimmt, sondern weist in allen Dimensionen geometrische Freiheiten auf.
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Die Form der Außenhülle steuert hierbei vorzugsweise auch die Materialverteilung des Füllmaterials im Inneren des Verbinders. So können beispielsweise gezielt Bereiche ausgespart werden, die z.B. für spätere Leitungsführungen durch den Verbinder notwendig werden könnten.
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Die Anbindung des Verbinders (z.B. als Fassadenknoten) an die anschließenden lasttragenden Elemente (z.B. als Fassadenprofile) wird über in das aushärtbare Material eingelassene Anschlussstücke realisiert, die beim Aushärten eine kraftschlüssige Verbindung bilden. In die anzuschließenden lasttragenden Elemente können vorzugsweise entsprechende Gegenstücke eingelassen werden.
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Der erfindungsgemäße Hybridverbinder wird als eine (erstmals) praxistaugliche Variante eines 3D-gedruckten Verbinders angesehen, der gleichzeitig mannigfaltige Vorteile gegenüber einem konventionell erzeugten Verbinder hat.
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Die ansonsten problematische handwerkliche Komplexität für die Erzeugung eines solchen Verbinders wird in ein komplexes Bauteil, das über einen standardisierten Prozess hergestellt werden kann, überführt. Dies führt unter anderem zu einer verbesserten Ausführungsqualität. Die Arbeitszeitersparnis gegenüber dem derzeit üblichen Herstellungsprozess ist immens.
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Die vorliegende Erfindung kombiniert eine Reihe von Vorteilen. Die Materialität der Außenhülle spielt in dem erfindungsgemäßen Verbinder hinsichtlich des Tragverhaltens und des Verhaltens im Brandfall eine untergeordnete Rolle. Das aushärtbare Material bestimmt diese beiden essentiellen Aspekte.
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Für das aushärtbare Material existiert eine Reihe vorteilhafter nicht brennbarer Materialien, deren Tragverhalten sich auf lange Zeit nicht verändert. Somit ist der Konstrukteur oder Architekt in der Wahl des formgebenden Hohlkörpers (Außenhülle) frei, was ermöglicht, auf additive Fertigungsverfahren insbesondere mit Kunststoffen zurückgreifen zu können.
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Neben der Energieersparnis in der Produktion des Verbinders spielt ein größerer Bauraum eine wichtige Rolle für ein breiteres Einsatzgebiet des vorliegenden Verbinders.
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Die Materialstärken der Außenhülle (Hohlkörper) können vorzugsweise bei einer Verfüllung des Verbinders mit statisch wirksamem, aushärtbarem Material reduziert werden, was eine immense Zeitersparnis beim additiven Fertigungsprozess zur Folge hat.
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Bei einer additiven Fertigung der Außenhülle können zusätzliche, in sich geschlossene Hohlräume realisiert werden, welche nicht mit dem aushärtbaren Material verfüllt werden. Hierdurch wird auf einfache Weise eine immense Gewichtsersparnis realisiert.
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Bei der Wahl des verfüllenden Materials kann ein normierter Baustoff gewählt werden, wobei Beton bevorzugt ist.
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Als „aushärtbares Material“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird sowohl ein Material angesehen, welches noch flüssig bzw. fließfähig ist, aber aushärten kann, als auch ein Material, welches vormals flüssig bzw. fließfähig war, aber bereits ausgehärtet ist. Die „Aushärtbarkeit“ wird in diesem Sinne als dem Material innewohnende Eigenschaft betrachtet und ist daher nicht vom Aggregatzustand abhängig.
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Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Aspekte weiter erörtert, wozu teilweise auf nicht limitierende vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung Bezug genommen wird. Die Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen lassen sich dabei einzeln oder auch in beliebiger Kombination realisieren, wodurch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung geschaffen werden.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist der erfindungsgemäße Verbinder ein Profilstoß zum Verbinden von zwei lasttragenden Elementen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der erfindungsgemäße Verbinder ein Knoten, vorzugsweise ein Fassadenknoten, zum Verbinden von drei oder mehr lasttragenden Elementen.
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Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der die Außenhülle Kunststoff aufweist oder aus Kunststoff besteht. Eine solche Außenhülle kann bspw. durch ein Spritzgussverfahren oder ein subtraktives Herstellungsverfahren, oder eine Kombination hiervon, gefertigt werden.
