DE9006247U1

DE9006247U1 - Schraubverbindung zwischen zwei allseitig geschlossenen Hohlkörpern, insbesondere für aus Rohrstäben gebildete Raumfachwerke

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Publication number: DE9006247U1
Application number: DE9006247U
Authority: DE
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Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1991-10-10
Anticipated expiration: 2000-06-02

Description

5798/wi

Schraubverbindung zwischen zwei allseitig geschlossenen Hohl körpern, insbesondere für aus Rohrstäben gebildete Raumfachwerke

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung für aus Rohrstäben gebildete Raumfachwerke mit kugelförmigen Knotenstücken, die Gewindebohrungen aufweisen und mit einem im verjüngten Anschlußende jedes Rohrstabes axial bewegbaren Gewindebolzen ausgerüstet sind, der mit Hilfe eines im Bolzenmittelbereich befindlichen, einstückig mit dem Bolzen verbundenen Sechskantes mittels eines Maulschlüssels in eine der Gewindebohrungen der Knotenstücke eindrehbar ist.

Bei einer bekannten und häufig gebrauchten Knotenpunktverbindung (DE-PS 90 19 55) besitzt das Anschlußende des Rohrstabs eine glatte Bohrung ohne Innengewinde. Der Gewindebolzen weist dort einen runden Kopf auf, der sich beim Eindrehen des Bolzengewindes in den Knoten gegen eine im Anschlußende des Stabes ausgebildete Schulter abstützt. Über den Gewindebolzen, außerhalb des Rohr stabendes, ist eine Treibmuffe geschoben, die den Gewindebolzen über einen radial stehenden Mitnehmerzapfen antreibt, der in einen Längsschlitz der Treibmuffe eingreift. So wird beim Eindrehen in den Knoten eine Relativbewegung zwischen Bolzengewinde und Treibmuffe ermöglicht bis letztere sowohl am Knoten wie auf der anderen Seite am Rohrstabende anliegt. Druckkräfte werden vom Rohrstab über die Treibmuffe auf den Knoten übertragen. Deshalb muß die Treibmuffe aus höherwertigem, teurerem Material gefertigt werden. Der mögliche Festspanngrad ist bei dieser bekannten Konstruktion durch die Scherfestigkeit des Mitnehmerzapfens begrenzt. Der Gewindebolzen wird durch die für den

Mitnehmerzapfen notwendige Bohrung geschwächt, die Leistung bei Zug oder Druck gemindert.

Eine ähnliche Konstruktion liegt im DD-Patent 52 865 vor. Auch hier befindet sich im Anschlußende des Rohrstabes eine glatte Bohrung ohne Innengewinde. Der Gewindebolzen stützt sich ebenfalls mit seinem runden Kopf gegen eine im Anschlußende des Stabes ausgebildete Schulter ab. Über den Gewindebolzen, der gegen eine Druckfeder im Anschlußende längsverschxebbar ist, um den Stab zwischen zwei im Raumfachwerk fixierten Knoten einfügen zu können, wird wieder eine Treibmuffe geschoben, die innen mittels eines Zapfens in eine Längsnut des Bolzens eingreift. Die Nachteile dieser Konstruktion ähneln denen der zuvor beschriebenen.

Die DE-PS 24 26 973 beschreibt eine vielfach bewährte Schraubverbindung für Raumfachwerke, die aber auch mit einer, allerdings druckentlasteten Schlüsselmuffe arbeitet, die nicht mit dem Gewindebolzen einstückig ausgebildet ist.

In der DE-PS 84 13 51 wird eine aufwendige Problemlösung beschrieben, bei der in den Anschlußenden der Stäbe Muttern eingeschweißt werden. Die Kugelknoten sind hohl und müssen einen für Raumfachwerke unnötig großen Durchmesser haben, um die Montage der Gewindebolzen von innen nach außen in die Stabenden überhaupt nur zu ermöglichen.

In der DE-PS 91 21 45 wird mit gegenläufigen Gewinden nach Art der Spannschlösser gearbeitet, wodurch die Einbaulänge so vergrößert wird, daß das Einsetzen eines Stabs zwischen zwei bereits fest montierten Knoten eines Raumfachwerks unmöglich wird.

Im DD-Patent 55 868 muß der gesamte Rohrstab bei der Montage am Kugelknoten gedreht werden, was bei Raumfachwerken unzweckmäßig,

bei größeren Konstruktionen unmöglich, zwischen zwei fixierten Knoten ebenfalls nicht möglich, immer aber zeitraubend und zu aufwendig ist.

