DE3839369A1 - Verbindungselement und verfahren zum verbinden von voll- oder leimholzbalken in gleicher ebene - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verbindungselement sowie ein Verfahren zum Verbinden von Voll- oder Leimholzbalken in gleicher Ebene.

Die klassischen, zimmermännischen Methoden des Holzbaus, eine dauerhafte und stabile Verbindung zwischen zwei Holzbalken herzustellen, wie beispielsweise Zapfen-Loch-Verbindungen, Ausklinkungen der Balken, oder Zinkenverbindungen, erfordern einen hohen manuellen Aufwand, der sich produktionstechnisch kaum automatisieren läßt.

Um die Fertiungskosten für eine Verbindung zwischen zwei Holzbalken zu senken und insbesondere den Anteil an vorbereit­ baren, d.h. nicht auf der jeweiligen Baustelle auszuführenden Arbeitsschritten zu vergrößern, sind eine Vielzahl von Holz­ verbindern in Form von Stahlblechformteilen bekannt geworden, wie etwa Stahlblechwinkel, Sparrenpfettenanker sowie Balken­ schuhe, die üblicherweise aus verzinktem Stahlblech gefertigt sind und ein vorgelochtes Lochmuster aufweisen, durch das sogenannte Kammnägel in das Holz der Balken getrieben werden. Zum Anschluß zweier Balken in gleicher Ebene aneinander werden insbesondere Balkenschuhe verwendet, die den einen, stirnsei­ tig auf den anderen längslaufenden Balken aufgesetzten Träger bzw. Balken umfassen und mittels zweier in der Stirnflächen­ ebene des ersten Balkens liegender, abgebogener Schenkel auf den zweiten Balken genagelt werden.

Obgleich die beschriebenen Balkenschuhe eine sichere und verläßliche und darüber hinaus wirtschaftlich zu fertigende Befestigungsmethode zweier Holzbalken darstellen, erweckt ihr Anblick den Eindruck eines Provisoriums, weswegen diese Befestigungselemente lediglich an verdeckten, nach Fertig­ stellung der Konstruktion nicht einsehbaren Stellen verwendet werden.

Insbesondere bei Holzkonstruktionen, die nach Fertigstellung einem großen Publikum zugänglich sind und von diesem begangen oder bestiegen werden - wie insbesondere Spiel- und Kletterge­ rüste auf Spielplätzen - stellt sich darüber hinaus das Problem, daß die bekannten Verbindungselemente aufgrund ihrer Herstellungsweise durch Abkanten bzw. Stanzen aus Stahlblech scharfe Grate aufweisen und daher wegen ihrer außen liegenden Anordnung ein hohes Verletzungsrisiko bergen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verbin­ dungselement zum Verbinden von Voll- oder Leimholzbalken in gleicher Ebene anzugeben, mit dem eine Verbindung zweier Balken in der bekannten Art und Weise möglich wird, die mindestens ebenso stabil und zuverlässig wie die bekannten Verbindungen ist und darüber hinaus ein gefälliges Aussehen bei einer gleichzeitigen möglichst hohen Sicherheit gegen Verletzungen aufweist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin, ein Verfahren unter Verwendung des genannten Verbindungs­ elementes anzugeben, mit dem Voll- oder Leimholzbalken in gleicher Ebene miteinander verbunden werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist hinsichtlich des vorrichtungsmäßigen Teiles gegeben durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1; hinsichtlich des verfahrensmäßigen Teiles durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch das erfindungsgemäße Verbindungselement aus Blech wird eine Verbindung eines stirnseitig geschlitzten Balkens mit der Längsseite eines zweiten Balkens möglich, bei der das Verbin­ dungselement selbst vollständig verdeckt und damit weder Blicken noch Berührungen zugänglich ist. Dies ist vor allen Dingen überall dort von Bedeutung, wo es nicht nur auf die rein tragende Funktion eines Bauwerkes - wie etwa bei einem Dachstuhl - ankommt, sondern darüber hinaus auf eine möglichst ästhetische, gefällige Gestaltung der Konstruktion wie auch auf möglichst glatte - und damit das Verletzungsrisiko mini­ mierende - Flächen ankommt, wie beispielsweise bei Spielge­ rüsten, kleineren Fußgängerbrücken in Parkanlagen, Schutz­ hütten für Wanderern o.a.

