WO2017148456A1 - Knotenelement zur verbindung von konstruktionselementen, insbesondere von tragwerkselementen oder profilen - Google Patents

Knotenelement zur verbindung von konstruktionselementen, insbesondere von tragwerkselementen oder profilen Download PDF

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WO2017148456A1
WO2017148456A1 PCT/DE2016/000101 DE2016000101W WO2017148456A1 WO 2017148456 A1 WO2017148456 A1 WO 2017148456A1 DE 2016000101 W DE2016000101 W DE 2016000101W WO 2017148456 A1 WO2017148456 A1 WO 2017148456A1
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PCT/DE2016/000101
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Bernd Künne
Martin Möller
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Technische Universität Dortmund
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    • E04B2001/5862—Angularly adjustable connections without hinge pin

Definitions

  • junction element for connecting construction elements, in particular structural elements or profiles
  • the invention relates to a junction element for connecting structural elements, in particular structural elements or profiles, according to the preamble of claim 1.
  • profiles and other rod-shaped construction elements are frequently used, which serve to produce lattice-like or frame-like constructions which are connected to one another in the joint area of the construction elements.
  • lightweight, but nevertheless mechanically stable constructions can be created, for example for trade fair setups, scaffolds or the like.
  • the connections of the construction elements with each other are usually made by screwing and is therefore easily solvable and the construction elements thereby reusable.
  • a disadvantage of such constructions is that due to the different occurring types of geometric arrangements of the construction elements relative to each other in the joint areas sometimes quite complex node elements or a large number of different node elements must be used in order to produce all the existing geometric arrangements can.
  • the node elements must e.g. allow in the joint area of rod-shaped construction elements simple angle connections, T-connections, cross connections or spatial star connections, for each of which separate node elements must be provided. This requires an elaborate stockpiling of possibly required node elements and is therefore economically problematic.
  • the aim of the present invention is therefore to provide a connection possibility for typical construction elements, which is much more flexible adaptable to the geometric configurations and also easily subsequently changed.
  • the invention is based on a node element for connecting construction elements, in particular structural elements or profiles, wherein the node element is arranged in the region of the connection of the construction elements and can be fastened to the construction elements to be connected.
  • a node element is further developed according to the invention in that the node element has at least two mutually associated, separable connecting elements which are formed in the region of an inclined at an angle to the outer contour of the connecting elements arranged connecting surface matching each other and non-positively fixed to each other, and the two mutually associated connecting elements rotatable relative to each other about an axis of rotation perpendicular to the connecting surface and by means of at least one non-positive connection device in each required rotational position releasably secured to each other, wherein the non-positive connection device acts substantially parallel to the axis of rotation between the two connecting elements.
  • the basic idea of the node element according to the invention consists in realizing a two-part basic structure of two mutually associated, separable connecting elements, which can be non-positively connected to one another at a defined connection surface.
  • the connecting elements which are each attached to the structural elements to be connected, relative to this connecting surface rotatable relative to each other, so that the connecting elements and thus the structural elements relative to each other pivotable and in a required Verschwen- kungsTalk to each other are frictionally fixed.
  • By arranged at an angle to the outer contour of the connecting elements arranged connecting surface can be various angular arrangements between the structural elements produce in that the rotation of the connecting elements is adjusted accordingly and reflected in a pivoting of the structural elements.
  • the two-part node element according to the invention thus serves advantageously for flexible connection of structural elements, in particular profiles (semi-finished), for example, the construction of structures such as scaffolding, (machine) racks or stands, the node element according to the invention to the respective required orientation or Orientation of the construction elements adapted quickly and easily or the orientation of the construction elements to each other can also be adapted or reconfigured.
  • the node element according to the invention can thus be used for different installation situations or can be adapted to the corresponding situation by a simple and fast rotary movement and also has a degree of freedom by means of which the connected construction elements can be constantly reoriented.
  • the node element according to the invention provides a releasable connection (coupling) so that the interconnected construction elements can be rearranged or replaced and reused.
  • the connecting surfaces of the two connecting elements are arranged at an oblique angle, preferably an oblique angle of 45 °, to the outer contour of the connecting elements.
  • connections between construction elements have angles of 0 °, for example, for the extension of construction elements as well as 45 ° and 90 ° for corner joints.
  • the bonding surface between the two connecting elements is e.g. oriented at 45 ° to the outer contour of the connecting elements and thus also the longitudinal extent of the construction elements fixed to the connecting elements, the connecting elements can be used both to form an extension (angle 0 °) and a 90 ° corner use by matching the two connecting elements aligned with each other and attached to each other.
  • the connecting elements by pivoting about intermediate angle so-called. Skewed swivels allow.
  • the connecting surfaces of the two mutually associated connecting elements can be arranged inclined at the same oblique angle to the outer contour of the connecting elements.
  • the oblique angle of the connecting surfaces of the two connecting elements to each other is in each case 45 °.
  • other oblique angle for the same trained connecting elements can be used.
  • the two connecting elements in the connection state an arrangement in the form of a so-called. False miter angle, for example, a miter angle of preferably 90 °, form.
  • False miter angle for example, a miter angle of preferably 90 °
  • connecting elements of different cross-sectional dimensions with different oblique angles can be arranged against one another such that a resulting angle of 90 ° is established between the construction elements.
  • the connecting surfaces of the two connecting elements in the connection state form a false miter angle, preferably 90 °, but then does not result from two partial angles of 45 °, but for example from an angle of 60 ° to the one connecting element and an angle of 30 ° to the other connecting element.
  • the connecting surfaces of the two connecting elements each have a matching profiling.
  • a profiling serves on the one hand to increase the strength of the contact of the two connecting elements in the region of the connecting surface, since the profilings of the two mutually supporting in the connecting surface and frictionally fastened together fasteners can positively engage with each other and thus much stronger than a purely frictional down are.
  • the profilings can be used to predetermine certain preferred directions of relative rotation of the connecting elements to each other as a kind of positive engagement and set again exactly and repeatable after disassembly.
  • the mutually matching profiles of the connecting surfaces a positive assignment of the two connecting elements to each other, preferably in at least one Verwarorientmaschine allow each other.
  • At least one of the connecting surfaces of the two connecting elements preferably in each case matching, knurling or the like.
  • Small-scale profiling serve to increase the transferable between the non-positively connected fasteners twisting forces compared to a purely frictional power transmission.
  • a specification of preferred positions of the connecting elements to each other is not the focus here.
  • the connecting surfaces of the two connecting elements each mating claw-like or also have tooth-like shape elements.
  • the profiling of the connecting elements serves to position them positively in predetermined twist orientations, preferably at least two different twist orientations, when the connecting elements are fixed to one another in a force-fitting manner.
  • the profilings could be formed approximately so that the connecting elements each rotated by certain stages with respect to the angle of rotation to each other in each case intermeshing fit and then can be fixed to each other.
  • evenly and multiply divided claws or even Hirth serrations can be used in the connection surface.
  • so-called Schürmann tooth systems which allow a particularly high transmission of forces through their complex shaped tooth elements.
  • connection between the connecting elements is when the connecting elements are fixed by means of at least one screw connection to each other.
  • a screw connection can be released as often as desired and can be adapted particularly easily with regard to the achievable contact forces between the connecting elements by appropriate dimensioning.
  • the screw connection is aligned perpendicular to the connecting surfaces of the connecting elements.
  • Such a vertical effective direction has the advantage of not burdening the connecting surfaces of the connecting elements with force components acting parallel to the connecting surface and provides for a purely vertical contact pressure of the connecting elements on each other in the region of the connecting surface.
  • the screw connection is arranged centrally in the region of the connecting surfaces of the connecting elements and forms the axis of rotation between the connecting elements.
  • the clamping force of the screw connection is introduced centrally and uniformly in the connection surface.
  • a central screw connection after releasing the axis of rotation of the rotational movement of the connecting elements to each other.
  • more than a screw connection between To arrange the fasteners such as when the space or strength requirements of the connection so require. In this case, it should be ensured that the arrangement of the screw connections in the connection surface takes into account the preferred position of the rotation between the connection elements.
  • one of the connecting elements have at least one, preferably centrally arranged in the connection surface thread, in each of which a clamping screw is screwed, the other end of the other connecting element at least partially overlaps and fixes the fasteners force-locking clamping each other.
  • the connecting elements would be formed differently with regard to the design of the screw connection, so there would be a threaded connecting element and a screw head connecting element.
  • both connecting elements are produced as equal parts, such as by both connecting elements have identically formed form elements, in which at least one screw of screw and nut can be introduced, which determines the fasteners force-locking clamping each other.
  • one or both connecting elements has an anti-twist device, preferably a hexagon socket for receiving the nut, so that the nut is positively supported when making the screw connection and the screw connection must be accessible from one side only by means of a tool.
  • the thread and clamping screw and / or the screw connection of screw and nut in the connecting elements frictionally mutually defining state are arranged such that they do not project beyond the outer contour of the connecting elements. This can be done by placing the receiving spaces for the screw connection in the interior of the two connecting elements of the nodal element in such a way that, as far as possible, me the screw neither nut nor possibly nut protrude beyond the outer contour of the connecting elements and thereby disturb. The screw connection is thereby covered and protected against accidental damage or tampering.
  • the connecting elements are fixed to one another by means of a splined connection.
  • splines are e.g. in the field of scaffolding in use and allow with simple means a set and release of even heavily loaded connections.
  • an axial securing of the connection between the connecting elements can also be achieved by self-locking.
  • the connecting elements are fixed to each other by means of a latching connection.
  • the jaws or teeth are provided in the region of the connecting surfaces of the connecting elements with mating additional snap-in connections, which engage in the joining of the connecting elements and clamp the connecting elements perpendicular to the connecting surface.
  • one or both connecting elements in their outer shape are adapted to the cross-sectional shapes and cross-sectional dimensions of the structural elements to be connected. If it is e.g. When the construction element to a prismatic profile, it is advantageous if at least one connecting element has a prismatic basic shape that matches the cross-section and the dimensions of the prismatic profile. This also simplifies the connection between the connecting element and the construction element. But it is also conceivable to use completely different outer shapes of the connecting elements, which can be adapted to also not formally limited cross-sectional shapes of the structural elements.
  • one or both connecting elements have a different shape from the cross-sectional shape of the structural elements to be connected outer shape.
  • a prismatic construction element be connected by means of cylindrical connecting elements with a cylindrical construction element. Further such combinations are reserved.
