DE202020005280U1

DE202020005280U1 - Verbindungselement

Info

Publication number: DE202020005280U1
Application number: DE202020005280.9U
Authority: DE
Original assignee: Simpson Strong Tie GmbH
Current assignee: Simpson Strong Tie GmbH
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-01-25
Anticipated expiration: 2030-12-22

Abstract

Verbindungselement (10), welches zwischen einem ersten Element (20) und einem zweiten Element (30) anbringbar ist, wobei
das erste Element (20) mit dem zweiten Element (30) mittels des Verbindungselements (10) verbindbar ist; und
das Verbindungselement (10) umfasst:
ein Befestigungselement (40), wobei
das Befestigungselement (40) eine Seitenwand (42) und eine Basiswand (43) aufweist, und
das Befestigungselement (40) wenigstens teilweise in dem zweiten Element (30) aufnehmbar ist,
eine Mehrzahl von Befestigungsbauteilen (50), wobei
die Befestigungsbauteile (50) in dem Befestigungselement (40) aufnehmbar und innerhalb des zweiten Elements (30) verankerbar sind,
ein Verankerungselement (70), das mit dem Befestigungselement (40) verbindbar ist, und
ein Positionierungselement (60), wobei
in einer Mitte (61) des Positionierungselements (60) eine Ankeröffnung (62) angeordnet ist, durch die das Verankerungselement (70) durchführbar ist, und mittels des Positionierungselements (60) das Verankerungselement (60) innerhalb der Seitenwand (42) in radialer Richtung zentrierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement, welches zur Verbindung von zwei Elementen verwendet wird, wobei das Verbindungselement fast vollständig verborgen sein kann. Die Verbindung mit vorzugsweise verwendet um ein erstes Element, wie ein Metallbauteil, welches im Verbindungsbereich vorzugsweise plattenförmig ist, beispielsweise eine Stahlplatte oder ein Stahlblech, an einem zweiten Element, welches insbesondere aus Holz besteht, zu befestigen. Die Verbindung wird vorzugsweise verwendet, um eine Metallplatte insbesondere vertikal, aber auch schräg oder horizontal an einem Holzbauteil zu befestigen. Das Verbindungselement wird hierbei meist von dem in der Regel undurchsichtigen ersten Element aufgenommen, und ist dann verborgen. Da die Mittel zum Herstellen der Verbindung kaum sichtbar sind, ist das vorliegende Verbindungselement bzw. die erfindungsgemäße Verbindung besonders für Gebäudeentwürfe geeignet, bei denen strukturelle Komponenten, wie beispielsweise Balken freigelegt sind, oder baulich bedingt nur einzelne tragfähige Befestigungspunkte vorhanden sind, wie beispielsweise bei Holzständerwerken von Fachwerkhäusern oder Trockenbauwänden. In diesen Fällen, ist es oft wünschenswert die Befestigungsmittel zu verbergen, um die optische Wirkung aufzuwerten, den benötigten Bauraumbedarf für die Verbindung möglichst gering zu halten oder um äußeren Einflüssen eine lediglich geringe Angriffsfläche zu bieten.
Es gibt unterschiedliche Arten und Ausführungen von versteckten Anschlüssen mit individuellen Vor- und Nachteilen, welche je nach Anwendungsfall ausgewählt werden. Problematisch ist hierbei jedoch grundsätzlich, dass optisch integrierte Verbindungselemente in der Regel entweder nur geringe Kräfte aufnehmen können, einer komplizierten Anbringung bedürfen oder eine große Verbindungsfläche mit vielen Befestigungsmitteln erfordern. Dies gilt insbesondere für die Befestigung eines ersten Elements auf einem zweiten Element aus einem insb. anisotropen (Faser-)Werkstoff, da hierbei maßgeblich Scherkräfte auf die Befestigungsmittel wirken, wobei diese Scherkräfte von einem zweiten Element, beispielsweise aus Hirnholz, nur bedingt aufgenommen werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungselement für die Verbindung von zwei Elementen bereit zu stellen, die einerseits in alle Belastungsrichtungen (x-y-z) hoch belastbar ist und andererseits optisch unauffällig zurücktritt und dennoch eine einfache und schnelle Anbringung ermöglicht. Ferner sollte das Verbindungselement eine niedrige konstruktive Komplexität aufweisen und somit kostengünstig in der Fertigung sein und die Verbindung mit handelsüblichen Befestigungsmitteln hergestellt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verbindungselement gemäß Anspruch 1 und eine Verbindung gemäß Anspruch 14.
