EP0311834A1 - Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen - Google Patents

Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen Download PDF

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EP0311834A1
EP0311834A1 EP88115871A EP88115871A EP0311834A1 EP 0311834 A1 EP0311834 A1 EP 0311834A1 EP 88115871 A EP88115871 A EP 88115871A EP 88115871 A EP88115871 A EP 88115871A EP 0311834 A1 EP0311834 A1 EP 0311834A1
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EP
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hammer
modular system
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bolt
circumferential groove
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Luedemann & Co
Ludemann and Co
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Kanya AG
Luedemann & Co
Ludemann and Co
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Definitions

  • the invention relates to a modular system with the features of the preamble of claim 1.
  • a modular system is known from US Pat. No. 3,982,841, which has a node element in the form of a hollow sphere with essentially rectangular anchoring openings in the spherical shell.
  • Hammer bolts can be inserted into the anchoring openings and can fasten rod elements by means of a threaded clamping device.
  • the limited number of elongated holes on the spherical surface means that there are only limited options for removing rod elements.
  • the production of both the hollow ball and the hammer bolt with their threaded clamping devices with an associated nut on the rod element is expensive.
  • the invention has for its object to provide a node element for a known modular system that connect rod elements with a uniform coupling system both in the X, Y and Z axes in the Cartesian coordinate system and along an angular beam axis between 0 and 80 ° in the polar coordinate system can. Furthermore, it should be possible to subsequently install or remove rods in a constructed construction with little effort.
  • the node element together with the connection system should be easy and inexpensive to manufacture.
  • connection connections in particular on spherical node elements.
  • the node element and the connection system are simple and inexpensive to manufacture.
  • a first circumferential groove is advantageously provided in the middle between the opposite anchoring openings. From this circumferential groove can from the center of the node element beam element can be grown in a radial direction in all directions.
  • additional circumferential grooves can be made parallel to the circumferential groove in the central plane. These additional circumferential grooves allow the installation of hammer bolts or rod elements, the longitudinal axes of which form an angle between 30 and 60 °, preferably 45 ° to the central plane. Each additional circumferential groove creates mounting options on a new angular beam axis in the polar coordinate system. With a correspondingly large node element, circumferential grooves for angular beam axes of 0 °, 30 °, 45 ° and 60 ° can be provided at the same time.
  • Two or more knot components can be clamped like lock nuts onto a threaded bolt without a screw head, the two end faces of the threaded bolt simultaneously forming a bottom surface of the two diametrically opposite anchoring openings.
  • This construction allows for quick assembly in two or more parts.
  • the headless design of the threaded bolt allows the thread to be extended, which enables constructions with high tensile loads.
  • An additional simplification in the production of the node components can be achieved if the parting plane itself forms a first groove base surface in the region of the additional circumferential grooves and a second groove base surface is at right angles to the first.
  • a free choice of the diameter of the rod elements can be achieved if cone rings are provided between the node and rod elements, which taper the rod elements towards the node element.
  • FIG. 1 and 2 illustrate a node element 40 with an essentially spherical surface 41.
  • the node element is provided with two anchoring openings 1, 2 arranged diametrically on a central axis 3.
  • the anchoring openings 1, 2 are T-shaped and are intended for receiving hammer bolts.
  • the T-slot in the opening area consists of an elongated hole and a back-cut circular groove.
  • An anchoring opening in the form of a circular circumferential groove 4 for receiving a plurality of hammer bolts from a plurality of rod elements runs along a center plane 8 lying transversely to the center axis 3.
  • Rod elements in the X, Y and Z axes can be attached to this node element 40 using the same anchoring devices. From the center 45, however, 4 rod elements can also be installed in the circumferential groove along central beam axes 46, 47 at an angle of 0 ° in the polar coordinate system. In a circumferential groove 5 or 6, rod elements can be attached along a central beam axis 48 with an angle delta of 45 ° in the polar coordinate system.
  • the circumferential grooves 5, 6 can each be made individually in a hemispherical node element or together in a spherical node element 40 parallel to the circumferential groove 4.
  • the angle of 45 ° shown in the example can be between 1 and 89 °, but preferably 30 °, 45 ° or 60 ° to the central plane 8 of the circumferential groove 4.
  • FIG. 3 reference numerals are used for the same parts as in FIGS. 1 and 2 and are no longer explained in addition.