  • connecting elements are produced as separately prefabricated components and, preferably cohesively, fixed to the construction elements to be connected.
  • the connecting elements could be easily manufactured, for example, by means of casting or machining or pressing and then fixed by welding to the end regions of the construction elements.
  • other manufacturing methods for the fasteners and connections between prefabricated fasteners and construction elements are conceivable.
  • connection element (s) can also be arranged in one piece on the end regions of the construction elements to be connected, for example by providing the connection elements directly from the material of the construction elements e.g. be formed by machining or the like. As a result, a subsequent joining of connecting element and construction element is unnecessary.
  • two or more node elements are arranged directly adjacent to each other and / or interconnected to allow Mehrwegitatisknoten, preferably cross-shaped or star-shaped node connections of construction elements.
  • Mehrwegitatisknoten preferably cross-shaped or star-shaped node connections of construction elements.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of two typical rotational positions of the two-part nodal element according to the invention, made of two twistable ren connecting elements with a 45 ° inclined connecting surface once to extend a structural element and to form a 90 ° angle,
  • FIG. 2 shows various variations of the inventive node element with regard to orientation of the connecting elements relative to one another (90 °, 135 ° and 180 °), with regard to the cross section of the connecting elements (square and round) and the pairing of construction elements (prism with prism , Cylinder with cylinder, prism with cylinder),
  • Figure 3 Exemplary embodiment of a pipe with a square
  • FIG. 4 shows a cross section through a node element made of two connecting elements arranged as an extension to one another with a screw connection in a sunken arrangement of the screw head
  • FIG. 6 connecting elements with a wedge as the central tensioning element
  • FIG. 7 shows four different configurations of fasteners fixed to one another as examples for the formation of angled assemblies with so-called false miter
  • FIG. 9a-9c show views of individual connecting elements for illustrating different embodiments, views in each case of individual connecting elements of the profiling, as a type of claw coupling with a round or square cross-section (FIGS. 9a and 9b) and embodiment of the profiling with a Schürmann toothing (FIG. 9c )
  • 11 shows an example of the arrangement and subsequent fixing of a plurality of similar connecting elements 2, 3 to a more complex multipath connection node 20,
  • FIG. 12 Further supplementing the arrangement of connecting elements 2, 3 according to FIG. 11 to create a more complex reusable connecting node 20, FIG.
  • FIG. 1 the basic function of a node element 1 according to the invention, which consists of two connecting elements 2, 3 which can be rotated relative to one another and are fixed in a force-locking manner, is shown in a very strongly schematic representation.
  • the two connecting elements 2, 3 can be connected to at an angle ⁇ from here 45 ° to the outer contour of the Vietnamesesele- 2, 3 inclined connecting surface 4 in each case in two typical twisting positions once (in the left figure) for extending a construction element not shown here with a continuous center axis 6 of the connecting elements 2, 3 for a butt joint / extension and (in the right figure) to form a 90 ° angle (miter) with an angled center axis 6 of the connecting elements 2, 3 are assigned to each other.
  • connection elements 2, 3 can also be arranged rotated in intermediate stages relative to one another, as will also be described in more detail below.
  • the construction elements 10 may, for. B. (if they are about profiles) at the end faces 7 of the individual connecting elements 2, 3 are fixed (eg., By welding), so that the longitudinal axis of the structural element 10 and the longitudinal axis 6 of the associated connecting element 2 and 3 are coaxial ,
  • the connecting elements 2, 3 each have a connecting surface at an angle of 45 °.
  • Each node element 1 consists of two mutually compatible and separable from each other connecting elements 2, 3, which are considered a connection pair.
  • the individual connecting element 2, 3 can be adapted to the cross section of the construction element 10, as can be seen for example in FIG.
  • the basic body of the individual connection element 2, 3 z. B. assume a cuboid / prismatic or cylindrical shape. Inclined to the longitudinal axis 6 of the connecting elements 2, 3 there is a arranged at an arbitrary angle connecting surface 4, which represents the contact surface of the connecting elements 2, 3.
  • connection surface 4 An axis 5 standing centrally on and perpendicular to this connection surface 4 describes the axis of rotation about which the two connection elements 2, 3 can be rotated relative to one another.
  • This rotation axis 5 gives the rotational degree of freedom of the two connecting elements 2, 3 to each other.
  • the connecting elements 2, 3 or the construction elements 10 are orientable to each other in various directions.
  • the connecting elements 2, 3 are fixed to one another in the respectively desired angular position with respect to each other via a screw connection 11 explained in greater detail below with reference to FIG. 3, wherein the screw connection 11 is arranged in a recess 8 in the interior of the connecting elements 2, 3 and therefore not interfering with the outer contour of the connecting elements 2, 3 protrudes.
  • the possible rotational positions of the connecting elements 2, 3 with respect to one another can be predetermined via profilings 9, which are also described in greater detail below, and which fit together in the area of the connecting surface 4 are provided on the connecting elements 2, 3.
  • the construction elements 10 can be determined approximately by welding, as can also be seen in Figure 3 in more detail.
  • the profilings 9 are formed in the connection surface 4 in the form of a claw-like toothing of projections which project beyond the connection surface 4 or are incorporated in this connection surface 4. If the connecting elements 2, 3 are joined together perpendicularly to the connecting surface 4, then the respective profiles 9 of the connecting elements 2, 3 fit into one another and predetermine the orientation of the connecting elements 2, 3. It is possible that the profiling 9 allows more than a preferred orientation of the connecting elements 2, 3 to each other, as will be described later. In the middle of the connecting surface 4 is still a hole, here for a thread of the screw 1 to recognize 1, which by means of a screw 14, not shown, the connecting elements 2, 3 fixed non-positively and perpendicular to the connection surface 4 together.
  • a node element 1 in a cross-section, can be seen from two connecting elements 2, 3, which are arranged as an extension to each other, with screwed connection 1 1 via a thread 13 and a screw 14 in a sunk arrangement of the screw head 12.
  • the screw connection 1 1 is perpendicular to the connecting surface 4 and thus arranged along the illustrated axis of rotation 5 and generates a compressive force which clamps the two connecting elements 2, 3 non-positively with each other.
  • Vertical forces acting perpendicular to the bonding surface are very advantageous in terms of the resulting sliding forces (see force on an inclined plane, wedge effect) between the bonding surfaces (since they are equal to zero).
  • the force acting perpendicular to the connecting surface 4 compressive force can, for. B.
  • a central screw 14 Such a centrally arranged screw 14 then also serves as a (physical) axis of rotation 5 about which the two connecting elements 2, 3 can be rotated so as to cause a change in the orientation between the connecting elements 2, 3. Since the connection is releasable (coupling), a (subsequent) orientation change of the connection Elements 2, 3 uncomplicated, even a change or exchange of individual fasteners 2, 3 is conceivable.
  • the screw 14 is recessed in the recess 8 and easily accessible from the outside.
  • a depression 8 in the form of a counterbore can make the screw 14 (eg cylinder head screw) disappear in the connecting element 2, so that no disturbing contour is formed on the outer surface of the connecting element 2.
  • the other connecting element 3 may include a threaded bore 13 into which the screw 14 is screwed.
  • the two connecting elements 2, 3 are shaped differently, there would be z.
  • FIG. 5 shows a cross-section through a node element 1 of two connecting elements 2, 3 arranged as an extension with screwing by means of nut 15 and sunken arrangement of the screw head 12.
  • FIG. 5b shows a schematic representation of two rotational positions of such a node element 1.
  • both connecting elements 2, 3 have the same structure and both have a hexagon socket contour 16, in the one hand, the nut 15 are sunk in the connecting element 2, 3 and can be supported when screwing with the screw 14 (that is thus secured against rotation).
  • the screw 14 can also be arranged sunk as a cylinder head screw.
  • both connecting elements 2, 3 may be present in the same design.
  • the accessibility of the screw head 12 of the screw 14 can be made from any of the two possible directions, as can be seen better in Figure 5b, the assembly is thereby simplified (double chance of screw accessibility).
  • the connecting elements 2, 3 with the recessed hexagon socket 16 can easily be made by casting as a mass product. If the connecting elements 2, 3 made of wood or plastic, a countersunk screw can easily be sunk in the element, the thread cuts itself.
  • the connecting elements 2, 3 are frictionally connected to each other with a wedge 17 as a central clamping element in another constructive implementation of the non-positive connection.
  • a wedge 17 the necessary clamping force between the connecting elements 2, 3 apply.
  • the wedge 17 is driven approximately by means of hammer blows into corresponding réellekeilflä- surfaces 18 of the connecting element 2 and is back of the connecting element 3 a piece out. This protruding piece of the wedge 17 can then be used in a disassembly also by hammer blows to release the wedge 17.
  • Both connecting elements 2, 3 are designed differently in this solution.
  • the wedge can be attached or released by simply applied forces (eg by hammer blow).
  • FIG. 7 four different configurations of fasteners 2, 3 fixed to one another can be recognized as examples for the formation of angled arrangements with so-called false miter, in which the angles ⁇ and ⁇ are not the same.
  • An angular position of the connection surface 4 not equal to 45 ° makes sense, inter alia, if two construction elements 10 with different thicknesses / widths are to be arranged at an angle of 90 °.
  • a so-called "false miter” is required, and also connecting elements 2, 3 with angles ⁇ and ⁇ that are not equal in size can be used to produce non-rectangular overall angles of the node element 1.
  • FIGS. 8 to 10 show various conceivable configurations of the profiling 9 of the connecting surface 4, which can be used to position the connecting elements 2, 3 relative to one another and to increase the transferable forces between the connecting elements 2, 3.
  • FIG. 8 a shows the simplest case of the design of the connection surface 4 using the example of a single connection element 2 for parts with a square cross-section and a planar connection surface 4 and purely non-positive force transmission between the connection elements 2, 3.
  • the strength of the connection is limited, since the forces are purely frictionally transmitted between the connecting elements 2, 3.
  • the figure 8b is a design of the connecting surface 4 with a knurled or otherwise garturban profiled surface 9 to increase the frictional connection between the connecting elements 2, 3 shown in a corresponding view of a connecting element 2, which is also on a counter-knurled connecting surface 4 of the other connecting element. 3 comes to rest and is pressed together by a force-fitting connection, not shown.
  • the knurled profiling 9 is generally not used for specifying rotational orientations between the connecting elements 2, 3.
