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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Knotenstück, das speziell dafür konstruiert
ist, den Verbindungspunkt von mehreren Stäben oder Abschnitten zu bilden,
die zusammen eine gitterartige oder dreidimensionale Struktur bilden,
in welchem die Bauteile der Struktur in geeigneter Weise ineinander
eingebettet sind, und zwar in einem nach Wunsch variierenden Ausmaß, mit einer
raschen und einfachen Befestigung und einer hohen mechanischen Festigkeit, wobei
all dies eine große
strukturelle Einfachheit und eine einfache praktische Ausführung bietet.
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Das
erfindungsgemäße Knotenstück kann
in jedem Praxisfall eingesetzt werden, der eine dreidimensionale
oder baumartige Struktur erfordert, beispielsweise bei der Tragstruktur
für ein
Dach, der Struktur einer Mehrfachlampe, der Struktur eines Ausstellungsgehäuses etc.
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Allgemein
ist das Knotenstück
für jeden
Praxisfall einsetzbar, in dem eine Vielzahl von langen Elementen,
sei es aus Vollmaterial oder rohrförmig, eines beliebigen Materials
und mit geraden, gebogenen oder gekrümmten Formen sich an einem
Punkt treffen muss und miteinander verbunden werden muss, wobei
die Stäbe
in dem Knotenstück
in unterschiedlichen Ausmaßen
eingebettet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
sind Knotenstücke
für dreidimensionale Strukturen
bekannt, die die Form eines sphärischen oder
polyedrischen Körpers
haben und in welchen eine Anzahl von blinden Gewindeöffnungen
entweder radial oder senkrecht zu ihren Flächen angeordnet sind, so dass
in diese Öffnungen
die Stäbe
der Struktur in einer stumpfen Stoßverbindung eingeschraubt werden
(vgl.
FR-A-2 526 890 ).
Für den Zweck
der Berechnung und der Ausführung
wirken diese Knotenstücke
als Verbindungen an dem Knotenstück.
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Diese
Art von gitterartigen Verbindungen, die allgemein eingehängt oder
durch Schweißen
eingebettet sind, ist strukturell komplex und daher kostenaufwändig aufzubauen,
wobei sie Elemente aufweisen, die unter Scherspannung arbeiten,
insbesondere Gewindezapfen an den Enden der Stäbe, die in die Blindöffnungen
des Knotenstücks
eindringen; des weiteren sind die Knotenstücke und die Stäbe der Struktur
Elemente, die spezielle Eigenschaften haben, die speziell für die gitterartige
Verbindung hergestellt werden müssen,
für die
sie vorgesehen sind, was selbstverständlich auch die Gesamtkosten
erhöht
und den Preis des Endprodukts beträchtlich steigert, da wie vorstehend
erwähnt
nicht nur die Knotenstücke
eine für
ihren Zweck spezifische Struktur haben, sondern auch die Stäbe oder
Strukturelemente, die sich an den Knotenstücken treffen, spezielle, mit diesen
Knotenstücken
komplementäre
Eigenschaften haben müssen,
was die problemlose Verwendung von marktüblichen Stäben oder Profilen unmöglich macht.
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Beschreibung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Knotenstück löst die verschiedenen
Aspekte der vorstehend genannten Nachteile in vollständig zufrieden
stellender Weise.
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Zu
diesem Zweck konzentrieren sich im einzelnen die Merkmale des Knotenstücks auf
eine aus zwei Elementen zusammengesetzte Struktur, von welchen eines
aus zwei "U"-förmigen,
Omega-förmigen
oder ähnlich
geformten Teilen besteht, die miteinander starr verbunden sind,
wobei ihre konkaven Flächen
einander gegenüberliegen,
und das zweite die ersten oder rohrförmigen und mit "U"-förmigen, Omega-förmigen oder ähnlich geformten
Teilen starr verbundene Teile, die den zwischen ihnen gebildeten Raum
ausfüllen
oder nicht ausfüllen
können,
umschließt
und letztendlich eine Anordnung mit 2 Nuten mit einer rechteckigen
oder ähnlichen
Konfiguration bilden, die einander gegenüberliegen und vorzugsweise
um 90° gegeneinander
versetzt sind, oder in einigen Fällen
um 45°,
welche Nuten sich auch auf das Verkleidungselement mittels Öffnungen
oder Schlitzen, die für
diesen Zweck in letzterem hergestellt sind, auswirken.