Eine Besonderheit des Verbindungselements, welches zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element anbringbar ist, besteht darin, dass das Verbindungselement ein Befestigungselement aufweist, welches wenigstens teilweise in einer Aussparung aufgenommen wird, bspw. Sackbohrung, die sich in dem zweiten Element befindet, und durch eine Mehrzahl von Befestigungsbauteilen in dem zweiten Element verankert wird. Durch das Integrieren des Befestigungselements in das zweite Element liegt der benötigte Bauraum innerhalb des zweiten Elements, wodurch ein Hervorstehen des Befestigungselements vermieden werden kann. Es besteht allerdings die Möglichkeit, dass das Befestigungselement aus dem zweiten Element vorsteht, oder umgekehrt vertieft darin aufgenommen ist. Somit kann das erste Element mit dem zweiten Element platzsparend und insbesondere flächig an dem zweiten Element bündig anliegend verbunden werden. Somit wird das Befestigungselement von dem ersten Element in der Draufsicht verdeckt und das Befestigungselement ist durch den bündigen Sitz des ersten und zweiten Elements in der Seitenansicht nicht sichtbar. Einzig ein Ende eines Verankerungselements ist von außen sichtbar. Durch das Verwenden mehrerer Befestigungsbauteile, welche in dem Befestigungselement aufgenommen und mit dem zweiten Element verbunden werden, ist der Kraftschluss der Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem zweiten Element deutlich größer im Vergleich zu einer herkömmlichen Verbindung mit lediglich einem einzigen Befestigungselement.
Das erste Element ist mit dem zweiten Element durch das Verbindungselement unter Verwendung eines Verankerungselements verbindbar. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Positionierungselements, welches durch seine Form innerhalb der Innenfläche der Seitenwand bzw. der Innenwand des Befestigungselements in radialer Richtung festgelegt oder positioniert ist und seinerseits das Verankerungselement in radialer Richtung positioniert, können die besonders kritischen Scherkräfte gut aufgenommen werden, die bei einer Belastung in der Ebene des ersten Elements gegenüber dem zweiten Element im Bereich der Übergangsfläche (Anlagefläche) zwischen dem ersten und dem zweiten Element auf das Verankerungselement wirken. Das Verankerungselement stützt sich hierbei in oder an der Ankeröffnung des Positionierungselements ab, während das Positionierungselement wiederum mit seiner Außenfläche mit der Innenfläche der Seitenwand des Befestigungselements in Kontakt steht und das Befestigungselement in der Aussparung des zweiten Elements aufgenommen ist. Der Hebelarm, der bei einer Scherbelastung auf das Verankerungselement wirkt, wird dadurch verkürzt und die resultierende effektiv auf das Verankerungselement wirkende Belastung reduziert. Darüber hinaus ermöglicht das Verbindungselement durch die Mehrzahl von Befestigungsbauteilen, welche in dem zweiten Element verankert werden, die Erstellung einer hoch belastbaren Verbindung, und ermöglicht zugleich durch das Positionierungselement, dass das Verankerungselement vorteilhafter belastet wird. Das Positionierungselement sollte für einen vollflächigen Kontakt mit der Seitenwand des Befestigungselements vorzugsweise eine kreisförmige Grundfläche bzw. zylindrische Außenfläche aufweisen. Es sind allerdings auch Formen von Vielecken mit wenigstens drei Ecken und vorzugsweise abgerundeten Ecken möglich. Das Positionierungselement könnte auch sternförmig ausgestaltet sein und mindestens zwei, drei oder mehr radial verlaufende Arme aufweisen. Das Befestigungselement kann eine Mittelachse aufweisen, um die die Seitenwand, deren Innenfläche sowie die Ankeröffnung konzentrisch angeordnet sind. Eine Längsachse des Verankerungselements stimmt mit der Mittelachse überein. Die Ankeröffnung und die Außenfläche des Positionierungselements liegen ebenfalls zweckmäßigerweise konzentrisch zu der Mittelachse.