  • FIGS. 9a to 9c show different views in each case of individual connecting elements 2 for illustrating different embodiments of the connecting surfaces 4 as a type of dog clutch with a round or square outer cross section (FIGS. 9a and 9b) and embodiment of the profiling 9 with a Schürmann toothing (FIG. 9c ) to recognize.
  • the connecting surface 4 of the opposing connecting element 3 is also suitable and formed opposite. This allows an assembly of the connecting elements 2, 3 in two or more rotational positions of the connecting elements 2, 3 to each other, for example in a position of 0 ° to extend construction elements 10 or in a position of 90 ° to produce a miter of 90 °.
  • FIG. 10a shows a similar profiling of a rectangular connecting element 2 with a rectangular profiling cross section, which is similar to a Hirth toothing according to FIG. 10a.
  • FIG. 9c shows a similar profiling of a rectangular connecting element 2 with a rectangular profiling cross section, which is similar to a Hirth toothing according to FIG. 10a.
  • the other extreme is the so-called Schürmann toothing according to FIG. 9c, which as a rule allows only two rotational orientations of the connecting elements 2, 3 to one another.
  • connection elements 2, 3 eg a T-piece, cross-section). or star-shaped / spatial node element 1.
  • connection elements 2, 3 eg a T-piece, cross-section. or star-shaped / spatial node element 1.
  • access to the recess 8 for the screw 14 or the nut must also be retained after the connection of the individual connecting elements 2, 3.
  • recesses 19 are provided.
  • the relative to each other as needed arranged connecting elements 2, 3 can be welded together, for example, for a permanent support. It is also conceivable to produce the multipath connection node 20 shown in FIG. 12 from one part (by casting or also by milling), but then the advantage of the low storage diversity is no longer present.
  • the connecting elements 2, 3 serves a tent frame shown below, which passes through the combination of the individual connecting elements 2, 3 to different versions of node elements 1, 20 to its contour.
  • the tent poles is constructed in a modular design and thus illustrates the flexible applicability of the node elements according to the invention 1.
  • the individual tent modules may be arranged in one or more rows, or at an angle, as shown.
  • the possibility of combining different profiles 10 as construction elements clearly. So z. B. tubes 10 are connected with both circular and square cross-section with each other equally.
  • the application example also shows that in the composition of the connecting elements 2, 3 to a complex node element 20 any conceivable combination options can be implemented.
  • the designs of the tent roofs are to be considered.
  • the individual fasteners 2, 3 is either a pitched roof (left) or a hipped roof (center and right).
  • node element 1 formed from at least two connecting elements 2, 3 at a glance:
  • Beveled connection surface 4 is contact surface to the counterpart of the connection elements 2, 3,
  • the two connecting elements 2, 3 are rotatable relative to each other about the axis of rotation 5 (for example, screw axis) / the orientation is changeable (also subsequently) (at least 2 positions),
  • the two connecting elements 2, 3 are detachable from each other, a change or exchange of connecting elements 2, 3 is thus possible
  • a force (eg by means of a screw 14) can be exerted perpendicular to the connection surface 4,
  • the screw 14 can be completely countersunk in the connecting elements 2, 3, to avoid disturbing contours,
  • the two connecting elements 2, 3 can be produced in the same design, if a hexagonal contour 16 (along the screw axis 5 or axis of rotation) is incorporated into the connecting elements 2, 3,
  • connecting elements 2, 3 are conceivable: • as a cast part (eg cast steel, mass-produced goods) and then welded with profiles (semi-finished products), eg. As square tube, rectangular tube, pipe (round), but also with solid material profiles,
  • Multiple fasteners 2, 3 can be joined together / combined (eg by welding) to create multiple ways / directions, e.g. B. cross or star shape.

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  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Knotenelement (1) zur Verbindung von Konstruktionselementen (10), insbesondere von Tragwerkselementen oder Profilen, wobei das Knotenelement (1) im Bereich der Verbindung der Konstruktionselemente (10) angeordnet und an den zu verbindenden Konstruktionselementen (10) befestigbar ist, und das Knotenelement (1) mindestens je zwei einander zugeordnete, voneinander trennbare Verbindungselemente (2, 3) aufweist, die im Bereich einer unter einem Winkel (α, β) zur Außenkontur der Verbindungselemente (2, 3) geneigt angeordneten Verbindungsfläche (4) passend zueinander ausgebildet und kraftschlüssig aneinander festlegbar sind, wobei die beiden einander zugeordneten Verbindungselemente (2, 3) relativ zueinander um eine Drehachse (5) senkrecht zu der Verbindungsfläche (4) verdrehbar und mittels mindestens einer kraftschlüssigen Verbindungseinrichtung (11, 17) in der jeweils benötigen Verdrehstellung lösbar aneinander festlegbar sind, wobei die kraftschlüssige Verbindungseinrichtung (11, 17) im Wesentlichen parallel zu der Verdrehachse (5) zwischen den beiden Verbindungselementen (2, 3) wirkt.

Description

Knotenelement zur Verbindung von Konstruktionselementen, insbesondere von Tragwerkselementen oder Profilen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Knotenelement zur Verbindung von Konstruktionselementen, insbesondere von Tragwerkselementen oder Profilen, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
In der Technik kommt es häufig vor, Konstruktionselemente wie etwa stabförmige Bauteile oder dgl. miteinander zu verbinden. Neben einer dauerhaften Verbindung derartiger Konstruktionselemente wird häufig auch gefordert, dass die zusammen gebauten Konstruktionselemente wieder voneinander gelöst und ggf. in anderer Konfiguration, d.h. anderer räumlicher Zuordnung der Konstruktionselemente wieder zusammen gebaut werden können. Dies ist beispielsweise für Konstruktionen im Gerüstbau, im Messebau oder derartigen Anwendungsbereichen von zentraler Bedeutung, da dort neben der Leichtgewichtigkeit der Konstruktionen auch und vor allem die Transportierbarkeit und Wiederverwendbarkeit im Vordergrund stehen. Auch für Vorrichtungen und derartige Konstruktionen für den Fertigungsbereich wie etwa (Maschinen-) Gestellen oder aber auch Ständern wird eine Anpassbarkeit und Wiederve rwertbarkeit gefordert.
In den vorstehend als bevorzugte Beispiele genannten Anwendungsbereichen kommen häufig Profile und sonstige stabförmige Konstruktionselemente zur Anwendung, die zur Herstellung gitterartiger oder rahmenartiger Konstruktionen dienen, die im Stoßbereich der Konstruktionselemente miteinander verbunden werden. Hierdurch lassen sich leichtgewichtige, gleichwohl aber mechanisch stabile Konstruktionen erstellen, beispielsweise für Messeaufbauten, Gerüste oder dgl. Die Herstellung der Verbindungen der Konstruktionselemente miteinander erfolgt meistens durch Ver- schraubungen und ist daher leicht lösbar und die Konstruktionselemente dadurch wiederverwertbar. Üblicherweise werden die Konstruktionselemente im Bereich der Stöße durch Knotenelemente miteinander verbunden, die in der benötigten Konfiguration mit den Konstruktionselementen verbunden werden.
Nachteilig an derartigen Konstruktionen ist aber, dass durch die unterschiedlichen vorkommenden Arten der geometrischen Anordnungen der Konstruktionselemente relativ zueinander in den Stoßbereichen teilweise recht aufwändige Knotenelemente oder auch eine große Anzahl unterschiedlicher Knotenelemente zum Einsatz kommen müssen, um alle vorkommenden geometrischen Anordnungen herstellen zu können. So müssen die Knotenelemente z.B. im Stoßbereich von stabförmigen Konstruktionselementen einfache Winkelverbindungen, T-Verbindungen, Kreuzverbindungen oder auch räumliche Sternverbindungen ermöglichen, für die jeweils gesonderte Knotenelemente bereitgestellt werden müssen. Dies bedarf einer aufwändigen Vorratshaltung möglicherweise benötigter Knotenelemente und ist daher wirtschaftlich problematisch.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbindungsmöglichkeit für typische Konstruktionselemente bereitzustellen, die wesentlich flexibler an die geometrischen Konfigurationen anpassbar und auch nachträglich einfach veränderbar ist.
