NO834508L - Knuteplate - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører metall knuteplate til bygningskonstruksjoner i sin alminnelighet, og særdeles knuteplater som har til hensikt å danne festeplater i polygoniske, geodesiske bygningskonstruksjoner.

Den tidliger kjente teknikkens stand beskriver bygging av geodesiske bygningskonstruksjoner, idet vesentlige i form av komplekse polygoniske, geometriske konstruksjoner bygget opp av flere trekantede flater forbundet i knutepunkter. En vanlig fremgangsmåte brukt i byggingen av slike geodesiske bygningskonstruksjoner er å anvende regelmessige stag, koblet sammen med forbindelsesplater i hvert knutepunkt for å feste sammen stagene som går ut i alle retninger fra knuteplaten.

En lettvint teknikk i konstruksjoner som anvender trestag er

å benytte stansede metall-knuteplater for å lette byggingen av de geodesiske konstruksjonene og for å avstive orienteringen mellom stagene i en del av konstruksjonen under byggingen av den komplette geometriske konstruksjonen.

Eksempler på tidligere kjente knuteplater benyttet til bygging av slike geodesiske konstruksjoner er å finne i US-patent nr. 3,844,664, US-patent nr. 3,857,212, US-patent nr. 3,270,478, US-patent nr. 4,203,265, US-patent nr. 3,486,278, US-patent nr. 2,803,317 og US-patent nr. 3,990,195.

Disse tidligere kjente knuteplatene benyttes for å lette byggingen av geodesiske konstruksjoner, er ofte meget kompliserte å bruke, krever trenet eller faglært personell, og gjør byggingen av slike konstruksjoner upraktisk for uerfarne byggere eller huseiere som ønsker å bygge en slik konstruksjon selv.

Minst én utgave av en stanset metallplate som kan benyttes som knuteplate ved bygging av en geodesisk bygningskonstruksjon er tidligere kjent fra US-patent nr. 4,384,801. Platen beskrevet i US-patent nr. 4,384,801 har til hensikt å gjøre byggingen av en geodesisk konstruksjon for en ufaglært eller uerfaren bruker så lett som mulig ved å forsyne platen med en tillaget kanal, for å kunne motta en ende på hver av stagene i den geometriske konstruksjonen. Med den platen er hver av stagene festet i den enkelte kanal, med en enkelt bolt og den tillagede formen på kanalen ordner orienteringen mellom hvert enkelt stag og knuteplaten. De tillagede kanalene i platen beskrevet i VS-patentet, muliggjør raskt og hurtig bygging av bindingsverket i en slik geodesisk konstruksjon på minimum av tid av en ufaglært bruker. Denne knuteplate-konstruksjonen er fullstendig tilfredsstillende for montering av en geodesisk konstruksjon og opp til en praktisk gitt størrelse. Denne praktiske størrelsen er gitt fordi det nødvendigvis må benyttes standard bygningsmaterialer til dekning av de trekantede flatene i den geodesiske konstruksjonen. Slike standard bygningsmaterialer, slik som kryssfinér, kommer vanligvis i 122 cm brede plater og er derfor ikke alltid brede nok til å rekke over en trekantet flate i en polygonisk konstruksjone hvis staglengden i noen av trekantene måler mer enn 122 cm. For å kompensere for dette forholdet, er det ofte praktisk

å legge inn hjelpestag i hver av de trekantede flatene i en polygonisk konstruksjon for å korte ned avstanden over en slik flate som finer overflatemateriale må spenne over. Slike hjelpestag kan kanskje også være nødvendige for å støtte overflaten i konstruksjonen, slik at riktig belastning oppnås. Det er ofte vanskelig å montere slike hjelpestag solid, nøyaktig og raskt inn i en slik konstruksjon og feste den på plass. Slik montering kan også kreve relativt nøyaktig tilforming av endene på hjelpestagene.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på at en knuteplate,

som er stanset ut av en metallskive, og danner en polygonisk, geodesisk konstruksjon ved å koble sammen flere hovedstag, innbefatter en flat senterdel; en skjørtdel i platen dannet som en stumpkonisk form og som strekker seg fra periferien av platen og til senterdelen; flere hovedstagkanaler som er

