DE4100044A1 - Verbindungstechnik mit laengengestuften lamellen - Google Patents

Description

Einordnung

Es handelt sich um eine Klebeverbindungstechnik für Vollholz- oder Brettschichtholz- und Kunststofftrag­ elemente mit Hilfe sehr dünner Platten aus hochfestem Material wie beispielsweise Stahl zur Herstellung hochleistungsfähiger, druck- und zugbelastbarer Fü­ gungen.

Wirkungsweise

Die leistungsverbessernde Wirkung der Verbindung liegt in der Dehnungsanpassung der beiden unterschiedlich elastischen Materialien durch Variation der Querschnitts­ fläche des steiferen Materials. Im Gegensatz zu bis­ herigen Techniken (z. B. P 39 23 471.1) wird dies nicht durch Variation der Dicke über die Kraftübertragungslänge jeder einzelnen Lamelle erreicht, sondern durch Vari­ ation der zur Kraftübertragung im Tragelement erforderlichen gesamten Dicke eines Lamellenpaketes (4). Hierzu wird die Länge jeder einzelnen Lamelle im Verhältnis zu den anderen variiert, während die Lamellendicke konstant bleibt (Fig. 2). Dies macht es möglich, auf handels­ übliche Plattenhalbzeuge zurückgreifen zu können. Zudem können für die je nach Länge und Positionierung unter­ schiedlich stark belasteten Lamellen Werkstoffe ent­ sprechend höherer oder niedriger Qualität verwendet werden. Die Parallelität der Leimoberflächen schaltet die Gefahr des Ablösens der Klebeflächen, wie sie bei Lamellen mit eingeprägtem Dickenverlauf an den Stellen der größten Flächenneigung auftreten kann, praktisch aus.

Quantifizierung

Die Berechnung der Längen der einzelnen Lamellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) hängt unmittelbar von der gegebenen Dickenver­ laufskurve h_St,x (Fig. 2) ab. Diese wiederum ist ab­ hängig von der zugrundeliegenden Dehnungsbedingung (d. h. Dehnungsdifferenz zwischen härterem und weicherem Material gleich Null oder gleich einem endlichen Wert oder entsprechend einem vorgegebenen Verlauf) und den be­ rücksichtigten Materialeigenschaften (z. B. Spannungs- Dehnungsverhalten der beteiligten Materialien der Fügung) und den variierten Parametern (Lamellenhöhe, Lamellenbreite und Leimfugenbreite). Die Wichtigkeit der miteinbezogenen Größen muß durch Versuche festgelegt werden. Sie ist zudem stark abhängig von den Material­ eigenschaften des härteren und weicheren Materials und denen des Klebemediums.

Bei vorgegebener Dickenverlaufskurve h_St,x müssen die Dicken so gewählt werden und die zugehörigen Längen der Lamellen so ermittelt werden, daß die Summe der Lamellenflächen im Längsschnitt (Fig. 2) die Fläche, welche der Dickenverlauf dem Lamellenmaterial zuweist, mit treppenförmigem Umriß und möglichst gleichem Flächen­ inhalt nachbildet. (Wenn die Breite der Lamellen eben­ falls variiert wird, muß diese weitere Dimension zu­ sätzlich berücksichtigt werden.)

Im einfachsten Fall, unter der Voraussetzung affiner Spannungs-Dehnungslinien von elastisch härterem und elastisch weicherem Material und unter der Bedingung, daß die Dehnungsdifferenz an jeder Stelle des Kraft­ übertragungsbereiches gleich Null sein muß, lautet die Beziehung:

Hierin:
h_St,x Dickenverlauf des Lamellenpaketes in Ab­ hängigkeit von x, einem beliebigen Abs­ zissenwertes innerhalb des Kraftübertra­ gungsbereiches,
h_H Höhe, bzw. Dicke des Holzquerschnittes (konstant innerhalb der Kraftübertra­ gungslänge),
k Verhältnisfaktor der Elastizitätsmoduli (E_h/E_St = k),
b_H Breite des Holzquerschnittes (konstant),
b_St Breite des Lamellenquerschnittes (konstant),
l Länge des Kraftübertragungsbereiches,
x Abzissenwert im Kraftübertragungsbereich.

Die Lamellen mit der größten Länge sind i. a. die am höchsten beanspruchten. Um den Lochleibungsdruck am Bolzen (3) zu verringern, müssen diese außerhalb des Kraftübertragungsbereichs mit zusätzlichen Platten und Ringen verstärkt werden (4a, 4b, Fig. 1).