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Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der die Außenhülle mittels einer additiven Fertigung hergestellt ist. Eine additive Fertigung kann dabei alternativ auch als 3D-Druck bezeichnet werden. In Bezug auf die hiermit realisierten Vorteile wird auf die bereits weiter oben stehenden Erörterungen verwiesen.
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Vorzugsweise kann die Außenhülle über deren Oberfläche gesehen variierende Materialstärken aufweisen. Somit kann die Außenhülle an besonders belasteten Stellen stabiler gefertigt werden, während an anderen Stellen Material und Gewicht eingespart werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Außenhülle intern ausgebildete Verstrebungen aufweisen, wobei diese Verstrebungen aus demselben Material wie die Außenhülle gebildet sind. Somit kann die Hüllgeometrie angepasst werden, um das Verhalten unter Beanspruchungen positiv zu verändern.
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Das aushärtbare Material kann vorzugsweise Beton, weiter bevorzugt Beton mit einer Bewehrung, aufweisen. Beton ist nicht brennbar, witterungsbeständig und sehr hoch auf Druck belastbar. Der flüssige Beton lässt sich einfach in die Außenhülle, bevorzugt durch eine Verfüllöffnung in der Außenhülle, einbringen und kann dort abbinden. Mit einem Bewehrungszuschlag versehen ist das aushärtbare Material weiter in der Lage, nach dem Abbinden Zug-, Druck-, und Biegekräfte in jeweils einer ähnlichen Größenordnung aufnehmen zu können.
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In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt, dass das aushärtbare Material Faserbeton und/oder Carbonbeton aufweist oder hieraus besteht. Diese Materialien sind für sich gesehen bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Anschlussstück auf der dem Verbinder zugewandten Seite einen Stift oder Bolzen auf, welcher sich in das aushärtbare Material hinein erstreckt.
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Besonders bevorzugt weist der Stift bzw. Bolzen dabei einen Gewindestift bzw. einen Gewindebolzen auf. Mit dem Gewinde oder einer vergleichbaren Oberflächenbeschaffenheit kann der Stift bzw. Bolzen sich besonders wirksam kraft- und formschlüssig in der aushärtbaren Masse verankern.
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Das Anschlussstück kann in einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung auf der dem Verbinder zugewandten Seite mindestens zwei Stifte oder Bolzen aufweisen, welche sich in das aushärtbare Material hinein erstrecken, insbesondere wobei zwei Stifte oder Bolzen eine V-förmige Anordnung aufweisen. Mit einer Mehrzahl an Stiften bzw. Bolzen steigt die Haltekraft in dem aushärtbaren Material. Sofern zwei benachbarte Stifte bzw. Bolzen in einer in Richtung des aushärtbaren Materials gesehen geöffneten V-förmigen Anordnung in das Material eingreifen, erhöht sich die Haltekraft in Längsrichtung des lasttragenden Teils weiter, da aufgrund der Neigung der Stifte bzw. Bolzen ein weiterer Formschluss gegeben ist.
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Als bevorzugt erweist sich eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verbinders, bei der die Außenhülle im Bereich des Übergangs zu dem Anschlussstück so ausgestaltet ist, dass sie die Position des Anschlussstücks in Bezug auf die Außenhülle vorgibt. Vorzugsweise sind die einzugießenden Anschlussstücke für den Vergussvorgang der aushärtbaren Masse eindeutig und unverschieblich (innerhalb eines geringen Toleranzbereichs) in Bezug auf bzw. an der Außenhülle fixiert.
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Besonders bevorzugt ist dabei, dass ein Anschlussstück in die Außenhülle einrastbar und/oder einklickbar ist. Das Einrasten der Anschlussstücke in der Außenhülle kann vorzugsweise über geeignete Clips, Nasen, Federn und Nuten etc. erfolgen. Denkbar wäre auch ein System mit Einrastschienen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verbinders weist das Anschlussmittel des Anschlussstücks eine Anschlussplatte auf oder ist eine Anschlussplatte. Insofern kann eine definierte und tragfähige Geometrie für den Anschluss bzw. die Aufnahme eines lasttragenden Elements vorgegeben werden.