In der DE-OS 18 12 498 sind die kompliziert geformten Stabenden durch Montageöffnungen geschwächt. Zudem treten Querkräfte in unzulässiger Größenordnung auf, die die zulässige Belastung erheblich senken.

Alle oben angeführten Konstruktionen sind in der Fertigung und bei der Montage immer noch zu aufwendig und teuer. Zum Teil sind sie sogar für Raumfachwerke unbrauchbar und haben deshalb keine Anwendung gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten, eingangs beschriebenen Schraubverbindungen für aus Rohrstäben gebildete Raumfachwerke mit dem Ziel zu verbessern, daß Herstellung und Montage vereinfacht und verbilligt werden, nicht zuletzt durch Verringerung der benötigten Einzelteile, damit Raumfachwerke mit einfacheren Stahlkonstruktionen besser konkurrieren können. Außerdem soll die erfindungsgemäße Konstruktion in der Lage sein, Querkräfte in einer höheren Größenordnung als bisher zulässig zu übertragen, ohne die Funktion und die Sicherheit des Bauwerks zu beeinträchtigen. Schließlich soll die Montagearbeit für den Monteur ohne Sichtbehinderung durch Konstruktionselemente wie Schlüssel- oder Druckmuffen möglich werden und die Kontrolle durch Aufsichtspersonen und -behörden durch einfaches Hinschauen und ohne aufwendige Messungen möglich werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verjüngte Anschlußende jedes Rohrstabes eine glatte Bohrung aufweist, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des verwendeten Innengewindes. Dahinter beginnt erst das Innengewinde mit einer gegenüber der Gewindebohrung im Knotenstück gleichsinnigen, aber kleineren Gewindesteigung. Der in das Anschlußende des Rohrstabs eingreifende Bolzenbereich des

Gewindebolzens besitzt ein entsprechendes Außengewinde und einen glatten zylindrischen Teil, dessen größerer Durchmesser schließend mit enger Passung in die glatte Bohrung vor dem dahinter beginnenden Innengewinde des Anschlußendes hineinragt und bei Montagebeginn gänzlich darin verschwindet.

Da der zylindrische Teil größeren Durchmessers bei beendeter Montage nicht vollständig aus dem Anschlußende des Rohrstabs herausgedreht wird, bleibt der Raum, in dem sich die Verschraubung befindet, gegen korrodierende Einflüsse der Atmosphäre abgeschlossen. Es ist ein Kennzeichen der vorliegenden Erfindung, daß an keiner Stelle ein Gewinde der freien Luft ausgesetzt ist, insbesondere auch, weil die Eintrittsöffnungen im Knotenstück und im Rohrstab bei der Montage mit wetterfestem Fett behandelt werden, um kriechende Feuchtigkeit abzuhalten.

Da die Steigung der beiden Gewinde in Knoten und Stab zwar gleichsinnig, aber nicht gleich groß ist, verringert sich der Abstand der zu verbindenden Elemente bei jeder Schraubdrehung um das Maß der Steigungsdifferenz beider Gewinde. Die Differenz beider Gewindesteigungen in Knoten und Stab bewirkt so eine Annäherung des Stabs an den Knoten auf ein bei Raumfachwerken erwünschtes geringeres Maß als bei anderen bekannten Konstruktionen.

Das Maß "x" der Annäherung des Stabs an den Knoten ist gleich dem Produkt der Steigungsdifferenz mit der Zahl der Schraubdrehungen.

Durch den Differenzgewindebolzen wird zudem bewirkt, daß die vorgesehene Einbaulänge des fertig montierten Stabs bei Beginn der Montage nur um wenige Millimeter überschritten wird, so daß das Einsetzen eines Stabs zwischen zwei bereits fest montierten Knoten des Raumfachwerks ohne Zwängung an jeder Stelle erfolgen kann, wobei der Gewindeansatz des Bolzens im Innengewinde des Knotens mühelos schnäbelt.

Die Übertragung der Zug- und Druckkräfte erfolgt vom Gewinde im Stabende direkt über den Bolzen zum Gewinde im Knoten. Damit wird vermieden, daß bei Druckbelastung der bei den DE-PS 90 19 55 und dem DD-Patent 52 865 vorgesehene Bolzenkopf sich in das Anschlußende des Stabs hinein verschiebt, wenn die Verschraubung nicht ausreichend kraftschlüssig durchgeführt wurde.