Mit Hilfe von Bolzen (3) kann dann die Kraft in ein Be­ schlagteil (2) oder in ein anderes Bauteil übertragen werden. Die Anisotropie des Holzes hat damit im Anschluß­ bereich normalkraftbeanspruchter Stäbe keinen Einfluß auf die Leistung der Verbindung.

Herstellung

Im Gegensatz zu bisherigen Techniken kann die Verbindungs­ technik mit längengestaffelten Lamellen auch auf fertige Querschnitte wie z. B. Vollholz angewendet werden. Es werden dann beispielsweise mit einer Präzisionsgattersäge stabachsenparallele Schnitte eingebracht, in welche die dünnen Platten formschlüssig eingelassen werden können. Bauelemente aus Brettschichtholz können bereits bei der Herstellung mit den Lamellen versehen werden, indem diese zwischen die Schichten eingelegt, verleimt und verpreßt werden.

Erläuterungen zu den Begleitzeichnungen

Fig. 1 Längsschnitt durch einen einfachen Brettschicht­ holzstab, der mit längengestaffelten Stahllamellen kraftschlüssig mit einem Beschlagteil verbunden ist.

Fig. 2 Diagramm mit der Darstellung eines gegebenen Dickenverlaufs h_St,x über der Kraftübertragungslänge l und den treppenförmig einbeschriebenen Lamellen unterschiedlicher Dicke, bzw. Querschnittsfläche, und Länge, die zusammen ein vollständiges Lamellenpaket bilden.

Fig. 3 Ansicht des einfachen Brettschichtholzstabes.

Fig. 4 Ansicht der Stirnfläche des Brettschichtholzstabes.

Es bedeuten in Fig. 1 bis Fig. 4:

1 Tragelement aus Brettschichtholz
2 Kraftein- bzw. kraftausleitendes Beschlagteil
3 Bolzen als Verbindungsglied zwischen Lamellen und Beschlagteil
4 Lamellenpaket bestehend aus Lamellenpaaren unterschiedlicher Dicke und Länge (4a, 4b, 4c, 4d, 4e)
l Länge des Kraftübertragungsbereiches
x Abszissenwert im Kraftübertragungsbereich
h_St,x Dickenverlauf als Grenzfunktion für den treppenförmigen Umriß eines Lamellenpaketes (gilt nur, wenn Parameter der dritten Dimension, z. B. Lamellenbreite, nicht variiert werden)
h_H,l Absoluthöhe des Holzquerschnittes, konstant im Kraftübertragungsbereich
l,a l,b Längen der einzelnen Lamellen

Claims (4)

1. Verbindungstechnik zur Ein- und Ausleitung von Druck- und besonders von Zugkräften und von Biegemomenten für elastisch verschiedene Materialien wie z. B. Holz und Stahl, die da­ durch gekennzeichnet ist, daß ein Paket, bestehend aus mehreren Platten (Lamellen) des festeren Materials, deren einzelne und ver­ schiedene Abmessungen in Länge und Dicke und gegebenenfalls in Breite gemäß einem vorgege­ benen Dickenverlauf bzw. Querschnittsflächenverlauf ermittelt worden sind, in das elastisch weichere Tragelement eingelassen und gegebenenfalls verklebt werden.

2. Die Ermittlung der Längen und Dicken der ein­ zelnen Lamellen nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß eine gegebene Dickenver­ laufsfunktion wegen der vorausgesetzten kon­ stanten Plattendicke treppenförmig in Umriß und Flächeninhalt durch die Summe der Dicken und die Anordnung der einzelnen Lamellen im Längsschnitt (Fig. 2) nachgebildet wird. Wird beispielsweise die Lamellenbreite als zusätzliche Dimension über die Kraftübertra­ gungslänge variiert, muß die gegebene Quer­ schnittsflächenfunktion durch die geometrische Abstufung der Querschnittsfläche des Lamellenpaketes sinngemäß angenähert werden.

3. Der Dicken- bzw. Flächenverlauf nach Ansprüchen 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine Dehnungsanpassung der elastisch verschiedenen Tragelemente unter Krafteinwirkung bzw. eine Dehnungsbegrenzung in der Leimfuge durch Variation der Querschnitts­ fläche des Lamellenpaketes bewirkt.

4. Die Verbindungstechnik ist dadurch gekennzeichnet, daß sie auch auf andere Material­ kombination mit E_h/E_St = k<1 ange­ wendet werden kann.