Obwohl das Positionierungselement mit Außengewinde versehen sein könnte und in ein passendes Innengewinde in der Seitenwand bzw. Innenwand des Befestigungselements einschraubbar bzw. eingeschraubt sein kann, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Positionierungselement ohne Gewinde in das Befestigungselement einleg- bzw. einsetzbar ist, bspw. in Form einer Unterlegscheibe. Zweckmäßigerweise ist das Positionierungselement ohne Spiel bzw. lediglich mit einem fertigungstechnisch unumgänglichen minimalen Spiel, etwa als Passung, mit geringem Spiel oder Preßpassung, in dem Befestigungselement aufgenommen bzw. aufnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform treffen die Innenfläche der Seitenwand und die Innenfläche der Basiswand des Befestigungselements an einer Kante aufeinander, wobei wenigstens eines der Befestigungsbauteile in einem Winkel zu einer Mittelachse des Befestigungselements eingetrieben ist und durch die Seitenwand, die Kante oder die Basiswand verläuft. Dies hat insb. für Holzkonstruktionen den Vorteil, dass die Befestigungsbauteile in unterschiedlichen Richtungen, und somit zwangläufig auch nicht ausschließlich in Faserrichtung, in das zweite Element eindringen. In Folge dessen wird das Auftreten eines ungünstigen Falls unterbunden, bei dem alle Befestigungsbauteile in Faserrichtung des zweiten Elements eindringen, falls dieses aus einem anisotropen Werkstoff besteht. Daher nimmt insb. die Zug- und Scherbelastbarkeit des Verbindungselements bzw. der Verbindung zu.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Seite des Positionierungselements auf den Befestigungselementen und/oder auf der Kante aufgesetzt, und/oder eine andere Seite des Positionierungselements schließt bündig mit der Anlagefläche des ersten Elements ab, wobei die Anlagefläche die Fläche ist, in der sich das erste Element und das Positionierungselement gegenüberstehend berühren. In Kombination mit einem Befestigungselement, das vollständig in einer Aufnahmeöffnung oder in sonstiger Weise in dem zweiten Element aufgenommen ist, führt dies dazu, dass ein flächiger Kontakt zwischen erstem Element, zweitem Element, Seitenfläche des Positionierungselements und einer Oberseite des Positionierungselements besteht und somit einerseits die Länge des länglichen Schaftabschnitts des Verankerungselements vom dem ersten Element bis zu dem Positionierungselement minimal ausfällt, andererseits aber auch die insbesondere zylindrische Außenfläche des Befestigungselements in dem zweiten Element vollständig aufgenommen ist. Somit wird die benötigte Länge des Verankerungselements verkürzt, und Kräfte, die radial bezüglich der Mittelachse des Befestigungselements wirken, können optimal von dem zweiten Element aufgenommen werden. Im Bereich eines Übergangs von der Innenfläche der Seitenwand zu der Innenfläche der Basiswand kann eine senkrecht zu der Innenfläche der Seitenwand verlaufende, insbesondere ringförmige Auflagefläche oder Auflagewand für das Positionierungselement gebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt wenigstens eines der Befestigungsbauteile in einem Winkel von weniger als 90 Grad, insb. mit wenigstens 30 Grad und nicht mehr als 60 Grad, gegenüber der Mittelachse des zweiten Elements. Das Begrenzen des Winkels, welchen die Befestigungsbauteile gegenüber der Mittelachse zweiten Elements maximal aufweisen, ermöglicht ferner, dass die Befestigungsbauteile ohne Spezialequipment durch die Innenfläche der Basiswand in dem Befestigungselement, welches in der Senke des zweiten Elements aufgenommen ist, eingebracht und im dem zweiten Element verankert werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Positionierungselement eine Form auf, welche die Ankeröffnung des Positionierungselements bezüglich der Innenfläche der Seitenwand des Befestigungselements in radialer Richtung zentriert. Dies bietet den Vorteil, dass die Ankeröffnung des Positionierungselements, durch die das Verankerungselement durchführbar ist, zentral, also im Mittelpunkt der Fläche liegt, welche durch die Seite- oder Innenwand des Befestigungselements begrenzt wird. Die Ankeröffnung kann mit Innengewinde versehen sein, um mit einem Außengewinde des Verankerungselements zusammenzuwirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Positionierungselement eine Zylinderform oder auch eine Kegelstumpfform auf. Diese Form ermöglicht es, dass der radiale Abstand zwischen der Innenfläche der Seitenwand des Befestigungselements und der Außenfläche des Positionierungselements minimal ist. Das heißt, dass der Durchmesser des Positionierungselements dem Innendurchmesser der Innenfläche des Befestigungselements entspricht oder nur so viel kleiner ist, sodass das Positionierungselement in dem Befestigungselement positioniert werden kann und dabei höchstens ein vorgegebenes radiales Spiel zwischen den beiden Elementen besteht. Durch das Einpassen bzw. das geringe Spiel zwischen der Außenfläche des Positionierungselements und der Innenfläche der Seitenwand des Befestigungselements liegt das Positionierungselement mit seinem Umfang unmittelbar, bzw. mit lediglich sehr geringem Spiel, an dem Befestigungselement an, so dass sich das Positionierungselement richtungsunabhängig gegen eine bezüglich der Mittelachse radiale Belastung an dem Befestigungselement abstützen und somit die auf das Verankerungselement wirkenden Scherkräfte reduzieren kann. Das Positionierungselement kann in Bezug auf die Anlagefläche und/oder das zweite Element vertieft angeordnet sein, bündig damit abschließen oder über die Anlagefläche und/oder aus dem zweiten Element hinausragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Positionierungselement auf wenigstens einer Seite, in einem Bereich nahe der zentralen Ankeröffnung, einen Zentrierungskragen auf, der insbesondere in eine Bohröffnung des ersten Elements, also eine zylindrische Vertiefung oder Bohrung durch das erste Element, einführbar ist. Durch das Verwenden des Zentrierungskragens kann der Kraftschluss zwischen dem Positionierungselement und dem ersten Element verbessert werden, indem eine vergrößerte und möglichst bündige Anlagefläche geschaffen wird, und somit die Scherkräfte besser längs des Verankerungselements und des ersten Elements verteilt werden. Der Zentrierungskragen kann einen definierten Abstand zwischen der Ebene, in der sich das Positionierungselement erstreckt, und der dazu parallel liegenden Grundfläche des Befestigungselements einstellen, indem der Zentrierungskragen das Befestigungselement berührt.