presset ut i skjørtdelen på platen og som strekker seg radielt fra senterdelen, idet hver av hovedstagkanalene er bøyd i forhold til senterdelen, med en vinkel valgt slik at kanalene stort sett er parallelle med hovedstagene; en hjelpestagkanal som er presset ut i skjørtdelen mellom hver av hovedstagkanalene, hvilke hjelpestagkanaler er bøyd i en vinkel i forhold til senterdelen, slik at de stort sett blir parallelle til den nærliggende overflaten i den polygoniske, geodesiske konstruksjonen, og tilpasset slik at et hjelpestag innfelt for å støtte flaten, lett kan monteres i hjelpestagkanalen i platen ved et minimum av tilpasning av hjelpeståget.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en knuteplate som tillater hurtig og lett bygging av en polygonisk, geodesisk konstruksjon som letter den hittil vanskelige oppgave med å felle inn hjelpestag i konstruksjonen for å støtte flatene i konstruksjonen på steder mellom hovedstagene i hver en de trekantede flatene i konstruksjonen.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse, er å tilveie-bringe en slik knuteplate som gjør av tilpasningen av endene på hjelpestagene, som skal felles inn i konstruksjonen,

holdes nede på et absolutt minimum.

Enda ett formål med den foreliggende oppfinnelse, er å til-veiebringe en slik knuteplate som kan stanses ut av en metallplate i en enkel operasjon og som deformerer platen minimalt i stanseprosessen, slik at knuteplaten og den følg-ende konstruksjonsmontering ikke svekkes.

Andre formål, fordeler og trekk med den foreliggende oppfinnelse vil tydelig komme frem i den følgende beskrivelse sammen med de medfølgende tegningene.

Figur 1 er et perspektiv av en forbedret knuteplate bygget

i samsvar med den foreliggende oppfinnelse,

Figur 2 er et sideoppriss av en geodesisk konstruksjon,

bygget med knuteplaten i figur 1,

figur 3 er et sideoppriss av knuteplaten i figur 1, der

vinklene på kanalene vises,

figur 4 er en forstørret oversikt av kanten på en av hjelpekanalene i den forbedrede knuteplaten i figur 1 og 3,

figur 5 er et forstørret perspektiv sett fra undersiden

av en av knuteplatene i figur 1 og 3, montert i en geodesisk konstruksjon som vist i figur 2,

figur 6 er et forstørret perspektiv av en trekantet del i

en geodesisk konstruksjon slik som vist i figur 2,

figur 7 er et skjematisk sideriss som viser forbedringene

som må gjøres med et hjelpestag som skal monteres i den geodesiske konstruksjonen i figur 2.

Vist i figur 1 og generelt vist ved 10 er en knuteplate bygget i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Knuteplate 10

i figur 1 er en metallplate som skal koble sammen konstruk-sjonsrammedelene for å danne en polygonisk, geodesisk bygningskonstruksjon, slik som den i figur 2 viste icosahedron 12. Knuteplaten 10 i figur 1 er særlig tilpasset og bygget slik at den lett kan brukes til bygging av den geodesiske konstruksjonen 12 på en hurtig og effektiv måte av en ufaglært bruker, og er særlig tilpasset bruk til bygging av større konstruksjoner hvor hjelpestag kan være påkrevet for støtte av flatene i den komplette konstruksjonen.

Særlig under henvisning til figur 1, er knuteplaten 10 en generelt stumpkonisk formet stanset metallplate dannet av stansede stålplater eller andre metalliske materialer.

Senterdelen i knuteplate 10 er en femkantet senterdel 14

og denne er en flat og plan del i metallplate-materialet.

Et hull 16 er dannet i senter av hoveddel 14 for å lette stansingen av platen 10. Fra senterdelen 1.4 vender den resterende delen av den stumpkoniske formen på knuteplate 10 utover og skrått nedover i en jevn, konisk form, som danner en skjørtdel 17. En serie med fem identiske hovedstagkanaler 18 er presset ut i skjørtdelen 17 og går radielt ut fra senterdelen 14. Hver av hovedstagkanalene 18 er avgrenset med hver sin bøyelinje 20 som forbinder kanalen 18 med den indre senterdel 14, og med et par sidebøyelinjer 22 som avgrenser sidene på hver av kanalene 18. Bøyen på bøyelinjen 20 er slik at kanalen 18 orienteres parallelt med hovedstaget som det festes til, og som vil omtales nedenfor. Hver av sidebøyelinjene 22 avgrenser en side av en stort sett oppstående, vertikal sidevegg 24 som avgrenser sidene på hver av hovedstagkanalene 18. Detaljene av disse delene kan også ses i figur 3 og 4. Høyden på hver av sideveggene 24 øker i dimensjon fra 0 ved innsiden av bøyelinjen 20, til en dimensjon på periferien i knuteplate 10 som er tilstrekkelig stor nok, slik at den vil være istand til å holde på plass et hovedstag på innsiden av kanalen 18, slik det beskrives nærmere i detalj nedenfor. Et sentralt beliggende festehull 28 er dannet i hver av hovedstagkanalene 18.

