DE10153815B4

DE10153815B4 - Knotenverbindung für ein kuppelförmiges Raumtragsystem und Verwendung für ebene vertikale Fachwerke

Info

Publication number: DE10153815B4
Application number: DE2001153815
Authority: DE
Inventors: Rainer Steger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: DE10153815A1

Abstract

Dreistrebige Knotenverbindung, unter Verwendung von Stäben, die vorzugsweise aus Holz bestehen, mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt zur Bildung der Knotenpunkte eines kuppel- oder kugelförmigen Raumtragsystems, wobei die Stäbe von Deck- und Bodenflächen sowie zwei Seitenflanken umgrenzt sind und wobei die Stäbe im jeweiligen Knotenpunkt mit Paaren von Paßflächen aneinanderstoßen, dadurch gekennzeichnet,
a) daß die Stäbe (1) im jeweiligen Knotenpunkt (K, KN, KH) mit keil- oder dachförmig zulaufenden Paaren von Paßflächen (F) aneinanderstoßen und hierzu die Paßflächen (F) pro Stab (1) durch einen Doppelgehrungsschnitt gebildet sind, desssen beide Paßflächen als Gehrungsstoßflächen je einen Gehrungswinkel (α1 bzw. α2 < 90°) zur Längsachse (u) des Stabes (1) bilden, wobei der Spitzenwinkel (α) des Stabes sich aus der Summe (α1 + α2) der Gehrungswinkel ergibt,
b) daß die Scheitellinie (z) des Spitzenwinkels (α) mit der Längsachse (u) des zugehörigen Stabes (1) einen Winkel (β) bildet, der im Falle eines Raumtragsystems β <...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreistrebige Knotenverbindung, unter Verwendung von Stäben, die vorzugsweise aus Holz bestehen, mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt zur Bildung der Knotenpunkte eines kuppel- oder kugelförmigen Raumtragsystems, wobei die Stäbe von Deck- und Bodenfläche sowie zwei Seitenflanken umgrenzt sind und wobei die Stäbe im jeweiligen Knotenpunkt mit Paßflächen aneinanderstoßen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Normalfall bildet ein Fachwerk ein Dreieck. Äußere Lasten greifen nur in den Knotenpunkten des Fachwerks an und werden daher primär über Zug- und Druckkräfte in den Stäben bzw. Streben weitergeleitet. So sind Fachwerkkuppeln bekannt, deren kleinste Fachwerkeinheit von in Dreieckform angeordneten Stäben gebildet wird. Der gekrümmte Flächenbereich der Kuppel weist gleichseitige Dreiecke auf, so daß durch die Stäbe auch einander benachbarte Sechsecke gebildet werden, wobei in einem Knotenpunkt jeweils sechs Stäbe zusammenlaufen (siehe „Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik", 1981 Verlag Moderne Industrie Wolgang Dummer & Co., Landsberg am Lech, Band E-J, S. 1288, 1289).

Zum Stand der Technik wird ferner verwiesen auf ein bekanntes dreistrebiges räumliches Fachwerk nach DE 299 11 796 U1 , bei dem die Fachwerkstäbe einen Dreiecksquerschnitt haben. Die abgeschrägte endseitige Paßfläche des einen Stabes sitzt jeweils auf der Flanke eines Nachbarstabes auf, diese allerdings nur partiell überdeckend, so daß diese Knotenverbindung im Vergleich zu einer Knotenverbindung mit vollständiger Paßflächenüberdeckung einen größeren Raum beansprucht und mangels ineinandergreifender Keilflächen nicht selbstzentrierend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knotenverbindung er eingangs genannten Art zu schaffen, die im Vergleich zu den aus Dreiecken aufgebauten Fachwerken mit weniger Stäben pro Knotenverbindung auskommt und mit der es trotzdem möglich ist, ein stabiles kuppel- oder kugelförmiges Raumtragsystem zusammenzufügen. Die Knotenverbindung soll darüber hinaus selbstzentrierend zusammenspannbar und im Bedarfsfalle auch demontabel sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Knotenverbindung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich dadurch,