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Das
Stegprofil oder innere Element wird stets aus zwei Teilen erhalten,
die aus Stahl, Aluminium, Verbundstoff oder anderen Metallen hergestellt
sind, vorzugsweise durch Schweißen,
Verkleben, durch eine Schraube oder einen durch das gesamte Teil verlaufenden
Bolzen oder durch Schrauben, die einen Teil der Anordnung durchqueren,
befestigt sind; entsprechend kann das Verkleidungselement auch aus
einem beliebigen Material, wie zum Beispiel Stahl, Aluminium, Kunststoff,
Holz oder einem anderen Material hergestellt sein und es kann auch Vollmaterial
sein, so dass es den gesamten zwischen dem Stegprofil und dem äußeren Teil
des Knotenstücks gebildeten
Raum ausfüllt.
Dieser Außenteil
des Knotenstücks
kann jede Konfiguration haben, so dass das Knotenstück u. a.
ein allgemein prismatisch-viereckiges oder prismatisch-polygonales
Erscheinungsbild haben kann, solange es die beiden vorstehend genannten
Nuten aufweist, welche Nuten hinsichtlich Form und Größe identisch
oder voneinander verschieden sein können.
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In ähnlicher
Weise kann das Verkleidungselement ein durch Extrusion oder mittels
eines geeignet gewalzten und gefalteten flachen Körpers erhaltener
rohrförmiger
Abschnitt sein.
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Obgleich
vorstehend beschrieben wurde, dass die beiden von den zwei Teilen
des inneren Stegprofils gebildeten beiden Nuten gegeneinander um
90° versetzt
sind, wobei dies eine der gebräuchlichsten
Anordnungen ist, können
diese Nuten in Abhängigkeit
von den spezifischen Anforderungen jedes Falles auch in jedem beliebigen
Winkel zueinander sein, ohne dass dies Auswirkungen auf den Grundgedanken
der Erfindung hat.
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Die
von den beiden vorstehend genannten Elementen gebildete Anordnung
kann wiederum Wege bilden, in welche andere Stäbe eingeführt werden oder die von Schrauben
durchlaufen werden, die verschiedenen Zwecken dienen.
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Die
vorstehend genannten Nuten können
optional zu ihrer Basis hin konvergieren, so dass die Anbringung
der Stäbe
durch Verkeilung beim seitlichen Einführen des Stabes in sein Gehäuse durchgeführt oder
verbessert wird.
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Das
Knotenstück
kann ein räumliches
Element bilden, das nur mit den Stäben in Beziehung steht, die
sich an dem Knotenstück
treffen, oder kann in eine Wand oder einen Sockel eingeführt sein,
so dass es als Verbindung für
die baumartige Struktur mit der Wand oder mit der eine Wand stützenden "baumartigen" Struktur wirken
kann, um beispielsweise eine vorgehängte Wand zu erhalten.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Zur
Ergänzung
der vorstehenden Beschreibung und zur Unterstützung des besseren Verständnisses
der Merkmale der Erfindung ist in Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Ausführungsform ein
Satz Zeichnungen als ein Bestandteil der Beschreibung vorgesehen,
welche nur zum Zweck der Erläuterung
und in nicht einschränkender
Weise folgendes zeigen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, Vorderansicht und Profilansicht des
inneren Elements eines Knotenstücks
für dreidimensionale
oder baumartige Strukturen, der gemäß dem Gegenstand der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
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2 ist
eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht von Elementen,
die das Knotenstück
bilden, wobei die auseinandergezogene Ansicht auch sein inneres
Stegprofil enthält
und die mögliche Öffnung für den Durchtritt
eines Stifts oder Bolzens zeigt.
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3 ist
ebenfalls eine perspektivische Ansicht der gleichen Anordnung wie
in der vorstehenden Figur, die ordnungsgemäß zusammengesetzt ist.
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4 ist
eine Gruppe von Ansichten von alternativen Ausführungsformen der zwei Innenteile, die
Teil der Anordnung aus der vorstehenden Figur sind und die das Stegprofil
des Knotenstücks
bilden.
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5 ist
eine weitere Ausführungsform
der Teile der vorstehenden Figur, durch welche das Knotenstück nur aus
zwei Teilen und mit weniger Verbindungen hergestellt wird.
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6 ist
eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht des Knotenstücks, in
der das Verkleidungselement aus einem Vollmaterialkörper oder kompakten
Körper
hergestellt ist, in dem die das Kern-Stegprofil bildenden U-Teile
untergebracht sind.
