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Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinheit
mit einem Zapfen und einem mit diesem zusammenwirkenden Konterelement.
Die Verbindungseinheit dient einem lösbaren Verbinden mehrerer Bauteile
bzw. einer Befestigung mehrerer Bauteile an einem mit einer erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
versehenen Einrichtung.
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Derartige Verbindungseinheiten sind
aus dem Stand der Technik bekannt. Sie sind in lösbare Einheiten und nicht lösbare Einheiten
unterteilbar. Beispiele für
lösbare
Verbindungseinheiten sind Mutter-Schraube-Verbindungen oder aus
dem Fachwerkbau oder beispielsweise Gerüstbau bekannte Bolzen-Keil-Verbindungen.
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Bei Schraubverbindungen weisen die
miteinander zu verbindenden Bauelemente an geeigneten Stellen plazierte
Durchgangsöffnungen
auf. Durch diese Durchgangsöffnungen
werden die Schrauben hindurch geschoben, bis der Kopf der Schrauben
an einem der zu verbindenden Bauelemente anliegt. Die Länge der
Schraube ist derart bemessen, daß sie durch die zu verbindenden
Bauelemente hindurchragt. Auf das dem Kopf der Schraube gegenüberliegende
freie mit einem Gewinde versehene Ende der Schraube wird gegebenenfalls
unter Zwischenlage geeigneter Unterleg- und/oder Federscheiben eine Mutter
aufgedreht. Durch das Festdrehen der Mutter auf dem Gewinde der
Schraube werden in bekannter Weise durch die Steigen des Gewindes
die miteinander zu verbindenden Bauteile zwischen Schraubenkopf
und Mutter gegeneinander verspannt. Neben mit einem Kopf versehenen
Schrauben ist die Verwendung von mit einem Gewinde versehenem Stangenmaterial
mit Muttern bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, mit einem Gewinde
versehene Strukturen an Bauelementen beliebiger Art vorzusehen,
so daß beliebige
Bauelemente mittels einer zu dem Gewinde passenden Mutter zu befestigen
sind.
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Schraubverbindungen werden in sämtlichen Bereichen
der Technik in vielfachen Ausführungen und
Variationen verwendet. Nachteilig an aus dem Stand der Technik bekannten
Verschraubungen ist, daß diese
beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen oder Korrosion miteinander
verbacken und nur noch mit sehr großem Aufwand oder nicht mehr lösbar sind.
Werden nicht durch die Mutter verdeckte, freiliegende Gewindebereiche
der Schraube einem Verschleiß ausgesetzt,
wie dies beispielsweise bei Verschraubungen an landwirtschaftlichen
Maschinen der Fall ist, an denen die Verschraubungen mit Sand oder
Erdreich in Kontakt kommen und durch dieses hindurch gezogen werden,
so unterliegen die freiliegenden Gewindebereiche der Schraube, sowie
die Werkzeugansatzflächen
der Mutter einem nicht unerheblichen Verschleiß, der zu einer Unbrauchbarkeit bzw.
vollständigen
Zerstörung
dieser Strukturen führen
kann. Folge ist, daß diese
Verschraubungen nicht mehr mittels der dazu vorgesehenen Werkzeuge
lösbar
sind und beispielsweise mit Trennschleifern zerstört werden
müssen,
um die durch die Verschraubung verbundenen Bauelemente voneinander
zu lösen.
Selbst in Fällen,
in denen Korrosion oder Verschleiß noch nicht zu einem vollständigen Festsitzen der
Verschraubung bzw. Zerstörung
deren Außenstrukturen
geführt
haben, ist es vor dem Lösen
der Verschraubungen in jedem Fall erforderlich, anhaftende Verschmutzungen
sorgfältig
zu entfernen, da diese sonst bei einem Lösen der Mutter in den Zwischenraum
zwischen Mutter und Schraube gelangen können und dort zu einer Zerstörung der
Gewinde bzw. zu einem schweren Lösen
bis hin zum Festsitzen führen
können.
Bereits leichte Deformationen am Gewinde der Schraube bzw. der Mutter
können
ein Lösen
der Verbindung deutlich erschweren oder verhindern.
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Ebenfalls aus dem Stand der Technik
bekannt sind Verkeilungen beliebiger Art. Beispiele für Verkeilungen
finden sich im Fachwerkbau bzw. im modernen Gerüstbau. Derartige Verkeilungen
haben ein zapfenartiges Element, welches durch Öffnungen in den zu verbindenden
Elementen hindurch gesteckt wird. Das zapfenartige Element weist
an einem Ende eine einen Anschlag ausbildende Kontur auf. Diese Kontur
kann entweder durch einen am zapfenartigen Element befindlichen
Kopf oder durch eine beliebige andere, den Durchmesser des zapfenartigen
Elementes verbreiternde Kontur ausgebildet sein. An seinem dem
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Anschlag gegenüberliegenden Ende ist das zapfenartige
Element mit einer Durchgangsöffnung versehen,
welche quer zur Längsachse
verläuft.
