DE3820396A1

DE3820396A1 - Holzzapfenverbindung

Info

Publication number: DE3820396A1
Application number: DE19883820396
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Von Dipl Ing Dreden
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-15
Filing date: 1988-06-15
Publication date: 1989-12-28

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Holzkonstruktionen und betrifft insbesondere die Verbindung zweier Holzelemen te mittels Zapfen und Zapfenloch durch ein Verfahren ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder durch einen Bausatz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17.

Zur Herstellung einer Verbindung zweier Holzelemente ist es allgemein bekannt, in das erste Element ein Zapfenloch einzubringen und am zweiten Element einen dazu passenden Zapfen vorzusehen, der nach Zugabe von Leim (oder Kleber) in das Zapfenloch eingeführt wird, um die beiden Elemente zusammenzufügen. Herkömmlicherweise ist das Zapfenloch ein gerades Loch, welches länglich gebohrt sein kann (Langloch) und den entsprechend geformten, gerade ausgeklinkten Zapfen des anderen Holzelementes aufnimmt. Nach dem Zusammenfügen muß die so geschaffene Verbindung unter Preßdruck leimen. Zur Herstellung und Aufrechterhaltung des Preßdruckes be darf es besonderer Hilfsmittel wie Zwingen, Einspannvorrich tungen oder dergleichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das feste Zusammenfügen zweier Holzelemente für eine Holzzapfen verbindung zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird erfindungs gemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. des Bausatzes nach Anspruch 17 gelöst. Vor teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in Un teransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung wird das Zapfenloch, etwa mit Hilfe ei nes speziellen Fräsers, so ausgebildet, daß sein tieferer Teil eine größere Breite hat als sein oberer Anfangsteil.

Der mit einem entsprechenden Gegenprofil versehene Zapfen läßt sich dank eines darin vorgesehenen Schlitzes elastisch zusammenpressen, so daß, nach Leimzugabe, sein breiterer Teil durch den engeren Anfangsteil des Zapfenloches gezwängt werden kann, um sich dann beim Erreichen des breiteren Teils des Zapfenlochs wieder elastisch zu spreizen und den not wendigen Preßdruck für die Leimverbindung herzustellen. Der Preßdruck entsteht also durch die formschlüssige, unter Span nung stehende Anpassung des Zapfens im Loch. Aufwendige Preß mittel und Preßzeiten können dadurch wegfallen. Gemäß der Erfindung vorgefertigte Holzelemente können, fertig ober flächenbehandelt, platzsparend gelagert und als Bausatz versandt werden und lassen sich dann am Bestimmungsort in einfacher Weise montierten.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausfüh rungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher beschrieben:

Fig. 1a, 1b und 1c zeigen in Schnittansicht das eine der zu verbindenden Holzelemente in verschiedenen Pha sen der Herstellung des Zapfens;

Fig. 2a, 2b und 2c zeigen in Schnittansicht das an dere Holzelement in verschiedenen Phasen der Herstellung des Zapfenlochs;

Fig. 3a, 3b und 3c zeigen im Aufriß das zweite Holz element in verschiedenen Phasen der Herstellung des Zapfen lochs;

Fig. 4 zeigt in Schnittansicht die beiden zusammenge fügten Holzelemente.

In den Figuren sind die beiden miteinander zu verbindenden Holzelemente mit 10 und 20 bezeichnet. Die Fig. 1a, 2a und 3a zeigen die beiden Holzelemente 10 und 20 im unbear beiteten Zustand. Die gestrichelte Linie 17′ zeigt das Niveau, wo am Element 10 eine Basisfläche zu bilden ist, die bei der fertigen Holzverbindung an einer Basisfläche 27 des Elementes 20 anliegt.