a) daß die Stäbe (1) im jeweiligen Knotenpunkt (K, KN, KH) mit keil- oder dachförmig zulaufenden Paaren von Paßflächen (F) aneinanderstoßen und hierzu die Paßflächen (F) pro Stab (1) durch einen Doppelgehrungsschnitt gebildet sind, dessen beide Paßflächen als Gehrungsstoßflächen je einen Gehrungswinkel (α1 bzw. α2 < 90°) zur Längsachse (u) des Stabes (1) bilden, wobei der Spitzenwinkel (α) des Stabes sich aus der Summe (α1 + α2) der Gehrungswinkel ergibt,
b) daß die Scheitellinie z des Spitzenwinkels α mit der Längsachse u des zugehörigen Stabes einen Winkel β bildet, der im Falle eines Raumtragsystems β < 90° ist, wobei die Scheitellinie z, die Längsachse u und eine durch den Schnittpunkt von (z) und (u) verlaufende Senkrechte n auf (u) in einer Ebene liegen und durch den zwischen (z) und (n) aufgespannten Winkel ein Achswinkel γ gebildet wird, welcher ein Komplementärwinkel zu (β) ist,
c) daß vorzugsweise angrenzend an den Gehrungsbereich und insbesondere achsparallel zur Scheitellinie z mit einer Quer-Gewindebohrung versehene Widerlagerbolzen in je eine Querbohrung der Stäbe einfügbar sind,
d) daß Bolzenkanäle vorgesehen sind, die mit ihren Bolzenachsen genau zwischen zwei anliegenden Paßflächen eines Stabpaares und dementsprechend auch durch die Scheitellinie verlaufen sowie mit je einer Kanalhälfte in eine der beiden Paßflächen eingebracht sind, wobei die Bolzenkanäle vorzugsweise senkrecht durch die Scheitellinie bis zur Quer-Gewindebohrung des Widerlagerbolzens des gegenüberliegenden dritten Stabes auf verschiedenen Höhenlinien der Stäbe verlaufen,
e) und daß mit Beilagkörpern versehene Zuganker – auf den verschiedenen Höhenlinien einander kreuzend – in die Bolzenkanäle einfügbar und in die Quer-Gewindebohrungen der Widerlagerbolzen einschraubbar sind, wobei durch Festziehen der Zuganker die die Spannkräfte über die Beilagkörper auf die Stäbe übertragbar und die Stäbe mit ihren aneinanderliegenden sechs Paßflächen dreiachsig zusammenspannbar sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bist 11 angegeben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die Knotenverbindung nach der Erfindung bei der Montage selbstzentrierend und somit schnell und ohne aufwendige Justage herstellbar ist. Die durch die dreiachsige Verspannung erzeugbare Flächenpressung bewirkt das Schließen aller Fugen. Die bei einer Holzverbindung eventuell nachträglich durch Kontraktion bzw. Schwund entstehenden Spalten können jederzeit bei gu ter Zugänglichkeit durch Nachspannen der Schraubverbindung geschlossen werden. Pro Knotenverbindung werden sechs Flächen miteinander verspannt bzw. gegengerichtet. Die Knotenverbindung dient in bevorzugter Ausführung dazu, eine geodätische Raumkuppel, insbesondere bestehend aus fünf- und sechseckigen Fachwerken, entstehen zu lassen. Für eine solche auf Stelzen oder Säulen stehende Kuppel werden z.B. 32 Knotenverbindungen benötigt.

Aufgrund der selbstzentierenden Bolzenverspannung ist es Heimwerkern möglich, aus einem Bausatz, bestehend aus Stäben und den Verspannelementen, ein solches stabiles kuppelförmiges Raumtragsystem zu montieren oder auch zu demontieren. Es seien einige Anwendungen genannt: Gartenpavillons, Gewächshäuser, Wintergärten, Vogelvolieren, Spiel häuschen, Buswartehäuschen oder eine Unterstellkuppel im Sportbereich, insbesondere an Fußballplätzen.

Holzstäbe oder -streben sind das bevorzugte Material, wenngleich z.B. auch Stäbe aus Kunststoff in Frage kommen.

Die Selbstzentrierung bei der Verspannung wird auf besonders günstige Weise dadurch erreicht, daß die Beilagkörper als Beilagriegel ausgebildet und in Riegel-Einfügenuten einfügbar sind, welch letztere mit je einer Nutenhälfte in die aneinandergrenzenden Paßflächen von jeweils zwei Stäben symmetrisch so eingebracht sind, daß sie sich parallel zur Scheitellinie und nahe der Seitenflanken-Oberfläche der Stäbe befinden und beim Spannen des Zugankers, der den jeweiligen Beilagriegel durchdringt, durch gleichmäßige Flächenpressung über die Beilagriegel zentrierende Kräfte auf die Knotenverbindung ausübbar sind. Der jeweilige Beilagriegel, den man auch als Flachnutblech bezeichnen kann, wird also in die stirnseitig eingebrachten Nuthälften eines Stabpaares eingeschoben, wobei der diesen Beilagriegel durchdringende oder in diesen gesteckte Zuganker in den Widerlager- bzw. Querzugbolzen (Ausführung als Simplex-Mutter, Trezifix o.ä.) des dritten Stabes eingeschraubt (verankert) und festgezogen wird. Der Vorteil der Beilagriegel (Flachnutbleche) besteht in der gleichmäßig in den Einfügenuten verteilten Flächenpressung.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist vorgesehen, daß die Bolzenkanäle mit Spiel für die Zuganker ausgebildet sind, so daß ein reibungsfreies Drehen der Zuganker in den Bolzenkanälen ermöglicht ist, und daß der äußere axiale Bereich der Bolzenkanäle, insbesondere ab der Einfügenut nach außen, entsprechend der Schraubkopfgröße ausgesenkt ist. D.h. die Achsen der Zuganker verlaufen insbesondere genau durch die jeweiligen Gehrungsstoßflächen, wobei diese das vorerwähnte Spiel der Zuganker ermöglichen und hierzu sog. Freitaschen aufweisen, um den Zuganker bzw. die Spannschraube in diesem Bereich spannungsfrei aufzunehmen. Es existiert damit praktisch keine Reibungskraft zwischen dem Zugankerschaft und den Wandungen seines Bolzenkanals. Durch die Aussenkung verschwindet der Kopf des Zugankers/Schraubenbolzens im äußeren Bereich der Stoßstelle des Holzquerschnitts. Durch die sich überkreuzenden Schraubachsen der Zuganker ergeben sich im jeweiligen Stab Freitaschen verschiedener Anordnung (oben, mittig oder unten). Die Festlegung, welche Schraubachse in der Mitte liegt, ist grundsätzlich frei wählbar, muß dann aber im Gesamtsystem beibehalten werden. Je nach Anwendungsfall (Sichtbereich, Metallverbindungsteile, Korrosionsschutz) können die Einfügenuten sowie die Bohrungen der Widerlagerbolzen bzw. Querzugbolzen wahlweise als Sacklochnuten/Sacklochbohrungen oder als durchgängige Schlitze oder Bohrungen ausgeführt werden.