Verfahrensmäßig ist erfindungsgemäß vorgesehen, den stirnsei­ tig zu befestigenden ersten Balken zu schlitzen. Dabei ist es vorteilhaft, den Balken nicht über die gesamte Höhe zu schlit­ zen, sondern - beispielsweise bei Verwendung einer Kreissäge - die Schnittiefe etwas geringer zu bemessen als die Höhe des Balkens, so daß ein schmaler Steg stehenbleibt. Bei erfin­ dungsgemäßer Montage des Balkens mit obenliegendem Steg wird hierdurch das Verbindungselement vor Witterungseinflüssen geschützt und darüber hinaus die ästhetische Gestaltung weiterhin verbessert.

Der Anschluß des Verbindungselementes an den längslaufenden Balken kann durch Nägel oder Senkkopfschrauben erfolgen, wobei die Bohrungen in der entsprechenden Fläche bei der Verwendung von Senkkopfschrauben entsprechend angesenkt sein sollen. Der stirnseitig angschlossene erste Balken kann mit dem in ihn hineinragenden Vieleck des Verbindungselementes ebenfalls durch Nägel - wobei die Nagelpunkte mittels einer Schablone außen auf dem Holz angezeichnet werden müßten - oder aber über eine Schraubverbindung verbunden werden, wobei in letz­ terem Falle in dem entsprechenden Schenkel bzw. Vieleck entsprechende Bohrungen vorgesehen sind. Im letzteren Falle empfiehlt sich die Verwendung von Innensechskant-Senkkopf­ schrauben, die bündig mit der Oberfläche des stirnseitig anzu­ schließenden, ersten Balkens abschließen.

Im letzteren Falle werden pro Bohrung des in den Schlitz des stirnseitig anzuschließenden Balkens hineinragenden Schenkels bzw. Vielecks zwei Innensechskant-Senkkopfschrauben verwen­ det, die mittels einer Verbindungsmuffe mit Innengewinde im inneren des stirnseitig anzuschließenden ersten Balkens verbunden werden. Wird dabei der Durchmesser der Verbindungs­ muffe bzw. der Senkkopfschrauben nach dem auftretenden Loch­ leibungsdruck in der entsprechenden Bohrung des Verbindungs­ elementes dimensioniert, so stellt sich das Problem, daß die - bei Verwendung einer entsprechenden Normschraube mit dem ermittelten Gewindedurchmesser - beim Anziehen der Schraube unter dem Kopf der Schraube auf das Holz ausgeübten Drücke zu hoch sind, so daß sich die Schraube beim Anziehen gleichsam in das Holz hineinzieht. Um nun die Innensechskant-Senkkopf­ schrauben nicht überdimensionieren zu müssen, um lediglich die Drücke unter dem Schraubenkopf zu verringern, ist erfindungs­ gemäß vorgesehen, die Schrauben mit Hülsen aus Polyäthylen oder einem ähnlichen Kunststoff zu unterfüttern, die aus einem zylinderförmigen Teil mit den Durchmessern der Verbindungs­ muffe entsprechenden Durchmessern und einem kegelförmigen, zu dem Senkkopf der entsprechenden Schraube passenden Teil bestehen.

Durch die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verbindungs­ elementes gemäß des Unteranspruches ist es erstmalig auch möglich, einen stirnseitig anzuschließenden ersten Balken an die Längsseite eines zweiten Balkens mit quadratischem Quer­ schnitt dergestalt anzuschließen, daß die Längsachse des ersten Balkens mit einer Diagonalen des quadratischen Quer­ schnittes des längslaufenden Balkens fluchtet. Neben der damit verbundenen ästhetischen Wirkung ergibt sich darüber hinaus aus der gegenüber der herkömmlichen Anordnung gleichsam um 45 gedrehten Anordnung des längslaufenden Balkens der Vorteil, daß unter bestimmten Voraussetzungen die Stabilität der Gesamtkonstruktion erhöht werden kann.

Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn an einem längslau­ fenden, beispielsweise senkrecht angeordneten Balken (Pfosten) zwei rechtwinklig zueinander angeordnete, mit ihren Stirnsei­ ten angeschlossene Balken angeordnet sind, die in einiger Entfernung von der Mittelsenkrechten des Pfostens je mit einer Querkraft belastet werden, wie dies beispielsweise bei Spielgeräten der Fall sein kann, wenn auf den stirnseitig angeschlossenen (Quer-)Balken beispielsweise Kinder herumtur­ nen.

Die von den Kindern auf die (Quer-)Balken ausgeübten (ggf. dynamischen) Kräfte verursachen zueinander rechtwinklig stehende Biegemomente, deren Summenvektor im allgemeinen Fall in Richtung der Diagonalen des Querschnittes des Pfostens liegt. Wie aus der technischen Balkenbiegungslehre bekannt ist, hängt die Belastbarkeit eines Balkens (Pfostens) durch Biegemomente neben dem Flachenträgheitsmoment 2. Ordnung von dem Abstand der Randfaser von der Nullinie der Biegung ab. Da das Flächenträgheitsmoment 2. Ordnung des um 45° gedrehten, quadratischen Querschnittes gegenüber dem ungedrehten quadra­ tischen Querschnitt bleibt

der Abstand der Randfaser von der Nullinie jedoch bei dem gedrehten Querschnitt in Richtung der Hauptbelastungsrichtung bei dem angenommenen Fall der Lagerung zweier einzelner Belastungen kleiner ist

wird die Sicherheit gegen Bruch erhöht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Verbindungselementes mit einem zum An­ schluß vorbereiteten (Quer-)Balken,

Fig. 2 die perspektivische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Verbindungselementes zum Anschluß eines Balkens an einen längslaufenden Balken mit rundem Querschnitt,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen senkrecht angeord­ neten längslaufenden Balken (Pfosten) mit vier stirnseitig angeschlossenen (Längs-)Balken, mit ausliegenden Schraubenköpfen; und

Fig. 4 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ge­ schlitzten Balken, der mit dem Verbindungselement mittels Innenkant- Senkkopfschrauben, Hülsen und einer Verbindungsmuffe verbunden ist; und

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Verbindungselement zum winkligen Anschluß eines (Quer-)Balkens mit einem längslaufenden Balken.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Verbindungselement 1 neben einem erfindungsgemäß stirnseitig geschlitzten, in der Zeich­ nung weggebrochen dargestellten Balken 2 dargestellt. Das Verbindungselement 1 besteht aus Stahlblech. Da die Dicke des Stahlbleches gegenüber den sonstigen Abmessungen des Verbin­ dungselementes klein ist, können die verschiedenen Teile des Verbindungselementes durch Flächen charakterisiert werden. Das Verbindungselement besteht aus einem Vieleck 3, das im vorliegenden Falle ein Rechteck ist. Durch eine Randseite 4 verläuft eine (gedachte) Gerade 5. Durch Parallelverschiebung der Geraden 5 werden sich an die Randseite 4 anschließende Flächen bestimmt.

Diese Flächen können mannigfaltige Formen haben und sind der Kontur des längslaufenden, anzuschließenden Balkens angepaßt. In Fig. 1 dargestellt ist ein Befestigungselement mit zwei zueinander im rechten Winkel stehenden (Befestigungs-)Flächen 6 und 7, wohingegen in Fig. 2 ein Befestigungselement mit einer kreisförmig gebogenen (Befestigungs-)Fläche 8 darge­ stellt ist.