Vorzugsweise entspricht eine Höhe des Zentrierungskragens auf einer Seite des Positionierungselements höchstens der Materialstärke oder Dicke des ersten Elements entlang der Mittelachse des Befestigungselements. Dadurch wird ermöglicht, dass der Zentrierungskragen dem Verankerungselement und dem ersten Element eine möglichst große Anlagefläche bietet, ohne jedoch über das erste Element hinauszuragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Innenfläche der Basiswand des Befestigungselements eben oder trichterförmig oder trichter-wannenförmig. Trichterförmig meint in diesem Zusammenhang eine in Längsschnitt kegel- oder kegelstumpfförmige Innenfläche der Basiswand. Eine trichter-wannenförmige Innenfläche der Basiswand meint im Vergleich zu einer trichterförmigen Innenfläche der Basiswand, dass die kegelstumpfartigen Wände benachbart zu der Mittelachse eine ebene Oberfläche aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Positionierungselement aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise aus Eisen, Stahl, oder einer Legierung mit diesen Metallen, beispielsweise Edelstahl, oder einem Holzwerkstoff. Alternativ kann das Positionierungselement aber auch aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein, der geeignet ist, die in radialer Richtung quer zur Mittelachse wirkenden Kräfte von dem Verankerungselement auf die Seitenwand des Befestigungselements zu übertragen, wie beispielsweise Kunststoff, GFK oder CFK. Ein Vorteil der Ausführung des Positionierungselements aus Holz bestünde darin, dass das Positionierungselement vor Ort sehr leicht gefertigt werden kann, beispielsweise durch das Verwenden eines Kreis- oder Sägebohrers, wobei der Bohrer einen zum Verankerungselement passenden Durchmesser aufweist, und der Sägekranz einen Innendurchmesser hat, der dem Durchmesser der Innenwand des Befestigungselements entspricht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Positionierungselement auf wenigstens einer Seite eine strukturierte Oberfläche auf. Die strukturierte Oberfläche kann sich zwischen dem Positionierungselement und dem ersten Element kraft- oder formschlüssig verzahnen. Das führt dazu, dass einerseits der Kraftschluss zwischen den beiden Bauteilen erhöht wird, und andererseits Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können, da ein leichtes Übermaß des Positionierungselements durch das Eindringen der strukturierten Oberfläche in das erste Element beim Verankern des ersten und zweiten Elements ausgeglichen werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Positionierungselement auf wenigstens einer Seite in einem äußeren Bereich der Oberfläche mindestens eine ringförmige Ausnehmung oder eine abgeflachte Kante auf. Dies ermöglicht, dass Teile von Befestigungsbauteilen, beispielsweise Schraubenköpfe, von der Oberfläche des Positionierungselements aufgenommen werden können, so dass das Positionierungselement auf einer Kante in dem Bereich, in dem die Seitenwand und die Basiswand des Befestigungselements aufeinandertreffen, aufliegt, ohne auf den Befestigungsbauteilen aufzuliegen. Alternativ könnte das Positionierungselement auch auf den Enden der Befestigungsbauteile aufliegen.
Das Positionierungselement und das Verankerungselement können einstückig ausgebildet sein, bspw. verschweißt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen Bereiche in dem Befestigungselement, in denen Befestigungsbauteile aufnehmbar sind, Vertiefungen auf, die bspw. linsen- oder kegelstumpfförmig sein können. Dadurch sind Endabschnitte der Befestigungsbauteile wenigstens teilweise in den Vertiefungen versenkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ankeröffnung in der Mitte des Positionierungselements im Querschnitt entweder kreisförmig oder rechteckig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine Kontakt- oder Anlagefläche zwischen Positionierungselement und Verankerungselement in Abhängigkeit von der Form der Querschnittsfläche des Verankerungselements, üblicherweise ringförmig oder rechteckig, wie beispielsweise bei einer Schlossschraube, maximiert wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ankeröffnung und das Verankerungselement einen spielarmen oder praktisch spielfreien Sitz, bspw. einen Passsitz miteinander bilden, wobei Außenabmessungen oder ein Außendurchmesser des Verankerungselements ein minimales Übermaß gegenüber den Innenabmessungen bzw. dem Innendurchmesser des Positionierungselements besitzen, so dass eine Presspassung gebildet wird, oder ein geringfügiges Spiel aufweisen, so dass eine Passung mit einem minimalen radialen Spiel gebildet wird. Das Radialspiel kann maximal 0,001 mm, 0,01 mm, 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm oder 0,5 mm betragen.