Die Erfindung geht aus von einem Knotenelement zur Verbindung von Konstruktionselementen, insbesondere von Tragwerkselementen oder Profilen, wobei das Knotenelement im Bereich der Verbindung der Konstruktionselemente angeordnet und an den zu verbindenden Konstruktionselementen befestigbar ist. Ein derartiges Knotenelement wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass das Knotenelement mindestens je zwei einander zugeordnete, voneinander trennbare Verbindungselemente aufweist, die im Bereich einer unter einem Winkel zur Aus- senkontur der Verbindungselemente geneigt angeordneten Verbindungsfläche passend zueinander ausgebildet und kraftschlüssig aneinander festlegbar sind, und die beiden einander zugeordneten Verbindungselemente relativ zueinander um eine Drehachse senkrecht zu der Verbindungsfläche verdrehbar und mittels mindestens einer kraftschlüssigen Verbindungseinrichtung in der jeweils benötigen Verdrehstellung lösbar aneinander festlegbar sind, wobei die kraftschlüssige Verbindungseinrichtung im Wesentlichen parallel zu der Verdrehachse zwischen den beiden Verbindungselementen wirkt. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Knotenelementes besteht darin, einen zweiteiligen Grundaufbau aus zwei einander zugeordneten, voneinander trennbaren Verbindungselementen zu realisieren, die an einer definierten Verbindungsfläche kraftschlüssig miteinander verbunden werden können. Hierbei sind die Verbindungselemente, die jeweils an den zu verbindenden Konstruktionselementen befestigt sind, relativ zu dieser Verbindungsfläche zueinander verdrehbar ausgebildet, so dass die Verbindungselemente und damit auch die Konstruktionselemente relativ zueinander verschwenkbar und in einem benötigten Verschwen- kungszustand aneinander kraftschlüssig festlegbar sind. Durch die unter einem Winkel zur Außenkontur der Verbindungselemente geneigt angeordneten Verbindungsfläche lassen sich vielfältige Winkelanordnungen zwischen den Konstruktionselementen dadurch herstellen, dass die Verdrehung der Verbindungselemente entsprechend eingestellt wird und sich in einer Verschwenkung der Konstruktionselemente niederschlägt. Hierdurch können mit ein und demselben Knotenelement nahezu beliebige Winkelverschwenkungen zwischen z.B. stabförmigen Profilen als Konstruktionselementen erzeugt werden, ohne dass für jede wichtige Winkelverschwenkung spezielle Knotenelemente bereitgestellt und bevorratet werden müssten. Durch die lösbare Verbindung zwischen den Verbindungselementen lassen sich diese leicht demontieren und dadurch ist eine einfache Umbaubarkeit und Wiederverwertbarkeit der Knotenelemente erzielbar. Auch lassen sich Transportarbeiten derart hergestellter Konstruktionen einfacher realisieren, da die Konstruktionselemente für einen Transport einfach in Teilen auseinander gebaut und transportiert und anschließend wieder passgenau zusammen gebaut werden können. Das erfindungsgemäße zweiteilige Knotenelement dient damit vorteilhaft zur flexiblen Verbindung von Konstruktionselementen, insbesondere von Profilen (Halbzeugen), für z.B. den Bau von Tragwerken wie Gerüsten, (Maschinen-) Gestellen oder aber auch Ständern, wobei das erfindungsgemäße Knotenelement an die jeweils benötigte Ausrichtung bzw. Orientierung der Konstruktionselemente schnell und unkompliziert angepasst bzw. die Orientierung der Konstruktionselemente zueinander ebenso angepasst bzw. umkonfiguriert werden kann. Das erfindungsgemäße Knotenelement ist somit für verschiedene Einbausituationen einsetzbar bzw. durch eine einfache und schnelle Drehbewegung auf die entsprechende Situation anpassbar und verfügt zudem über einen Freiheitsgrad, durch den die verbundenen Konstruktionselemente ständig neu orientiert werden können. Zudem stellt das erfindungsgemäße Knotenelement eine lösbare Verbindung (Kupplung) dar, sodass die miteinander verbundenen Konstruktionselemente neu angeordnet oder ausgetauscht und wiederverwendet werden können.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Verbindungsflächen der beiden Verbindungselemente unter einem schrägen Winkel, vorzugsweise einem schrägen Winkel von 45°, zu der Außenkontur der Verbindungselemente angeordnet sind. Häufig benötigte Verbindungen zwischen Konstruktionselementen weisen Winkel von 0° etwa für die Verlängerung von Konstruktionselementen sowie von 45° und 90° für Eckverbindungen auf. Wird die Verbindungsfläche zwischen den beiden Verbindungselementen z.B. um 45° zu der Außenkontur der Verbindungselemente und damit auch der Längserstreckung der an den Verbindungselementen festgelegten Konstruktionselemente ausgerichtet, so können die Verbindungselemente sowohl zur Bildung einer Verlängerung (Winkel 0°) als auch einer 90°-Ecke Verwendung finden, indem die beiden Verbindungselemente passend zueinander ausgerichtet und aneinander befestigt werden. Auch können die Verbindungselemente durch Verschwenkung um Zwischenwinkel sog. windschiefe Verschwenkungen erlauben.
Hierbei können in weiterer Ausgestaltung die Verbindungsflächen der beiden einander zugeordneten Verbindungselemente unter dem gleichen schrägen Winkel zu der Außenkontur der Verbindungselemente geneigt angeordnet werden. Hierdurch lassen sich einfach Konstruktionen etwa von Eck-Knotenelementen, Stern-Knotenelementen oder dgl. herstellen, die in der Regel auf 90°-Winkeln basieren. Der schräge Winkel der Verbindungsflächen der beiden Verbindungselemente zueinander beträgt hierbei jeweils 45°. Selbstverständlich können aber auch andere schräge Winkel für die gleich ausgebildeten Verbindungselemente zur Anwendung kommen.
In einer anderen Ausgestaltung können die beiden Verbindungselemente im Verbindungszustand eine Anordnung in Form eines sog. falschen Gehrungswinkels, z.B. eines Gehrungswinkels von vorzugsweise 90°, bilden. So können z.B. Verbindungselemente unterschiedlicher Querschnittsabmessungen mit unterschiedlichen schrägen Winkeln so aneinander angeordnet werden, dass sich ein resultierender Winkel von 90° zwischen den Konstruktionselementen einstellt. Auch ist es denkbar, dass die Verbindungsflächen der beiden Verbindungselemente im Verbindungszustand einen falschen Gehrungswinkel, von vorzugsweise 90°, bilden, der sich dann aber nicht aus zwei Teilwinkeln von je 45° ergibt, sondern z.B. aus einem Winkel von 60° an dem einen Verbindungselement und einem Winkel von 30° an dem anderen Verbindungselement.
Zu dem besonderen Vorteil für die Wiederholbarkeit und Festigkeit der Verbindung mittels der erfindungsgemäßen Knotenelemente trägt bei, wenn die Verbindungsflächen der beiden Verbindungselemente jeweils eine zueinander passende Profilierung aufweisen. Eine derartige Profilierung dient zum einen zu einer Erhöhung der Festigkeit des Kontaktes der beiden Verbindungselemente im Bereich der Verbindungsfläche, da die Profilierungen der beiden sich in der Verbindungsfläche aufeinander abstützenden und kraftschlüssig aneinander festgelegten Verbindungselemente formschlüssig ineinander greifen können und dadurch wesentlich fester als eine rein reibschlüssige Festlegung sind. Zum anderen können die Profilierungen dazu genutzt werden, um bestimmte Vorzugsrichtungen der relativen Verdrehung der Verbindungselemente zueinander als eine Art Formschluss vorzugeben und nach einer Demontage wieder genau und wiederholbar einzustellen. Hierzu können die zueinander passenden Profilierungen der Verbindungsflächen eine formschlüssige Zuordnung der beiden Verbindungselemente zueinander, vorzugsweise in mindestens einer Verdrehorientierung zueinander, ermöglichen. Dadurch lassen sich aufwändige Einmessarbeiten z.B. nach Umbauten oder Demontagen der Konstruktionselemente vermeiden und die Genauigkeit beim Aufbau der Konstruktionselemente verbessern.
In einer ersten denkbaren Ausgestaltung ist es möglich, dass zumindest eine der Verbindungsflächen der beiden Verbindungselemente, vorzugsweise jeweils zueinander passende, Rändelungen oder dgl. kleinteilige Profilierungen aufweist. Derartige kleinteilige Profilierungen dienen dazu, gegenüber einer rein reibschlüssigen Kraftübertragung die zwischen den kraftschlüssig aneinander festgelegten Verbindungselementen übertragbaren Verdrehkräfte zu erhöhen. Eine Vorgabe von Vorzugspositionen der Verbindungselemente zueinander steht hierbei nicht im Vordergrund.
In anderen Ausgestaltungen ist es aber auch denkbar, dass die Verbindungsflächen der beiden Verbindungselemente jeweils zueinander passende klauenartige oder auch verzahnungsartige Formelemente aufweisen. Hierdurch dient die Profilierung der Verbindungselemente dazu, diese in vorgebbaren Verdrehorientierungen, vorzugsweise mindestens zwei unterschiedlichen Verdrehorientierungen, zueinander formschlüssig zu positionieren, wenn die Verbindungselemente kraftschlüssig aneinander festgelegt sind. So könnten die Profilierungen etwa so ausgebildet werden, dass die Verbindungselemente jeweils um bestimmte Stufen hinsichtlich des Verdrehwinkels zueinander verdreht jeweils ineinander passend eingreifen und dann aneinander festgelegt werden können. Hierzu können z.B. gleichmäßig und mehrfach geteilte Klauen oder auch Hirth-Verzahnungen zum Einsatz in der Verbindungsfläche kommen. Auch ist es denkbar, sog. Schürmann-Verzahnungen zu benutzen, die eine besonders hohe Übertragung von Kräften durch ihre komplex geformten Verzahnungselemente ermöglichen.
Von besonderem Vorteil für die einfache Herstellbarkeit und Lösbarkeit der Verbindung zwischen den Verbindungselementen ist es, wenn die Verbindungselemente mittels mindestens einer Schraubenverbindung aneinander festgelegt werden. Eine Schraubenverbindung ist beliebig oft lösbar und kann hinsichtlich der erzielbaren Anpresskräfte zwischen den Verbindungselementen durch entsprechende Dimensionierung besonders einfach angepasst werden.
Hierbei ist in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung denkbar, dass die Schraubenverbindung senkrecht zu den Verbindungsflächen der Verbindungselemente ausgerichtet ist. Eine solche senkrechte Wirkrichtung hat den Vorteil, die Verbindungsflächen der Verbindungselemente nicht mit parallel zu der Verbindungsfläche wirkenden Kraftkomponenten zu belasten und sorgt für einen rein senkrechten Andruck der Verbindungselemente aufeinander im Bereich der Verbindungsfläche.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Schraubenverbindung zentral im Bereich der Verbindungsflächen der Verbindungselemente angeordnet ist und die Verdrehachse zwischen den Verbindungselementen bildet. Hierdurch wird die Klemmkraft der Schraubenverbindung zentral und gleichmäßig in die Verbindungsfläche eingeleitet. Ebenfalls bestimmt eine solche zentrale Schraubenverbindung nach dem Lösen die Drehachse der Verdrehbewegung der Verbindungselemente zueinander. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, mehr als eine Schraubenverbindung zwischen den Verbindungselementen anzuordnen, etwa wenn die Platzverhältnisse oder Festigkeitsvorgaben der Verbindung dies erfordern. Hierbei wäre darauf zu achten, dass die Anordnung der Schraubenverbindungen in der Verbindungsfläche die Vorzugsstellung der Verdrehung zwischen den Verbindungselementen berücksichtigt.
Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung eines der Verbindungselemente mindestens ein, vorzugsweise zentral in der Verbindungsfläche angeordnetes Gewinde aufweisen, in das jeweils eine Klemmschraube einschraubbar ist, die kopfseitig das andere Verbindungselement zumindest abschnittsweise übergreift und die Verbindungselemente kraftschlüssig klemmend aneinander festlegt. Hierbei wären die Verbindungselemente unterschiedlich ausgebildet im Hinblick auf die Ausgestaltung der Ver- schraubung, also gäbe es ein Gewinde-Verbindungselement und ein Schraubenkopf-Verbindungselement.