Gemäß der Fig. 1b wird das untere Element des Holzelementes 10 ab dem Niveau 17′ angefräst, so daß die Basisfläche 17 und ein von dieser Fläche vorstehender Zapfen 11 entsteht. Der Zapfen beginnt ab der Fläche 17 mit einem geraden Halsab schnitt 12, der etwa bis zur Mitte der Zapfenlänge reicht. Ab dort verbreitert sich der Zapfen über einen kleinen Be reich 13, um sich dann zum Ende hin über einen längeren Be reich 14 wieder auf etwa die Breite des Halsabschnitts 12 zu verjüngen. Die Endfläche 15 des Zapfens 11 ist parallel zur Basisfläche 17.

Beim hier beschriebenen Beispiel ist der Zapfen 11 länglich in Richtung senkrecht zur Zeichenebene. Das aus den Berei chen 12, 13 und 14 bestehende Zapfenprofil wird durch Herum führen eines um eine Achse Y rotierenden Fräsers 30 gebildet, der ein entsprechendes Gegenprofil hat, wie es in der Fig. 1b dick schwarz gezeichnet ist. Die Schräge des sich erweitern den Bereichs 13 am Zapfen 11 ist etwa 60°, und der sich ver jüngende Bereich 14 hat eine Schräge von etwa 6°. Der Zapfen 11 hat über seinen gesamten Umfang das gleiche Profil.

Gemäß der Fig. 1c wird in den Zapfen 11 mittels einer sche matisch angedeuteten Säge 40 von seiner Endfläche 15 her ein mittiger Schlitz 16 eingebracht. Der Schlitz 16 erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene über den gesamten Zapfen 11 und reicht in seiner Tiefe über die verdickten Bereiche 14 und 13 hinaus bis in den geraden engeren Halsbereich 12. In seiner Breite und Länge ist der Schlitz 16 so bemessen, daß er ein elastisches Zusammendrücken des Zapfens 11 er laubt, so weit, bis der breiteste Teil des Zapfens, der sich im dargestellten Fall am Übergang zwischen den Bereichen 13 und 14 befindet, auf die Breite des Halsabschnitts zusammen gedrückt wird. Die hierzu notwendigen Schlitzabmessungen kön nen je nach Elastizität des Holzes verschieden sein.

In das zweite Holzelement 20 wird ein Zapfenloch eingebracht, dessen lichter Raum in Querschnittsgestalt und Profil dem Zapfen 11 entspricht. Gemäß der Fig. 2b wird hierzu als er stes ein zylindrischer Fräser 50, dessen Durchmesser der Dicke des Halsabschnitts 12 des Zapfens 11 entspricht, in die Oberfläche 27 des zweiten Holzelementes 20 gebohrt, und zwar bis auf eine Tiefe, die der Höhenabmessung des Halsabschnitts 12 des Zapfens 11 entspricht. Diese Bewegung ist in der Bewegung 3 b mit dem Pfeil A dargestellt. An schließend erfolgt eine Relativbewegung zwischen Fräser 30 und Holzelement 20 in Querrichtung, worauf der Fräser ge mäß dem Pfeil C wieder herausgezogen wird. Auf diese Weise entsteht ein Langloch mit gerader Seitenwandung 22, wie es im Schnitt in Fig. 2B und in Draufsicht in Fig. 3B ge zeigt ist.

Als nächstes wird das Langloch 21′ mittels eines Fräsers 60, der in Fig. 2c dargestellt ist, vertieft. Der Fräser 60 ist breiter als das Langloch 21′ und hat ein Profil, das dem Profil der Abschnitte 13 und 14 und der Endfläche 15 des Zapfens 11 entspricht. Der Fräser 60 wird in die Mitte des Langlochs 21′ gesenkt und bis auf eine Tiefe gebracht, die gleich oder geringfügig größer ist als die Höhe des Zapfens 11. Diese Bewegung ist mit dem Pfeil D in Fig. 3c angedeutet. Anschließend wird der Fräser 60 gemäß dem Pfeil E zum einen Ende des Langlochs, dann gemäß dem Pfeil F zum gegenüberlie genden Ende des Langlochs und schließlich gemäß dem Pfeil G wieder zur Mitte des Langlochs bewegt, wo er dann gemäß dem Pfeil H wieder herausgezogen wird.