Das Verankerungselement kann formschlüssig mit dem Befestigungselement verbindbar sein, bspw. mittels einer Gewindeverbindung, wobei das Befestigungselement eine mit der Mittelachse fluchtende Öffnung mit Innengewinde haben kann und das Verankerungselement als Schraube, Bolzen o.Ä. mit Außengewinde ausgebildet ist. Alternativ sind formschlüssige Verbindungen bspw. mit einem Verankerungselement möglich, das radial ausfahrbare Kugeln oder Klemmelemente hat, wobei das Befestigungselement eine Öffnung mit einer um die Mittelachse verlaufenden Nut zur formschlüssigen Aufnahme der Kugeln o.Ä. aufweist.
Ferner sieht die Erfindung eine Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Element vor, welche durch das Verankerungselement und das Verbindungselement hergestellt wird. Der Vorteil dieser Verbindung besteht darin, dass das erste Element durch das bereits im zweiten Element verankerte Befestigungselement mittels des Verankerungselements sehr einfach und schnell verbunden werden kann. Dabei werden die oben beschriebenen Vorteile des Verbindungselements genutzt und zugleich eine Verbindung zwischen dem ersten Element und zweiten Element mit nur einem Verankerungselement hergestellt, welches einerseits große Scherkräften aufnehmen kann, und andererseits durch die Verwendung des lediglich einen Verankerungselements, dessen Ende wenigstens in der Draufsicht auf das erste Element sichtbar ist, optisch unauffällig ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Element aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise aus Eisen, Stahl, oder einer Legierung mit diesen Metallen, beispielsweise Edelstahl. Die Verwendung eines, vorzugsweise isotropen, Metallwerkstoffs für das erste Element bietet den Vorteil, dass aus dem mechanisch sehr stabilen und wenigstens gegenüber Holz luftfeuchtigkeitsunempfindlichen Werkstoff Verbindungselemente für weitere Elemente gefertigt werden können, oder aber chemisch beständige, leicht zu reinigende und insb. feuerunempfindliche Metallplatten bzw. Metalloberflächen an einem zweiten Element angebracht werden können, beispielsweise in stark beanspruchten Räumen oder in Bereichen mit besonderer Brandschutzanforderung als Innen- oder Außenverkleidung bzw. auf dem Boden. Alternativ kann das erste Element aber auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, der andere Vorteile besitzt, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, einem Kunst- oder einem Holzfaserverbundwerkstoff.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das zweite Element aus Holz oder einem Holzwerkstoff oder einem Holzfaserverbundwerkstoff wie einer MDF-Platte, oder einem sonstigen Faserverbundwerkstoff mit oder ohne Holzanteil. Die Verwendung eines Holzwerkstoffes für das zweite Element bietet den Vorteil, dass leicht zu bearbeitende, nachhaltig erzeugte und dennoch sehr langlebige Konstruktionen geschaffen werden können, bzw. das Verbindungselement bei bereits bestehenden zweiten Elementen aus einem Holzwerkstoff zur Anwendung kommen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verankerungselement lediglich abschnittsweise ein Gewinde auf, und ein Teilabschnitt des Verankerungselements ohne Gewinde umfasst eine Grenzfläche, die dem ersten Element und dem Positionierungselement gegenübersteht oder mit diesem in Kontakt steht oder kommen kann. Der Vorteil besteht darin, dass das Verankerungselement mit der gesamten Mantelfläche des Teilabschnitts ohne Gewinde des Verankerungselements in Kontakt stehen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein länglicher Schaft des Verankerungselements einen ausgewählten Durchmesser auf, und der Innendurchmesser der Seitenwand des Befestigungselements beträgt ein Mehrfaches des ausgewählten Durchmessers des Verankerungselements, insbesondere wenigstens das 2, 3, 4, 5, 8 oder 10 fache.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der längliche Schaft des Verankerungselements einen ausgewählten Durchmesser auf und eine Materialstärke oder Dicke des ersten Elements entlang der Mittelachse des Befestigungselements ist in einem Bereich um das Befestigungselement nicht größer als das 1, 2, 3, 5 oder 10 fache des ausgewählten Durchmessers. Dies hat den Vorteil, dass das Verbindungselement einerseits ausreichend große Scherkräfte aufnehmen kann und die Verschraubung des Befestigungselements zugleich so dimensioniert ist, dass das Befestigungselement ausreichend große Zugkräfte aufnehmen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich zwischen dem Positionierungselement und dem Befestigungselement eine Vorspannfeder, wobei die Vorspannfeder um das Verankerungselement anordenbar ist. Dies ermöglicht, dass das Positionierungselement an das erste Element gedrückt wird und somit automatisch in eine optimale Position kommt, in der das Positionierungselement dem Verankerungselement die größtmögliche radiale Zentrier- und Stützwirkung zukommen lässt. Dies ist insbesondere bei einer Anordnung relevant, in der das erste Element oben und das zweite Element unten angeordnet sind und das Positionierungselement wegen der Schwerkraft nicht zwingend gegen das erste Element anliegt. Außerdem kann diese Ausführung bei einer vertikal angebrachten Verbindung ein Verkanten des Positionierungselements innerhalb des Befestigungselements verhindern.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und weiterer Ausführungsformen deutlich, die teilweise in Verbindung von den beigefügten Figuren dargestellt werden. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:

1a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Verbindung in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse.