Die Einfügenuten liegen vorzugsweise senkrecht zu den Paßflächen (Füge- bzw. Stoßebenen) und parallel zur Scheitellinie (Stoßhauptachse). Der Abstand der Einfügenut von der Scheitellinie sowie die Nuttiefe können den statischen Gegebenheiten bzw. Anforderungen entsprechend variabel dimensioniert werden. Anstelle einer Einfügenut kann es fertigungstechnisch vorteilhafter sein, eine Freisenkung in Form einer halbrunden Tasche bzw. einer – halben Bohrung vorzusehen. Die Verspannung erfolgt in diesem Falle nicht mehr durch Beilagriegel (Flachfügebleche), sondern durch quergebohrte Rundbolzen, welche auch selbstzentrierend wirken.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der dreistrebigen Knotenverbindung nach Anspruch 1 für ebene vertikale Fachwerke mit hexagonaler Gitterstruktur, insbesondere Wandkonstruktionen..

Im folgenden werden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele Aufbau und Funktion des Erfindungsgegenstandes sowie weitere Merkmale und Vorteile erläutert. In der Zeichnung zeigen, und zwar die 1 bis 3 sowie 5 und 6 in perspektivischer Darstellung:
1 ein kuppelförmiges Raumtragsystem mit dreistrebigen Knotenverbindungen, das, auf Stelzen oder Säulen am Boden verankert, z.B. als Pavillon in einem Garten stehen kann;
2 die Einzelheit II aus 1, vergrößert und im Ausschnitt herausgezeichnet, d.h. eine dreistrebige, zentrierend zusammengespannte Knotenverbindung;
3 den Gegenstand nach 2, in seine Einzelteile zerlegt bzw. in einer Art Explosionsdarstellung, woraus die bearbeiteten Paßflächen, die Widerlagerbolzen, die Zuganker und die Beilagriegel erkennbar sind.
4 ein Diagramm, in welchem die für die Knotenverbindung nach 3 im Gehrungs- bzw. Paßflächenbereich wichtigen Winkel dargestellt sind;
5 das Detail V einer Knotenverbindung aus 1, bei der zwei Stäbe zu einem Sechseck gehören und der dritte Stab eine vertikale Säule oder Stelze bildet,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel in Gestalt einer langestreckten Kuppel in Draufsicht;
7 den Gegenstand nach 6, perspektivisch und schräg von oben gesehen;
8 im Aufriß die Verwendung der Knotenverbindung für ein ebenes vertikales Fachwerk mit hexagonaler Gitterstruktur, und zwar ein Wandelement.
In 1 ist ein einfaches Beispiel für ein kuppelförmiges Raumtragsystem RTS (im folgenden vereinfachend als „Kuppel" bezeichnet) dargestellt, bestehend aus allgemein mit 1 bezeichneten Stäben geeigneten Querschnitts und vorgegebener Länge, welche gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Holz bestehen. Diese haben einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und sind deshalb an ihren Mantelflächen von Deck- und Bodenflächen 1a, 1b sowie zwei Seitenflanken 1c, 1d umgrenzt, vergl. 2, wobei die Bodenfläche 1b verdeckt ist. Die Deckfläche 1a der Stäbe 1 ist unterteilt, und zwar in einen Längssteg 1a1 und beidseits des Längssteges 1a1 demgegenüber vorzugsweise angefaste Auflageflächen 1a2 zum Ansetzen bzw. Befestigen von Glasscheiben, durchsichtigen Kunststoffplatten oder dergl., wobei die Fase 1a2 an den Grad der Wölbung der Kuppel RTS angepaßt ist. Die dreistrebigen Knotenverbindungen (im folgenden vereinfachend „Knoten" genannt) sind generell mit K und im besonderen mit KN bzw. KH bezeichnet, wobei der Typ KN bei der dargestellten Kuppel RTS, die man auch eine geodätische Holzkuppel nennen kann, 28 mal vorkommt und der Typ KH nur 4 mal.