Mellom hver av hovedstagkanalene 18 i skjørtdel 17, er en hjelpestagkanal 30. De fem hjelpestagkanalene 30 er også dannet som innoverpressede deler på den sylindriske overflaten til skjørtdelen 17 i knuteplaten 10. Hver av hjelpestagkanalene 30 er avgrenset med en innvendig bøyelinje 32 og med et par sidebøyelinjer 34. Sideveggene 36 danner sidene i hver av kanalene 30 ogøker i dimensjon fra 0 ved den innvendige bøyelinje 32 til en størrelse på periferien til knuteplate 10 som er tilstrekkelig til å holde et hjelpestag som vil beskrives nærmere i detalj nedenfor. Hjelpestagkanalene 30 bøyes i forhold til senterdelen 14 langs den innvendige bøyelinje 32 i en vinkel slik at hjelpekanal 30 er parallell til den nærliggende overflate i den geodesiske konstruksjonen. Sentralt dannet i hver av hjelpestagkanalene 30, er både et stort boltefestehull 38 og to mindre spikerfestehull 40.

Knuteplaten 10 i figur 1 tenkes benyttes til bygging av en polygonisk, geodesisk bygningskonstruksjon 12 som vist i figur 2. Til bygging av et geodesisk bygg med bruk av knuteplater 10, er det nødvendig å benytte elleve knuteplater 10

og tjuefem hovedstag 50. Hvert av hovedstagene 50 foretrekkes dannet av konvensjonelt trebindingsverk, slik som 2"x4",

i like lengder. Hver av hovedstagene 50 har et hull nær hver ende boret langs lengste tverrakse slik at den kan festes til den tilliggende knuteplate 10. Hver ende av hovedstagene 50 festes så med en enkel bolt 60 til den nærliggende knuteplate 10. Idet bolt 60 trekkes til, trekkes endene på hovedstag 50 inn i den passende kanal 18, med sideveggene 24

i kanal 18 virkende mot sidene på hovedstag 50, for solid og raskt gjøre fast vinkelorienteringen mellom hovedstag 50 og knuteplate 10. Dette kan best ses i figur 5 som er et perspektiv sett underifra og som viser festingen av hovedstagene 50 til knuteplate 10. Hovedstagene 50 krever ingen endringer, bearbeidelse eller tilpassing som tidligere ved montering i knuteplate 10, annet enn boring av enkle hull for å motta bolt 60. Sammensetningen av de tjuefem hovedstagene 50 sammen med de elleve knuteplatene 10 danner en konstruksjon som vist i figur 2, uten tilføyelige av hjelpestagene 52.

Den dermed dannede konstruksjonen er en polygonisk, geodesisk konstruksjon sammensatt av flere trekantede flater, hvorav en er vist forstørret i figur 6.

Som vist i figur 6, er hver av flatene i den polygoniske konstruksjonen 12 i figur 2 avgrenset med en trekant dannet av tre av hovedstagene 50. I hvert topp-punkt i trekanten dannet av de tre hovedstagene 50, er en av knuteplatene 10 montert. Hver av kanalene lo i hver av knuteplatene 10 er orientert slik at endene på hovedstagene 50 kan kobles sammen på knuteplater, og det er på grunn av dette at vinkelen på kanalene 18 velges parallelle til retningen av den nærliggende hovedstag 50. Hvis lengden på hovedstagene 50 over-stiger 4 fot, noe som ofte er ønskelig, kan det lett ses med henvisning til figur 4 at en vanlig bygningsplate, slik som kryssfinér, ikke kan fullstendig dekke den trekantede flaten illustrert i figur 6. Det er på grunn av dette at et hjelpestag, slik som vist med 52 i figur 6 er nødvendig. Ved bruk av et slikt hjelpestag 52 reduseres avstanden som plate-materialet må spenne over til det halve. Hjelpestaget 52, som vist i figur 6, festes med en ende til en knuteplate 10 og dens andre ende til et punkt midt på et av hovedstagene 50. Knuteplaten 10 i den foreliggende oppfinnelse er spesielt tilpasset for å gjøre monteringen av hjelpestag 52

inn i overflaten på den polygoniske, geodesiske konstruksjonen lettere, som vist i figur 2, slik at større konstruksjoner lett og raskt kan bygges ved å benytte knuteplatene 10.