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7 ist
eine weitere perspektivische auseinandergezogene Ansicht ähnlich der
vorstehenden Figur, die hier einer Ausführungsform entspricht, in der
das Verkleidungselement aus einem flachen Körper erhalten wird.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des Knotenstücks,
bei der dieses dafür
vorgesehen ist, Profile oder Stäbe an
anderen Stellen als in den normalen Nuten aufzunehmen.
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9 ist
eine Seitenansicht, die ein Detail zeigt, in dem das Knotenstück als Element
zur Verbindung einer dreidimensionalen Struktur mit einer Wand oder
Fassade dient, beispielsweise zur Bildung einer vorgehängten Wand.
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10 zeigt
ein Beispiel einer Ausführungsform
einer dreidimensionalen Struktur mit dem Knotenstück gemäß der Erfindung.
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11 zeigt
mehrere Wege zum Verbinden von Stäben mit einem Knotenstück durch
Schweißen oder
Kleben unter Verwendung eines Hauptbolzens und einer Mutter oder
durch Querbolzen.
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12 ist
eine 10 ähnliche
perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels einer Ausführungsform
einer dreidimensionalen Struktur mit dem erfindungsgemäßen Knotenstück, die
Stäbe mit
einem kreisförmigem
Querschnitt hat, die innerhalb des Knotenstücks um sich schwenkbar oder
drehbar sind.
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13 ist
eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Knotenstücks, bei
der die Stäbe
im Gegensatz zu der senkrechten Anordnung der vorstehenden Figuren
eine beliebige Neigung annehmen können.
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14 schließlich ist
ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Knotenstücks, ebenfalls
in perspektivischer Ansicht.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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Betrachtet
man die vorstehend beschriebenen Figuren, so ist die Art der Herstellung
des Knotenstücks
gemäß der Erfindung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
durch die funktionelle Kombination von zwei Elementen zu erkennen:
ein aus zwei Teilen (1-1') gebildetes Stegprofil, die vorzugsweise
einen "Omega"-förmigen Querschnitt
haben, die aneinander mit ihren konkaven Seiten aufeinander zu weisend
durch Kleben, Schweißen
oder durch einen Stift oder eine Schraube, die durch sie verläuft und
sie zusammenpresst und auch die Stäbe sichert, aneinander angebracht
werden, wobei diese Anbringung der Teile (1-1') vorzugsweise
senkrecht zueinander angeordnet ist, obgleich sie jeden beliebigen anderen
Winkel einnehmen können,
und wobei die Teile auch ein U-Profil haben können, wobei das Stegprofil
in Kombination mit einem Verkleidungselement (2) mit einer
rohrförmigen
Konfiguration vorliegt.
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In
jedem Fall sind die in dem Stegprofil (1), genauer in den
Teilen (1-1'),
die dieses bilden und die natürlich
in entsprechenden Einkerbungen des Verkleidungselements (2)
enden, gebildeten Nuten geeignet dimensioniert, so dass ihre Dicke,
Länge und Breite
sich verändern
können,
um darin durch Einsetzen einen der Stäbe (3) aufzunehmen,
die einen Teil der dreidimensionalen oder baumartige Struktur bilden.
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Die
vorstehend genannten Teile (1-1') mit einer "Omega"-Konfiguration
können
optional eine mittlere U-Form haben, die in Form von seitlichen und
einander gegenüberliegenden
Flügeln
(4) verläuft,
die ferner mit orthogonalen Winkelstücken (5), wie in 5 gezeigt,
versehen sein können,
so dass in jedem Fall das innere Element beziehungsweise der Kern
(1) in das Verkleidungsteil (2) eingesetzt werden
muss, das wiederum eine rohrförmige
Konfiguration annimmt, die entsprechend für die Aufnahme des Stegprofils
(1-1')
dimensioniert ist.
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Die
von den das Stegprofil innerhalb des Verkleidungselements (2)
bildenden Teilen (1-1') belassenen freien Räume können verwendet
werden, um andere Stäbe
(6), Schrauben oder andere Elemente einzuführen, nachdem
die entsprechenden Durchgangsöffnungen
hergestellt wurden.
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In
jedem Fall hat das Verkleidungsteil (2) Einkerbungen (7),
die hinsichtlich Form, Größe und Anordnung
mit den Enden der in den Teilen (1-1') des Stegprofils
gebildeten Nuten (8) übereinstimmen, nachdem
es in das Verkleidungselement (2) eingesetzt wurde, so
dass die Nuten (8) an beiden Enden nach außen geöffnet bleiben,
was es erlaubt, die Stäbe
(3) in ihnen zu koppeln.
