DE4229958A1 - Koaxial verschraubte Stabverbindung für Fachwerkkonstruktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des in der Patentanmel­ dung P 42 02 249 beschriebenen Erfindungsgegenstandes:
Eine koaxial verschraubte Stabverbindung für ebene und räumliche Fachwerkkonstruktionen, deren Gurt- und Diagonalstäbe aus Rund­ rohren bestehen.

Mit den bereits in der Hauptanmeldung beschriebenen Mitteln wird gegenüber dem Stand der Technik folgender technischer Fortschritt erreicht:
Wesentliche Reduzierung des Reibmoments beim Anziehen des Spann­ bolzens;
Entlastung des Spannbolzens vom Anziehdrehmoment;
größere Dehnlänge und Möglichkeit zum Auswechseln des Spannbol­ zens;
Möglichkeit zur Korrektur der Stablänge auch im bereits einge­ bauten Zustand;
formschlüssige Einspannung des Rohrstabes mit den Verspannungs­ teilen.

Hier ist die Aufgabe zugrundegelegt, die Formschlußverbindung zwischen Rohrstab und Spannteilen sowie den Verspannungsvorgang selbst hinsichtlich des Arbeitsaufwandes günstiger zu gestalten.

Die Lösung der Aufgabe geht aus dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben:

In Fig. 1 ist die Kopfseite eines Rohrstabes in der Einbauposi­ tion dargestellt, wenn der Rohrstab zwischen Knotenkernen 1 mit gegebenem Abstand L eingesetzt wird.

Fig. 2 zeigt den Rohrstab in fertig montiertem und verspannten Zustand.

Die Wand des Rohrstabes 2 ist am Stabende zu einem Stirnwulst 3 verdickt. Dieser Stirnwulst wird in bekannter Weise a) durch An­ stauchen, b) durch Anschweißen eines Rohrstückes mit größerer Wanddicke oder c) durch Einlöten oder Einkleben eines bereits mit den Formschlußprofilen bearbeiteten Stirnringes hergestellt. Der Drahtdurchmesser des Stützringes 4 wird etwa gleich der Wand­ dicke des Rohres 2 und die Tiefe der Rundnut wird etwa mit 35% des Drahtdurchmessers ausgeführt. Unter Berücksichtigung einer aus­ reichend großen Druckfläche in der Rundnut und einer möglichst klei­ nen Radialkraftkomponente, welche aus der axialen Spannkraft resul­ tiert, ist ein Druckwinkel am Stützring 4 zwischen 30° bis 45° bezüglich Stabachse vorteilhaft. Dieser Druckwinkel wird durch den Stirnflächenwinkel des inneren Spannkegels 8 bestimmt. Dessen Axialverschiebung nach innen wird durch einen flachen Anschlag­ bund begrenzt; alternativ wird dieser Grenzanschlag durch einen dünnen Drahtring 3b oder durch Stemmkerben hergestellt.

Um für den Spannbolzen 10 eine möglichst große elastische Deh­ nung zu erreichen, wird dessen Schaft über den größten Teil seiner Länge mit kleinerem Durchmesser als der Gewindedurchmesser aus­ geführt. Die Gewindelänge t markiert die Mindest-Einschraubtiefe. Die Stützbunde 10a, 10b und 10c bewirken die Spannbolzenzentrie­ rung, der Stützbund 10b hat die Aufgabe als Schaftverstärkung an der Stelle des Mitnehmerstiftes 14. Über die Stützbunde 10a und 10b ist eine tangential offene Führungshülse 11 zum Zweck einer exakten Bolzenführung eingelegt. Der Einschiebeweg des Spannbol­ zens 10 nach innen wird durch einen elastischen Innenanschlag 15 zwischen dem inneren Spannkegel 8 und dem Mitnehmerstift 14 be­ grenzt. Der Innenanschlag ist so eingestellt, daß der Spannbolzen 10 nur über die kleine Strecke f, etwa zwei bis vier Gewindegänge, gegen elastischen Widerstand einzudrücken ist. Für die Drehmit­ nahme des Spannbolzens sind im nach innen verlängerten Schaft der Stellhülse 6 Längsschlitze 6a vorgesehen, in welche der Mitneh­ merstift 14 eingreift. Diese Drehmitnahme ist nur für so kleine Drehmomente ausgelegt, welche ausreichen, um den Spannbolzen 10 in die Gewindebohrung 1a einzudrehen, nicht zum Verspannen selbst.

Der Zusammenbau des Stabkopfes erfolgt in der Weise, daß zuerst der innere Spannkegel 8 komplett mit Spannbolzen 10, Führungshül­ se 11 und Innenanschlag 15 in den Stirnwulst 3 bis zum Grenz­ anschlag 3b eingeschoben und danach der Stützring 4 eingelegt wird. Dann werden der äußere Spannkegel 5 und die Stellhülse 6 mit Druckmuffe 17 eingesetzt. Als Verliersicherung für den äuße­ ren Spannkegel 5 am Stirnwulst 3 wird vorgeschlagen a) ein lei­ chter Preßsitz, b) ein Klebefilm, c) einige Stemmkerben.