Die Lage und die Abmessung der Durchgangsöffnung sind auf die Stärke der
miteinander zu verbindenden Elemente sowie auf die Abmessungen eines
keilförmigen
Konterelementes abgestimmt. Das keilförmige Konterelement wird durch
die im Zapfenelement befindliche Durchgangsöffnung hindurch getrieben und verklemmt
aufgrund seiner keilförmigen
Gestalt mit der Durchgangsöffnung
und den angrenzenden Körperkanten
der zu verbindenden Bauelemente.
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Nachteilig bei solchen aus dem Stand
der Technik bekannten Keilverbindungen ist, daß die zwischen Keil und Zapfen
bzw. zu verbindenden Bauelementen über Kräfte übertragenden Querschnitte relativ
klein ausgebildet sind, so daß sich
der Keil bzw. die im Zapfenelement befindliche Durchgangsöffnung aufgrund
relativ hoher vorliegender Druckspannungen verformen können und
die Verbindung nachteilig nur schwer lösbar ist. Die im Zapfenelement
befindliche Durchgangsöffnung
neigt bei einem Einsatz in schmutziger Umgebung zu einem Zusetzen
mit Schmutzpartikeln.
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Ausgehend von diesem bekannten Stand der
Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungseinheit
zum schnellen Verbinden beliebiger Bauteile miteinander oder zum
schnellen Befestigen von Bauelementen an anderen Bauelementen zu
ermöglichen,
welche mit einfachen Mitteln auch bei starker Verschmutzung oder
vorliegender Korrosion leicht und schnell wieder lösbar ist,
und gleichzeitig jedoch eine sichere und dauerhaft feste Verbindung
schafft.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Verbindungseinheit, welche einen mit wenigstens zwei Anschlägen versehenen
Zapfen mit einem zwischen den Anschlägen befindlichen Fügebereich
und ein mit einem der Anschläge
des Zapfens zusammenwirkendes Konterelement aufweist, wobei das
Konterelement eine Aufnahme für
den Fügebereich
des Zapfens und eine keilförmige
Außenkontur aufweist,
die durch bei bestimmungsgemäßem Zusammenfügen von Zapfen
und Konterelement quer zur Längsachse
des Zapfens orientierte Außenflächen des
Konterelementes gebildet ist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
zu verbindende Bauelemente weisen Durchgangsöffnungen auf. Die Abmessungen
dieser Durchgangsöffnungen
sind auf die Abmessungen des Zapfens der Verbindungseinheit abgestimmt.
Die Abmessungen des Zapfens und der Anschläge des Zapfens sind dabei so
bemessen, daß der
Zapfen und einer der Anschläge
durch die Durchgangsöffnungen
der zu verbindenden Bauelemente hindurchsteckbar ist, während der
verbleibende Anschlag derart bemessen ist, daß er nicht durch die Durchgangsöffnung der
Bauelemente hindurchführbar
ist und einen gegen das endseitige Bauelement stoßenden Anschlag
ausbildet. Die Länge
des Zapfens sowie die Lage und Länge
des zwischen den Anschlägen
des Zapfens ausgebildeten Fügebereiches
sind ebenfalls auf die Stärke
bzw. Anzahl der zu verbindenden Bauelemente abgestimmt. Die Lage
und die Abmessungen des Fügebereiches
sind so bemessen, daß der Fügebereich
bei bestimmungsgemäßer Plazierung des
Zapfens in den Durchgangsöffnungen
der miteinander zu verbindenden Bauelemente teilweise innerhalb
und teilweise außerhalb
der Durchgangsöffnung eines
endseitig plazierten Bauelementes positioniert ist.
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Die Stärke des mit dem Zapfen zusammenwirkenden
Konterelementes sowie dessen keilförmige Außenkontur sind ebenfalls auf
die Lage und Abmessungen des Fügebereiches
des Zapfenelementes, die Lage und Abmessungen dessen Anschläge sowie
auch die Abmessungen der miteinander zu verbindenden Bauelemente
abgestimmt. Zum Verbinden der Bauelemente wird der Zapfen durch
die in den Bauelementen befindlichen Durchgangsöffnungen hindurchgesteckt,
bis der größere der
beiden Anschläge
an einer Körperkontur
eines der Bauelemente anliegt. In dieser Position ragt das dem größeren der
Anschläge
gegenüberliegende
Ende des Zapfens durch die Durchgangsöffnung des gegenüberliegenden
Bauelementes heraus, so daß der
Fügebereich
des Zapfens teilweise innerhalb und teilweise außerhalb dieser Durchgangsöffnung plaziert
ist. Das keilförmige
Konterelement ist auf den Fügebereich des
derart plazierten Zapfens aufschiebbar. Durch die oben erwähnte Abstimmung
des Konterelementes mit den zu verbindenden Bauelementen und dem Zapfen
ist die aus Zapfen, Konterelement und zu verbindenden Bauelementen
gebildete Struktur verkeilbar. Dabei stößt das Konterelement an den
kleineren der beiden Anschläge
des Zapfens an. Bedingt durch seine keilförmige Außenkontur verklemmt das Konterelement
mit dem kleineren der Anschläge
des Zapfenelementes und dem dem Konterelement benachbarten Bauelement.