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Das
Knotenstück
kann auch aus einem Teil (1'') gebildet werden,
wie 5 zeigt. In diesem Fall bilden die beiden Teile
das Stegprofil und das Verkleidungselement, wobei die beiden Teile
mindestens an der Basis ihrer entsprechenden Nuten verbunden werden.
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Eine
andere strukturelle Ausführungsform
für das
Knotenstück
greift auf die Verwendung von Teilen (1-1') mit "U"-förmigem
Querschnitt zur Bildung des Stegprofils zurück, die nach dem Verbinden
innerhalb eines Verkleidungselements (2'')
eingeschlossen oder auch eingebettet werden, das in diesem Fall
in Form eines Vollmaterial-Teiles vorliegt, das mit zwei großen, einander
gegenüberliegenden Nuten
versehen ist, die beispielsweise senkrecht zueinander sind, durch
ihren mittleren Bereich direkt verbunden sind und hinsichtlich Größe und Form
den Teilen (1-1')
mit einer "U"-Konfiguration entsprechen, die durch
die Öffnung
(11) miteinander einstückig sein
können,
die beide Nuten miteinander verbindet und durch die ein Sicherungsbolzen
verlaufen kann. In diesem letzteren Fall und vorzugsweise sind die mit
Nuten versehenen Teile (1-1') in ihrer endgültigen montierten Position
innerhalb des Knotenstücks
vollständig
einstückig
miteinander und bilden das Stegprofil des Knotenstücks, welches
dann, wenn es ordnungsgemäß in einer
Spritzgussform angeordnet wird, an der endgültigen Form des Knotenstücks teilhaben
wird, wobei in das Formwerkzeug ein Kunststoffmaterial eingespritzt
wird, um den Vollmaterial-Verkleidungskörper (2'')
des Knotenstücks
zu bilden.
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Wie
im vorstehenden Absatz angegeben, kann das von den Teilen (1-1') gebildete
Stegprofil innerhalb einer kompakten oder festen Masse eingebettet
werden, wie etwa aus Kunststoffmaterial. Die endgültige Konfiguration
des Knotenstücks
kann beispielsweise durch Einspritzen des Kunststoffmaterials über dem
Metall-Stegprofil erhalten werden.
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Die
Befestigung der das Stegprofil bildenden inneren Teile (1-1') aneinander
sowie desselben an dem Verkleidungsstück (2) kann mittels
Schweißen, Kleben
oder durch einen Stift, der von oben nach unten durchgehend verläuft, um
mehrere Stäbe
an dem Knotenstück
anzubringen, erfolgen, so dass die Basis der Nuten (8),
das heißt
der beiden Teile (1-1') des Stegprofils, in direktem
Kontakt miteinander stehen kann, wie 1 zeigt.
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Andererseits
können
die in dem Knotenstück gebildeten
Nuten (8), die in jedem beliebigen Winkel zueinander stehen
können,
wiederum einen regelmäßigen rechteckigen
oder quadratischen Querschnitt haben, wie in den Figuren dargestellt,
oder zu ihrer Basis hin geringfügig
konvergieren, um eine Keilwirkung zu ermöglichen, wenn der entsprechende
Stab (3) darin montiert wird, worin in einigen Fällen das
endgültige
Befestigungsmittel des Stabs an dem Knotenstück bestehen kann oder was ein
ergänzendes
Befestigungsmittel sein kann, das durch Schrauben, Nieten, Schweißen etc.
ergänzt
wird.
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Zusätzlich kann
das Knotenstück
insgesamt eine rechteckig-prismatische Form haben, wie in den Figuren
gezeigt, oder jede andere polygonale prismatische Form, was sich
nicht auf die wesentlichen Merkmale und demzufolge auch nicht auf
den Grundgedanken der Erfindung auswirkt.