Der Antrieb des Gewindebolzens geschieht nicht über eine Schlüsselmuffe, die ja eingespart wird, sondern über einen Schlüssel-Sechskant, der einstückig mit dem Gewindebolzen hergestellt ist. Der Nachteil einer Schlüsselmuffe, daß diese über einen verhältnismäßig schwachen Mitnehmerzapfen oder einen nicht stabileren innenliegenden zweiten Sechskant den Gewindebolzen antreiben muß, wodurch der Festspanngrad herabgesenkt wird, wird vermieden. Die Schraubkraft kann erhöht werden, weil der größere Sechskant die Benutzung eines größeren Maulschlüssels erlaubt. Der Monteur wird dadurch entlastet und die Sicherheit erhöht. Die Zahl der Einzelteile wird vermindert. Bei dem am häufigsten vorkommenden Knoten mit vier Gurtstäben und vier Diagonalstäben fallen acht Einzelteile, die Schlüsselmuffen, weg. Die Konstruktion wird billiger.

Vor Beginn der Montage ist der Schlüssel-Sechskant des Gewindebolzens gemäß der Erfindung gegen das verjüngte Anschlußende des Rohrstabs anliegend gedreht, wobei der zylindrische Teil des Gewindebolzens vollständig in die entsprechende Bohrung des Rohrstabs eintaucht. Nach erfolgter Fertigmontage liegt die andere Seite des Schlüssel-Sechskants fest gegen den Knoten verschraubt. Die knotenstückseitige Stirnfläche des Schlüssel-Sechskants kann konkav ausgebildet sein, um sich der Kugeloberfläche des Knotens anzupassen.

Beim Montagevorgang ist also die Axialbewegung des Gewindebolzens exakt begrenzt, von der Anlage des Schlüssel-Sechskants am Rohrstabende zu Beginn bis zur Anlage am Knotenstück zum Abschluß des Montagevorgangs.

Zur Eigenkontrolle des Monteurs, daß er beim Ansetzen des Stabes an den Knoten keinen Fehler gemacht hat, wenn z.B. das Bolzenaussengewinde im Knoteninnengewinde zu Beginn des Schraubvorgangs nicht sogleich eingreift, befindet sich im stabseitigen Ende des oben erwähnten zylindrischen Teils des Bolzens eine dünne, linienförmige Kontrollnut, die bei fehlerloser Montage genau unter dem Ende des Rohrstabs liegen muß. Ist dies in einem selten vorkommenden Fall nicht erreicht worden, so muß der Einschraubvorgang wiederholt werden.

Auch die Aufsichtsbehörde kann durch einfache Sichtkontrolle am fertig montierten Raumfachwerk erkennen, ob fehlerfrei gearbeitet wurde, weil diese Kontrollstelle nicht verdeckt ist. Liegt die Kontrollnut genau unter dem Ende des Rohrstabs, so ist gesichert, daß der Systemabstand von Knotenmitte zu Knotenmitte eingehalten wurde. Damit wird dem Monteur die Arbeit erleichtert, weil auch die Einschraubstelle am Knoten frei sichtbar ist und nicht, wie bei anderen Konstruktionen, von einer Schlüsselmuffe verdeckt wird.

Obwohl bei Raumfachwerken systembedingt nur Zug- oder Druckkräfte vorkommen, sind erfindungsgemäß die Querlastbestimmungen der Überwachungsbehörde besonders berücksichtigt worden, weil beim Anheben von am Boden vormontierten Sektionen z.B. mittels Autokran, und beim anschließenden Absetzen auf die vorgesehenen Stützen oder beim vorübergehenden Ablegen von Baumaterial auf die Obergute während der Montage und beim Begehen durch die Monteure doch geringe Querlasten auftreten können, die später beim fertigen Bauwerk nicht mehr vorkommen.

Deshalb besitzt der Gewindebolzen im mittleren Teil seiner Länge zwischen dem zu verbindenden Knoten und Stab, dort wo bei auftretenden Querlasten das größte Biegemoment entsteht, seinen größten Querschnitt im dort befindlichen zylindrischen Teil größeren Durchmessers. Dieser Querschnitt ist in der Regel

erfindungsgemäß 48% größer als der Kernquerschnitt des Bolzengewindes im Bereich des Kugelknotens. Entsprechend kann die bisher in der amtlichen Zulassung erlaubte Querlast von bis zu 1% der zulässigen Zug- oder Druckkraft des Stabs erhöht werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Differenzgewindebolzen in drei Ansichten;

Fig. 2 den Kugelknoten und den Rohrstab mit eingeschraubtem Gewindebolzen zu Beginn der Montage mit dem schon im Innengewinde des Knotens schnäbelnden Gewindeansatz des Bolzens. Stab und Knoten sind im Schnitt dargestellt.