Es wird die Bedingung zugrunde gelegt, daß der Spannbolzen 10 aus­ wechselbar sein soll; dazu muß dann der äußere Spannkegel 5 zer­ störungsfrei ausgebaut werden können.

Als Verliersicherung für die Stellhülse 6 ist auf dem Hülsenschaft ein radial-elastischer Ring 6a vorgesehen.

Beim Einbau des Rohrstabes, Fig. 1, ist die Druckmuffe 17 bis zum inneren Anschlag in der Stellhülse 6 zurückgedreht. Der Spannbol­ zen 10 wird so weit gegen den elastischen Innenanschlag 15 ein­ gedrückt, daß der Stabkopf zwischen die Knotenkernfläche 1b ein­ geschoben werden kann. Durch die Federwirkung des Innenanschlages 15 wird der Spannbolzen gegen den Gewindeauslauf der Bohrung 1a gedrückt. Durch Drehen der Stellhülse 6 wird der Spannbolzen so weit in die Gewindebohrung 1a eingeschraubt - mindestens mit der ganzen Gewindelänge t - bis der Spannbolzenkopf 9 am inneren Spannkegel 8 anliegt. Die Stablänge ist konstruktiv so auf das Knotenmaß L abgestimmt, daß zwischen der Knotenkernfläche 1b und Druckmuffe 17 ein Toleranz- und Kontrollspalt c von etwa zwei bis drei Gewindeganglängen frei bleibt. Das Verspannen erfolgt in der Weise, daß die Stellhülse 6 festgehalten und die Druckmuffe 17 aus der Stellhülse heraus gegen die Knotenkernfläche 1b ge­ dreht wird.

Der elastische Innenanschlag 15 erfüllt nur den Zweck einer Montage­ erleichterung; in vereinfachter Alternativausführung wird auf diese Anschlagfederung verzichtet.

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung insbesondere für Rohr­ stäbe mit sehr kleiner Wanddicke unter Bezugnahme auf Fig. 4 der Hauptanmeldung. Hier ist zum Zweck der Kraftübertragung ein Stirn­ ring 7 nur formschlüssig mittels des Bördelsteges 21 in den Rohr­ stab 2 eingesetzt. Die vom Rohrstab auf die Schraubverbindung zu übertragenden Kräfte werden nur über den Bördelsteg 21 in die Spann­ kegel 5, 8 eingeleitet. Zur Axialfixierung im nichtverspannten Zu­ stand ist am Stirnring 7 eine Umfangsnut 7a vorgesehen, in wel­ che aus der Rohrwand einige Punktsicken eingedrückt werden. Die Radialzentrierung des äußeren Spannkegels 5 wird dadurch erreicht, daß der Bördelsteg 21 Z-förmig ausgebildet ist. Für die Drehmit­ nahme sind im Schaft der Stellhülse 6 achsparallele Mitnehmer­ stifte 13 eingesetzt und als Mitnehmerhebel ist auf dem Spannbol­ zen eine Blechscheibe 14a formschlüssig befestigt, wozu am Bol­ zenschaft Mitnehmerkerben eingeschliffen sind. Diese Ausführung der Drehmitnahme ist für den Fall vorteilhaft, wenn der Spannbol­ zen aus einem hochfesten Werkstoff hergestellt ist.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Alternativausführung insbesondere für Rohrstäbe mit kleinerem Rohrdurchmesser und relativ großer Wanddicke, Rohrdurchmesser/Spannbolzendurchmesser ca. 3 bis 4. Dabei kann wegen des kleinen Durchmesserverhältnisses der äußere Spannkegel 5 (Fig. 1 bis Fig. 3) entfallen, die Stellhülse 64 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und ist direkt an der Rohrstirnseite drehbar abgestützt. Zur Axialfixierung ist eine Verstemmkante 65 vorgesehen. Wegen der größeren Rohrwanddicke wird hier auf einen Stirnwulst verzichtet; die Nuttiefe zum Stützring 4 sollte aber nicht größer sein als 0,4 × Wanddicke. Der innere Spannkegel ist als im wesentlichen zylindrische innere Spannscheibe 81 ausgebildet. Als Mitnehmerstifte 13, 14 werden vorteilhaft aus Federstahlblech gerollte, radial federnde handelsübliche Spannstifte eingesetzt.

In Fig. 5 wird eine vereinfachte Ausführung vorgeschlagen, eben­ falls für Rohrstäbe mit kleinerem Durchmesser, wobei mittels eines an das Rohr 2 angeschweißten Stirnwulstes 36 eine so große Durch­ messerreduzierung erzielt wird, daß Spannkegel 5, 8 (Fig. 1, Fig. 3) nicht benötigt werden. Die Ausführung und Funktion der Stellhülse 66 sowie der inneren Spannscheibe 81 entsprechen dem Vorschlag nach Fig. 4.