Der in Fig. 1 dargestellte zum stirnseitigen Anschluß bestimm­ te Balken 2 weist einen durchgehenden Schlitz 9 auf, und ist an seiner Stirnseite 10 mit einem dem quadratischen Quer­ schnitt des längsverlaufenden Balkens entsprechenden Ein­ schnitt 11 versehen.

Im Gegensatz dazu weist der in Fig. 2 dargestellte anzu­ schließende Balken 2′ einen Schlitz 9′ auf, dessen Höhe etwas geringer ist als die Dicke des anzuschließenden Balkens 2′, so daß ein Steg 12 stehen bleibt, der die Befestigungsfläche 3 des Verbindungselementes 1 vor Witterungseinflüssen schützt. Die in Fig. 2 dargestellte Paarung eines Verbindungselementes 1 mit einem stirnseitig anzuschließenden Balken 2′ ist zum Anschluß an einen längsverlaufenden Balken mit kreisrundem Querschnitt bestimmt.

In der jeweiligen Befestigungsfläche 6 bzw. 7 des Verbindungs­ elementes 1 sowie in der Befestigungsfläche 8 des Verbindungs­ elementes 1′ sind Bohrungen 13 vorgesehen, mit denen das Verbindungselement mit Nägeln oder Schrauben an dem längsver­ laufenden Balken befestigt werden kann. In der Befestigungs­ fläche 3 sind Bohrungen 14 vorgesehen, mit denen entsprechende Bohrungen 15 in den anzuschließenden Balken 2 bzw. 2′ kor­ respondieren.

Wie in Fig. 3 in einer Draufsicht schematisch dargestellt, können an einem senkrecht angeordneten Pfosten 16 mit quadra­ tischem Querschnitt mit Hilfe des in Fig. 1 dargestellten Verbindungselementes 1 in einer waagerechten Ebene vier (Quer-)Balken 2 angeschlossen werden. Aufgrund des Formschlus­ ses zwischen der Aussparung 11 des anzuschließenden (Quer)Bal­ kens 2 und der jeweiligen Ecke des senkrecht stehenden Pfo­ stens 16 wird die Stabilität der Verbindung weiter gestei­ gert. Die Zeichnung zeigt weiterhin, daß die Belastung des Balkens durch Biegespannungen bei insbesondere bei Spielge­ rüsten auftretenen Belastungsfällten gesenkt werden kann. Greifen beispielsweise bei dem nach oben und bei dem nach links gerichteten Querbalken senkrecht zur Zeichenebene nach unten gerichtete, im gleichen Abstand von der Mittelachse des senkrechten Pfostens eingeleitete Kräfte an, so ergibt sich ein Biegemomentenvektor 17. Bei der "Diagonalen" Ausrichtung des quadratischen Querschnittes ergibt sich ein maximaler Randfaserabstand von bei einer Kantenlänge des quadratischen Querschnittes a.

In Fig. 4 dargestellt ist ein teilweise weggebrochener Schnitt durch einen stirnseitig angelegten (Quer-)Balken 2, in den das Vieleck bzw. die Befestigungsfläche 3 des Verbindungsele­ mentes hineinragt. In der Bohrung 14 der Befestigungsfläche 3 und in der hiermit fluchtenen Bohrung 15 des (Quer-)Balkens 2 greifen zwei durch eine Verbindungsmuffe 18 miteinander verbundene Innensechskant-Senkkopfschrauben 19. Um die Flä­ chenpassung zwischen der kegelmantelstumpfförmigen Auflage­ fläche 20 einer Innensechskant-Senkkopfschraube 19 und dem Holz zu verringern, sind die Innensechskant-Senkkopfschrauben 19 mit entsprechend ausgeformten Buchsen 21 aus Polyäthylen oder einem ähnlichen Kunststoff unterfüttert.

In Fig. 5 schließlich dargestellt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1′′, dessen Befestigungsfläche 3′′ in Form eines schiefwinkligen Parallelogramms ausgeführt ist, so daß sich bei Anordnung des Verbindungselementes an einem senkrech­ ten Pfosten ein Winkel α zwischen der Waagerechten 22 und der Unterkante der Befestigungsfläche 3′′ ergibt, was die Befestigung eines (Quer-)Balkens 2 unter einem Winkel zur Waagerechten ermöglicht.