For å montere hjelpestaget 52 i den geodesiske konstruksjonen 12, kreves minimal bearbeiding av hjelpestaget 52. Denne bearbeidingen er vist i figur 7. Den nødvendige bearbeidingen består av å kutte et spor 56 i en ende av hjelpestaget 52. Dette sporet gjøres tilstrekkelig langt, målt langs lengdeaksen på hjelpestaget 52, for å passe inn i hjelpestagkanalen 30 i knuteplate 10 som den skal festes til. Avhengig av måten hjelpestaget 52 er festet til knuteplaten 10, kan et boltehull 54 være nødvendig nærliggende til sporet 56, boret gjennom den lengdste tverrakse på hjelpestaget 52

nær enden av staget. I den motsatte enden av hjelpestaget 52, felles det ut et stykke 58, slik at den motsatte enden av hjelpestaget 52 ligger direkte an mot hjelpestaget 50

for å gjøre stiftingen av hjelpestaget 52 til hovedstaget 50 lettere. Hvis en alternativ måte å feste hjelpestaget 52 til hovedstaget 50 brukes, må et annet hull 54 bores gjennom

den lengste tverrakse på hjelpestaget 52 for å lette fest-ingenav hjelpestaget 52 til en metall-koblingsplate. For å montere hjelpestaget 52 inn i en trekantet flate i den geodesiske konstruksjonen, som vist i figur 6, settes hjelpestaget 52 på plass og en bolt 62 føres gjennom et hull 54 som er boret gjennom enden på hjelpestaget 52 ved spor 56. Sporenden på hjelpestaget 52 er satt på plass inn i tilhør-ende hjelpestagkanal 30 på knuteplate 10 til hvilken hjelpestaget 52 festes. Dette er vist på topp-punktet i den trekantede flaten i den geodesiske konstruksjonen vist i figur 6. Tilstrammingen av bolten 62 vil trekke sporenden på hjelpestaget 52 inn i hjelpestagkanalen 30 dannet i knuteplaten 10. Som vist i figur 4, har hjelpestagkanalen 30, som avgrenses av sine tverrkanter med en bøyelinje 34 som danner en side på sideveggene 36, en bredde W. Bredden W velges slik at den stemmer overens med bredden, langs den korteste tverraksen, på hjelpestaget 52. For konvensjonelt bygningstreverk vil dette være ca. 40mm. Sideveggene 36

i hjelpestagkanalen 30 velges slik at de trekkes lett ut fra normalen til bunnen av hjelpestagkanalen 30 med en vinkel D. Vinkelen velges til ca. 10°. Derfor, mens bolt 62, som trekkes gjennom boltehull 54 i hjelpestag 52 og boltehull 38 i hjelpestagkanal 30, trekkes til, er hjelpestaget trukket inn i hjelpestagkanalen 30 og sideveggene 36 i hjelpestagkanalen 30 sentreres hjelpestaget 52 til en fiksert vinkel i forhold til knuteplate 10. Derfor kreves bare en festeenhet til å feste enden på hjelpestaget 52 til knuteplaten 10. Den andre enden på hjelpestaget 52 kan festes til det motsatt orienterte hovedstag 50 med en enkel spiker 64. Hvis det utfelte 58 er laget i den motsatte enden på hjelpestaget 52, som vist på hjelpestaget 52 i figur 6. Spikeren 64 vist i figur 6 er slått gjennom hjelpestaget 52 og inn i hjelpestaget 50, men det foretrekkes at spikeren slås gjennom hovedstaget 50 inn i enden på hjelpestaget 52. Som en alternativ fremgangsmåte til å feste hjelpestaget 52,

holdes hjelpestaget 52 solid fast i kanal 30, slik at sideveggene 36 kan virke på hjelpestaget 52, og et par spikere 63 kan slås gjennom spikerhullene 40 i hjelpestagkanalen 30, som vist nederst i figur 5.

Vinklene på hovedstagkanalene 18 og hjelpestagkanalene 30

er spesielt valgt for å muliggjøre den lette og raske byggingen av den geodesiske konstruksjonen 12 i figur 2.