In den meisten Fällen werden die Knoten KN jeweils gebildet von einen G-Stab 1G, der zwei einander benachbarten Sechsecken gemeinsam ist, und zwei LR-Stäben 1LR, 1LR, die jeweils das Bindeglied zwischen einem Fünfeck und einem Sechseck bilden, vergl.. 1. Die LR-Stäbe 1LR kommen bei der Kuppel RTS 24 mal vor, die G-Stäbe 1G 13 mal. Die horizontalen H-Stäbe 1H gibt es zweimal, sie sind jeweils im Knoten KH mit einer senkrechten Säule 1SH (die viermal vorkommt) und einem schräg verlaufenden LRH-Stab 1LRH verbunden, welch letzterer ebenfalls viermal vorkommt. Es gibt noch zwei weitere Typen von vertikalen Säulen bzw. Stabsäulen, und zwar die G-Säule 1GS, der zweimal vorkommt, und die LR-Säule 1LRS, der viermal vorkommt.
Wie man es aus 1, 2, 3 und 5 erkennt, stoßen im zusammengespannten Zustand generell die Stäbe 1 im jeweiligen Knoten K mit keil- oder dachförmig zulaufenden Paaren von Paßflächen F aneinander. Im einzelnen ist beim Knoten KN nach 2 und 3 ein G-Stab 1G mit zwei LR-Stäben 1LR zusammengespannt bzw. zusammenspannbar. Die beiden Paßflächen FG beim G-Stab 1G sind symmetrisch zueinander, die Paßfläche FL, FR des jeweiligen LR-Stabes sind asymmetrisch zueinander und deshalb mit FL und FR bezeichnet.
Die Paßflächen F pro Stab, und zwar FG, FG beim G-Stab 1G und FL, FR beim jeweiligen LR-Stab 1LR, sind durch einen Doppelgehrungsschnitt gebildet, dessen beide Paßflächen als Gehrungsstoßflächen je einen Gehrungswinkel (α1 bzw. α2 < 90°) zur Längsachse u des Stabes 1G bzw. 1LR bilden, wobei der Spitzenwinkel α des Stabes sich aus der Summe (α1 + α2) der Gehrungswinkel ergibt. Wie es aus der Tabelle nach 6 entnehmar ist, betragen die Gehrungswinkel beim G-Stab 1G α1 = α2 = 61,6° (Spitzenwinkel demnach α = 123,2°) und die Gehrungswinkel beim jeweiligen LR-Stab α1 = 61,3°, α2 = 55,5°, so daß α = 116,8°.
Generell bildet die Scheitellinie z des Spitzenwinkels α mit der Längsachse u des zugehörigen Stabes 1 einen Winkel β, wobei im Falle eines Raumtragsystems (wie in 1 dargestellt) β < 90°. Dies ist vor allem aus 3 und 4 erkennbar. Die Scheitellinie des G-Stabes 1G ist mit z1 bezeichnet, dazu gehören der Winkel β1 und der Achswinkel γ1. Die Scheitellinie der beiden LR-Stäbe 1LR ist jeweils mit z2 bezeichnet, dazu gehören der Winkel β2 und der Achswinkel γ2. Generell gilt, daß die Scheitellinie z, die Längsachse u und eine durch den Schnittpunkt von (z) und (u) verlaufende Senkrechte n auf (u) in einer Ebene liegen und durch den zwischen (z) und (n) aufgespannten Winkel der Achswinkel (γ) gebildet wird, welcher ein Komplementärwinkel zu (β) ist. Ensprechendes gilt im einzelnen für u, z1, β1, γ1, n beim G-Stab 1G und für u, z2, β2, γ2, n beim LR-Stab 1LR. Die Achswinkel γ1, γ2 u.s.w. sind aus der Tabelle nach 6 entnehmbar, woraus sich die zugehörigen Winkel β1, β2 u.s.w. ableiten lassen. Der Winkel β bzw. der dazu komplementäre Achswinkel γ sind symptomatisch dafür, daß der Knotens K mit seinen Stäben von der Ebene abweicht. Bei einem ebenen dreiachsigen Knoten wäre β = 90°.
Vorzugsweise angrenzend an den Gehrungsbereich und insbesondere achsparallel zur Scheitellinie z bzw. im einzelnen: z1, z2 sind mit einer Quer-Gewindebohrung 2a versehene Widerlagerbolzen 2 in je eine Querbohrung 3 der Stäbe 1 bzw. im einzelnen: 1G, 1LR einfügbar.
Weiterhin sind aus zwei Längsabschnitten 4.1 und 4.2 sich zusammensetzende Bolzenkanäle 4 vorgesehen, die mit ihren Bolzenachsen 4' genau zwischen zwei anliegenden Paßflächen eines Stabpaares, z.B. zwischen (FG) und (FL) oder zwischen (FR) und (FR) und dementsprechend auch durch die Scheitellinie z, z1, z2 verlaufen sowie mit je einer Kanalhälfte in eine der beiden Paßflächen eingebracht sind. Der erste Längsabschnitt 4.1 der Bolzenkanäle 4 setzt sich gleichachsig und vorzugsweise senkrecht durch die Scheitellinie z, z1, z2 fort mit dem zweiten Längsabschnitt 4.2 bis zur Quer-Gewindebohrung 3 des Widerlagerbolzens 2 des jeweils gegenüberliegenden dritten Stabes, und zwar verlaufen die Bolzenachsen 4' auf verschiedenen Höhenlinien der Stäbe 1, 1G, 1LR, wie man es aus 3 deutlich erkennt, so daß sich die Bolzenkanäle 4 und die in diese einzufügenden Bolzen oder Zuganker 5 nicht überschneiden können.