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Vorzugsweise ist das Anschlussmittel so ausgestaltet, dass eine in Bezug auf die Richtung der Längsachse des lasttragenden Elements hubfreie Aufnahme des lasttragenden Elements durch das Anschlussmittel ermöglicht ist. Somit kann eine in Bezug auf die Längsrichtung des lasttragenden Elements hubfreie Herstellung einer Verbindung mit dem Verbinder ermöglicht werden. Als eine hubfreie Herstellung einer Verbindung wird dabei verstanden, dass während des Anschlusses des lasttragenden Elements an den Verbinder kein Hub entlang der Normalenrichtung der jeweiligen Anschlussebenen nötig ist. Das Element kann vielmehr seitlich an den Verbinder geschoben und dort festgelegt werden.
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In diesem Zusammenhang ist bevorzugt, dass das Anschlussmittel zur Aufnahme des lasttragenden Elements ein Teil einer Schwalbenschwanzverbindung aufweist, wobei das Teil so ausgerichtet ist, dass die Schwalbenschwanzverbindung in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des lasttragenden Elements zu fügen ist.
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Alternativ hierzu könnte ein o.g. hubfreier Anschluss auch erfolgen über zwei jeweils in der Anschlussebene orientierte Platten, wobei eine dem Verbinder und eine dem lasttragenden Element zugeordnet ist, und durch Verschrauben der Platten in der Längsrichtung des lasttragenden Elements.
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Bevorzugt weist der Verbinder eine Verfüllöffnung zum Einbringen des aushärtbaren Materials auf, insbesondere wobei die Verfüllöffnung in der Außenhülle eingearbeitet ist. Diese Verfüllöffnung kann vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass diese nach dem Einbringen des aushärtbaren Materials wasserdicht und/oder gasdicht verschließbar ist. Somit kann ein wirksamer Schutz des aushärtbaren Materials vor Witterungseinflüssen erreicht werden.
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Der Verbinder kann vorzugsweise einen Schraubkanal aufweisen, in den Verschraubungen eingebracht werden können, um weitere zweckmäßige Elemente an dem Verbinder festzulegen.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Kanal zum Abführen von Wasser, insbesondere von Kondens- oder Regenwasser, vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kanal zum Abführen von Wasser und/oder Luft aus dem Hohlraum der Außenhülle vorgesehen werden, nämlich insbesondere um chemisch-physikalischen Prozessen beim Aushärten bzw. Abbinden der aushärtbaren Masse Rechnung zu tragen.
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Ein oder mehrere Kabelkanäle in dem Verbinder sind hinsichtlich einer Implementierung mehrerer Funktionseinheiten in einer gemeinsamen baulichen Umgebung bevorzugt.
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Der Verbinder kann ferner eine Glasaufnahme aufweisen, nämlich insbesondere hinsichtlich einer Ausgestaltung als Teil einer Außenfassade bzw. einer Fensterfront.
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Vorzugsweise kann in dem Verbinder eine Dichtstofffuge bzw. ein Dichtstoffkanal vorgesehen werden, nämlich insbesondere zur zweckmäßigen Aufnahme von Dichtstoff im Verbindungsbereich.
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Weiter bevorzugt ist ein Verbinder, der eine Bohrung, oder eine bohrungsähnliche Ausnehmung, aufweist, welche so positioniert ist, dass aufgenommene lasttragende Elemente mittels einer im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Elements ausgerichteten und durch das Element führenden Schraubverbindung an dem Verbinder festlegbar sind. Hiermit können lasttragende Elemente, ggf. zusätzlich zu anderen Vorkehrungen, an dem Verbinder gesichert werden.
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Figuren
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Ergänzend bzw. zusätzlich zu den bereits erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre werden in der Zeichnung im Umfang der 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen im Folgenden näher erläutert. Die anhand der Zeichnung erörterten Beispiele schränken die Erfindung jedoch nicht auf die gezeigten Beispiele ein. Bei der Erörterung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre aufgezeigt.
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Weiterbildungen der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen mit Merkmalen der nachstehenden Ausführungsbeispiele bilden dabei genau wie Weiterbildungen der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit Merkmalen der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausdrücklich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, und sind damit Teil der vorliegenden Offenbarung.
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Es zeigen:
- 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbinders in einer perspektivischen Explosionsdarstellung, und
- 2 das Ausführungsbeispiel des Verbinders aus 1 in einer bevorzugten Einbauumgebung, ebenfalls in einer perspektivischen Explosionsdarstellung dargestellt.
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1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbinders 10 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung.