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Gemäß dem beschriebenen
Aufbau ist das Knotenstück
in der Lage, mehrere Stäbe
und entsprechende Elemente mit ähnlichen
oder unterschiedlichen Querschnitten, Längen, Verläufen, die aus völlig verschiedenen
Materialien etc. hergestellt sind, konvergieren zu lassen, was es
ermöglicht,
die vielfältigsten
dreidimensionalen oder baumartigen Strukturen zu erzielen, wie in
den Beispielen in 10, 12 und 14 gezeigt,
und all dies mit einem hohen Ausmaß an mechanischer Festigkeit
in der Ebene der Verbindungs-Knotenstücke zwischen Stäben, wobei
das Knotenstück
gleichzeitig das Befestigungsmittel der Struktur an einer Wand (15)
bilden könnte,
wie in 9 gezeigt, oder mit der Struktur (6)
mittels der Knotenstücke
(2) das Traggerüst
für eine
vorgehängte
Wand (16) bilden könnte,
wie ebenfalls in 9 gezeigt.
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11 zeigt
verschiedene Formen der Verbindung der Stäbe (6) miteinander,
die sowohl miteinander als auch mit dem Teil (1) verschweißt oder durch
einen Klebstoff verbunden werden können, oder durch die Verwendung
von Schrauben (14'),
die in der allgemeinen Ebene des Knotenstücks oder quer dazu angeordnet
werden.
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Auch
die in 12 gezeigte Möglichkeit
wird in Betracht gezogen, in der die Stäbe (3-6)
einen kreisförmigen
Querschnitt haben, so dass sie dann, wenn sie in die Nuten (7-8)
des Knotenstücks
eingesetzt werden, oder durch Durchqueren verschiedener Öffnungen
im Körper
desselben, um sich selbst drehbar sind, um eine Struktur zu bilden,
die für
den Transport zusammengefaltet werden kann und die am Nutzungsort
endgültig
zusammengesetzt wird, indem einfach die Stäbe gedreht werden, so dass
sich die Struktur öffnet,
bis sie ihre endgültige
Arbeitsstellen erreicht.
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Das
Detail in 13 zeigt ein Knotenstück, bei
dem seine Bestandteile (1) Nuten (8') in einem bestimmten, von 90° verschiedenen
Winkel aufweisen, so dass die Stäbe
(3) unterschiedliche Ausrichtungen einnehmen können, so
dass somit jede gewünschte
Ausrichtung möglich
ist.
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Ferner
leiten sich aus dem beschriebenen Aufbau mehrere Vorteile her, die
sich im Wesentlichen auf die folgenden Aspekte konzentrieren:
- – Ein
hohes Ausmaß der
Festigkeit der Stäbe
sowohl gegen Scher- als auch Biegelasten bei geringem Materialgewicht
aufgrund der Tatsache, dass die Stäbe eingebettet sind.
- – Ein
reduzierter Querschnitt der Stäbe,
da sie innerhalb des Knotenstücks
eingebettet sind.
- – Einstellbare
Einbettung in dem Knotenstück, wodurch
das Festziehen in mehreren Richtungen und Ausrichtungen einstellbar
ist.
- – Die
Möglichkeit
der Herstellung aus einfachen, handelsüblichen Teilen, wie zum Beispiel
Omegas, was es ermöglicht,
durch Extrusion oder Walzen steife Knotenstücke mit sehr geringen Toleranzen
zu erhalten, wobei die Toleranzen bei der Herstellung des Knotenstücks ausgeglichen
werden können.
- – Durch
Variieren von Form, Größe und Dicke
der inneren Teile oder des äußeren Rohrs
ist es möglich,
Knotenstücke
mit sehr verschiedenen mechanischen Eigenschaften und einem höchst unterschiedlichen
Ausmaß der
Einbettung zu erhalten.
- – Es
ist möglich,
Stäbe in
dem Knotenstück
unter Verwendung von Schrauben, Klebstoffen, durch Druck, Verschweißen oder
durch Verbindungen des Knotenstücks
mit Schrauben einzubetten, was es ermöglicht, in ein und demselben
Knotenstück
Stäbe aus
unterschiedlichen Materialien, wie zum Beispiel Stahl, Aluminium,
Verbundstoffe, Holz etc. einzubetten.
- – Es
ermöglicht
die Herstellung von demontierbaren Einbettungen.
- – Es
ermöglicht
den Zusammenbau der Stäbe durch
einfaches Verkeilen.
- – Es
ermöglicht
die Einbettung des Knotenstücks in
einer Wand.
- – Es
ermöglicht
den Aufbau einer mit den Knotenstücken verbundenen Glaswand.
- – Die
innerhalb des Knotenstücks
zwischen den inneren Teilen und den Verkleidungsteilen gebildeten
Räume können mit
Beton, Polyurethan, Kunststoff etc. gefüllt werden, um die Steifigkeit des
Knotenstücks
zu steigern.