DE1484259A1 - Vorgedrueckte Konstruktionsteile aus Metall - Google Patents

Description

• "Vorgedrückte Konstruktionsteile aus Metall" Metalle können'sowohl im Zug- als ' auch im Druckbereich gleich hoch beansprucht werden. Maßgebend füf die Größe der zulässigen Beanspruchbarkeit ist die sog. Streck- oder Fließgrenze. Bei Baustählen ist diese Grenze ausgeprägt, bei Leichtmetall wie z.B. Aluminium nicht. Die Norm sieht dafür allgemein eine Spannung vor, bei der o,2.#o bleibende Verformung (bleibende Dehnung) festgestellt wird.
• Höhere zulässige Spannungen setzen also eine höhere Fließgrenze voraus. Höhere zulässige dpannungen ermöglichen abertdie Querschnitte,vor allem der auf Zug beanspruchten Konstruktionsteile, kleiner zu halteng was wiederum die konstruktionsgewichte verringert. !)ie Gewichte möglichst klein zu halten, ist.eine wirtschaftliche Notwendigkeit. Es sind verschiedene V orkehrungen bekannt una in der Praxis häufig angev#andt, die eine Erhöhung der .otreckgrenze zum Ziele#-haben. Die Erhöhung des Kohlenstoffgebei -baustählen, das Kaltrecken, das Vor- und Unterspannen sind einige dieser möglichen Vorkehrungen, die bekannt 'sind. ötähie mit höhem Kolilenstoffgehalt sind spröder als gewöhnliche weiche ötähle. Die Verwendung solcher Stähle erfordert daher besondere maßnahmen bei der Verarbeitung und bei der Verwendung,.. was wiederum mit Kosten verbunden ist.Kaltgereckte Stähle weisen viel kleinere Bruchdehnungen auf, was ebenfalls ungünstige Konsequenzen in der Anwendung zur Folge hat. Das Vorspannen oder Unterspannen von Tragwerken in der Form, wie es bekannt ist, strebt eine in Bezug auf die auftretende Beanspruchung gegenläufige Vorlast an, die erst überwunden werden muß, bevor die zulässige Beanspruchung des Grundmaterials ausgenützt wird.
• Vorkehrun#97än dieser itrt können, wie sie bekannt sind, nicht in dem Ausmaß angewandt werden, wie es die zaustoffe vertragen könnten, da meist (bei Zuggliedern immer) dabei die Knickgefahr eine ausschlaggebende Rolle spielt. Die aufgezeigten, c# C-wichtigsten und bekannten Möglichkeiten ergeben gegenüber dem Ausgangsmaterial eine Erhöhung der zulässigen Beanspruchung um ca. 2o bis 50 7o.
• Demgegenüber ermöglicht die Erffndung eine Fast loolo-i---e lrhöbung der zulässigen beanspruchung, ohne aie gutmütigen vii-#enschafte n des Ausgangsmaterials zu beeinträchtigen. bie geht davon aus, den z.B. vornehmlich auf Zug beanspruchten Konbtruk-C) tionsteil zuerst bis zur Fließgrenze im Druckbereich kontinuierlich vorzudrücken. Ein so vorgedrücktes Konstruktionsgliea kann dann doppelt so hoch auf Zug beansprucht werden, als ein nicht vorgedrücktes. Das kontinuierliche Vordi:Ücken soll eine möglichst gleichmäßig über den ganzen Querschnitt und aer ganzen Länge wirkende Eigenspannung im Konstruktionsglied erzeugen. Fig. 1 und 2. Es kann aber auch ein quantenhaftes Vordrücken über den Querschnitt vorgenommen werden, wenn dies zweckmäßig sein sollte.
• Das kontinuierliche Vordrücken des Konstruktionsgliedes 1 erfolgt mit auf der Oberfläche des Baugliedes verteilten, in Richtung der vorgesehenen Beanspruchung durchlaÜfenden Fasern hoher Festigkeit 2, die durch einen anderen Stoff 3 längs ihrer Erzeugenden, mit dem Konstruktionsglied laufend verbunden werden. Die genannten Fasern hoher Festigkeit 2 werden dabei vor dem Verb inden mittels Zug soweit vorgespannt, daß sie nach gleichzeitigem Aufbringen auf die Oberfläche des Werkstückes-diesem eine kontinuierliche Stauchung in der gewünschten Größ . e geben Dabei ist natürlich die Vbrformung des VerbindungsmittelB 3 und die Verkürzung der Fasern hohe Festigkeit 2 zu berückgichtigen.
• Die zur Anwendung kommenden Fasern hoher Festigkeit 2 können wie z.B. hochfeste, gezogene Drähte sein. Solche gezogenen Dräbte'haben meist eine 5 mal höhere oder noch höhere Streck-_ grenze als z.B. ein wicher Baustahl.
• Das vorgesehene BInaemittel 3, das die Fasern hoher Festigkeit, 2 fest mit dem Konstruktionsteil 1 verbindet, muß eine Verwendungstemperatur häben,*die unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der sich das Gefüge der Fasern ändert. Diese Forderung erfüllen allebekannten Kunstharze, die vornehmlich als ILC--' tallkleber Verwendung finden. Aber auch andere Stoffe haben diese Eigenschaft.