Claims (6)

1. Koaxial verschraubte Stabverbindung für Fachwerkkonstruktionen, deren Stäbe aus Rundrohren bestehen, im wesentlichen nach dem er­ sten Patentanspruch der Hauptanmeldung P 42 02 249, wobei ein Rohrstab an jedem Stabende zwischen einem äußeren und einem inne­ ren Spannteil durch die Wirkung eines zentralen Spannbolzens form­ schlüssig eingespannt ist, wobei ein Verspannungsverfahren vorge­ sehen ist von der Art, daß zuerst über den Spannbolzen eine form­ schlüssige Axialverbindung zwischen Stab und Knotenkern hergestellt und danach durch Gegendrehen einer Kontermuffe (=Druckmuffe) bei ruhendem Spannbolzen die Spannkraft aufgebracht wird, gekennzeich­ net durch die Merkmale

• a) als Formschlußprofil am verdickten Stirnwulst (3) des Rohrsta­ bes (2) ist für die Abstützung des äußeren Spannkegels (5) eine Anschlagfläche (3a) mit Radialzentrierung und für die Abstützung des inneren Spannkegels (8) ein in einer Rundnut eingerasteter Stützring (4) aus Runddraht vorgesehen,
• b) zwischen dem äußeren Spannkegel (5) und der Druckmuffe (17) ist eine Stellhülse (6) angeordnet, welche gegen den äußeren Spannke­ gel einen axial wirksamen Anschlagbund mit einem Drehmitnahmepro­ fil aufweist und über den Hülsenschaft im äußeren Spannkegel ra­ dial zentriert und frei drehbar ist und wobei die Druckmuffe (17) mittels Gewindeprofil in dieser Stellhülse (6) formschlüssig ge­ führt axial verstellbar ist,
• c) zwischen der Stellhülse (6) und dem Spannbolzen (10) sind Ele­ mente (13, 14) für eine formschlüssige Drehmitnahme zur Übertra­ gung von relativ zum Spanndrehmoment kleinen Drehmomenten vorge­ sehen,
• d) es ist ein Verspannungsverfahren von der Art vorgesehen, daß zuerst durch Drehen der Stellhülse (6) mittels der Drehkoppelung (13, 14) der Spannbolzen (10) in die Gewindebohrung (1a) eingedreht und danach durch Herausdrehen der Druckmuffe (17) bei festgehalte­ ner Stellhülse (6) und ruhendem Spannbolzen (10) die Spannkraft erzeugt wird.

2. Koaxial verschraubte Stabverbindung nach Anspruch 1, wobei als Spannbolzen eine Kopfschraube verwendet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlagfläche des Spannbolzenkopfes (9) gegen den inneren Spannkegel (8) gerichtet ist und daß der Spannbolzen­ schaft (10) im inneren Spannkegel (8) radial zentriert, frei dreh­ bar und über einen begrenzten Weg axial verschiebbar ist.

3. Koaxial verschraubte Stabverbindung nach Anspruch 1 und 2 mit einer formschlüssigen Drehmitnahme zwischen einem äußeren Ver­ spannungselement und dem Spannbolzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierschaft der Stellhülse (6) innerhalb des äußeren Spannkegels (5) verlängert ist und wenigstens einen Längsschlitz (6b) aufweist und daß im Spannbolzenschaft ein Mitnehmerstift (14) vorgesehen ist, welcher in den Längsschlitz (6b) eingreift, wobei der Durchmesser dieses Mitnehmerstiftes höchstens 20% des Schaft­ durchmessers beträgt.

4. Koaxial verschraubte Stabverbindung nach Anspruch 1 und 2 mit einer formschlüssigen Drehmitnahme zwischen einem äußeren Ver­ spannungselement und dem Spannbolzen, insbesondere für Spannbolzen aus hochfestem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrier­ schaft der Spannhülse (6) mindestens ein Längsstift (13) eingesetzt ist, daß am Spannbolzenschaft Kerben eingeschliffen sind, auf wel­ che ein Mitnehmerhebel (14a) aufgepreßt ist, welcher mit dem Längs­ stift (13) in Eingriff steht (Fig. 3, Fig. 4).

5. Koaxial verschraubte Stabverbindung nach Anspruch 1 bis 4 mit einem Bördelprofil an der Stabstirnseite entsprechend Fig. 4 der Hauptanmeldung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Einspannkräfte am Rohrende ein Stirnring (7) eingesetzt ist, wel­ cher axial nach außen am Bördelrand (21) abgestützt ist und wobei die Abstützung des inneren Spannkegels (8) mittels Stützring (4) am Stirnring (7) vorgesehen ist (Fig. 3).

6. Koaxial verschraubte Stabverbindung nach Anspruch 1 bis 4, vorzugsweise für Rohrstäbe mit kleinerem Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (64) unmittelbar an der Stirn­ seite des Rohrstabes (2) axial abgestützt und radial zentriert ist, daß für die innere Gegenspannung eine im wesentlichen zylindrische Spannscheibe (81) vorgesehen ist, welche eine konische Druckfläche gegen den Stützring (4) aufweist, wobei die Richtung der Spannkraft­ wirkung durch den Winkel dieser Druckfläche bestimmt ist (Fig. 4).