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Der dargestellte Verbinder 10 ist als Teil einer Gebäudehülle (nicht dargestellt) geeignet und kann insgesamt vier lasttragende Elemente (hier nicht dargestellt) an jeweils einem Ende eines lasttragenden Elements aufnehmen und somit mittelbar miteinander verbinden.
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Der Verbinder 10 weist eine Außenhülle 12 mit einem Hohlraum 14 auf, wobei der Hohlraum 14 mit einem aushärtbaren Material 16 gefüllt ist.
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Zur Aufnahme von lasttragenden Elementen sind hier insgesamt vier Anschlussstücke 18 vorgesehen, welche sich auf der dem Verbinder 10 zugewandten Seite in das aushärtbare Material 16 hinein erstrecken und darin verankert sind.
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Auf der dem Verbinder 10 abgewandten Seite weisen die Anschlussstücke 18 ferner Anschlussmittel 20 zur Aufnahme eines lasttragenden Elements auf.
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Der dargestellte Verbinder 10 ist dabei ein 4-er Knoten, nämlich insbesondere ein 4-er Fassadenknoten, zum Verbinden von insgesamt vier lasttragenden Elementen, nämlich Profilen, Trägern oder dergleichen.
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Die Außenhülle 12 des Verbinders 10 ist vorliegend aus Kunststoff hergestellt, nämlich durch ein additives Fertigungsverfahren (3D-Druck). Die Außenhülle 12 besteht damit aus einem einzigen, integral zusammenhängenden Körper ohne Teilstücke.
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Auf der Oberseite der Außenhülle 12 ist eine Verfüllöffnung 22 zum Einbringen des aushärtbaren Materials 16 in den Hohlraum 14 ausgebildet.
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Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Hohlraum 14 im Wesentlichen vollständig mit dem aushärtbaren Material 16 gefüllt. Das aushärtbare Material 16 weist hier Beton auf. Die Zugabe von einer Bewehrung bzw. die Verwendung von Faser- oder Carbonbeton ist dabei bevorzugt.
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Aufgrund der erforderlichen Stabilität sind die Anschlussstücke 18 hier aus Metall gefertigt. Die Anschlussstücke 18 lassen sich dabei ebenfalls im 3D-Druckverfahren fertigen, bspw. durch selektives Laserschmelzen.
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Ein Anschlussstück 18 weist auf der dem Verbinder 10 zugewandten Seite jeweils zwei Bolzen 23, nämlich zwei Gewindebolzen 24 auf, welche sich durch korrespondierende Öffnungen 26 in der Außenhülle 12 hindurch in das aushärtbare Material 16 hinein erstrecken. Die Gewindebolzen 24 sind somit fest in dem aushärtbaren Material 16 verankert.
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Die Gewindebolzen 24 eines Anschlussstücks 18 weisen eine V-förmige Anordnung auf. Zusammen mit der Ausprägung eines Gewindes ergibt sich somit eine hohe kraft- und formschlüssig generierte Haltekraft des Anschlussstücks 18 in dem aushärtbaren Material 16.
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Dabei versteht sich, dass die Anschlussstücke 18 während des Verfüllens des aushärtbaren Materials 16 in den Hohlraum 14 fest über den Öffnungen 26 platziert sind, so dass kein noch fließfähiges aushärtbares Material 16 durch die Öffnungen 26 auslaufen kann.
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Der Verbinder 10 ist hier als 4-er Knoten mit insgesamt vier Armen 28 bzw. armartigen Fortsätzen versehen. An jedem Arm 28 kann dabei ein lasttragendes Element angeschlossen werden. Das Ende eines Arms 28 ist dabei als Anschlussfläche 30 ausgestaltet. Die Anschlussfläche 30 weist eine Ausnehmung 32 aus, in die der Boden eines Anschlussstücks 18 genau passt. Ferner ist in der Anschlussfläche 30 ein Einrastsystem 34 mit Federn eingearbeitet, welche in korrespondierende Ausnehmungen 36 im Anschlussstück 18 einrasten, sofern das Anschlussstück 18 passend in den Arm 28 eingesetzt wird.
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Somit ist die Außenhülle 12 im Bereich des Übergangs zu dem Anschlussstück 18 so ausgestaltet, dass sie die Position des Anschlussstücks 18 in Bezug auf die Außenhülle 12 vorgibt. Ein fehlerhaftes Einsetzen der Anschlussstücke 18 in die Außenhülle 12 ist damit sicher vermeidbar, da das Anschlussstück 18 definiert in die Außenhülle 12 bzw. den Arm 28 einrastet.