In die so vorbereiteten, d.h. mit Quer-Gewindebohrungen 3, Widerlagerbolzen 2 und Bolzenkanälen 4 versehenen Stäbe 1, 1G, 1LR können nun die mit Beilagkörpern 6 versehenen Zuganker oder Bolzen 5 – auf den verschiedenen Höhenlinien einander kreuzend – ein gefügt werden, d.h. in die Bolzenkanäle 4 eingesteckt und in die Quer-Gewindebohrungen 3 der Widerlagerbolzen 2 eingeschraubt werden, wobei durch Festziehen der Zuganker 5 die Spannkräfte über die Beilagkörperauf 6 die Stäbe 1, 1G, 1LR übertragbar und die Stäbe mit ihren aneinanderliegenden sechs Paßflächen FG-FL-FR-FR-FL-FG dreiachsig zusammenspannbar sind. Der zusammengespannte Zustand ist in 2 dargestellt.
Wie es 2 und 3 zeigen, sind die Beilagkörper 6 als Beilagriegel ausgebildet und in Riegel-Einfügenuten 7 einfügbar, welch letztere mit je einer Nutenhälfte in die aneinandergrenzenden Paßflächen, z.B. FG-FL, von jeweils zwei Stäben symmetrisch so eingebracht sind, daß sie sich parallel zur Scheitellinie z, z1, z2 und nahe der Oberfläche der Seitenflanken 1c, 1d der Stäbe 1, 1G, 1LR befinden und beim Spannen der Zuganker 5 durch gleichmäßige Flächenpressung über die Beilagriegel 6 zentrierende Kräfte auf die Knotenverbindung ausübbar sind.
Die Bolzenkanäle 4 sind mit Spiel für die Zuganker 5 ausgebildet, so daß ein reibungsfreies Drehen der Zuganker 5 in den Bolzenkanälen 4 ermöglicht ist. Dementsprechend ist der äußere axiale Bereich der Bolzenkanäle 4, insbesondere ab der jeweiligen Einfügenut 7 nach außen, entsprechend der Größe des Schraubkopfes 5.1 der Zuganker 5 ausgesenkt. Letztere sind wegen des versenkten bzw. versenkbaren Schraubkopfes 5.1 bevorzugt als Inbusschrauben ausgeführt, vergl. insbesondere 2.
Zurückkommend auf 1 erkennt man, daß die Stäbe 1 als Fachwerk einer Fachwerkkuppel regelmäßige Fünfecke E5 und Sechsecke E6 bilden, wobei jeweils ein Fünfeck E5 an seinen fünf Seiten von Sechsecken E6 umgeben ist und die Sechsecke E6 jeweils einen ihrer Stäbe, es handelt sich dabei jeweils um einen LR-Stab 1LR, mit dem Fünfeck E5 in ihrer Mitte gemeinsam haben. Wie bereits eingangs angedeutet, wird ein G-Stab 1G von einem zwei einander benachbarten Fachwerk-Sechsecken E6 gemeinsamen Stab gebildet, und dieser Stab 1G weist einen sogenannten G-Schnitt auf, bei dem die beiden Gehrungswinkel α1, α2 einander gleich sind, wobei die Achse der Querbohrung 3 für den Widerlagerbolzen 2 mittig, d.h. durch eine vertikale Symmetrieebene des Stabes, verläuft, die in 2 und 3 mit der dort eingezeichneten Längsachse u zusammenfällt bzw. durch diese definiert ist. Demgegenüber hat ein LR-Stab 1LR, welcher von einem Stab gebildet ist, der einem Fachwerk-Fünfeck E5 und einem dazu benachbarten Fachwerk-Sechseck E6 gemeinsam ist, an einem Ende einen sogenannten L-Schnitt und am anderen Ende einen sogenannten R-Schnitt, d.h. asymmetrische Doppelgehrungsschnitte mit unterschiedlichen Gehrungswinkeln α1, α2, die durch Spiegelung ineinander überführbar sind, wobei bei diesen Stäben die Achse 3' der Querbohrung 3 für den Widerlagerbolzen 2 auf einem von der Scheitellinie z, z1, z2 ausge henden Strahl 8 liegt, der um einen kleinen Winkel von z.B. 5° zur vertikalen Symmetrieebene verdreht ist, und zwar bei einem L-Schnitt (vorderer Stab in 3) nach der einen Seite und bei einem R-Schnitt (rechter Stab in 3) nach der anderen Seite. Die Paßflächen der LR-Stäbe sind, wenn sie mit den FG-Paßflächen kooperieren, FL-Paßflächen bzw. L-Schnitte 5 und, wenn sie mit den FR-Paßflächen eines benachbarten LR-Stabes kooperieren, FR-Paßflächen bzw. R-Schnitte (vergl. 