Die Stärke
dieser Klemmung wird durch die Stärke der Steigung der keilförmigen Außenkontur
des Konterelementes, dessen Stärke/Dicke
sowie dessen Lage relativ zum Zapfen bestimmt. Die durch das Verklemmen
von Konterelement und dem kleineren der Anschläge des Zapfens erwirkten Klemmkräfte werden über den
Zapfen auf den anderen Anschlag des Zapfens und von diesem in die
zu verbindenden Bauelemente eingeleitet. Um die Stärke der
Verklemmung der Verbindungseinheit mit den zu verbindenden Bauelementen
zu beeinflussen, wird das Konterelement mit einem oder mehreren
Schlägen
eines geeigneten Werkzeuges auf den Zapfen aufgetrieben. Durch die
auf diese Weise erzielte Klemmkraft wird ein sicheres und dauerhaftes Verbinden
der Bauelemente miteinander und der Verbindungseinheit gewährleistet.
Im Praxisgebrauch bei derartigen Verbindungen auftretende Belastungen,
wie beispielsweise Vibrationen, führen aufgrund der hohen erzielbaren
Klemmkräfte
nicht zu einem Lösen
der Verbindungseinheit. Durch eine geeignete Dimensionierung von
Zapfen und Konterelement ist die Verbindungseinheit vorteilhaft
an beliebig starke Lastfälle
anpaßbar.
Zum Lösen
der Verbindungseinheit ist es ausreichend, mit einem geeigneten
Werkzeug einen oder mehrere Schläge
auf das Konterelement entgegen dessen Fügerichtung mit dem Zapfen auszuführen. Dadurch
wird die Verklemmung zwischen Zapfen und Konterelement der Verbindungseinheit
einerseits und der Verbindungseinheit und den zu verbindenden Bauelementen
andererseits gelöst.
An 'der Verbindungseinheit
unter Umständen
abgelagerte Verschmutzungen sowie Korrosion kann ein schnelles Lösen der
Verbindungseinheit nicht verhindern.
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Selbstverständlich kann ebenfalls vorgesehen
sein, daß der
Zapfen der Verbindungseinheit als zapfenförmiger Fortsatz an einem beliebigen
Bauelement vorgesehen ist. Wie ein oben beschriebener Zapfen weist
ein derartiger zapfenartiger Fortsatz ebenfalls einen Fügebereich
zwischen zwei Anschlägen
auf. Einer der Anschläge
kann vorteilhaft durch eine Kontur des den zapfenartigen Fortsatz
aufweisenden Bauelementes gebildet sein. Indem der Zapfen der Verbindungseinheit
als zapfenförmiger
Fortsatz an einem beliebigen Bauelement vorgesehen ist, sind mittels
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
beliebige andere Bauteile an dem den Zapfen aufweisenden Bauteil
befestigbar.
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Eine weitere Ausgestaltungsform der
Erfindung sieht vor, daß die
Aufnahme des Konterelementes sich in Richtung der zunehmenden Dicke
der keilförmigen
Außenkontur
keilförmig
verjüngt
und der Fügebereich
des Zapfens passend zur Aufnahme des Konterelementes keilförmig ausgebildet
ist. Bei einer derartigen Verbindungseinheit verläuft die
Steigung der keilförmigen
Außenkontur
der Steigung der Aufnahme entgegengesetzt. Durch die einander entgegengesetzte
Steigung der beiden Konturen wird vorteilhaft erreicht, daß ein sicheres
und dauerhaft haltendes Verklemmen von Konterelement und Zapfen
gewährleistet
ist, während
eine zu starke Verklemmung, bzw. ein zu weites Auftreiben des Konterelements
auf den Zapfen durch die entgegengesetzt verlaufende Steigung der
Aufnahme verhindert wird. Die in der Verbindungseinheit bzw. zwischen
Verbindungseinheit und zu verbindenden Bauelementen vorliegenden
Klemmkräfte
sind mit einer derartigen Verbindungseinheit vorteilhaft exakt und
reproduzierbar einstellbar. Ein zu weites Aufschieben des Konterelementes
auf den Zapfen und eine damit verbundene plastische Deformation
des Konterelementes bzw. des Zapfens werden vorteilhaft verhindert.
Der Fügebereich
des Zapfens ist passend zur Aufnahme des Konterelementes keilförmig ausgebildet.