Es ist aber auch denkbar, dass beide Verbindungselemente als Gleichteile hergestellt werden, etwa indem beide Verbindungselemente gleich ausgebildete Formelemente aufweisen, in die mindestens eine Schraubenverbindung aus Schraube und Mutter einbringbar ist, die die Verbindungselemente kraftschlüssig klemmend aneinander festlegt. Dies hat den Vorteil, dass es zum einen keine unterschiedlichen Verbindungselemente gibt, die beim Aufbau z.B. verwechselt werden könnten, und zum anderen je nach Zugänglichkeit des Knotenelementes in der Gesamtkonstruktion die Betätigung der Schraubenverbindung von beiden Seiten gleichmäßig möglich ist. Hierbei ist es von weiterem Vorteil, wenn eines oder beide Verbindungselemente eine Verdrehsicherung, vorzugsweise einen Innensechskant für die Aufnahme der Mutter aufweist, so dass die Mutter sich beim Vornehmen der Verschraubung formschlüssig abstützt und die Schraubenverbindung allein von einer Seite mittels Werkzeug zugänglich sein muss.
Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn Gewinde und Klemmschraube und/oder die Schraubenverbindung aus Schraube und Mutter im die Verbindungselemente kraftschlüssig aneinander festlegenden Zustand derart angeordnet sind, dass sie die Außenkontur der Verbindungselemente nicht überragen. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Aufnahmeräume für die Schraubenverbindung so in das Innere der beiden Verbindungselemente des Knotenelementes gelegt sind, dass nach Vornah- me der Verschraubung weder Schraube noch ggf. Mutter über die Außenkontur der Verbindungselemente hervor ragen und dadurch stören könnten. Auch liegt die Schraubenverbindung dadurch verdeckt und gegenüber unbeabsichtigten Beschädigungen oder Manipulationen geschützt.
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die Verbindungselemente mittels einer Keilverbindung aneinander festgelegt werden. Derartige Keilverbindungen sind z.B. im Bereich des Gerüstbaus in Gebrauch und erlauben mit einfachen Mitteln ein Festlegen und Lösen von auch stark belasteten Verbindungen. Durch entsprechend schräge Flanken der Verzahnung kann eine axiale Sicherung der Verbindung zwischen den Verbindungselementen auch durch Selbsthemmung erreicht werden.
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die Verbindungselemente mittels einer Rastverbindung aneinander festgelegt werden. Hierzu können z.B. die Klauen oder Verzahnungen im Bereich der Verbindungsflächen der Verbindungselemente mit zueinander passenden zusätzlichen Rastverbindungen versehen werden, die beim Fügen der Verbindungselemente ineinander verrasten und die Verbindungselemente senkrecht zu der Verbindungsfläche verspannen.
Weiterhin ist es denkbar, dass ein oder beide Verbindungselemente in ihrer Außenform, z.B. einer zylindrischen oder prismatischen Außenform, an die Querschnittsformen und Querschnittsmaße der zu verbindenden Konstruktionselemente ange- passt sind. Handelt es sich z.B. beim Konstruktionselement um eine prismatisches Profil, so ist es von Vorteil, wenn auch zumindest ein Verbindungselement eine prismatische Grundform aufweist, die zu dem Querschnitt und zu den Abmessungen des prismatischen Profils passt. Hierdurch wird auch die Verbindung zwischen Verbindungselement und Konstruktionselement vereinfacht. Es ist aber auch denkbar, ganz andere Außenformen der Verbindungselemente zu verwenden, die an ebenfalls nicht formmäßig beschränkte Querschnittsformen der Konstruktionselemente angepasst werden können.
Andererseits ist es aber auch denkbar, dass ein oder beide Verbindungselemente eine von der Querschnittsform der zu verbindenden Konstruktionselemente abweichende Außenform aufweisen. So kann z.B. ein prismatisches Konstruktionselement mittels zylindrischer Verbindungselemente mit einem zylindrischen Konstruktionselement verbunden werden. Weitere derartige Kombinationen bleiben vorbehalten.
Denkbar ist es weiterhin, dass ein oder beide Verbindungselemente als separat vorgefertigte Bauteile hergestellt und, vorzugsweise stoffschlüssig, an den zu verbindenden Konstruktionselementen festgelegt werden. Die Verbindungselemente könnten etwa mittels Gießen oder Zerspanen oder Pressen einfach hergestellt und anschließend mittels Verschweißen an den Endbereichen der Konstruktionselemente festgelegt werden. Selbstverständlich sind auch andere Herstellverfahren für die Verbindungselemente sowie Verbindungen zwischen vorgefertigten Verbindungselementen und Konstruktionselementen denkbar.
In anderer Ausgestaltung können das oder die Verbindungselemente aber auch einstückig jeweils an den zu verbindenden Endbereichen der Konstruktionselemente angeordnet werden, etwa indem die Verbindungselemente direkt aus dem Material der Konstruktionselemente z.B. durch Zerspanen oder dgl. angeformt werden. Hierdurch erübrigt sich ein nachträgliches Fügen von Verbindungselement und Konstruktionselement.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass zwei oder mehrere Knotenelemente derart direkt aneinander angeordnet und/oder miteinander verbunden sind, um Mehrwegverbindungsknoten, vorzugsweise kreuzförmige oder sternförmige Knotenverbindungen von Konstruktionselementen zu ermöglichen. Hierdurch können komplexere Verbindungen von Konstruktionselementen sehr platzsparend und kompakt mit derart aneinander angeordneten Mehrwegverbindungsknoten realisiert werden, etwa an Bereichen einer Konstruktion, an denen mehrere Konstruktionselemente aneinander befestigt werden müssen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Knotenelementes zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
Figur 1 - eine Prinzipskizze von zwei typischen Verdrehstellungen des erfindungsgemäßen zweiteiligen Knotenelementes aus zwei verdrehba- ren Verbindungselementen mit einer unter 45° geneigten Verbindungsfläche einmal zur Verlängerung eines Konstruktionselementes und zur Bildung eines 90°-Winkels,
Figur 2 - Darstellung verschiedener Variationen des erfindungsgemäßen Kno- tenelementes hinsichtlich Orientierung der Verbindungselemente zueinander (90°; 135° und 180°), hinsichtlich des Querschnitts der Verbindungselemente (quadratisch und rund) und der Paarung von an den Verbindungselementen anbringbaren Konstruktionselementen (Prisma mit Prisma, Zylinder mit Zylinder, Prisma mit Zylinder), Figur 3 - Beispielhafte Ausführung eines an ein Rohr mit quadratischem
Querschnitt als Konstruktionselement geschweißten Verbindungselementes (ebenfalls im Querschnitt quadratisch) und entsprechender Schweißnahtvorbereitung,
Figur 4 - Querschnitt durch ein Knotenelement aus zwei als Verlängerung zu- einander angeordneten Verbindungselementen mit Verschraubung in versenkter Anordnung des Schraubenkopfes,
Figur 5a, 5b - Querschnitt durch ein Knotenelement aus zwei als Verlängerung zueinander angeordneten Verbindungselementen mit Verschraubung mittels Mutter und versenkter Anordnung des Schraubenkopfes so- wie schematische Darstellung zweier Verdrehstellungen eines solchen Verbindungselementes,
Figur 6 - Verbindungselemente mit einem Keil als zentrales Spannelement,
Figur 7 - vier verschiedene Konfigurationen von aneinander festgelegten Verbindungselementen als Beispiele zur Bildung von gewinkelten An- Ordnungen mit sog. falscher Gehrung,
Figur 8a, 8b - Ansicht eines einzelnen Verbindungselementes für Teile mit quadratischem Querschnitt und einer ebenen Verbindungsfläche und rein kraftschlüssiger Ansicht einer einzelnen Festlegung sowie mit einer gerändelten Verbindungsfläche zur Erhöhung des Kraftschlusses zwischen den Verbindungselementen,
Figur 9a-9c - Ansichten jeweils einzelner Verbindungselemente zur Darstellung verschiedener Ausführungen, Ansichten jeweils einzelner Verbindungselemente der Profilierung, als eine Art Klauenkupplung mit runden oder quadratischem Querschnitt (Fig. 9a und 9b) sowie Ausführung der Profilierung mit einer Schürmann-Verzahnung (Fig. 9c),
Figur 10a, 10b- Ansichten jeweils einzelner Verbindungselemente mit Ausführungen der Profilierung als Hirth-Verzahnung mit rundem Querschnitt (Figur 10a) und eine Profilierung eines rechteckigem Verbindungselementes mit rechteckigem Profilierungsquerschnitt (Figur 10b),
Figur 11 Beispiel für die Anordnung und anschließende Fixierung mehrerer gleichartiger Verbindungselemente 2, 3 zu einem komplexeren Mehrwegverbindungsknoten 20,
Figur 12 Weitere Ergänzung der Anordnung von Verbindungselementen 2, 3 gemäß Figur 11 zur Schaffung eines komplexeren Mehrwegverbin- dungsknotens 20,
Figur 13 Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindungselemente 2, 3 zur
Herstellung eines Zeltgestells, zusammengesetzt aus Profilen bestehenden Konstruktionselementen 10 mit verschiedenen Querschnitten über unterschiedlich gestaltete Verbindungselemente 2, 3 sowie Detailansicht einer beispielhaften Ausführung eines Knotenelementes 20 zum Zusammenhalt der Profile (Zeltstreben) aus unterschiedlichen Richtungen.
In der Figur 1 ist in einer sehr stark prinziphaft ausgebildeten Darstellung die grundsätzliche Funktion eines erfindungsgemäßen Knotenelementes 1 dargestellt, das aus zwei zueinander verdrehbaren und kraftschlüssig aneinander festlegbaren Verbindungselementen 2, 3 besteht. Die beiden Verbindungselemente 2, 3 können an mit einer unter dem Winkel α von hier 45° zu der Außenkontur der Verbindungsele- mente 2, 3 geneigten Verbindungsfläche 4 jeweils aneinander in zwei typischen Verdrehstellungen einmal (in der linken Abbildung) zur Verlängerung eines hier nicht weiter dargestellten Konstruktionselementes mit einer durchgehenden Mittenachse 6 der Verbindungselemente 2, 3 für eine Stumpfverbindung/Verlängerung und (in der rechten Abbildung) zur Bildung eines 90°-Winkels (Gehrung) mit einer abgewinkelten Mittenachse 6 der Verbindungselemente 2, 3 einander zugeordnet werden. Diese Verdrehung erfolgt parallel zu der Ebene der Verbindungsfläche 4 um eine Verdreh- achse 5, die gleichzeitig Wirkachse einer im Weiteren noch näher dargestellten Schraubenverbindung ist. Neben der in der Figur 1 dargestellten relativen Zuordnung der Verbindungselemente 2, 3 können die Verbindungselemente 2, 3 auch noch in Zwischenstufen verdreht zueinander angeordnet werden, wie dies ebenfalls im Weiteren noch näher beschrieben ist. Die Konstruktionselemente 10 können z. B. (wenn diese etwa Profile sind) an den Stirnflächen 7 der einzelnen Verbindungselemente 2, 3 befestigt werden (z. B. durch Schweißen), sodass die Längsachse des Konstruktionselementes 10 und die Längsachse 6 des zugehörigen Verbindungselementes 2 bzw. 3 koaxial zueinander sind.