Som vist i figur 3, danner hovedstagkanalene 18 en vinkel A

i forhold til senterdelen 14. Den vinkelen velges slik at hovedstagkanalene 18 er orientert parallelle med den vinkel hvorved hovedstagene 50 går fra knuteplaten 10. For et

ikosaeder, slik som vist ved 12 i figur 2, bør vinkel A velges ca. 31,7°. På lignende måte, er hjelpestagkanalene 30 bygget med en valgt vinkel V som er valgt slik at hjelpestagkanalene 30 er orientert med en vinkel parallell med retningen som hjelpestagene 52 går i fra knuteplaten. Denne vinkelen er også parallell til planet dannet av de trekantede flatene i den geodesiske konstruksjonen dannet av tre hovedstag 50 som vist i figur 6. For ikosaederet foretrekkes vinkelen B å være ca. 37,4°. Knuteplaten 10 er særlig hensiktsmessig og effektiv ved bruk til bygging av et ikosaeder, men andre geometriske fasonger kan bygges opp ved å bruke en knuteplate som ligner den her beskrevne og viste med 10, og andre passende vinkler for vinklene A og B vil være nødvendige i en geometrisk form som har et større eller mindre antall flater.

Ved bruk av knuteplaten 9, utført i samsvar med foreliggende oppfinnelse, er det mulig å bygge en polygonisk, geodesisk konstruksjon lett og raskt, med både hovedstag 50 og hjelpestag 52. Ved bruk av slike hjelpestag 52 er det mulig enkelt og raskt å bygge større geodesiske konstruksjoner med alminnelige, tilgjengelige bygningsmaterialer enn det tidligere har vært praktisk mulig. På grunn av hensiktsmessig utforming, størrelse, og vinklingen av hjelpestagkanalene 30, kreves et minimum av tilpassing for hensiktsmessig og rask montering av hjelpestagene 52. Tilpassingen består kun av et enkelt spor 56 i enden av et hjelpestag 52 som skal festes til knuteplaten 10. Straks denne enkle utformingen er gjort, kan hjelpestaget lett og raskt monteres inn i den geodesiske konstruksj onen.

Det er underforstått at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset av den særskilte innretningen og byggingen av delene som vist, men omfatter også modifiserte former innen omfanget av de følgende krav.

Claims (7)

1. Knuteplate (10) stanset ut av en metallskive der flere hovedstag er festet sammen for å danne en polygonisk, geodesisk konstruksjon er karakterisert ved en flat senterdel (14), en skjørtdel (17) i platen (10) formet til en i hovedsaken stumpkonisk fasong som strekker seg fra periferien av platen til senterdelen (14); flere hovedstagkanaler (18) presset ut i platens skjørtdel (17) og forløpende radielt utover fra senterdelen (14), idet hver av hovedstagkanalene (18) er bøyd i forhold til senterdelen (14) med en vinkel valgt slik at kanalene (18) stort sett er parallelle med hovedstagene (50); en hjelpestagkanal (30) presset ut i skjørtdelen (17) mellom hver av hovedstagkanalene (18), hvilken hjelpestagkanal er bøyd i en vinkel i forhold til senterdelen (14), slik at den stort sett er parallell med den nærliggende flaten i den polygonisk, geodesiske konstruksjon, slik at et hjelpestag (52) innmontert for å støtte flaten lett kan festes i hjelpestagkanalen (30) i platene med et minimum av tilpassing.

2. Knuteplate ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av hjelpestagkanalene (30) innbefatter et deri dannet boltefestehull (38) tilpasset for å motta en bolt (62) som er ført gjennom hjelpestaget (52).

3. Knuteplate ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av hjelpestagkanalene (30) innbefatter et par spikerfestehull (40) tilpasset spikere (63) for å feste hjelpestaget (52) til platen (10).

4. Knuteplate ifølge krav 1, karakterisert ved at den nødvendige tilpassingen av hjelpestaget (52) innbefatter å felle ut et spor (56) i enden av hjelpestaget (52) .

5. Knuteplate ifølge krav 1, karakterisert ved at hver hjelpestagkanal (30) er bøyd i forhold til skjørtdel (17) med en enkel lineær bøyelinje (32) og har sine sider avgrenset av lineære sidebøyelinjer (34).

6. Knuteplate ifølge krav 1, karakterisert ved at den polygone konstruksjonen er et ikosaeder og at det er fem av hver av hovedstagkanalene (18) og hjelpe-stagkanelene (3) i hver plate (10).

7. Knuteplate ifølge krav 6, karakterisert ved at hovedstagkanalene (18) er vinklet i forhold til senterdelen (14) i en vinkel på ca. 31,7° og at hjelpestagkanalene (30) er vinklet i forhold til senterdelen (14) i en vinkel på ca. 37,4°.