Auf diese Weise werden Flächenpressungen
zwischen Zapfen und Konterelement, die eine den Zapfen oder das Konterelement
schädigende
Höhe erreichen
könnten,
vermieden. Die zwischen Konterelement und Zapfen vorliegende Klemmkraft
wird durch die passend aufeinander abgestimmten Keilkonturen des Fügebereiches
des Zapfens sowie der Aufnahme des Konterelementes auf eine verhältnismäßig große Fläche übertragen,
was zu einer Verringerung der vorliegenden Flächenpressungen führt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß der
Fügebereich durch
in den Zapfen eingebrachte Nuten ausgebildet ist. Die Nuten sind
dabei so zu einander orientiert, daß der Fügebereich den bereits oben
erwähnten keilförmigen Querschnitt
aufweist. So kann der Fügebereich
beispielsweise durch zwei an einander gegenüberliegenden Stellen des Zapfens
eingebrachte Nuten ausgebildet sein. Es ist ebenfalls denkbar, daß mehr als
zwei Nuten in den Zapfen eingebracht sind. So wird beispielsweise
durch ein Einbringen von acht Nuten die Ausbildung von vier Fügebereichen
mit keilförmigen Querschnittsformen
am Zapfen herbeigeführt.
Diese Fügebereiche
sind zueinander in unterschiedlichen Winkelpositionen platziert,
so daß mehrere
Möglichkeiten,
im angeführten
Beispiel vier Möglichkeiten,
existieren, das Konterelement auf dem Zapfen zu platzieren. Die
Basisflächen
der Nuten verlaufen parallel zur Längsachse des Zapfens und relativ
zueinander keilförmig.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind in den Schaft wenigstens zwei Nuten eingebracht. Diese Nuten
liegen mit Vorteil einander gegenüber.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der Zapfen einen Kopf und einen Schaft auf.
Der Kopf und der Schaft sind dabei so dimensioniert, daß der Kopf
des Zapfens den größeren der
beiden Anschläge
des Zapfens ausbilden kann. Der Kopf kann eine auf die jeweilige
Verwendung der Verbindungseinheit angepaßte Form aufweisen. Denkbar
sind in diesem Zusammenhang zylinderförmige Köpfe mit beliebigen Umfangskonturen,
beispielsweise runde, vierkantförmige
oder sechskantförmige
Köpfe.
Der Kopf des Schaftes kann ebenfalls als Senkkopf oder linsenförmiger Kopf
ausgebildet sein. Die Abmessungen des Schaftes, d. h. dessen Querschnittsform,
Durchmesser und Länge
sind auf die Abmessungen der miteinander zu verbindenden Bauelemente
abgestimmt. Die Querschnittsformen des Schaftes sind beliebiger
Art, beispielsweise weist der Schaft einen runden, viereckigen oder
quadratischen Querschnitt auf. Am Schaft des Zapfens ist der Fügebereich
angebracht. Anstelle des Kopfes des Zapfens kann alternativ ein
zweiter Fügebereich
vorgesehen sein, auf den ein zweites Konterelement aufsteckbar ist.
Dieses zweite Konterelement wirkt dann anstelle des Kopfes als Anschlag.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung schließen
die in radialer Richtung verlaufenden Seitenflächen der Nuten mit der Lägsachse
des Zapfens in tangentialer Richtung einen rechten Winkel ein. Derartige
Nuten sind auf einfache Art und Weise in den Zapfen einbringbar,
indem z. B. ein Fingerfräser
auf bekannte Weise quer zur Längsachse
des Zapfens mit entsprechender Zustellung verfahren wird. Zapfen
mit derartigen Nutenformen sind mit Konterelementen mit beliebigen
Keilwinkeln kombinierbar und haben ein weites Anwendungsspektrum.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die in radialer Richtung
verlaufenden . Seitenflächen
der Nuten gegenüber
einer quer zur Längsachse
des Zapfens verlaufenden Ebene um den Keilwinkel der keilförmigen Außenkontur
des Konterelementes geneigt sind. Mittels derartig geneigter Seitenflächen der
Nuten wird vorteilhaft erreicht, daß das Konterelement flächig an
der den Anschlag des Zapfen ausbildenden Seitenfläche anliegt.
Auf diese Weise wird die zum sicheren Verklemmen der Verbindungseinheit
benötigte
Klemmkraft auf eine möglichst
große
Fläche
verteilt übertragen
und die vorliegenden Flächenpressungen
minimiert.
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Gemäß einer weiteren Erfindungsform
ist die Aufnahme des Konterelementes durch einen keilförmigen Einschnitt
ausgebildet. Der Neigungswinkel des keilförmigen Einschnitts entspricht
dem Neigungswinkel der mit dem Konterelement zu verwendenden Fügekontur
des Zapfens. Ein derartiges Konterelement ist auf einfache Weise
schnell und auch unter erschwerten Zugangsbedingungen gut auf dem Zapfen
plazierbar und einfach mit diesem zu verklemmen.