  • the node element is subdivided into node components 9, 10, 11, 12 by at least one plane 8, 50, 51, which is provided in the region of the circumferential grooves 4, 5, 6 and is each transverse to the central axis 3.
  • the node components 9, 10, 11, 12 can be clamped together by a threaded bolt 7 arranged concentrically to the central axis 3.
  • the threaded bolt zen 7 is without screw head and both end faces 13, 14 of the bolt 7 each form a bottom surface of the two diametrically opposite anchoring openings 1, 2.
  • a slot 15 serves to hold the screw when tightening.
  • the division planes 50, 51 in the area of the circumferential grooves 5, 6 each form a first groove base surface 17 and a second groove base surface 18, which are at right angles to one another.
  • a rod element 30 with connecting parts is shown in an exploded view for attachment to the node element 40.
  • a threadless hammer bolt 36, 37 is dimensioned such that it can be inserted into each of the circumferential grooves 4 - 6 and rotated 90 ° about its longitudinal axis.
  • a conical depression 55 is made on the shaft of the hammer bolt 36 transversely to the longitudinal axis of the hammer bolt 36.
  • a conical pointed screw 34 movable transversely to the longitudinal axis of the hammer bolt can be rotated, e.g. can be brought into engagement with an Allen key 35.
  • the hammer pin 36 can thereby be clamped or released together with the rod element 30 on the node element 40.
  • the nut thread for the conical point screw 34 can be cut in a sleeve 33 (as shown) which can be inserted into the rod element 30 or directly into the rod element 30.
  • the rod elements 30 can be parallel to the end surface 31. If a large number of rod elements have to be connected to the node element, the end face 31 can be correspondingly reduced by cone rings 32 which taper the rod elements towards the node element, as indicated by dash-dotted lines at the end of the rod element 30.

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Abstract

Bei einem Baukastensystem mit Knoten- (40) und Stabelementen (30) für Gitter- und Fachwerkstrukturen weisen die Knotenelemente (40) T-nutförmige Verankerungsöffnungen (1, 2) auf. Die Stabelemente (30) werden durch gewindelose Hammerbolzen (36, 37) mit dem Knotenelement festgeklemmt. Um eine Vielzahl von strahlenförmig weglaufenden Stabelementen (30) mit einem Knoten zu verbinden und um dadurch Fachwerkbauten mit Kugel- und Bogenformen aufbauen zu können, wird ein im wesentlichen kugelförmiges Knotenelement (40) vorgeschlagen. Dieses Knotenelement (40) weist auf einer Mittelachse (3) diametral gegenüberliegende Verankerungsöffnungen (1, 2) auf. Entlang einer quer zu dieser Mittelachse (3) liegenden Ebene (8) ist im weiteren eine Umfangsnut (4, 5, 6) zur Aufnahme mehrerer Hammerbolzen (36, 37) von mehreren Stabelementen (30) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
  • Aus US-PS 3 982 841 ist ein Baukastensystem bekannt, welches ein Knotenele­ment in der Form einer Hohlkugel mit im wesentlichen rechteckigen Veran­kerungsöffnungen im Kugelmantel aufweist. In die Verankerungsöffnungen sind Hammerbolzen einsteckbar, die mittels einer Gewindespanneinrichtung Stabelemente befestigen können. Bei diesem Baukastensystem ergeben sich durch die begrenzte Zahl von Langlöchern an der Kugeloberfläche nur be­grenzte Wegbaumöglichkeiten von Stabelementen. Im weiteren ist die Herstel­lung sowohl der Hohlkugel als auch der Hammerbolzen mit ihren Gewindespann­einrichtungen mit einer zugehörigen Mutter am Stabelement teuer.
  • Aus DE-OS 3 035 698 ist weiter ein Konstruktionssystem für mobile bzw. temporär einsetzbare Strukturen bekannt, das Knoten- und Stabelemente ver­wendet. Die Stabelemente weisen an ihren Enden abgeflachte Kugelgelenk­köpfe auf, die in Lagerrillen von Lagerscheiben formschlüssig arretier­bar sind. Mehrere Lagerscheiben werden durch Schlossschrauben miteinan­der verbunden. Auf der Kopfseite der Schlossschraube ist keine Kupplungs­möglichkeit für Stäbe vorgesehen, und auf der Bolzenseite der Schloss­schraube können keine Stabelemente mit Kugelgelenkköpfen verbunden wer­den. Neben der kostspieligen Herstellung der Kugelgelenkköpfe und ihren Festspanneinrichtungen sind bei Kraftübertragung zwischen Kugelgelenk­kopf und Lagerrille ungünstige Flächenpressverhältnisse vorhanden. Das Verbindungssystem in der X-, Y-Achse und in der Z-Achse im karthesischen Koordinatensystem ist somit unterschiedlich. Die abgeflachten Gelenkköpfe erfordern im weiteren eine aufwendige Drehsicherung, damit sich Gelenk­köpfe beim Spannen nicht verdrehen.