Fig. 3 die fertig montierte Verbindung. Stab und Knoten sind im Schnitt dargestellt.

Die Schraubverbindung besteht im dargestellten Beispiel aus dem Kugelknoten 3, dem rohrförmigen Stab 4 und dem Gewindebolzen 5. Das Knotenstück 3 besitzt radiale Gewindebohrungen 31. Die Rohrstäbe 4 besitzen ein verjüngtes Anschlußende 41, dessen endseitiger zylindrischer Teil einen Durchmesser hat, der wesentlich kleiner als der Stabdurchmesser ist.
In dem Anschlußende 41 befindet sich endseitig eine zylindrische, glatte Bohrung 43, die sich im Inneren des Stabs 4 in das Innengewinde 42 fortsetzt.

Der Gewindebolzen 5 hat an einem Ende das Gewindeteil 51, welches in eine der Gewindebohrungen 31 des Knotenstücks 3 paßt und ein Gewinde 52 mit großer Steigung besitzt. Hinter dem Gewindeteil 51 befindet sich ein Schlüssel-Sechskant 53 mit seinen Anlageflächen 58 und 59. Die Anlagefläche 58 kann konkav ausgebildet werden, um sich der Kugelform des Knotenstücks 3 besser anzupassen. Die Anlagefläche 59 ist eben und senkrecht zur Achse des Bolzens 5.

Hinter dem Schlüssel-Sechskant 53 schließt sich ein zylindrischer Teil 54 an, dessen Durchmesser größer als der des Bolzenendes 56 ist und der nahe dem Übergang zum Bolzenende 56 eine dünne,

linienförmige Kontrollnut 55 besitzt.

Die Bohrung 43 im verjüngten Anschlußende 41 des Rohrstabs 4 ist ein wenig länger als der zylindrische Teil 54 des Gewindebolzens 5, so daß der zylindrische Teil 54 völlig in der Bohrung 43 eintauchen kann, bis der Gewindebolzen 5 mit seiner Anlagefläche 59 des Schlüssel-Sechskants 53 am Anschlußende 41 des Rohstabs 4 anliegt.

Hinter dem zylindrischen Teil 54 des Gewindebolzens 5 beginnt stabseitig das Gewindeteil 56, welches in die Gewindebohrung 42 des Anschlußendes 41 des Rohrstabs 4 paßt und ein Gewinde 57 mit kleiner Steigung besitzt.

Die Gewinde 52 und 57 des Gewindebolzens 5 haben gleichsinniges Gewinde, aber verschieden große Steigung.

Wie Fig. 2 zeigt, ist vor dem Anschließen des Rohrstabs 4 an das Knotenstück 3 der Gewindebolzen 5 mit der Anlagefläche 59 seines Schlüssel-Sechskants 53 gegen das verjüngte Anschlußende 41 des Rohrstabs 4 gegengeschraubt. Dabei ist der zylindrische Teil 54 des Gewindebolzens 5 vollständig in der Bohrung 43 des Anschlußendes 41 untergebracht.

Wie Fig. 3 zeigt, ist nach erfolgter Fertigmontage das Gewindeteil 51 des Gewindebolzens 5 in voller Länge in der radialen Gewindebohrung 31 des Knotenstücks 3 eingeschraubt, so daß die Anlagefläche 58 des Schlüssel-Sechskants 53 festen Kontakt mit der Knotenstückoberfläche hat.

Bei diesem Montagevorgang tritt der zylindrische Teil 54 des Gewindebolzens 5 aus der Bohrung 43 des verjüngten Anschlußendes 41 um ein bestimmtes Maß heraus, welches dem Produkt aus der Zahl der Schraubumdrehungen mit der Steigungsdifferenz der Gewinde 52 und 57 entspricht. Gleichzeitig nähert sich der Rohrstab 4 dem Kugelknoten 3 um ein Maß "x", welches in der Zeichnung zwischen den Fig. 2 und 3 eingetragen ist.