3). Die schon erwähnten Gehrungswinkel α1, α2 für den G-Stab 1G und den LR-Stab 1LR gehen auch aus der weiter unten aufgeführten Tabelle hervor, ebenso wie der Achswinkel γ1 beim G-Stab 1G bzw. beim G-Schnitt, welcher ca. 9° beträgt und der Achswinkel γ2 beim LR-Stab 1LR, der sowohl beim L-Schnitt als auch beim 0 R-Schnitt ca. 13° beträgt (vergl. auch 4).
Beim Knoten KH nach 5 bilden der horizontale H-Stab 1H und die vertikale Säule 1SH naturgemäß einen rechten Winkel. Von der Ebene 1H–1SH geht der LRH-Stab 1LRH geneigt ab; er gehört einem Sechseck E6 an, welches zur Ebene 1H-1SH geneigt ist. Details gehen aus der nachfolgenden Tabelle 1 hervor, in welcher zu den im Ausführungsbeispiel 5 nach 1 verwendeten sieben Stabtypen (linke Spalte) weitere charakteristische Angaben (Stabanzahl, Achswinkel, Gehrungswinkel, Stablänge und Querschnitt) in den Spalten 2 bis 7 aufgeführt sind.
Tabelle 1
Diese Tabelle 1 ist Bestandteil der Beschreibung.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 ist ausgehend von einer kugelförmigen Kuppel (RTS) nach 1 diese in zwei einander entgegengesetzten Richtungen auseinandergezogen bzw. gedehnt und bildet so eine langgestreckte Kuppel RTS'. Für die virtuelle Dehnung ist es gleichgültig, ob die Kuppel in zwei einander entgegengesetzen Richtungen gedehnt wird oder ob die Kuppel an einem Ende festgehalten und dann in einer Richtung gedehnt wird.. Besonders einfach ist diese Umformung, wenn die langgestreckte Kuppel RTS' in einer Richtung gedehnt ist, welche parallel zu einem dach- bzw. firstseitigen G-Stab 1G verläuft. Dieser G-Stab ist in 1 durch ein von einem Kreis umgebenes Bezugszeichen 1G hervorgehoben, ebenso wie die parallel zu (1G) verlaufenden LR-Stäbe 1LR durch Einkreisen markiert sind. In 6 und 7 sind diese „gedehnten" Stäbe mit 1G' und zweimal mit 1LR' bezeichnet. Man erkennt aus 6 und 7, daß die anliegenden zwei Sechsecke E6' entsprechend langgestreckt sind und daß die beiden an je ein langgestrecktes Sechseck E6' angrenzenden Polygone (die ursprünglich Fünfecke waren und als solche in 1 zur Hervorhebung mit E5* bezeichnet sind) nun zu unregelmäßigen Sechsecken E6* verformt sind. In der folgenden Tabelle 2 ist aufgelistet, welche Stabtypen bei der gestreckten Kuppel RTS' und im Vergleich dazu bei der normalen Kuppel RTS vorkommen.
Tabelle 2
Durch die gestreckte Bauform der Kuppel RTS' ist es möglich, sich räumlichen Anforderungen an die Kuppelkonstruktion besser anzupassen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, daß man die beschriebene dreistrebige Knotenverbindung auch für ebene vertikale Fachwerke mit weitgehend hexagonaler Gitterstruktur verwenden kann, also für Wandelemente. 8 zeigt eine Wandelement WE als ebenes, vertikales Fachwerk mit hexagonaler Gitterstruktur. Die Knoten K sind alle dreistrebig, bis auf die beiden Eckknoten K2, die zweistrebig sind und den Knoten K4, der an sich vierstrebig ist. Man kann jedoch durch eine geringfügige Verlagerung der beiden Stäbe 1', wie gestrichelt angedeutet, aus einem vierstrebigen Knoten zwei dreistrebige machen. Die beiden zweistrebigen Eckknoten K2 stellen verbindungstechnisch kein Problem dar und können so belassen werden.