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Alternativ ist vorgesehen, daß die Aufnahme des
Konterelementes durch eine langgestreckte, quer zur Durchdringungsrichtung
keilförmig
zulaufende Durchgangsöffnung
in dem Konterelement gebildet ist. Der Querschnitt der Durchgangsöffnung ist dabei
derart dimensioniert, daß ein
problemloses und einfaches Hindurchführen des Zapfens des Konterelementes
mit dem kleineren der Anschläge
möglich ist.
Vorteilhaft verhindert ein derartiges Konterelement dessen Verlieren
beim Lösen
der Verbindungseinheit, da der Sitz des Konterelements auf dem Zapfen
selbst im nicht verkeilten Zustand mit ausreichend hoher Sicherheit
gewährleistet
ist. Des weiteren kann gegebenenfalls unter erschwerten Zugangsbedingungen
die Montage und Befestigung der Verbindungseinheit bzw. des Konterelementes
auf dem Zapfen erleichtert werden, indem das Konterelement zunächst nur
lose mittels seiner Durchgangsöffnung
auf dem Zapfen plaziert wird und dort mit einer ausreichend hohen
Sicherheit verbleibt und dann nachfolgend mit dem Zapfen verkeilt
wird.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, daß die Aufnahme durch
zwei voneinander beabstandete kreisförmige Durchgangsöffnungen
und einen die Durchgangsöffnungen
miteinander verbindenden keilförmigen
Bereich gebildet ist. Eine derartige Aufnahmestruktur ist mittels
herkömmlicher
Fertigungsverfahren einfach und preisgünstig herstellbar. Darüber hinaus
bietet eine derartige Ausgestaltung der Aufnahme des Konterelementes
die Möglichkeit,
die keilförmig
aufeinander zulaufenden Flächen des
keilförmigen
Bereiches bei einem nach längerem
Gebrauch eventuell vorliegenden Verschleiß oder Schäden auf einfache Weise nachzuarbeiten.
Dieses ist insbesondere dann der Fall, wenn die beiden kreisförmigen Durchgangsöffnungen
einen größeren Durchmesser
aufweisen als der maximale bzw. minimale Abstand der den keilförmigen Bereich
ausbildenden Flächen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit weist
ein Ausgleichselement auf. Dieses Ausgleichselement kann mit beliebigen
Außenkonturen
ausgebildet sein, weist jedoch vorteilhaft eine dem Konterelement ähnliche
Gestalt auf. Das Ausgleichselement weist eine zur Steigung des Konterelements umgekehrte
Steigung auf. Werden das Ausgleichselement und das Konterelement
in bestimmungsgemäßer Weise
auf dem Zapfen plaziert, so verlaufen die voneinander abgewandten
Seitenflächen
des Konterelements und des Ausgleichselementes zueinander parallel.
Auf diese Weise wird vorteilhaft eine besonders stabile und bei
Vorliegen entsprechender Abmessungen auch formschlüssige Verbindung
von Konter- und Ausgleichselement mit dem Zapfen bzw. den zu verbindenden
Bauelementen ermöglicht.
Eine Übertragung
der Verbindungs- und Klemmkräfte
zwischen den jeweiligen Elementen der Verbindungseinheit und den
zu verbindenden Bauelementen erfolgt vorteilhaft über flächig aufeinander liegende
Teilflächen
und Anschläge
der Elemente, wodurch eine gute Übertragung
dieser Kräfte
gewährleistet
ist und vorliegende Flächenpressungen minimiert
werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung ist das Ausgleichselement neben dem Konterelement
auf dem Zapfen plazierbar. Zu diesem Zweck sind die Abmessungen
des Fügebereiches
des Zapfens auf die Abmessungen von Konterelement und Ausgleichselement
abgestimmt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung weist das Konterelement zwei keilförmige Elemente mit entgegengesetzter Steigung
auf. Diese Elemente sind in geeigneter Weise miteinander verbunden,
so daß bei
Betätigung eine
Verlagerung der Elemente relativ zueinander ermöglicht wird. Dabei kann vorgesehen
sein, daß die Elemente
relativ zueinander linear verschoben oder alternativ zueinander
verdreht werden, so daß auf diese
Weise die Gesamtstärke
des Konterelementes zum Erwirken geeigneter Klemmkräfte variiert
werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist
die Verbindungseinheit ein Sicherungselement zur Sicherung des Konterelementes
auf dem Zapfen auf. Dieses Sicherungselement kann beispielsweise in
Form eines Gummistopfens realisiert sein, welcher in den bei bestimmungsgemäßer Zusammenfügung von
Konterelement und Zapfen verbleibenden Fügebereich zwischen Konterelement
und Zapfen einfügbar
ist und einen Verlust des Konterelementes bei einem eventuellen
unbeabsichtigten Lösen
verhindert. Insbesondere jedoch schützt das Sicherungselement vor
Verschmutzung. In die Freiräume
dringt kein Schmutz ein, insbesondere kein sich verfestigender Schmutz,
der ein Lösen
behindern könnte.