1b zeigt gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 1a das Befestigungselement allein.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Befestigungselements und des Positionierungselements in einem Längsschnitt.
3 zeigt gemäß der weiteren Ausführungsform nach 2 das Befestigungselement in einer Draufsicht und das Positionierungselement im Querschnitt.

Die 1a zeigt eine erfindungsgemäße Verbindung mit dem zugehörigen Verbindungselement 10, welches verwendet wird, um das erste Element 20 und das zweite Element 30 durch das Verankerungselement 70 miteinander zu verbinden. Das in 1a dargestellte plattenförmige erste Element 20, beispielsweise eine Stahlplatte, ist aus einem Stück dargestellt, kann aber auch aus mehreren Elementen, beispielsweise mehreren Plattenschichten gebildet sein. Das Verbindungselement 10 ist mit seinen Bauteilen in einer dafür vorgesehenen Vertiefung oder Aussparung 31 in dem zweiten Element 30, beispielsweise einem Holzbalken, vollständig aufgenommen. Die einzelnen Bauteile des Verbindungselements 10 umfassen das Befestigungselement 40, die Befestigungsbauteile 50 und das Positionierungselement 60. Das Befestigungselement 40, welches in 1b gezeigt wird, umfasst eine Basiswand 43 und eine Seitenwand 42, wobei das Befestigungselement 40 radialsymmetrisch um seine Mittelachse 41 aufgebaut ist. Die Form der Innenfläche der Basiswand 43 ist in 1a trichterförmig dargestellt und weist am unteren Ende eine zylindrisches Ankerloch 47 auf, welche der Aufnahme eines Verankerungselements 70 dient. In der Illustration weist das Befestigungselement 40 an dem Ankerloch 47 ein Innengewinde auf, um ein Verankerungselement 70 mit dem Verbindungelement 40 zu Verschrauben. Es sind jedoch auch andere Verbindungsformen denkbar, wie beispielsweise eine Spreiz- oder Klemmverbindung, welche mit einer Nut um die Mittelachse des Befestigungselements in Eingriff kommen würde, um das Verankerungselement an dem Befestigungselement zu verankern.
Zum Herstellen der erfindungsgemäße Verbindung wird zunächst das Befestigungselement 40 in eine dafür vorgesehene Aussparung 31 in dem zweiten Element 30 eingebracht und anschließend mit acht Befestigungsbauteilen 50 in dem zweiten Element 30 verankert. Das im rechten Teil der 1a als Senkkopfholzschraube dargestellte Befestigungsbauteil 50 ist unter einem Winkel 45 von 30° gegenüber der Mittelachse 41 des Befestigungselements 40 durch das Befestigungselement geführt und in dem zweiten Element 30 verankert. Hierbei wird der kegelstumpfförmige Endabschnitt des Befestigungsbauteils 50, z.B. ein Schraubenkopf, in der kegelstumpfförmigen Vertiefung 46 aufgenommen.
Nach dem Anbringen der Befestigungsbauteile 50 wird das Positionierungselement 60 innerhalb der Innenfläche der Seitenwand 42 des Befestigungselements 40 eingelegt. Möglich sind allerdings auch Kombinationen mit weniger oder mehr Befestigungsbauteilen 50, oder das Nicht-Verwenden einzelner Befestigungsbauteile 50. Der Außendurchmesser des Positionierungselements 60 ist hierbei so gewählt, dass das Positionierungselement 60 ohne Spiel oder mit einem vorgegebenen maximalen radialen Spiel innerhalb der Innenfläche der Seitenwand 42 des Befestigungselements 40 angeordnet werden kann. Die Dicke des Positionierungselements 60 entspricht in 1a der Höhe der Seitenwand 42 oberhalb der Kante 44, welche sich am Übergang von der Innenfläche der Basiswand 43 in die Innenfläche der Seitenwand 42 befindet. Somit stehen das zweite Element 30, das Befestigungselement 40 und das Positionierungselement 60 bündig in einer Anlagefläche 21 mit dem ersten Element 20 in Kontakt. Im Bereich der Kante 44 kann eine senkrecht zur Innenfläche der Seitenwand 42, und somit senkrecht zur Mittelachse 41, angeordnete ringförmige Auflagefläche für das Positionierungselement 60 vorgesehen sein.