RTS: Raumtragsystem
1: Stäbe
1a, 1b: Deck- und Bodenfläche von (1)
1c, 1d: Seitenflanken von (1)
1a1: Längssteg von (1a)
1a2: angefaste Auflageflächen von (1a)
K: Knoten, allgemein
KN, KH: Knoten im besonderen
1G: G-Stab
1LR: LR-Stab
1H: H-Stab
1SH: H-Säule
1LRH: LRH-Stab
1GS: G-Säule
1LRS: LR-Säule
F, FG: Paßflächen allg. bzw. am G-Stab
FL, FR: Paßflächen am LR-Stab
α1, α2: Gehrungswinkel
α: Spitzenwinkel
z: Scheitellinie
u: Längsachse von (1)
z1: Scheitellinie bei (1G)
z2: Scheitellinie bei (1LR)
n: Senkrechte auf (u)
γ: Achswinkel, allgemein
γ1,: Achswinkel bei (1G), d.h. zwischen (z1) und (n)
γ2: Achswinkel bei (1LR), d.h. zwischen (z2) und (n)
β1, β2: Winkel zwischen (u) und (z1) bzw. (z2)
2: Wiederlagerbolzen
2a: Quer-Gewindebohrung an (2)
3: Querbohrung an (1) für (2)
4: Bolzenkanäle
4.1, 4.2: Längsabschnitte von (4)
4': Bolzenachsen
5: Zuganker oder Bolzen
6: Beilagkörper für (5)
7: Riegel-Einfügenuten
5.1: Schraubkopf von (5)
E5: Fachwerk-Fünfeck
E6: Fachwerk-Sechseck
3': Achse von (3)
8: Strahl von (z) bis (3')
RTS': langgestreckte Kuppel
1G': G-Stab lang
1LR': LR-Stäbe lang
E6': Sechseck lang
E6*: Sechseck unregelmäßig
1H': H-Stäbe lang
1SH': H-säule lang
WE: Wandelement
K2: Eckknoten an (WE)
K4: Knoten, weiterer
1': Stäbe, verlagert
E5*: Fünfecke, markiert