Selbstverständlich
kann das Sicherungselement aus jedem beliebigen geeigneten Material
bestehen. Vorteilhaft werden für
das Sicherungselement allerdings Materialien mit entsprechenden
elastischen Eigenschaften verwendet, welche sich aufgrund ihrer
Elastizität beim
Einsetzen in den zwischen Konterelement und Zapfen verbleibenden
Zwischenraum diesem anpassen und sich selbst festklemmen. Für den Fall,
daß das
Sicherungselement einem selbständigen
Lösen entgegenwirken
soll, ist es vorteilhafterweise härter auszulegen.
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Die erfindungsgemäße Verbindungseinheit kann
selbstverständlich
aus beliebigen Materialien bestehen. Ebenfalls sind Materialkombinationen denkbar.
In diesem Zusammenhang ist die Verwendung von Metall, Kunststoffen
beliebiger Art, Holz oder Verbundwerkstoffen zu nennen. Die Auswahl der
jeweils verwendeten Werkstoffe erfolgt nach Material spezifischen
Eigenschaften und ist auf den jeweiligen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
zugeschnitten. So ist beispielsweise über die Elastizität der verwendeten
Materialien die Haltbarkeit der Verbindung bzw. deren Lösbarkeit
beeinflußbar.
Eine Verwendung von Kunststoffen bietet Möglichkeiten in Bezug auf die
Gewichtsoptimierung. Bei einer Verwendung von Metallwerkstoffen
für die
erfindungsgemäße Verbindungseinheit
besteht ebenfalls selbstverständlich
die Möglichkeit,
beliebige Metallwerkstoffe zu verwenden.
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Weitere Eigenschaften und Merkmale
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung
einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand
der Figuren. Diese Ausführungsbeispiele
dienen nur der Erläuterung
und sind nicht beschränkend.
Dabei zeigt:
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1 ein
Konterelement der Erfindung in einer Aufsicht und einer seitlichen
Schnittansicht,
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2 einen
Zapfen der Erfindung in zwei um 90° gedrehten Seitenansichten,
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3 eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Konterelements
in einer Aufsicht und einer Schnittansicht,
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4 die
erfindungsgemäße Verbindungseinheit
im montierten Zustand zum Verbinden zweier Bauelemente in einer
seitlichen Schnittansicht,
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5 die
erfindungsgemäße Verbindungseinheit
im montierten Zustand in einer Aufsicht,
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6 die
Verbindungseinheit aus 4 im montierten
Zustand mit einem Ausgleichselement,
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7 eine
Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
mit Distanzelementen,
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8 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
im montierten Zustand in einer seitlichen Schnittansicht,
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9 einen
Querschnitt durch den Fügebereich
eines Zapfens einer erfindungsgemäßen Verbindungseinheit mit
mehreren zueinander in unterschiedlichen Winkelpositionen platzierten
keilförmigen
Fügekonturen
und
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10 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit.
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In 1 ist
das. Konterelement 1 der vorliegenden erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
dargestellt. Das Konterelement 1 hat eine rechteckige Außenkontur und
ist an einer Seite mit einer Aufnahme 2 versehen. Die Aufnahme 2 wird
durch einen keilförmigen
Einschnitt 4 gebildet. Das Konterelement 1 weist
eine im wesentlichen U-förmige
Gestalt mit einem Verbindungsbereich 5 und zwei seitlichen Fortsätzen 6a, 6b auf.
Eine alternative, jedoch bevorzugte Ausführungsform des Konterelementes 1 ist
in 3 dargestellt. Bei
dieser Ausführungsform
ist die Aufnahmekontur 2 des Konterelements 1 durch
zwei Durchgangsöffnungen 3 ausgebildet.
Die Durchgangsöffnungen 3 weisen
einen unterschiedlichen Durchmesser auf und sind mittels eines keilförmigen Verbindungsbereiches 7 miteinander
verbunden. Sowohl der keilförmige
Einschnitt 4 des in 1 dargestellten
Konterelementes 1 als auch der keilförmige Verbindungsbereich 7 des
in 3 dargestellten Konterelementes 1 sind
um einen Keilwinkel β gegenüber der
Längsachse 8 des
Konterelementes 1 geneigt. In der seitlichen Schnittansicht
in 1 und 3 erkennt man, daß die Außenkontur
des Konterelementes 1 ebenfalls keilförmig ausgebildet ist. Der Steigungswinkel
der keilförmigen
Außenkontur des
Konterelementes 1 ist mit α gekennzeichnet. Wesentlich
ist, daß wie
in 1 und 3 erkennbar die Steigungswinkel α und β gegeneinander
gerichtete Öffnungswinkel
aufweisen. Das bedeutet, daß mit abnehmender
Weite der Aufnahmekontur 2, genauer des keilförmigen Einschnitts 4 bzw.
des keilförmigen Verbindungsbereiches 7 die
Materialstärke
des Konterelementes 1 im seitlichen Querschnitt gesehen
zunimmt.