In der Figur 2 ist eine eher konstruktive Darstellung verschiedener Variationen erfindungsgemäßer Knotenelemente 1 hinsichtlich Orientierung der Verbindungselemente 2, 3 zueinander (90°; 135° und 180°), hinsichtlich des Querschnitts der Verbindungselemente 2, 3 (quadratisch und rund) und der Paarung von an den Verbindungselementen 2, 3 anbringbaren Konstruktionselementen 10 (Prisma mit Prisma, Zylinder mit Zylinder, Prisma mit Zylinder) zu erkennen. In der oberen Reihe sind drei Winkelstellungen von prismatisch ausgebildeten Verbindungselementen 2, 3, in der Reihe darunter drei Winkelstellungen von zylindrisch ausgebildeten Verbindungselementen 2, 3 und in der untersten Reihe drei Winkelstellungen von gemischt zylindrisch/prismatisch ausgebildeten Verbindungselementen 2, 3 angegeben.
Die Verbindungselemente 2, 3 weisen hierbei jeweils eine Verbindungsfläche unter einem Winkel von 45° auf. Jedes Knotenelement 1 besteht aus zwei zueinander passenden sowie voneinander trennbaren Verbindungselementen 2, 3, die als ein Verbindungspaar gelten. Das einzelne Verbindungselement 2, 3 kann dabei dem Querschnitt des Konstruktionselementes 10 angepasst sein, wie dies beispielsweise in der Figur 3 zu erkennen ist. So kann der Grundkörper des einzelnen Verbindungs- elementes 2, 3 z. B. eine quaderförmige/prismatische oder eine zylindrische Gestalt annehmen. Geneigt zur Längsachse 6 der Verbindungselemente 2, 3 existiert eine unter einem beliebigen Winkel angeordnete Verbindungsfläche 4, die die Kontaktfläche der Verbindungselemente 2, 3 darstellt. Eine mittig auf und senkrecht zu dieser Verbindungsfläche 4 stehende Achse 5 beschreibt die Drehachse, um die die beiden Verbindungselemente 2, 3 relativ zueinander verdreht werden können. Diese Drehachse 5 ergibt den rotatorischen Freiheitsgrad der beiden Verbindungselemente 2, 3 zueinander. Dadurch sind die Verbindungselemente 2, 3 bzw. sind die Konstruktionselemente 10 in verschiedenste Richtungen zueinander orientierbar.
Vorgegeben wird der Winkel zwischen den an den Verbindungselementen 2, 3 angeordneten Konstruktionselementen 10 durch die jeweilige Wahl des Neigungswinkels α der Verbindungsfläche 4, wobei sich die Orientierung aus der Summe der beiden sich gegenüberliegenden, durch die Verbindungsfläche 4 getrennten Winkel α und ß der beiden Verbindungselemente 2, 3 ergibt. Beide Verbindungselemente 2, 3 können den gleichen Winkel α = ß aufweisen, müssen dies aber nicht. Als am zweckmäßigsten wird ein Winkel α = ß von jeweils 45° angesehen, da dadurch die schätzungsweise am häufigsten vorkommenden oder benötigten Konfigurationen der Verschwenkung der Konstruktionselemente 10 zueinander abgedeckt werden können. Es lassen sich so entweder Stumpfverbindungen (Verlängerungen/180°- Orientierungen, in der rechten Abbildung der jeweiligen Reihen) oder 90°- Eckverbindungen (Gehrung; 45°+45°, in der linken Abbildung der jeweiligen Reihen) realisieren. Zusätzlich sind (winklige) Zwischenstellungen (hier angedeutet; 90°, in der mittleren Abbildung der jeweiligen Reihen) denkbar.
Die Verbindungselemente 2, 3 sind über eine noch nachstehend zur Figur 3 näher erläuterte Schraubenverbindung 11 als bevorzugte kraftschlüssige Verbindung aneinander in der jeweils gewünschten Winkelstellung zueinander festgelegt, wobei die Verschraubung 11 in einer Vertiefung 8 im Inneren der Verbindungselemente 2, 3 angeordnet ist und daher nicht störend über die Außenkontur der Verbindungselemente 2, 3 hervor ragt. Die möglichen Verdrehstellungen der Verbindungselemente 2, 3 zueinander kann über ebenfalls später noch näher beschriebene Profilierungen 9 vorgegeben werden, die im Bereich der Verbindungsfläche 4 passend zueinander an den Verbindungselementen 2, 3 vorgesehen sind. An den Befestigungsansätzen 7 an den jeweils voneinander außen abstehenden Endbereichen der Verbindungselemente 2, 3 können die Konstruktionselemente 10 etwa durch Schweißen festgelegt werden, wie dies auch in der Figur 3 noch genauer zu erkennen ist. Hier sind die Profilierungen 9 in der Verbindungsfläche 4 in Form einer klauenartigen Verzahnung aus Vorsprüngen gebildet, die über die Verbindungsfläche 4 hervorstehen bzw. in dieser Verbindungsfläche 4 eingearbeitet sind. Das hierzu passende Verbindungselement 3 hat entsprechend gegengleiche klauenartige Profilierungen 9. Fügt man die Verbindungselemente 2, 3 senkrecht zur Verbindungsfläche 4 zusammen, so legen sich die jeweiligen Profilierungen 9 der Verbindungselemente 2, 3 ineinander und geben die Orientierung der Verbindungselemente 2, 3 vor. Dabei ist es möglich, dass die Profilierung 9 mehr als eine Vorzugsorientierung der Verbindungselemente 2, 3 zueinander ermöglicht, wie dies später noch beschrieben ist. In der Mitte der Verbindungsfläche 4 ist noch eine Bohrung, hier für ein Gewinde der Verschraubung 1 1 zu erkennen, die mittels einer nicht dargestellten Schraube 14 die Verbindungselemente 2, 3 kraftschlüssig und senkrecht zur Verbindungsfläche 4 aneinander festlegt.
In der Figur 4 ist in einem Querschnitt ein Knotenelement 1 aus zwei als Verlängerung zueinander angeordneten Verbindungselementen 2, 3 mit Verschraubung 1 1 über ein Gewinde 13 und einer Schraube 14 in versenkter Anordnung des Schraubenkopfes 12 zu erkennen. Die Schraubenverbindung 1 1 ist senkrecht zur Verbindungsfläche 4 und damit entlang der dargestellten Drehachse 5 angeordnet und erzeugt eine Druckkraft, die die beiden Verbindungselemente 2, 3 kraftschlüssig miteinander verspannt. Senkrecht zur Verbindungsfläche verlaufende Kräfte sind in Bezug auf die resultierenden Gleitkräfte (vgl. Kraft auf eine schiefe Ebene; Keilwirkung) zwischen den Verbindungsflächen sehr vorteilhaft (da diese gleich Null sind). Die senkrecht zur Verbindungsfläche 4 wirkende Druckkraft kann z. B. durch eine zentrale Schraube 14 aufgebracht werden. Eine solche zentral angeordnete Schraube 14 dient dann auch gleich als (physische) Drehachse 5, um die die beiden Verbindungselemente 2, 3 gedreht werden können, um so eine Änderung der Orientierung zwischen den Verbindungselementen 2, 3 hervorzurufen. Da die Verbindung lösbar ist (Kupplung) kann eine (nachträgliche) Orientierungsänderung der Verbindungs- elemente 2, 3 unkompliziert erfolgen, auch ein Wechsel oder Austausch einzelner Verbindungselemente 2, 3 ist denkbar.
Weiter ist die Schraube 14 in der Vertiefung 8 versenkt angeordnet und leicht von außen zugänglich. Ein unvorteilhafter Zugang, der benötigt werden würde, wenn die Spannkräfte z.B. entlang der Längsachse der Konstruktionselemente 10 aufgebracht werden würden, entfällt. Eine Vertiefung 8 in Form einer Senkbohrung kann die Schraube 14 (z. B. Zylinderkopfschraube) im Verbindungselement 2 verschwinden lassen, sodass keine störende Kontur an der Außenfläche des Verbindungselementes 2 entsteht. Das andere Verbindungselement 3 kann eine Gewindebohrung 13 beinhalten, in die die Schraube 14 eingeschraubt wird. Bei dieser Gestaltung sind die beiden Verbindungselemente 2, 3 unterschiedlich geformt, es gäbe z. B. eine Seite A und eine Seite B der beiden Verbindungselemente 2, 3 des Knotenelementes 1. Dies muss während der Fertigung und Montage berücksichtigt werden.
Eine andere Art der Ausgestaltung der Schraubenverbindung 11 zeigt die Figur 5, die in der Figur 5a einen Querschnitt durch ein Knotenelement 1 aus zwei als Verlängerung zueinander angeordneten Verbindungselementen 2, 3 mit Verschraubung mittels Mutter 15 und versenkter Anordnung des Schraubenkopfes 12 zeigt. In der Figur 5b ist eine schematische Darstellung zweier Verdrehstellungen eines solchen Knotenelementes 1 zu erkennen. Hierbei sind beide Verbindungselemente 2, 3 gleich aufgebaut und weisen beide eine Innensechskantkontur 16 auf, in die zum einen die Mutter 15 im Verbindungselement 2, 3 versenkt werden und sich beim Verschrauben mit der Schraube 14 abstützen kann (also somit verdrehgesichert ist). In der anderen Vertiefung 8 des gegenüberliegenden Verbindungselementes 2, 3 kann die Schraube 14 als Zylinderkopfschraube ebenfalls versenkt angeordnet werden. Dadurch können beide Verbindungselemente 2, 3 in gleicher Ausführung vorhanden sein. Unterschiedliche Produktionen, eine vergrößerte Komponentenvielfalt im Lager und Achtsamkeit während der Fertigung und Montage fallen weg. Die Zugänglichkeit des Schraubenkopfes 12 der Schraube 14 kann aus jeder der zwei möglichen Richtungen erfolgen, wie dies in der Figur 5b besser zu erkennen ist, die Montage wird dadurch vereinfacht (doppelte Chance der Schraubenzugänglichkeit). Weiter entfällt die aufwendige spangebende Fertigung eines Innengewindes 13. Die Verbindungselemente 2, 3 mit dem eingelassenen Innensechskant 16 können leicht per Guss als Massenware hergestellt werden. Bestehen die Verbindungselemente 2, 3 aus Holz oder auch Kunststoff, kann leicht eine Senkschraube im Element versenkt werden, das Gewinde schneidet sich selbst.