Claims

Dreistrebige Knotenverbindung, unter Verwendung von Stäben, die vorzugsweise aus Holz bestehen, mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt zur Bildung der Knotenpunkte eines kuppel- oder kugelförmigen Raumtragsystems, wobei die Stäbe von Deck- und Bodenflächen sowie zwei Seitenflanken umgrenzt sind und wobei die Stäbe im jeweiligen Knotenpunkt mit Paaren von Paßflächen aneinanderstoßen, dadurch gekennzeichnet, a) daß die Stäbe (1) im jeweiligen Knotenpunkt (K, KN, KH) mit keil- oder dachförmig zulaufenden Paaren von Paßflächen (F) aneinanderstoßen und hierzu die Paßflächen (F) pro Stab (1) durch einen Doppelgehrungsschnitt gebildet sind, desssen beide Paßflächen als Gehrungsstoßflächen je einen Gehrungswinkel (α1 bzw. α2 < 90°) zur Längsachse (u) des Stabes (1) bilden, wobei der Spitzenwinkel (α) des Stabes sich aus der Summe (α1 + α2) der Gehrungswinkel ergibt, b) daß die Scheitellinie (z) des Spitzenwinkels (α) mit der Längsachse (u) des zugehörigen Stabes (1) einen Winkel (β) bildet, der im Falle eines Raumtragsystems β < 90° ist, wobei die Scheitellinie (z), die Längsachse (u) und eine durch den Schnittpunkt von (z) und (u) verlaufende Senkrechte (n) auf (u) in einer Ebene liegen und durch den zwischen (z) und (n) aufgespannten Winkel ein Achswinkel (γ) gebildet wird, welcher ein Komplementärwinkel zu (β) ist, c) daß vorzugsweise angrenzend an den Gehrungsbereich und insbesondere achsparallel zur Scheitellinie (z) mit einer Quer-Gewindebohrung (2a) versehene Widerlagerbolzen (2) in je eine Querbohrung (3) der Stäbe (1) einfügbar sind, d) daß Bolzenkanäle (4) vorgesehen sind, die mit ihren Bolzenachsen (4') genau zwischen zwei anliegenden Paßflächen (F) eines Stabpaares (z.B. 1LR–1LR) und dementsprechend auch durch die Scheitellinie (z) verlaufen sowie mit je einer Kanalhälfte in eine der beiden Paßflächen (F) eingebracht sind, wobei die Bolzenkanäle (4) vorzugsweise senkrecht durch die Scheitellinie (z) bis zur Quer-Gewindebohrung (2a) des Widerlagerbolzens (2) des gegenüberliegenden dritten Stabes (z.B. 1G) auf verschiedenen Höhenlinien der Stäbe verlaufen, e) und daß mit Beilagkörpern (6) versehene Zuganker (5) – auf den verschiedenen Höhenlinien einander kreuzend – in die Bolzenkanäle (4) einfügbar und in die Quer-Gewindebohrungen (2a) der Widerlagerbolzen (2) einschraubbar sind, wobei durch Festziehen der Zuganker (5) die Spannkräfte über die Beilagkörper (6) auf die Stäbe (1) übertragbar und die Stäbe mit ihren aneinanderliegenden sechs Paßflächen (F; FG, FR, FL) dreiachsig zusammenspannbar sind.
Knotenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beilagkörper (6) als Beilagriegel ausgebildet und in Riegel-Einfügenuten (7) einfügbar sind, welch letztere mit je einer Nutenhälfte in die aneinandergrenzenden Paßflächen (F) von jeweils zwei Stäben (1) symmetrisch so eingebracht sind, daß sie sich parallel zur Scheitellinie (z) und nahe der Seitenflanken-Oberfläche der Stäbe (1) befinden und beim Spannen der Zuganker (5) durch gleichmäßige Flächenpressung über die Beilagriegel (6) zentrierende Kräfte auf die Knotenverbindung (K; KN, KH) ausübbar sind.
Knotenverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzenkanäle (4) mit Spiel für die Zuganker (5) ausgebildet sind, so daß ein reibungsfreies Drehen der Zuganker (5) in den Bolzenkanälen (4) ermöglicht ist, und daß der äußere axiale Bereich der Bolzenkanäle (4), insbesondere ab der Einfügenut (7) nach außen, entsprechend der Schraubkopfgröße ausgesenkt ist.
Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (1) als Fachwerk einer Fachwerkkuppel (RTS) insbesondere regelmäßige Fünf- und Sechsecke (E5, E5*, E6) bilden, wobei jeweils ein Fünfeck an seinen fünf Seiten von Sechsecken umgeben ist und die Sechsecke jeweils einen ihrer Stäbe (1, 1LR) mit dem Fünfeck in ihrer Mitte gemeinsam haben.
Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein sogenannten G-Stab (1G), welcher von einem zwei einander benachbarten Fachwerk-Sechsecken (E6) gemeinsamen Stab gebildet ist, einen sogenannten G-Schnitt aufweist, bei dem die beiden Gehrungswinkel (α1 bzw. α2) einander gleich sind, wobei die Achse (3') der Querbohrung (3) für den Widerlagerbolzen (2) mittig, d.h. durch eine vertikale Symmetrieebene des Stabes (1), verläuft.
Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem sogenannten LR-Stab (1 LR), welcher von einem Stab (1) gebildet ist, der einem Fachwerk-Fünfeck (E5, E5*) und einem dazu benachbarten Fachwerk-Sechseck (E6) gemeinsam ist, an einem Ende einen sogenannten L-Schnitt und am anderen Ende einen sogenannten R-Schnitt aufweist, d.h. asymmetrische Doppelgehrungsschnitte mit unterschiedlichen Gehrungswinkeln (α1, α2), die durch Spiegelung ineinander überführbar sind, wobei bei diesen Stäben (1LR) die Achse 3' der Querbohrung (3) für den Widerlagerbolzen (2) auf ei nem von der Scheitellinie (z) ausgehenden Strahl liegt, der um einen kleinen Winkel von z.B. 5° zur vertikalen Symmetrieebene verdreht ist, und zwar bei einem L-Schnitt nach der einen Seite und bei einem R-Schnitt nach der anderen Seite.
Knotenverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Achswinkel (γ) bei einem G-Stab (1G) bzw. bei einem G-Schnitt ca. 9° beträgt.
Knotenverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Achswinkel sowohl beim L-Schnitt als auch beim R-Schnitt eines LR-Stabes (1LR) ca. 13° beträgt.
Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (1) an ihrer Oberseite jeweils einen Längssteg (1a1) und beiderseits des Längssteges demgegenüber angefaste Auflageflächen (1a2) zum Einsetzen von Glasscheiben, durchsichtigen Kunststoffplatten oder dergl. aufweisen, wobei die Fase an den Grad der Wölbung der Fachwerkkuppel angepaßt ist.
Knotenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer kugelförmigen Kuppel (RTS) diese in zwei einander entgegengesetzte Richtungen auseinandergezogen bzw. gedehnt ist und so eine langgestreckte Kuppel (RTS) bildet.
Knotenverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Kuppel (RTS') in einer Richtung gedehnt ist, welche parallel zu einem dach- bzw. firstseitigen G-Stab (1G') verläuft, so daß die anliegenden Sechsecke (E6') langgestreckt sind und die beiden an je einem langgestreckten Sechseck angrenzenden Polygone zu unregelmäßigen Sechsecken (E6*) verformt sind.
Verwendung der dreistrebigen Knotenverbindung nach Anspruch 1 für ebene vertikale, Fachwerke mit hexagonaler Gitterstruktur, insbesondere Wandkonstruktionen (WE).