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In 2 ist
ein Zapfen 9 der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit dargestellt.
Der Zapfen weist einen Kopf 10 und einen Schaft 11 auf.
Der Schaft 11 ist mit zwei Nuten 12, 13 versehen.
Der Abstand a der Nuten 12, 13 vom Kopf 10 des
Zapfens 9 sowie die Länge
1 der Nut sind auf die Abmessungen der jeweils zu verbindenden Bauelemente
abgestimmt. Man erkennt, daß die
Grundflächen 14a, 14b der
Nuten 12, 13 parallel zur Längsachse 15 des Zapfens 9 verlaufen,
jedoch relativ zueinander geneigt sind. Der zwischen den Grundflächen 14a, 14b der
Nuten 12, 13 vorliegende Neigungswinkel γ entspricht
dem zweifachen Wert des Keilwinkels β des Konterelementes 1.
Der Kopf 10 des Zapfens 9 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Senkkopf ausgebildet, kann jedoch beliebige andere Querschnittsformen
aufweisen.
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In 4 ist
die erfindungsgemäße Verbindungseinheit
im montierten Zustand zum Verbinden zweier Bauelemente 16, 17 dargestellt.
Die Bauelemente 16, 17 weisen Durchgangsöffnungen
auf. Durch diese Durchgangsöffnungen
wird der Zapfen 9 der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit durchgeschoben,
bis der Kopf 10 des Zapfens 9 einen Anschlag bildend
an einer entsprechend geformten Kontur des Bauelementes 16 anliegt.
Der Zapfen 9 kann mittels des Kopfes 10 relativ
zum Bauelement 16 zentrierbar sein. Der durch die Nuten 12, 13 ausgebildete
Fügebereich 18 des
Zapfens 9 liegt teilweise innerhalb der Durchgangsöffnung des
Bauelementes 17 und teilweise außerhalb dieser Durchgangsöffnung.
Durch eine Variation der Nutlänge
l sowie des Abstandes a des Fügebereiches 18 vom Kopf 10 des
Zapfens 9 ist die Verbindungseinheit bzw. der Zapfen 9 an
unterschiedliche dicken Abmessungen der Bauelemente 16, 17 anpaßbar. Wie
in 6 dargestellt, kann
diese Anpassung an unterschiedliche Abmessungen der zu verbindenden
Bauelemente 16, 17 ebenfalls durch Zwischenlage
geeigneter Distanzelemente 19 realisiert werden. Das Konterelement 1 liegt
mit seiner keilförmigen
Außenkontur
einerseits an dem Bauelement 17 und andererseits an der
durch die Nuten 12, 13 gebildeten zapfenseitigen
Seitenfläche 20,
die als zweiter Anschlag wirkt, an. Die erfindungsgemäße Verbindungseinheit
ist mittels eines oder mehrerer Schläge mit einem Hammer auf die
mit 21 gekennzeichnete Seitenfläche des Konterelementes 1 verkeilbar
und auf die mit 22 gekennzeichnete Seitenfläche des Konterelementes 1 wieder
lösbar.
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Wie in 2 dargestellt
verlaufen die radialen Seitenflächen 20 der
Nuten 12, 13 zueinander parallel und in einem
rechten Winkel zur Längsachse 15 des
Zapfens 9. Wie in 2 mit
Hilfe der gestrichelten Linie dargestellt besteht ebenfalls die
Möglichkeit,
daß die
zapfenseitige radiale Seitenfläche 20 der
Nuten 12, 13 relativ zur Längsachse 15 des Zapfens
in einem Winkel von 90° + α verläuft. Auf
diese Weise entspricht der Verlauf der radialen Seitenfläche 20 der
Nuten 12, 13 bei bestimmungsgemäßer Montage
von Zapfen 9 und Konterelement 1 exakt dem Verlauf
der um den Keilwinkel α geneigten
Keilfläche
des Konterelementes 1. Auf diese Weise ist eine verbesserte
Kraftübertragung
zwischen Konterelement 1 und Zapfen 9 gewährleistet.
Alternativ zu dem schrägen
Verlauf der radialen Seitenfläche 20 der
Nuten 12, 13 kann ein ebenfalls einen Keilwinkel α aufweisendes
Ausgleichselement verwendet werden.