Das Positionierungselement 60 weist in seiner Mitte 61 eine Ankeröffnung 62 auf, durch die das Verankerungsbauteil 70 durchführbar ist. Das erste Element 20 wird auf das Befestigungselement 40 gelegt und eine Öffnung 22 im ersten Element zum Durchführen des Verankerungselements 70 wird mit der Ankeröffnung 62 des Positionierungselements 60 ausgerichtet. Danach wird der längliche Schaftabschnitt 71 des Verankerungselements 70 durch das erste Element 20 und das Positionierungselement 60 geführt und in dem Befestigungselement 40 verankert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform (nicht in den Figuren dargestellt) kann der längliche Schaftabschnitt 71 der Mittelachse 41 folgend in das zweite Element eindringen und sich optional zusätzlich in dem zweiten Element verankern, bspw. mittels Gewinde. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 1a ist das Verankerungselement 70 lediglich teilweise mit Gewinde versehen. Der Durchmesser des Teilabschnitts ohne Gewinde 72 ist ausgewählt, um mit der Öffnung 22 des ersten Elements 20 und der Ankeröffnung 62 des Positionierungselements in Kontakt zu stehen oder ein geringes Spiel demgegenüber zu haben.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements 40 und des Positionierungselements 60 ist in den 2 und 3 dargestellt. Das dargestellte Befestigungselement 40 weist eine trichter-wannenförmige Innenfläche der Basiswand 43 und eine Seitenwand 42 auf. Die Innenfläche der Basiswand 43 weist kegelstumpfförmige Vertiefungen 46 auf, durch die Befestigungsbauteile 50 unter einem Winkel 45 von 45 Grad gegenüber der Mittelachse 41 des Positionierungselements 60 eingeführt werden können. In der dargestellten Ausführungsform ist das Durchführen von vier Befestigungsbauteilen 50 vorgesehen. Möglich sind auch hier Kombinationen mit weniger oder mehr Befestigungsbauteilen 50, z.B. 4, 6, 8 oder 10, oder das Nicht-Verwenden einzelner Befestigungsbauteile 50. Das dargestellte Positionierungselement 60 weist neben der Ankeröffnung 62 einen einseitig angebrachten Zentrierungskragen 63 auf. Der Zentrierungskragen 63 weist einen Außendurchmesser auf, der in eine Öffnung 22 des ersten Elements einführbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann eine Vorspannfeder zwischen dem Positionierungselement 60 und der Innenfläche der Basiswand, die sich konzentrisch zu der Mittelachse 41 des Befestigungselements 40 befindet, angeordnet sein, um das Positionierungselement 60 in Richtung der Anlagefläche 21 zu drücken. Dies würde ein Herabfallen bzw. Verkanten des Positionierungselements durch die Schwerkraft verhindern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Positionierungselement 60 wenigstens auf der dem ersten Element 20 zugewandten Seite eine strukturierte Oberfläche auf. Dies könnten beispielsweise Spitzen, Zähne, Aufrauhungen, Erhöhungen oder Kanten sein, wobei die Oberflächenstruktur über die Anlagefläche hinausragen kann. Dies führt dazu, dass der Kontakt zwischen dem Positionierungselement 60 und dem ersten Element 20 formschlüssig erfolgt, wenn die Oberflächenstruktur durch das Verbinden in das erste Element 20 gedrückt wird. Alternativ könnte die Oberflächenstruktur zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen genutzt werden, um ein Anliegen des Positionierungselements 40 an dem ersten Element 20 sicherzustellen.
Bezugszeichenliste

10: Verbindungselement
20: erstes Element
21: Anlagefläche
22: Öffnung
30: zweites Element
31: Aussparung
40: Befestigungselement
41: Mittelachse
42: Seitenwand
43: Basiswand
44: Kante
45: Winkel
46: kegelstumpfförmige Vertiefung
47: Ankerloch
50: Befestigungsbauteile
60: Positionierungselement
61: Mitte
62: Ankeröffnung
63: Zentrierungskragen
70: Verankerungselement
71: länglicher Schaftabschnitt
72: Teilabschnitt ohne Gewinde

Claims

Verbindungselement (10), welches zwischen einem ersten Element (20) und einem zweiten Element (30) anbringbar ist, wobei das erste Element (20) mit dem zweiten Element (30) mittels des Verbindungselements (10) verbindbar ist; und das Verbindungselement (10) umfasst: ein Befestigungselement (40), wobei das Befestigungselement (40) eine Seitenwand (42) und eine Basiswand (43) aufweist, und das Befestigungselement (40) wenigstens teilweise in dem zweiten Element (30) aufnehmbar ist, eine Mehrzahl von Befestigungsbauteilen (50), wobei die Befestigungsbauteile (50) in dem Befestigungselement (40) aufnehmbar und innerhalb des zweiten Elements (30) verankerbar sind, ein Verankerungselement (70), das mit dem Befestigungselement (40) verbindbar ist, und ein Positionierungselement (60), wobei in einer Mitte (61) des Positionierungselements (60) eine Ankeröffnung (62) angeordnet ist, durch die das Verankerungselement (70) durchführbar ist, und mittels des Positionierungselements (60) das Verankerungselement (60) innerhalb der Seitenwand (42) in radialer Richtung zentrierbar ist.