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Auf der dem Verbinder 10 abgewandten Seite weist das Anschlussstück 18 Anschlussmittel 20 für ein lasttragendes Element auf. Die Anschlussmittel 20 sind hier als Anschlussplatte 38 ausgebildet. In der Anschlussplatte 38 ist der negative Teil einer in Bezug auf die Längsrichtung des anzuschließenden Elements hubfrei zu fügenden Schwalbenschwanzverbindung 40 eingearbeitet. Diese Verbindung wird anhand 2 näher erläutert.
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Der dargestellte Verbinder 10 weist ferner einen Schraubkanal 42 auf, in den Verschraubungen eingebracht werden können, um weitere zweckmäßige Elemente an dem Verbinder festzulegen.
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Ferner weist der Verbinder 10 eine Glasaufnahme 44 sowie eine Dichtstofffuge 46 auf.
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Auf der Oberseite des Arms 28 ist eine zweite Anschlussfläche 48 ausgeformt. Diese zweite Anschlussfläche 48 beinhaltet eine Bohrung 50, welche so positioniert ist, dass aufgenommene lasttragende Elemente mittels einer im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Elements ausgerichteten und durch das Element führenden Schraubverbindung an dem Verbinder 10 festlegbar sind. Somit lassen sich lasttragende Elemente mittels der Schwalbenschwanzverbindung 40 hubfrei an dem Verbinder 10 anschließen und können über die Bohrung 50 in dieser Position gesichert werden.
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Auf der Unterseite der Darstellung weist der Verbinder 10 eine freiformige Innenseite 52 auf.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel des Verbinders 10 aus 1 in einer bevorzugten Einbauumgebung, ebenfalls in einer perspektivischen Explosionsdarstellung dargestellt.
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Die Anschlussstücke 18 sind hier in die Arme 28 des Verbinders eingesetzt dargestellt und sind in dem aushärtbaren Material 16 verankert. Die Außenseiten der Anschlusstücke 18 schließen dabei bündig mit den Enden der Arme 28, nämlich mit der Anschlussfläche 30, ab.
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In dieser Figur sind nunmehr auch vier an den Verbinder 10 anzuschließende lasttragende Elemente 100 dargestellt. Diese lasttragenden Elemente 100 sind hier als Pfosten 102 ausgestaltet. Die Pfosten 102 können dabei auch als Träger bezeichnet werden.
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Ein lasttragendes Element 100 weist an seinem Ende eine Anschlussplatte 138 auf, welche den positiven Teil einer Schwalbenschwanzverbindung 140 beinhaltet.
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Die Schwalbenschwanzverbindung 140 des lasttragenden Elements 100 kann somit von oben in die korrespondierende Schwalbenschwanzverbindung 40 des Anschlussmittels 20 des Verbinders 10 so eingeschoben werden, dass eine in Bezug auf die Richtung der Längsachse des lasttragenden Elements 100 hubfreie Aufnahme des lasttragenden Elements 100 durch das Anschlussmittel 20 ermöglicht ist.
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Das lasttragende Element 100 weist ferner in einem endseitigen Überhang eine Bohrung 150 auf, welche beim Fügen der Schwalbenschwanzverbindung 40, 140 über der Bohrung 50 im Verbinder 10 zu liegen kommt. Somit kann die Schwalbenschwanzverbindung 40, 140 in einfacher, aber wirksamer Weise mit einer Schraube 104 (im Fall einer Gewindebohrung im Verbinder 10) bzw. mit einer Schraube 104 und einer Mutter gesichert werden.
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Auf der dem Verbinder 10 abgewandten Seite kann das lasttragende Element 100 einen Einschiebling 106 zum Anschluss an einen weiteren Pfosten oder Träger aufweisen.
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In Bezug auf 2 ist ansonsten darauf zu verweisen, dass bereits in 1 dargestellte und diesbezüglich bereits weiter oben erläuterte Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 zum Teil nicht erneut aufgetragen worden sind und/oder anhand von 2 zum Teil nicht erneut erläutert werden. Für die Erläuterung solcher Bezugszeichen und der zugehörigen technischen Merkmale wird zur Vermeidung von Wiederholungen vollumfänglich auf die oben stehende Beschreibung zu 1 verwiesen.