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Wie in 5 erkennbar,
kann das Konterelement 1 auf dem Zapfen 9 bei
bestimmungsgemäßer Montage
der Verbindungseinheit mittels eines Sicherungsele mentes 23 gesichert
werden. Das Sicherungselement 23 besteht vorzugsweise aus
einem Material mit elastischen Eigenschaften wie beispielsweise
Gummi oder Kunststoff und wird in der Durchgangsöffnung 3 des Konterelementes 1 eingesetzt.
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In 8 ist
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
dargestellt. Der Zapfen 9 weist nicht wie in den angeführten Ausführungsbeispielen
einen Kopf 10 auf, sondern ist als stangenförmiges Element
ausgeführt.
Der Zapfen 9 durchdringt zwei miteinander zu verbindende
Bauelemente 16, 17 durch in den Bauelementen 16, 17 vorgesehene
Durchgangsöffnungen.
Der Zapfen 9 ist, wie bereits oben erklärt, mit einem Konterelement 1,
welches mit dem Fügebereich 18 zusammenwirkt,
versehen. Anstelle des Kopfes 10 ist der Zapfen 9 mit
einem weiteren Fügebereich 26 versehen,
auf welchen ein dem Konterelement 1 gleichendes zweiten
Konterelement 25 aufschiebbar ist. Durch das Aufschieben
der Konterelemente 1 und 25 werden die Bauelemente 16, 17,
der Zapfen 9 sowie die Konterelemente 25, 1 gegeneinander
verspannt und die Verbindungseinheit befestigt.
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In 9 ist
ein Querschnitt vertikal zur Längsachse 15 des
Zapfens 9 dargestellt. Der Zapfen 9 ist dabei
im Bereich einer der Fügebereiche 26, 18 geschnitten.
In den Zapfen sind um jeweils 90° in radialer
Richtung zueinander versetzt keilförmige Konturen ausgebildet.
Die keilförmigen
Konturen sind durch die Bezugszeichen 27, 28, 29 und 30 gekennzeichnet.
Durch Überlagerung
der keilförmigen Konturen 27, 28, 29 und 30 ergibt
sich das in 9 schraffiert
gekennzeichnete Querschnittsprofil des Fügebereiches 18, 26 des
Zapfens 9. Auf einen derartig ausgebildeten Fügebereich
sind erfindungsgemäße Konterelemente 1, 25 von
vier verschiedenen Richtungen. her aufschiebbar.
-
In 10 ist
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verbindungselementes
dargestellt. Der Zapfen 9 ist als zapfenförmiger Fortsatz eines
beliebigen Bauelementes 31 ausgebildet. Der Zapfen 9 weist
wie schon oben beschrieben einen Fügebereich 18 auf.
Auf diesen Fügebereich 18 ist ein
Konterelement 1 in der bereits beschriebenen Form aufschiebbar.
Mit Hilfe des Zapfens 9 und dem Konterelement 1 ist
ein Bauelement 16 auf dem Bauelement 31 befestigbar.
-
Belastbarkeitsberechnungen, in denen
eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
mit einer herkömmlichen Schraubverbindung
nach dem Stand der Technik verglichen wurden, ergaben, daß deren
maximale Belastbarkeit nur um etwa 1,7 % unter der einer vergleichbaren
Schraubverbindung lagen. Durch Variation des Keilwinkels ist es
möglich,
eine erfindungsgemäße Verbindungseinheit
mit gleicher Belastbarkeit wie eine herkömmliche Schraubverbindung herzustellen.
-
- 1
- Konterelement
- 2
- Aufnahmekontur
- 3
- Durchgangsöffnung
- 4
- keilförmiger Einschnitt
- 5
- Verbindungsbereich
- 6a,
b
- seitliche
Fortsätze
- 7
- keilförmiger Verbindungsbereich
- 8
- Längsachse
des Konterelementes
- 9
- Zapfen
- 10
- Kopf
- 11
- Schaft
- 12
- Nut
- 13
- Nut
- 14a,
b
- Grundflächen der
Nuten
- 15
- Längsachse
des Zapfens
- 16
- Bauelement
- 17
- Bauelement
- 18
- Fügebereich
- 19
- Distanzelement
- 20
- radiale
Seitenfläche
- 21
- Seitenfläche des
Konterelements
- 22
- Seitenfläche des
Konterelements
- 23
- Sicherungselement
- 24
- Ausgleichselement
- 25
- Konterelement
- 26
- Fügebereich
- 27
- keilförmige Kontur
- 28
- keilförmige Kontur
- 29
- keilförmige Kontur
- 30
- keilförmige Kontur
- 31
- Bauelement
- α
- Keilwinkel
- β
- Keilwinkel
- γ
- Keilwinkel
- l
- Nutlänge
- a
- Abstand
Fügebereich – Kopf
- d1
- Durchmesser
Zapfen
- d2
- Durchmesser
Kopf
- D
- Innendurchmesser
-
- Durchgangsöffnung