Verbindungselement (10) nach Anspruch 1, wobei die Seitenwand (42) und die Basiswand (43) an einem Übergangsbereich oder einer Kante (44) aufeinandertreffen, und wenigstens eines der Befestigungsbauteile (50) in einem Winkel (45) zu einer Mittelachse (41) des Befestigungselements (40) anordenbar ist und durch die Seitenwand, den Übergangsbereich, die Kante (44) oder durch die Basiswand (43) verläuft.
Verbindungselement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Seite des Positionierungselements (60) auf den Befestigungselementen (40) und/oder auf dem Übergangsbereich oder der Kante (44) gemäß Anspruch 2 aufgesetzt ist, und/oder die Seite des Positionierungselements (60) bündig mit einer Anlagefläche (21) abschließt, in der sich das erste Element (20) und das zweite Element (30) berühren.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei wenigstens eines der Befestigungsbauteile (50) in einem Winkel (45) von weniger als 90 Grad, insbesondere von mind. 30 Grad und nicht mehr als 60 Grad, gegenüber einer Mittelachse (41) des Befestigungselements (40) liegt.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Positionierungselement (60) eine Scheibenform, Zylinderform oder Kegelstumpfform aufweist.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Positionierungselement (60) auf wenigstens einer Seite um die Ankeröffnung (62) einen Zentrierungskragen (63) aufweist, und der Zentrierungskragen (63) in eine insbesondere zylindrische Öffnung (22) des ersten Elements (20) einführbar ist.
Verbindungselement (10) nach Anspruch 6, wobei eine Dicke des Zentrierungskragens (63) auf einer Seite des Positionierungselements (60) höchstens der Materialstärke des ersten Elements (20) entlang einer Mittelachse (41) des Befestigungselements (40) entspricht.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Innenfläche der Basiswand (43) des Befestigungselements (40) eben, trichterförmig oder trichter-wannenförmig ist.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Positionierungselement (60) aus einem Metallwerkstoff, Nichtmetallwerkstoff oder einem Holzwerkstoff besteht.
Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement (60) auf wenigstens einer Seite eine strukturierte Oberfläche aufweist.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Positionierungselement (60) in einem äußeren Umfangsbereich eine ringförmige Ausnehmung und/oder wenigstens eine abgeflachte Kante aufweist.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Öffnungen, in denen Befestigungsbauteile (50) in dem Befestigungselement (40) aufnehmbar sind, Vertiefungen (46) aufweisen, und Endabschnitte der Befestigungsbauteile (50) teilweise in den Vertiefungen (46) versenkbar sind.
Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ankeröffnung (62) in der Mitte des Positionierungselements (60) im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig ausgebildet ist.
Verbindung zwischen einem ersten Element (20) und einem zweiten Element (30) umfassend: das erste Element (20), das zweite Element (30), ein Verankerungselement (70), und ein Verbindungselement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche; wobei das Verankerungselement (70) mit dem Befestigungselement (40) verbunden und an dem ersten Element (20) verankert ist, das Verankerungselement (70) einen länglichen Schaftabschnitt (71) aufweist, der in dem ersten Element (20) aufgenommen ist, und das Befestigungselement (40) wenigstens teilweise in einer Aussparung (31) des zweiten Elements (30) aufgenommen ist.
Verbindung nach Anspruch 14, wobei das Verankerungselement (70) lediglich einen Teilabschnitt mit Gewinde aufweist, und ein Teilabschnitt des Verankerungselements (70) ohne Gewinde (72) eine Außenfläche umfasst, die mit dem ersten Element (20) und dem Positionierungselement (60) in Kontakt steht.
Verbindung nach Anspruche 14 oder 15, wobei der längliche Schaftabschnitt (71) des Verankerungselements (70) einen ausgewählten Durchmesser aufweist, und eine Materialstärke des ersten Elements (20) entlang einer Mittelachse (41) des Befestigungselements (40) in einem Bereich um das Befestigungselement (40) nicht größer als das 1, 2, 3, 4,5 oder 10 fache des ausgewählten Durchmessers ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zwischen dem Positionierungselement (60) und dem Befestigungselement (40) eine Vorspannfeder angeordnet ist, die um das Verankerungselement (70) angeordnet sein kann.