Durch den beschriebenen Fräsvorgang entsteht ein vertieftes Langloch 21 mit einem Profil, wie es die Schnittansicht der Fig. 2c zeigt. Dieses Profil ist im wesentlichen das nega tive Abbild des Profils des Zapfens 11. Das Zapfenloch be ginnt ab der Oberfläche 27 mit einem durch die Seitenwandung 22 gebildeten Anfangsabschnitt konstanter Breite, erweitert sich dann über einen kurzen Abschnitt 23, um sich anschließend über einen größeren Abschnitt wieder auf die Breite des An fangsabschnitts zu verjüngen. Infolge des Durchtritts des Fräsers 60 ist der Anfangsabschnitt lediglich in der Mitte des Langlochs 21 in einem kleinen Bereich verbreitert, wie es bei 29 in der Fig. 3c dargestellt ist.

Zum Verbinden der beiden Holzelemente 10 und 20 wird nach Leimzugabe der Zapfen 11 in das Zapfenloch 21 eingeführt. Infolge des schrägen Profils des Abschnitts 14 und dank des Schlitzes 16 drückt sich der Zapfen 11 zunehmend zusam men, wenn er in den geraden Anfangsteil des Langlochs 21 dringt. Sobald der hinterschnittene Abschnitt 13 des Zapfens in die Höhe des hinterschnittenen Abschnitts 23 des Langlochs 21 gelangt, spreizt sich der zusammengedrückte Teil des Zap fens 11 wegen der Elastizität des Holzes wieder auseinander, d. h. der breitere Endteil des Zapfens legt sich formschlüssig in den breiteren tieferen Teil des Langlochs. Infolge der elastischen Rückstellkraft pressen sich die Profilteile 13 und 14 des Zapfens 11 fest gegen die Profilteile 23 und 24 des Langlochs 21. Hierdurch wird das Holzelement 10 fest am Holzelement 20 gehalten, es bedarf keiner Zwingen oder dergleichen für das Leimen, denn der Leim-Preßdruck entsteht durch die Eigenspannung des Holzzapfens. Zapfen und Zapfen loch wirken wie ein Clip-Verschluß zusammen. Die Fig. 4 zeigt die hergestellte Holzzapfenverbindung in Schnittan sicht.

Die Maße von Zapfen 11 und Zapfenloch 21 sind für Preßsitz dimensioniert. Es ist vorteilhaft, wenn der Zapfen 11 zu mindest in seinen breiteren Abschnitten 13 und 14 ein ge wisses Übermaß gegenüber dem Zapfenloch 21 hat, weil dann der Preßdruck größer ist. Vorzugsweise ist die Höhe des Zap fens 11 etwas kleiner als die Tiefe des Zapfenlochs 21, so daß in der fertigen Holzverbindung ein kleiner Zwischenraum zwischen der Endfläche 15 des Zapfens und der Bodenfläche 25 des Zapfenlochs bleibt.

Die vorstehend in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Formen und Maße sind nur als Beispiel anzusehen. Das Profil von Zapfen und Zapfenloch kann auch anders aussehen als dar gestellt; beispielsweise kann der sich erweiternde Abschnitt (Hinterschneidung) 13 bzw. 23 näher am Anfang des Zapfens bzw. Zapfenlochs beginnen, so daß der Anfangsteil 12 bzw. 22 wesentlich kürzer ist. Auch können die angegebenen Winkel für die schrägen Abschnitte anders gewählt werden.

Wenn die Verbreiterung des Zapfens sehr ausgeprägt ist, muß der Zapfen beim Einführen in das Zapfenloch natürlich mehr zusammengedrückt werden. In solchen Fällen kann es vorteil haft sein, die Verbreiterung nur in Richtung quer zum Schlitz zu bilden (von einer eventuellen Verbreiterung in Schlitzrich tung wird ohnehin ein Teil durch das Einbringen des Schlitzes weggenommen).