Weiter besteht die Möglichkeit, wie in Figur 9a besser zu erkennen, mehr als eine Schraube 14 exzentrisch zwischen den Verbindungselementen 2, 3 anzuordnen, falls die Mitte der Verbindungsfläche 4 aus konstruktiven Gründen frei bleiben muss (z. B. wenn Leitungen durch die Mitte der Verbindungselemente 2, 3 geführt werden müssen). Dann müssen die Schraubenanzahl und der (winklige) Schraubenabstand zueinander genau der Teilung der Profilierung 9 entsprechen.
In der Figur 6 sind in einer anderen konstruktiven Umsetzung der kraftschlüssigen Verbindung die Verbindungselemente 2, 3 mit einem Keil 17 als zentralem Spannelement kraftschlüssig miteinander verbunden. Anstatt einer Schraube 14 kann auch ein Keil 17 die nötige Spannkraft zwischen den Verbindungselementen 2, 3 aufbringen. Der Keil 17 wird etwa mittels Hammerschlägen in entsprechende Innenkeilflä- chen 18 des Verbindungselementes 2 eingetrieben und steht rückseitig des Verbindungselementes 3 ein Stück weit heraus. Dieses hervorstehende Stück des Keils 17 kann dann bei einer Demontage ebenfalls durch Hammerschläge zum Lösen des Keils 17 genutzt werden. Beide Verbindungselemente 2, 3 sind bei dieser Lösung unterschiedlich gestaltet. Der Keil lässt sich durch einfach aufzubringende Kräfte (z. B. durch Hammerschlag) fügen oder auch wieder lösen.
In der Figur 7 sind vier verschiedene Konfigurationen von aneinander festgelegten Verbindungselementen 2, 3 als Beispiele zur Bildung von gewinkelten Anordnungen mit sog. falscher Gehrung zu erkennen, bei denen die Winkel α und ß nicht gleich groß sind. Eine winklige Stellung der Verbindungsfläche 4 ungleich 45° macht unter anderem auch dann Sinn, wenn zwei Konstruktionselemente 10 mit unterschiedlichen Stärken / Breiten in einem Winkel von 90° angeordnet werden sollen. Hier ist dann eine sogenannte„falsche Gehrung" erforderlich. Auch Verbindungselemente 2, 3 mit nicht gleich großen Winkeln α und ß können zur Herstellung von nicht rechtwinkligen Gesamtwinkeln des Knotenelementes 1 genutzt werden. ln den Figuren 8 bis 10 sind verschiedene denkbare Ausgestaltungen der Profilierung 9 der Verbindungsfläche 4 dargestellt, die zur Positionierung der Verbindungselemente 2, 3 zueinander und zur Erhöhung der übertragbaren Kräfte zwischen den Verbindungselementen 2, 3 genutzt werden können.
In der Figur 8a ist der einfachste Fall der Gestaltung der Verbindungsfläche 4 am Beispiel eines einzelnen Verbindungselementes 2 für Teile mit quadratischem Querschnitt und einer ebenen Verbindungsfläche 4 und rein kraftschlüssiger Kraftübertragung zwischen den Verbindungselementen 2, 3 dargestellt. Hierbei ist die Festigkeit der Verbindung begrenzt, da die Kräfte rein reibschlüssig zwischen den Verbindungselementen 2, 3 übertragen werden. In der Figur 8b ist in einer entsprechenden Ansicht eines Verbindungselementes 2 eine Gestaltung der Verbindungsfläche 4 mit einer gerändelten oder sonstwie kleinteilig profilierten Fläche 9 zur Erhöhung des Kraftschlusses zwischen den Verbindungselementen 2, 3 dargestellt, die auf einer ebenfalls gegengleich gerändelten Verbindungsfläche 4 des anderen Verbindungselementes 3 zu liegen kommt und von einer nicht dargestellten kraftschlüssigen Verbindung zusammen gepresst wird. Die gerändelte Profilierung 9 dient hierbei in der Regel nicht zur Vorgabe von Drehorientierungen zwischen den Verbindungselementen 2, 3.
In den Figuren 9a bis 9c sind verschiedene Ansichten jeweils einzelner Verbindungselemente 2 zur Darstellung verschiedener Ausführungen der Verbindungsflächen 4 als eine Art Klauenkupplung mit runden oder quadratischem Außenquerschnitt (Fig. 9a und 9b) sowie Ausführung der Profilierung 9 mit einer Schürmann- Verzahnung (Fig. 9c) zu erkennen. Die Verbindungsfläche 4 des gegengleichen Verbindungselementes 3 ist ebenfalls passend und gegengleich ausgebildet. Dies erlaubt ein Zusammensetzen der Verbindungselemente 2, 3 in zwei oder mehr Verdrehstellungen der Verbindungselemente 2, 3 zueinander, beispielsweise in einer Lage von 0° zur Verlängerung von Konstruktionselementen 10 oder in einer Lage von 90° zur Herstellung einer Gehrung von 90°. Dies hängt von der Ausgestaltung der Teilung und der Profilierungsklauen der Profilierung 9 ab und kann vielfältig zu den abgebildeten Profilierungen 9 variiert werden. Ein Beispiel hierzu ist in der Figur 10a anhand eines Verbindungselementes 2 mit Ausführungen der Profilierung als Hirth-Verzahnung mit rundem Querschnitt zu erkennen, wodurch eine vielfache Drehorientierung ermöglicht wird. In der Figur 10b ist eine ähnliche Profilierung eines rechteckigem Verbindungselementes 2 mit rechteckigem Profilierungsquerschnitt zu erkennen, die ähnlich zu einer Hirth-Verzahnung gemäß Figur 10a ausgebildet ist. Das andere Extrem ist die sog. Schürmann-Verzahnung gemäß Figur 9c, die in der Regel nur zwei Drehorientierungen der Verbindungselemente 2, 3 zueinander zu- lässt.
In den Figuren 11 und 12 ist die Möglichkeit dargestellt, durch eine entsprechende Anordnung und anschließende Fixierung (z. B. durch Schweißen) mehrerer gleichartiger Verbindungselemente 2, 3 Mehrwegverbindungsknoten 20 unterschiedlicher Komplexität zu erstellen (z. B. ein T-Stück, kreuz- oder sternförmiges/räumliches Knotenelement 1). In dem Beispiel gemäß Figur 11 muss der Zugang zu der Vertiefung 8 für die Schraube 14 bzw. der Mutter auch nach dem Verbinden der einzelnen Verbindungselemente 2, 3 bewahrt bleiben. Aus diesem Grund sind Aussparungen 19 vorzusehen. Die relativ zueinander wie benötigt angeordneten Verbindungselemente 2, 3 können für einen dauerhaften Halt beispielsweise miteinander verschweißt werden. Es ist ebenfalls denkbar, den in der Figur 12 dargestellten Mehrwegverbindungsknoten 20 aus einem Teil herzustellen (per Guss oder auch per Fräsbearbeitung), dann ist jedoch der Vorteil der geringen Lagervielfalt nicht mehr gegeben.
Als ein denkbares Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbindungselemente 2, 3 dient ein nachstehend dargestelltes Zeltgestell, das durch die Kombination der einzelnen Verbindungselemente 2, 3 zu unterschiedlichen Ausführungen von Knotenelementen 1 , 20 zu seiner Kontur gelangt. Das Zeltgestänge ist in modularer Bauweise aufgebaut und verdeutlicht so die flexible Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Knotenelementen 1. So kann je nach Flächenbedarf durch Kombination mehrerer kleinerer Zelte ein größeres Zelt entstehen. Die einzelnen Zeltmodule können in einer oder mehreren Reihen, oder, wie dargestellt, winkelig angeordnet werden. Ebenfalls wird durch das Anwendungsbeispiel die Kombinationsmöglichkeit von verschiedenen Profilen 10 als Konstruktionselemente deutlich. So können z. B. Rohre 10 sowohl mit Kreis- als auch mit Quadratquerschnitt gleichermaßen miteinander verbunden werden. Das Anwendungsbeispiel zeigt außerdem, dass bei der Zusammensetzung der Verbindungselemente 2, 3 zu einem komplexeren Knotenelement 20 jegliche denkbare Kombinationsmöglichkeiten umgesetzt werden können. Als Beispiel sind die Ausführungen der Zeltdächer zu beachten. Je nach Gestaltung und Ausrichtung der einzelnen Verbindungselemente 2, 3 entsteht entweder ein Satteldach (links) oder ein Walmdach (Mitte und rechts).