  • Aus CH-PS 645 957, die den Oberbegriff bildet, ist ein Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen für Gitter- und Fachwerkstrukturen bekannt. An den Knoten greifen gewindelose Hammerbolzen in T-nutenförmige Veran­kerungsöffnungen ein. Die Hammerbolzen weisen an ihrem Schaft eine quer zur Längsachse angebohrte kegelförmige Vertiefung auf, in welche eine quer zur Längsachse des Hammerbolzens bewegbare Kegelspitzschraube ein­greift. Durch Drehen der Kegelspitzschraube wird der Hammerbolzen zusam­men mit dem Stabelement am Knoten festgespannt bzw. gelöst. Dieses einfa­che und gegen Verdrehen des Hammerbolzens sichere Ankupplungs- oder Ver­bindungssystem ermöglicht Fachwerkbauten mit Stäben in der X-, Y- und Z-Achse im karthesischen Koordinatensystem. Für Fachwerkbauten mit Ku­gel- oder Bogenformen kann dieses System bis heute nicht verwendet wer­den.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Knotenelement für ein be­kanntes Baukastensystem zu schaffen, das sowohl in der X-, Y- und Z-Ach­se im karthesischen Koordinatensystem als auch entlang einer Winkelstrahl­achse zwischen 0 und 80° im Polarkoordinatensystem Stabelemente mit ei­nem einheitlichen Ankupplungssystem verbinden kann. Im weiteren soll es möglich sein, in einer aufgebauten Konstruktion mit wenig Aufwand nach­träglich Stäbe ein- oder auszubauen. Das Knotenelement zusammen mit dem Verbindungssystem soll im weiteren einfach und billig herstellbar sein.
  • Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Mit dem erfindungsgemässen Baukastensystem ist es möglich, Fachwerkbau­ten mit Kugel- oder Bogenformen aufzubauen, wobei für alle Anschlussver­bindungen, insbesondere an kugelförmigen Knotenelementen, einheitliche, gewindelose Hammerbolzen verwendbar sind. Es sind Anschlussmöglichkeiten für Stabelemente in der X-, Y- und Z-Achse im karthesischen Koordinaten­system sowie auch entlang von Winklelstrachlachsen zwischen 0 und 80° im Polarkoordinatensystem möglich. Das Knotenelement und das Verbindungs­system sind einfach und billig herstellbar.
  • Eine erste Umfangsnut wird, gemäss einem Ausführungsbeispiel, mit Vorteil in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Verankerungsöffungen vorge­sehen. Von dieser Umfangsnut können vom Mittelpunkt des Knotenelementes strahlenförmig in allen Richtungen Stabelement angebaut werden.
  • Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel können zusätzliche Umfangs­nuten parallel zur Umfangsnut in der Mittelebene angebracht werden. Diese zusätzlichen Umfangsnuten erlauben den Anbau von Hammerbolzen bzw. Stabelementen, deren Längsachsen einen Winkel zwischen 30 und 60°, vor­zugsweise von 45° zur Mittelebene bilden. Durch jede zusätzliche Umfangs­nut entstehen Anbaumöglichkeiten auf einer neuen Winkelstrahlachse im Po­larkoordinatensystem. Bei einem entsprechend grossen Knotenelement kön­nen gleichzeitig Umfangsnuten für Winkelstrahlachsen von 0°, 30°, 45° und 60° vorgesehen werden.
  • Die Fertigung von solchen kugelförmigen Knotenelementen kann wesentlich vereinfacht und auf eine rationelle Herstellung auf Dreh- bzw. Spritzguss­automaten ausgerichtet werden, wenn mindestens eine im Bereich einer Um­fangsnut quer zur Mittelachse liegende Teilungsebene und ein konzentrisch zur Mittelachse angeordneter Gewindebolzen vorgesehen sind.