Zapfen und Zapfenloch müssen auch nicht unbedingt die in den Zeichnungen dargestellte längliche Querschnittsform ha ben. Das Prinzip der Erfindung kann auch in Verbindung mit runden Zapfen und Zapfenlöchern angewandt werden. Bei einem runden Zapfenloch ist allerdings das Einfräsen einer umlau fenden Verbreiterung in der Tiefe des Lochs etwas schwieriger (es bedarf hierzu einer genau kreisförmigen Relativbewegung zwischen Holz und Fräser). Im Falle einer runden oder regel mäßig vieleckigen Querschnittsform von Zapfen und Zapfen loch wird als Schlitz vorzugsweise ein Kreuzschlitz einge bracht. Die gewünschte elastische Verformbarkeit des Zapfens kann in manchen Fällen auch durch einen Schlitz erreicht werden, der nicht voll über den Querschnitt des Zapfens geht, sondern einen Einschnitt von der Seite her bildet.

Statt der Verwendung zweier Fräser für die Bildung des Zap fenlochs, wie in Verbindung mit den Fig. 2b, 2c und 3b, 3c beschrieben, kann das Zapfenloch auch in einem einzigen Arbeitsgang unter Verwendung eines einzigen Fräsers herge stellt werden, der die Profile der beiden Fräser 50 und 60 in sich vereinigt.

Schließlich sei noch erwähnt, daß es auch im Bereich der Er findung liegt, den Zapfen nicht einstückig mit dem betreffen den Holzelement zu fräsen, sondern ihn getrennt herzustellen und in das Holzelement einzusetzen. Hierzu kann der Zapfen an beiden Enden in der gleichen oder in ähnlicher Weise mit einer Verbreiterung und einem Schlitz ausgebildet sein, um in entsprechend ausgebildete Zapfenlöcher an beiden zu verbindenden Holzelementen zu fassen.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden zweier Holzelemente unter Durch führung folgender Schritte:

a) Einbringen eines Zapfenlochs in das eine Holzelement;
b) Vorsehen eines formschlüssig in das Zapfenloch passen den Zapfens am anderen Holzelement;
c) Aufbringen von Leim oder Kleber auf Flächen des Zap fens und/oder des Zapfenlochs;
d) Zusammenfügen der beiden Holzelemente unter Einführen des Zapfens in das Zapfenloch;
e) Ruhigstellung der zusammengefügten Holzelemente, bis der Leim oder Kleber ausgehärtet ist,

dadurch gekennzeichnet,

f) daß dem Zapfenloch (21) ein Profil mit einer Verbrei terung (23, 24) in seinem tieferen Teil gegeben wird;
g) daß dem Zapfen (11) ein Gegenprofil mit entsprechender Verbreiterung (13, 14) gegeben wird, die im Preßsitz in die Verbreiterung des Zapfenlochs paßt;
h) daß in den Zapfen (11) ein Schlitz (16) geschnitten wird, der den Zapfen elastisch derart verformbar macht, daß er an seiner verbreiterten Stelle (13, 14) bis auf die engste Weite (22) des Zapfenlochs (21) oberhalb dessen Verbreiterung (23, 24) zusammengedrückt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Zapfens (11) im Bereich seiner elasti schen Verformbarkeit mit einem Übermaß gegenüber dem entsprechenden Profil des Zapfenlochs (21) hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zapfen (11) und dem Zapfenloch (21) jeweils ein Längsprofil gegeben wird, welches sich von einer Anfangs breite (12; 22) auf eine Maximalbreite erweitert (13; 23) und sich von dort zum Ende hin wieder auf die Anfangs breite verjüngt (14; 24).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung (14; 24) linear ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung (14; 24) eine Schräge von etwa 6° hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anfangsbreite über einen endlichen Bereich (12; 22) konstant ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erweiterung des Profils eine schräge Hinterschneidung (13; 23) bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (13; 23) eine Schräge von etwa 60° hat.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Zapfenloch (21) als Lang loch gefräst und der Zapfen (11) auf eine dem Langloch entsprechende Querschnittsform gefräst wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfenloch (21) zunächst mittels eines zylindrischen ersten Langlochfräsers (50), dessen Durchmesser gleich der schmalsten Breite (22) des Zapfenlochs (21) ist, vorgefräst wird und daß anschließend die Wandung des so gebildeten Langlochs (21′) mittels eines zweiten Fräsers (60) zur Bildung des Profils hinterschnitten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Fräser (60) ein Rotationskörper mit einem Profil verwendet wird, das dem Profil des erweiterten Bereichs (23, 24) des Zapfenlochs (21) entspricht, und daß dieser Fräser arbeitend an einer vorbestimmten Stelle (29) in das vom ersten Fräser (50) gebildete Langloch (21′) gebohrt, dann entlang dem gesamten Langloch quer verschoben und anschließend wieder an der vorbestimmten Stelle herausgezogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Zapfenlochs (21) ein Langlochfräser, des sen Profil dem Gesamtprofil des Zapfenlochs entspricht, arbeitend an eine vorbestimmten Stelle (29) in das be treffende Holzelement gebohrt, von dort zur Bildung des Langlochs querverschoben und anschließend wieder an der vorbestimmten Stelle herausgezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß die vorbestimmte Stelle (29) die Mitte des Lang lochs (21) ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Schlitz (16) mittig in die Endfläche (15) des Zapfens (11) bis über dessen Verbrei terung (14, 13) hinaus eingeschnitten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbreiterung (13, 14) des Zapfens nur in Richtung quer zum Schlitz (16) gebildet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (16) parallel zur län geren Querschnittsabmessung des Zapfens (11) eingebracht wird.