Die Anzahl der Schraubumdrehungen ist exakt begrenzt dadurch, daß die Anlagefläche 59 des Schlüssel-Sechskantes 53 zu Beginn der Montage am verjüngten Anschlußende 41 anliegt, während nach

beendeter Montage die andere Anlagefläche 58 des Schlüssel-Sechskants 53 am Knotenstück 3 anliegt.

Nach der Montage liegt die Mitte der linienförmigen Kontrollnut 55 genau in der Ebene bzw. unter der Endfläche des verjüngten Anschlußendes 41, wie Fig. 3 zeigt und wie es am Bauwerk durch bloßen Augenschein, ohne umständliche Messungen erkennbar ist.

Die Teile 3 und 4 können sich bei der Montage nicht mitdrehen, weil sie in der Konstruktion des Raumfachwerks fest eingespannt sind.

Bei auftretenden Querlasten stützt sich der zylindrische Teil 54 des Gewindebolzens 5 mit seinem stabseitigen Ende hinter der Kontrollnut 55 gegen das Ende 44 der zylindrischen Bohrung 43 im verjüngten Anschlußende 41 ab.

Claims

5798/wi ANSPRÜCHE

1. Schraubverbindung zwischen zwei allseitig geschlossenen Hohlkörpern, insbesondere für aus Rohrstäben und Knotenkugeln gebildete Raumfachwerke mit Knotenstücken, die Gewindebohrungen aufweisen und mit einem im verjüngten Anschlußende jedes Rohrstabs axial bewegbaren Gewindebolzen, der in eine der Gewindebohrungen im Knotenstück eindrehbar ist, wobei die Gewindebohrungen in Rohrstab und Knotenstück zwar gleichsinnige Gewinde, aber mit unterschiedlicher Steigung aufweisen, wobei der Gewindebolzen zusammen mit einem Schlüssel-Sechskant mit Schraubenschlüsselflächen einstückig ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Gewindebolzen (5) rohrstabseitig und anschließend an den Schlüssel-Sechskant (53) einen zylindrischen Ansatz

(54) besitzt, der einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der verwendeten Bolzengewinde (52,57) hat und

daß das verjüngte Anschlußende (41) des Rohrstabes (4) eine zylindrische Bohrung (43) besitzt, die mit Durchmesser und Länge so ausgebildet ist, daß sie den zylindrischen Ansatz

(54) des Gewindebolzens (5) in seiner ganzen Länge aufnehmen kann.

2. Schraubverbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schlüssel-Sechskant (53) des Gewindebolzens (5)

beidseitig von parallelen Anlageflächen (58,59) begrenzt wird.

3. Schraubverbindung nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die dem Kugelknoten (3) zugewandte Anlagefläche (58) des Schlüssel-Sechskantes (53) konkav und die dem Rohrstab (4) zugewandte Anlagefläche (59) eben ausgebildet ist.

4. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß der zylindrische Ansatz (54) des Gewindebolzens (5) nahe seinem rohrstabseitigen Ende eine dünne, ringförmige Kontrollnut (55) besitzt.

5. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennze lehnet,

daß der zylindrische Ansatz (54) des Gewindebolzens (5) schließend mit enger Passung in der entsprechenden Bohrung (43) des verjüngten Anschlußendes (41) gleitet und sich bei Querkraftbeanspruchung gegen die Bohrungswand der zylindrischen Bohrung (43) abstützt.

6. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennze ichnet,

daß der Systemabstand des fertig montierten Raumfachwerks von Knotenmitte bis Knotenmitte definiert wird durch die Summe folgender Längenmaße:

Durchmesser des Kugelknotens (3) + 2 mal die Breite des Schlüssel-Sechskants (53) gemessen von Anlagefläche (58) bis zur Anlagefläche (59) + 2 mal die Länge des zylindrischen Ansatzes (54), aber nur bis zur Mitte der ringförmigen Kontrollnut (55) + Länge des Rohrstabes (4) mit seinen

- 3 beidseitigen verjüngten Anschlußenden (41).

7. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß alle Gewindeteile (52,57) nach erfolgter Montage korrosionsgeschützt im Inneren der Konstruktion untergebracht sind.

8. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Zahl der Einschraubumdrehungen und der Abstand zwischen dem Knoten (3) und dem Stab (4) konstruktionsbedingt exakt festgelegt sind, wobei im montierten Zustand des Raumfachwerks die Mitte der Kontrollnut (55) in der Ebene der Endkantenfläche des verjüngten Anschlußendes (41) angeordnet und sichtbar ist.