  • Zwei oder mehr Knotenbauteile können wie Kontermuttern auf einen schrau­benkopflosen Gewindebolzen festgespannt werden, wobei die beiden Stirn­seiten des Gewindebolzens gleichzeitig je eine Bodenfläche der beiden dia­metral gegenüberliegenden Verankerungsöffnungen bilden. Diese Konstruk­tion erlaubt bei zwei- oder mehrteiliger Ausführung einen raschen Zusam­menbau. Die kopflose Gestaltung des Gewindebolzens erlaubt eine Verlän­gerung des Gewindes, wodurch Konstruktionen mit hohen Zugbelastungen er­möglicht werden.
  • Eine zusätzliche Vereinfachung bei der Herstellung der Knotenbauteile kann erreicht werden, wenn im Bereich der zusätzlichen Umfangsnuten die Tei­lungsebene selbst eine erste Nutengrundfläche bildet und eine zweite Nu­tengrundfläche im rechten Winkel zu ersten steht.
  • Eine freie Wahl der Durchmesser der Stabelemente kann erreicht werden, wenn zwischen Knoten- und Stabelementen Konusringe vorgesehen sind, die die Stabelemente zum Knotenelement hin verjüngen.
  • Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Knotenelement,
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf das Knotenelement gemäss Fig. 1 und
    • Fig. 3 das Knotenelement im Schnitt und ein Stabelement mit den Verbindungsteilen in Explosionsdarstellung.
  • Fig. 1 und 2 stellen ein Knotenelement 40 mit im wesentlichen kugelförmi­ger Oberfläche 41 dar. Das Knotenelement ist mit zwei diametral auf einer Mittelachse 3 angeordneten Verankerungsöffnungen 1, 2 versehen. Die Ver­ankerungsöffnungen 1, 2 sind T-nutenförmig und für die Aufnahme von Ham­merbolzen vorgesehen. Die T-Nut besteht im Oeffnungsbereich aus einem Langloch und aus einer hinterstochenen Rundnut. Entlang einer quer zur Mit­telachse 3 liegenden Mittelebene 8 verläuft eine Verankerungsöffnung in der Form einer kreisförmigen Umfangsnut 4 zur Aufnahme mehrerer Hammerbol­zen von mehreren Stabelementen.
  • An dieses Knotenelement 40 können Stabelemente in der X-, Y- und Z-Achse mit den gleichen Verankerungseinrichtungen angebaut werden. Vom Mittel­punkt 45 können aber auch in der Umfangsnut 4 Stabelemente entlang von Mittelstrahlachsen46, 47 mit einem Winkel von 0° im Polarkoordinatensy­stem angebaut werden. In einer Umfangsnut 5 oder 6 können Stabelemente entlang einer Mittelstrahlachse 48 mit einem Winkel Delta von 45° im Po­larkoordinatensystem angebaut werden.
  • Die Umfangsnuten 5, 6 können je einzeln in einem halbkugelförmigen Kno­tenelement oder zusammen parallel zur Umfangsnut 4 in einem kugelför­migen Knotenelement 40 angebracht werden. Der im Beispiel gezeigte Win­kel von 45° kann zwischen 1 und 89°, jedoch vorzugsweise 30°, 45° oder 60° zur Mittelebene 8 der Umfangsnut 4 betragen.
  • In Fig. 3 werden für gleiche Teile Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 verwendet und nicht mehr zusätzlich erläutert.
  • Das Knotenelement ist in diesem Beispiel durch mindestens eine im Bereich der Umfangsnuten 4, 5, 6 vorgesehenen Ebene 8, 50, 51, die jeweils quer zur Mittelachse 3 liegen, in Knotenbauteile 9, 10, 11, 12 unterteilt. Die Knotenbauteile 9, 10, 11, 12 sind durch einen konzentrisch zur Mit­telachse 3 angeordneten Gewindebolzen 7 zusammenspannbar. Der Gewindebol­ zen 7 ist ohne Schraubenkopf und beide Stirnseiten 13, 14 des Bolzens 7 bilden je eine Bodenfläche der beiden diametral gegenüberliegenden Ver­ankerungsöffnungen 1, 2. Ein Schlitz 15 dient zum Halten der Schraube beim Festspannen.
  • Die Teilungsebenen 50, 51 im Bereich der Umfangnuten 5, 6 bilden selbst je eine erste Nutengrundfläche 17 und eine zweite Nutengrundfläche 18, welche in einem rechten Winkel zueinander stehen.