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Knotenelementes 1 gebildet aus mindestens zwei Verbindungselementen 2, 3 im Überblick:
• Geometrischer Grundkörper (z. B. zylindrisch oder quaderförmig) der Verbindungselemente 2, 3 mit einer abgeschrägten Verbindungsfläche 4 (z. B. 45°),
• Abgeschrägte Verbindungsfläche 4 ist Kontaktfläche zum Gegenpart der Verbindungselemente 2, 3,
• Die beiden Verbindungselemente 2, 3 sind um die Drehachse 5 (z.B. Schraubenachse) zueinander verdrehbar/die Orientierung ist (auch nachträglich) veränderbar (mind. 2 Positionen),
• Die beiden Verbindungselemente 2, 3 sind voneinander lösbar, ein Wechsel oder Austausch von Verbindungselementen 2, 3 ist somit möglich,
• Senkrecht zur Verbindungsfläche 4 kann eine Kraft (z. B. durch eine Schraube 14) ausgeübt werden,
• Die Schraube 14 kann in den Verbindungselementen 2, 3 vollständig versenkt werden, zur Vermeidung von störenden Konturen,
• einfache Zugänglichkeit der Schraube 14,
• Die beiden Verbindungselemente 2, 3 können in gleicher Ausführung hergestellt werden, wenn eine Sechskantkontur 16 (entlang der Schraubenachse 5 bzw. Drehachse) in die Verbindungselemente 2, 3 eingearbeitet wird,
• Profilierung 9 auf der Verbindungsfläche 4 für Formschluss (auch Kraftschluss bei schrägen Zahnflanken) und definierte Ausrichtungen. Auflistung der Vorteile/Verbesserungen, die mit den erfindungsgemäßen Verbindungselementen 2, 3 erreichbar sind:
• Es wird nur ein Paar Verbindungselemente 2, 3 benötigt, um verschiedene (mind. 2) Verdrehorientierungen zu realisieren (geringere Komponentenvielfalt als bei unflexiblen Schweißknoten),
• Zudem sind Ausrichtungen/Orientierungen nachträglich veränderbar (konfigurierbar),
• Austausch von Verbindungselementen 2, 3 und damit Konstruktionselementen 10 auch noch nach Einbau realisierbar,
• Zerlegung von Verbindungselementen 2, 3 und damit Konstruktionselementen 10 für Lagerung und Transport (logistischer Vorteil),
• Zerlegung der Verbindungselemente 2, 3 und damit der Konstruktionselemente 10 zur leichteren Erreichung des Montageortes (passt alles durch die Tür),
• Zerlegung der Verbindungselemente 2, 3 und damit der Konstruktionselemente 10 für eine vereinfachte Fertigung (z. B. begrenzter Raum innerhalb einer Lackierkabine)/einfachere Handhabung an Werkzeugmaschinen und Anlagen zur weiteren Bearbeitung der Komponenten,
• Gute Zugänglichkeit der Schrauben 10,
• Keine Störkontur durch die Schraube 10,
• Montagefreundlichkeit,
• Ausschluss von Montagefehlern,
• Geringere Komponentenvielfalt im Lager,
• Hohe Genauigkeit, Reproduzierbarkeit der Position.
Folgende Ausführungen der Verbindungselemente 2, 3 sind denkbar: • als Gussteil (z. B. Stahlguss, Massenware) und dann verschweißt mit Profilen (Halbzeugen), z. B. Quadratrohr, Rechteckrohr, Rohr (rund), aber auch mit Vollmaterial-Profilen,
• Direkte spangebende Bearbeitung der Stirnfläche von Halbzeugen (dann nur Vollmaterial), dann auch möglich bei z. B. Holz etc.,
• Mehrere Verbindungselemente 2, 3 können so zusammengefügt/kombiniert werden (z. B. durch Schweißen), dass mehrere Wege/Richtungen entstehen, z. B. kreuz- oder sternförmig.
Denkbare Anwendungen/Anwendungsgebiete:
• Anwendung überall, wo Verbindungen als Verlängerung und/oder als Winkel benötigt werden,
• Anwendung überall, wo die Orientierung von Konstruktionselementen 10 (nachträglich) geändert werden können muss,
• Anwendung überall, wo Konstruktionselemente 10 ausgetauscht werden können müssen,
• Anwendung überall, wo die vorübergehende Demontage von Konstruktionselementen 10 einen Vorteil bringt,
• Anwendung überall, wo ständige De- und Montagen nötig sind, z. B. um einen Ortswechsel von Konstruktionselementen 10 durchzuführen,
• Also z. B.: o Allgemeiner Stahlbau
o Gestellbau
o Gerüstbau
o Tragwerkbau
o Logistik
o Fertigung
o Fahrgeschäfte (Kirmes) Wohnwagen/Wohnmobile
lmbisswagen/-anhänger
Verkaufswagen/-anhänger
Ständer (z. B. für / bei Musikinstrumente/n)
Sachnummernliste
Knotenelement
Verbindungselement
Verbindungselement
Verbindungsfläche
Wirkachse kraftschlüssige Verbindung/Schraubenachse
Mittenachse Verbindungselement
Befestigungsansatz Konstruktionselement
Vertiefung Schraubenverbindung
Profilierung
Konstruktionselement
Verschraubung
Schraubenkopf
Gewinde
Schraube
Mutter
Innensechskantflächen
Keil
Innenkeilfläche
Aussparung
Mehrwegverbindungsknoten

Claims

Patentansprüche
1. Knotenelement (1 ) zur Verbindung von Konstruktionselementen (10), insbesondere von Tragwerkselementen oder Profilen, wobei das Knotenelement (1 ) im Bereich der Verbindung der Konstruktionselemente (10) angeordnet und an den zu verbindenden Konstruktionselementen (10) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (1 ) mindestens je zwei einander zugeordnete, voneinander trennbare Verbindungselemente (2, 3) aufweist, die im Bereich einer unter einem Winkel (a, ß) zur Außenkontur der Verbindungselemente (2, 3) geneigt angeordneten Verbindungsfläche (4) passend zueinander ausgebildet und kraftschlüssig aneinander festlegbar sind, die beiden einander zugeordneten Verbindungselemente (2, 3) relativ zueinander um eine Drehachse (5) senkrecht zu der Verbindungsfläche (4) verdrehbar und mittels mindestens einer kraftschlüssigen Verbindungseinrichtung (1 1 , 17) in der jeweils benötigen Verdrehstellung lösbar aneinander festlegbar sind, wobei die kraftschlüssige Verbindungseinrichtung (1 1 , 17) im Wesentlichen parallel zu der Verdrehachse (5) zwischen den beiden Verbindungselementen (2, 3) wirkt.
2. Knotenelement (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3) unter einem schrägen Winkel (a, ß), vorzugsweise einem schrägen Winkel (a, ß) von 45°, zu der Außenkontur der Verbindungselemente (2, 3) angeordnet sind.
3. Knotenelement (1 ) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3) unter dem gleichen schrägen Winkel (ot) zu der Außenkontur der Verbindungselemente (2, 3) geneigt angeordnet sind.
4. Knotenelement (1 ) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3) unter jeweils einem unterschiedlichen schrägen Winkel (a, ß) zu der Außenkontur der Verbindungselemente (2, 3) geneigt angeordnet sind.
5. Knotenelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungselemente (2, 3) im Verbindungszustand eine Anordnung in Form eines falschen Gehrungswinkels, von vorzugsweise 90°, bilden.
6. Knotenelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3) jeweils eine zueinander passende Profilierung (9) aufweisen.
7. Knotenelement (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander passenden Profilierungen (9) der Verbindungsflächen (4) eine formschlüssige Zuordnung der beiden Verbindungselemente (2, 3) zueinander, vorzugsweise in mindestens einer Verdrehorientierung zueinander, ermöglichen.
8. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3), vorzugsweise jeweils zueinander passende, Rändelungen (9) oder dgl. kleinteilige Profilierungen (9) aufweist.
9. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3) jeweils zueinander passende klauenartige Formelemente (9) aufweisen.
10. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsflächen (4) der beiden Verbindungselemente (2, 3) jeweils zueinander passende verzahnungsartige Formelemente (9) aufweisen.
11. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (9) die Verbindungselemente (2, 3) in vorgebbaren Verdrehorientierungen, vorzugsweise mindestens zwei unterschiedlichen Verdrehorientierungen, zueinander formschlüssig positioniert, wenn die Verbindungselemente (2, 3) kraftschlüssig aneinander festgelegt sind.
12. Knotenelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (2, 3) mittels mindestens einer Schraubenverbindung (11) aneinander festlegbar sind.
13. Knotenelement (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenverbindung (11) senkrecht zu den Verbindungsflächen (4) der Verbindungselemente (2, 3) ausgerichtet ist.
14. Knotenelement (1) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenverbindung (11) zentral im Bereich der Verbindungsflächen (4) der Verbindungselemente (2, 3) angeordnet ist und die Verdrehachse (5) zwischen den Verbindungselementen (2, 3) bildet.
15. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Verbindungselemente (2, 3) mindestens ein, vorzugsweise zentral in der Verbindungsfläche (4) angeordnetes Gewinde (13) aufweist, in das jeweils eine Klemmschraube (14) einschraubbar ist, die kopfseitig (12) das andere Verbindungselement (3, 2) zumindest abschnittsweise übergreift und die Verbindungselemente (2, 3) kraftschlüssig klemmend aneinander festlegt.
16. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verbindungselemente (2, 3) als Gleichteile herstellbar sind.
17. Knotenelement (1) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verbindungselemente (2, 3) gleich ausgebildete Formelemente (8) aufweisen, in die mindestens eine Schraubenverbindung (11) aus Schraube (14) und Mutter (15) einbringbar ist, die die Verbindungselemente (2, 3) kraftschlüssig klemmend aneinander festlegt.
18. Knotenelement (1) gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide Verbindungselemente (2, 3) eine Verdrehsicherung, vorzugsweise einen Innensechskant (16) für die verdrehgesicherte Aufnahme der Mutter (15) aufweist.
19. Knotenelement (1 ) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Gewinde (13) und Klemmschraube (14) und/oder die Schraubenverbindung (1 1 ) aus Schraube (14) und Mutter (15) im die Verbindungselemente (2, 3) kraftschlüssig aneinander festlegenden Zustand derart angeordnet sind, dass sie die Außenkontur der Verbindungselemente (2, 3) nicht überragen.
20. Knotenelement (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (2, 3) mittels einer Keilverbindung (17) aneinander festlegbar sind.
21 . Knotenelement (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (2, 3) mittels einer Rastverbindung aneinander festlegbar sind.
22. Knotenelement (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Verbindungselemente (2, 3) in ihrer Außenform an die Querschnittsformen und Querschnittsmaße der zu verbindenden Konstruktionselemente (10) angepasst sind.
23. Knotenelement (1 ) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Verbindungselemente (2, 3) eine zylindrische oder prismatische Außenform aufweisen.
24. Knotenelement (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Verbindungselemente (2, 3) eine von der Querschnittsform der zu verbindenden Konstruktionselemente (10) abweichende Außenform aufweisen.
25. Knotenelement (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Verbindungselemente (2, 3) als separat vorgefertigte Bauteile hergestellt und, vorzugsweise stoffschlüssig, an den zu verbindenden Konstruktionselementen (10) festlegbar sind.
26. Knotenelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (2, 3) als gegossene Fertigteile herstellbar und an den zu verbindenden Konstruktionselementen (10) festlegbar sind.
27. Knotenelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Verbindungselemente (2, 3) einstückig jeweils an den zu verbindenden Endbereichen der Konstruktionselemente (10) angeordnet sind.
28. Knotenelement (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Knotenelemente (1) derart direkt aneinander angeordnet und/oder miteinander verbunden sind, um Mehrwegver- bindungsknoten (20), vorzugsweise kreuzförmige oder sternförmige Knotenverbindungen von Konstruktionselementen (10) zu ermöglichen.
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