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Ausfü h ru ngsformen
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Ergänzend bzw. zusätzlich zu den bereits erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachfolgend anhand weiterer konkreter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, welche die Erfindung jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen einschränken. Diese Ausführungsformen sind ausdrücklich Teil der vorliegenden Beschreibung.
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Weiterbildungen der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele mit Merkmalen der nachstehenden Ausführungsformen bilden dabei genau wie Weiterbildungen der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen mit Merkmalen der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsbeispielen ausdrücklich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, und sind damit Teil der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführungsform 1: Verbinder für eine Gebäudehülle, welcher zumindest zwei gegeneinander orientierte und/oder aneinander anliegende lasttragende Elemente, insbesondere Träger, Profile, Pfosten oder Riegel, an jeweils einem Ende eines lasttragenden Elements aufnehmen kann, und der die verschiedenen lasttragenden Elemente somit mittelbar miteinander verbinden kann, wobei der Verbinder eine Außenhülle mit einem Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum mit einem aushärtbaren Material gefüllt ist, und wobei zur Aufnahme von lasttragenden Elementen Anschlussstücke vorgesehen sind, welche sich auf der dem Verbinder zugewandten Seite in das aushärtbare Material hinein erstrecken und darin verankert sind, und welche auf der dem Verbinder abgewandten Seite Anschlussmittel zur Aufnahme eines lasttragenden Elements aufweisen.
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Ausführungsform 2: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei der Verbinder ein Profilstoß zum Verbinden von zwei lasttragenden Elementen ist.
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Ausführungsform 3: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform 1, wobei der Verbinder ein Knoten, insbesondere ein Fassadenknoten, zum Verbinden von drei oder mehr lasttragenden Elementen ist.
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Ausführungsform 4: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenhülle Kunststoff aufweist oder aus Kunststoff besteht.
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Ausführungsform 5: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder, insbesondere auf dessen Oberseite, eine Verfüllöffnung zum Einbringen des aushärtbaren Materials aufweist.
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Ausführungsform 6: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Verfüllöffnung in der Außenhülle eingearbeitet ist.
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Ausführungsform 7: Verbinder nach einer der beiden vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Verfüllöffnung nach dem Einbringen des aushärtbaren Materials wasserdicht und/oder gasdicht verschließbar ist.
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Ausführungsform 8: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenhülle mittels einer additiven Fertigung (3D-Druck) hergestellt ist, und/oder wobei die Außenhülle als ein integraler, zusammenhängender Körper ohne Teilstücke gefertigt ist.
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Ausführungsform 9: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenhülle mindestens einen weiteren, in sich geschlossenen Hohlraum aufweist.
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Ausführungsform 10: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenhülle über deren Oberfläche gesehen variierende Materialstärken aufweist.
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Ausführungsform 11: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenhülle intern ausgebildete Verstrebungen aufweist, insbesondere wobei diese Verstrebungen aus demselben Material wie die Außenhülle gebildet sind.
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Ausführungsform 12: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Hohlraum teilweise oder vollständig mit dem aushärtbaren Material gefüllt ist.
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Ausführungsform 13: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das aushärtbare Material Beton, Klebstoff, Zement oder Harz aufweist.
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Ausführungsform 14: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei das aushärtbare Material Beton mit einer Bewehrung aufweist, und insbesondere Faserbeton oder Carbonbeton aufweist.
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Ausführungsform 15: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Anschlussstück aus Metall gefertigt ist.
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Ausführungsform 16: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Anschlussstück auf der dem Verbinder zugewandten Seite einen Stift oder Bolzen aufweist, insbesondere einen Gewindestift oder Gewindebolzen, welcher sich in das aushärtbare Material hinein erstreckt.
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Ausführungsform 17: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei das Anschlussstück auf der dem Verbinder zugewandten Seite mindestens zwei Stifte oder Bolzen aufweist, welche sich in das aushärtbare Material hinein erstrecken, insbesondere wobei zwei Stifte oder Bolzen eine V-förmige Anordnung aufweisen.
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Ausführungsform 18: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder zum Anschluss jeweils eines lasttragenden Elements einen Arm oder einen armartigen Fortsatz aufweist.
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Ausführungsform 19: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei das Ende des Arms als Anschlussfläche ausgestaltet ist.
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Ausführungsform 20: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Anschlussfläche eine Ausnehmung aufweist, in die ein Anschlussstück, insbesondere der Boden eines Anschlussstücks, spielfrei passt.