  • Ein Stabelement 30 mit Verbindungsteilen ist in einer Explosionszeichnung zum Anbau an das Knotenelement 40 dargestellt. Ein gewindeloser Hammerbol­zen 36, 37 ist so dimensioniert, dass er in jede der Umfangsnuten 4 - 6 hineingesteckt und 90° um seine Längsachse gedreht werden kann. Am Schaft des Hammerbolzens 36 ist quer zur Längsachse des Hammerbolzens 36 eine kegelförmige Vertiefung 55 angebracht. In diese kegelförmige Vertiefung 55 kann eine quer zur Längsachse des Hammerbolzens bewegbare Kegeslspitz­schraube 34 durch Drehbewegung, z.B. mit einem Imbusschlüssel 35, in Ein­griff gebracht werden. Der Hammerbolzen 36 kann dadurch zusammen mit dem Stabelement 30 am Knotenelement 40 festgeklemmt bzw. gelöst werden. Das Muttergewinde für die Kegelspitzschraube 34 kann in einer in das Stab­element 30 einsteckbaren Hülse 33 (wie dargestellt) oder direkt in das Stabelement 30 geschnitten werden.
  • Die Stabelemente 30 können bis zur Endfläche 31 parallel sein. Die End­fläche 31 kann, wenn eine Vielzahl von Stabelementen mit dem Knotenele­ment verbunden werden muss, durch Konusringe 32, die die Stabelemente zum Knotenelement hin verjüngen, wie strichpunktiert am Ende des Stabelemen­tes 30 angedeutet, entsprechend verkleinert werden.
  • Anstelle des in Fig. 3 dargestellten Gewindebolzens 7 können auch andere bekannte Verbindungsmittel wie Niet-, Schweissverbindungen etc. angewen­det werden.

Claims (7)

1. Baukastensystem mit Knoten- und Stabelementen für Gitter- oder Fach­werkstrukturen, wobei die Knotenelemente (40) T-nutförmige Veran­kerungsöffnungen (1, 2) aufweisen, in welche gewindelose Hammerbol­zen (36, 37) einführbar sind, die am Schaft eine quer zu ihrer Längs­achse (38) angebohrte, kegelförmige Vertiefung (55) aufweisen und in welche eine quer zur Längsachse (38) des Hammerbolzens (36, 37) beweg­bare Kegelspitzschraube (34) eingreift sowie durch deren Drehbewegung der Hammerbolzen (36,37) zusammen mit dem Stabelement (30) am Knoten­element (40) festklemm- bzw. lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (40) eine im wesentlichen kugelförmige Oberfläche (41) mit zwei auf einer Mittelachse 3 diametral gegenüberliegenden Ver­ankerungsöffnungen (1, 2) für die Aufnahme je eines Hammerbolzens (36, 37) und mindestens einer entlang einer quer zu dieser Mittelach­se (3) liegenden Ebene (8) verlaufende Verankerungsöffnung in der Form einer Umfangsnut (4) zur Aufnahme mehrerer Hammerbolzen (36,37) vom mehreren Stabelementen (30) aufweist.
2. Baukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Um­fangsnut (4) in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Veranke­rungsöffnungen (1, 2) liegt.
3. Baukastensystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zusätz­liche, parallel zur Umfangsnut (4) angeordnete Umfangsnuten (5, 6) zur Aufnahme von Hammerbolzen (36, 37), deren Längsachsen (38) in ei­nem Winkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise von 45°, zur Mittel­ebene (8) der Umfangsnut (4) stehen.
4. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch mindestens eine im Bereich einer Umfangsnut (4, 5, 6) quer zur Mit­telachse (3) liegenden Teilungsebene (8, 50) und einem konsentrisch zur Mittelachse (3) angeordneten Gewindebolzen (7).
5. Baukastensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bei­den Stirnseiten (13, 14) des Gewindebolzens (7) je eine Bodenfläche der beiden diametral gegenüberliegenden Verankerungsöffnungen (1, 2) bilden.
6. Baukastensystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zusätzlichen Umfangsnuten (5, 6) die Teilungsebene (50) selbst eine erste Nutengrundfläche (17) bildet und eine zweite Nutengrundfläche (18) im rechten Winkel zur ersten steht.
7. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Knoten- (40) und Stabelementen (30) Konusringe (32) vor­gesehen sind, die die Stabelemente (30) zum Knotenelement (40) hin ver­jüngen.
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