• Eine weitgehend g leichmäßige Verteilung der Fasern hoher Festigkeit an dt;-Oberfläche des.Konstruktionsgliedes ergibt mit dem bindemittel gleichzeitig eine vorteilhafte Schutzschicht gegen Oxydation.
• Konstruktionsglieder aus vorgedrücktem Metall können üb-erall dort angewandt werdeng wo Zug-auftritt. Entweder ist die gesamte Oberfläche des Kopstruktionagliedes mit vorgespannten !Fasern -hoher Festigkeit versehen, z.-B. bei Zugbändern, Zugdiagonalen oder ähnlichen reinen Zugelementen, (Fig. 2 und Fig. 4)t oder nur ein Teil der Oberfläche des Konsttuktionsgliedes z B. bei Vollwandträgern, die auf Biegung beansprucht sind #Fig. 5).
• Der Vorteil der Erfindung ist. u.a., daß Linzelteile von Vollwandträgern vor dem Zusammenfügen vorgedrückt werden können, da eine Schweißnaht 4 und 4a od-er eine andere Verbindungsart am Grundwerkstofff angeordnet werden Ls versteht sich von selbst, daß die :Profile.. wo die Erfindung angewandt wirdy beliebige Formen haben können. Sowohl gewalzte, gezogene usw. als auch abgekantete oder anders mechanisch bearbeitete Metallkonstruktionen können der ##rfindung gemäß vorgedrückt werden.
• Die Verarbeitung der hochfesten Fasern kann von Hand oder maschinell erfolgen. Soweit es die Schlankheit der vorzudrückenden Konstruktionsteile erlaubt, kann das bisher übliche Vordrücken der Konstruktionsteile mit der nach der Erfindung vorgeschlagenen Art kombiniert werden. Es können aber auch ebene Eigenspannungen dem Konstruktionsglied vorgegeben werden, wie Fig. 6 zeigt.
• Das Prinzip der Erfindung läßt sich auch vorteilhaft zur Herstellung von Verbindungen zwischen zwei Konstruktionsteilen la und 1 anwenaen (Fig. 7). Dabei werden die Stirnflächen der beiden Werkstücke mit Hilfe von Fasern hoher Festigkeit 2 mit der Anschlußkraft aneinandergepreßt.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e > -orgedrückte Konstruktionsglieder aus Metall von beliebiger Form und mit an der Oberfläche derselben angeordneten ,Fasern hoher Festigkeit, dadurch g e k e n n z e i c b n e ty daß die Fasern ' hoher Festigkeit vor dem Verbinden mit dem KonstrÜktionsglied aus Metall eine Zugvorspannung in Richtung der vorgesehenen BeanspruchÜng'erhalten, derart" daß nachAbbinden des Bindemittels das Kons.truktionsglied aus Metall eine kontinuierliche Druckvorspannung als Iiigenspannung erhält und damit vorgedrückt ist.
2. 2. Vorgedrückte Konstruktionsglieder aus ketall nach Anspruch 1 dadurch g e k e n n z e i' c h n e t , daß die Fließspannung unter einer äußeren,Last mindestens 1,7 mal größer ist als die Fließspannung des spa#nungalosen Metalls. 3. Vorgedrückte Konstruktionsglieder oder Gesamtkonstruktionen aus Metall nach Anspruch 1 und 2 dadurch g e k e n n -z e i c h n e t j daß nur beeile des Konstruktionsgliedes oder der Gesamtkonstruktion kontinuierlich vorgedrückt.werdeng die auf Zug beansprucht werden oder beansprucht werden können. 4. Vorgedrückte Konstruktionsglieder aus lüetall nach Anspruch 1 und 2 und/oder 3 dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die vorgespannten Fasern hoher Festigkeit flächigg fächerförmig oder gekreuzt angeordnet werden und dem Konstruktionsglied einen ebenen, zonalen Eigenspannungszustand geben. 5. Verfahren zur Herst'ellung von vorge#irückten Konstruktionsgliedern aus Metall nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,#'-daß auf spannungslose Konstruktionsglieder aus Metall mehrere vorgespannte Fasern hoher Festigkeit aufgebracht-und mit dies'en schubfest verbunden werden. 6. Verfahren zur Reduktion hoher-Zugspannungen bei Konstruktionsgliedern aus Metall dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß an der Oberfläche der betreffenden Stelle des Konstruktionsgliedes vorgespannte Fasern hoher Festig.Keit schubfest an demselben angeordnet werden. 7. Verfahren zur Herstellung einer Verbina-ung zwischen Konstruktionsteilen aus izietall, dadurch g e k e n'n z e i c h n e t , daß die Stirnflächen der zu verbindenden Konstruktionsteile mit über dieser Verbinaungsstelle angeordneten, vorgespannten Fasern hoher Festigkeit mit der Größe der Kraft aneinandergedrückt werden, mit der diese honstruktionsteile zu verbinden sind.