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Ausführungsform 21: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei in die Anschlussfläche ein Einrastsystem, ggf. mit Federn, eingearbeitet ist, welche in das Anschlussstück, insbesondere in korrespondierende Ausnehmungen im Anschlussstück, einrasten können, sofern das Anschlussstück passend in die Anschlussfläche eingesetzt wird.
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Ausführungsform 22: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenhülle im Bereich des Übergangs zu dem Anschlussstück so ausgestaltet ist, dass sie die Position des Anschlussstücks in Bezug auf die Außenhülle vorgibt.
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Ausführungsform 23: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Anschlussstück in die Außenhülle einrastbar und/oder einklickbar ist.
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Ausführungsform 24: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Anschlussmittel des Anschlussstücks eine Anschlussplatte aufweist oder eine Anschlussplatte ist.
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Ausführungsform 25: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Anschlussmittel so ausgestaltet ist, dass eine in Bezug auf die Richtung der Längsachse des lasttragenden Elements hubfreie Aufnahme des lasttragenden Elements durch das Anschlussmittel ermöglicht ist.
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Ausführungsform 26: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Anschlussmittel zur Aufnahme des lasttragenden Elements ein Teil einer Schwalbenschwanzverbindung aufweist, wobei das Teil so ausgerichtet ist, dass die Schwalbenschwanzverbindung in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des lasttragenden Elements zu fügen ist.
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Ausführungsform 27: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder einen Schraubkanal aufweist.
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Ausführungsform 28: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder einen Kabelkanal aufweist.
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Ausführungsform 29: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder eine Glasaufnahme aufweist.
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Ausführungsform 30: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder einen Kanal zum Abführen von Wasser und/oder Luft aus dem Hohlraum aufweist.
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Ausführungsform 31: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder eine Dichtstofffuge aufweist.
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Ausführungsform 32: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder eine Bohrung, oder eine bohrungsähnliche Ausnehmung, aufweist, welche so positioniert ist, dass aufgenommene lasttragende Elemente mittels einer im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Elements ausgerichteten und durch das Element führenden Schraubverbindung an dem Verbinder festlegbar sind.
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Ausführungsform 33: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenseite der Außenhülle teilweise oder vollständig beschichtet ist.
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Ausführungsform 34: Verbinder nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Beschichtung eine Lackschicht, insbesondere eine Nasslackschicht, und/oder eine Schutzbeschichtung ist.
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Ausführungsform 35: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder ferner zumindest eines der in oben stehender Beschreibung erörterten Merkmale aufweist.
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Ausführungsform 36: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder die zusätzlichen Merkmale zumindest eines der in oben stehender Beschreibung dargelegten Ausführungsbeispiele aufweist.
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Ausführungsform 37: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder nach einem der in oben stehender Beschreibung dargelegten Ausführungsbeispiele ausgebildet ist.
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Ausführungsform 38: Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verbinder die zusätzlichen Merkmale zumindest einer weiteren vorangehenden Ausführungsform aufweist.
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Ausführungsform 39: Außenhülle für einen Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen.
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Ausführungsform 40: Anschlussstück für einen Verbinder nach einer oder mehreren der vorangehenden Ausführungsformen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbinder
- 12
- Außenhülle
- 14
- Hohlraum
- 16
- Aushärtbares Material
- 18
- Anschlussstück
- 20
- Anschlussmittel
- 22
- Verfüllöffnung
- 23
- Bolzen
- 24
- Gewindebolzen
- 26
- Öffnungen
- 28
- Arm
- 30
- Anschlussfläche (Arm)
- 32
- Ausnehmung (Arm)
- 34
- Einrastsystem
- 36
- Ausnehmung (Anschlussstück)
- 38
- Anschlussplatte
- 40
- Schwalbenschwanzverbindung (Anschlussmittel)
- 42
- Schraubkanal
- 44
- Glasaufnahme
- 46
- Dichtstofffuge
- 48
- Zweite Anschlussfläche (Arm)
- 50
- Bohrung oder bohrungsähnliche Ausnehmung (Verbinder)
- 52
- Freiförmige Innenseite
- 100
- Lasttragendes Element
- 102
- Pfosten
- 104
- Schraube
- 106
- Einschiebling
- 138
- Anschlussplatte (lasttragendes Element)
- 140
- Schwalbenschwanzverbindung (lasttragendes Element)
- 150
- Bohrung (lasttragendes Element)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014108562 A1 [0004]