17. Bausatz für eine Holzkonstruktion mit mindestens zwei miteinander zu verbindenden Holzelementen, deren erstes an der Verbindungsstelle ein Zapfenloch und deren zweites an der Verbindungsstelle einen formschlüssig in das Zap fenloch passenden Zapfen aufweist, dadurch ge kennzeichnet,

a) daß das Zapfenloch (21) ein Profil mit einer Verbrei terung (23, 24) in seinem tieferen Teil hat;
b) daß der Zapfen (11) ein Gegenprofil mit entsprechender Verbreiterung (13, 14) hat, die im Preßsitz in die Verbreiterung des Zapfenlochs (21) paßt;
c) daß im Zapfen (11) ein Schlitz (16) gebildet ist, der den Zapfen elastisch derart verformbar macht, daß er an seiner verbreiterten Stelle (13, 14) bis auf die engste Weite (22) des Zapfenlochs (21) oberhalb dessen Verbreiterung (23, 24) zusammengedrückt werden kann.

18. Bausatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Zapfens (11) im Bereich seiner elastischen Verformbarkeit ein Übermaß gegenüber dem entsprechenden Profil des Zapfenlochs (21) aufweist.

19. Bausatz nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (11) und das Zapfenloch (21) jeweils ein Längsprofil haben, welches sich von einer Anfangsbreite (12; 22) auf eine Maximalbreite (13; 23) erweitert und sich von dort zum Ende hin wieder auf die Anfangsbreite verjüngt (14; 24).

20. Bausatz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung (14; 24) linear ist.

21. Bausatz nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung (14; 24) eine Schräge von etwa 6° hat.

22. Bausatz nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anfangsbreite über einen endlichen Bereich (12; 22) konstant ist.

23. Bausatz nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung des Profils eine schräge Hinterschneidung (13, 23) bildet.

24. Bausatz nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (13; 23) eine Schräge von etwa 60° hat.

25. Bausatz nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbreiterung (13; 14) des Zapfens nur in Richtung quer zum Schlitz (16) geht.

26. Bausatz nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schlitz (16) parallel zur längeren Querschnittsabmessung des Zapfens (11) läuft.

27. Holzkonstruktion, die mindestens zwei durch Eingriff von Zapfen und Zapfenloch miteinander verbundene Holz elemente aufweist, dadurch gekennzeich net, daß die Holzelemente gemäß einem der Ansprüche 17 bis 26 ausgebildet sind.