Bezugszeichenliste (List of Reference Numerals)

1, 1′, 1′′ Verbindungselement
2, 2′ (stirnseitig anzuschließender) (Quer-)Balken
3 Vieleck, Befestigungsfläche
4 Randseite (von 3)
5 Gerade (durch 4)
6 Befestigungsfläche
7 Befestigungsfläche
8 Befestigungsfläche
9, 9′ Schlitz
10 Stirnseite (von 2)
11 Aussparung (in 10)
12 Steg (von 9′, in 2′)
13 Bohrungen
14 Bohrungen
15 Bohrungen
16 Pfosten
17 Biegemomentenvektor
18 Verbindungsmuffe
19 Innensechskant-Senkkopfschraube
20 Auflagefläche (von 19)
21 Hülse
22 Waagerechte
α Winkel
α Kantenlänge (des Querschnitts von 16)

Claims (12)

1. Verbindungselement aus Blech zum Verbinden von Voll- oder Leimholzbalken in gleicher Ebene, dessen sonstigen Abmes­ sungen gegenüber der Dicke des Bleches groß sind, gekenn­ zeichnet durch die geometrische Grundform eines ebenen Vielecks (3), an dessen einer Randseite (4) sich eine (8) oder mehrere Flächen (6, 7) anschließen, die im wesentlichen durch Parallelverschiebung der durch die Randseite (4) verlaufenden (gedachten) Geraden (5) bestimmt sind und die sich in zwei Richtungen von der Randseite wegerstreckt bzw. wegerstrecken.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fläche oder die Flächen im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu der das Vieleck (3) enthaltenen Ebene angeordnet sind.

3. Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flächen (6, 7) miteinander einen rechten Winkel einschließen.

4. Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fläche (8) ein Ausschnitt aus einer Kreiszylin­ deroberfläche ist.

5. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vieleck (3) ein Rechteck ist.

6. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vieleck (3′′) ein schiefwink­ liges Parallelogramm ist.

7. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (1) aus zwei spiegelsymmetrisch zueinander angeordneten, miteinander durch Schweißpunkte verbundenen Hälften besteht.

8. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die (Befestigungs-)Flächen sich längs der Randseite (4) des Vieleckes (3) sich abwechselnd von der einen oder der anderen Seite der das Vieleck enthaltenen Ebene weger­ strecken.

9. Verfahren zum Verbinden von Voll- oder Leimholzbalken in gleicher Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungs­ element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit Nägeln und/oder Schrauben an einem längslaufenden Balken (16) befestigt wird, daß der stirnseitig anzuschließende Balken (2) von der Stirnseite her in der Symmetrieebene geschlitzt wird, das rechtwinklig zu dem entstandenen Schlitz (9) angeordnete, mit den entsprechenden Bohrungen (14) der Befestigungsfläche (3) des Verbindungselementes (1) kor­ respondierende Bohrung (15) angebracht werden, daß die Stirnseite (10) des stirnseitig anzuschließenden Balkens (2) mit einer der Kontur des längsverlaufenden Balkens (16) entsprechenden Aussparung (11) versehen wird und das der Balken mittels Nägeln und/oder Schrauben an dem Vieleck (3) des Verbindungselementes (1) befestigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der stirnseitig anzuschließende Balken (2) mit einem Schlitz (9 ) versehen wird, dessen Tiefe geringer ist, als die Dicke des Balkens, so daß ein Steg (12) verbleibt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der stirnseitig anzuschließende Balken (2) mit der Befestigungsfläche (3) über die Bohrungen (14, 15) in der Befestigungsfläche bzw. in dem Balken (2) verbunden wird, in­ dem zwei Innensechskant-Senkkopfschrauben (19) durch eine mittig angeordnete Verbindungsmuffe (18) verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innensechskant-Senkkopfschrauben durch eine entsprechend geformte Hülse (21) unterfüttert werden.