DE4231067C1 - Verbindungselement aus einem Verbundwerkstoff mit Kohlenstoffasern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement aus einem Verbundwerkstoff mit sich kreuzenden Kohlenstoffasern für eine ge­ klebte Verbindung zwischen unter einem Winkel zueinander liegenden Stäben, bei der die Stäbe über das Verbindungselement miteinander verbunden sind.

Bei bekannten Verbindungselementen dieser Art verlaufen zwei ge­ genüberliegende Ränder unter einem Winkel, der dem Winkel zwischen den zu verbindenden Stäben entspricht. Diese Ränder sind entspre­ chend dem Durchmesser der Stäbe gekrümmt. Die Stäbe werden in der Weise miteinander verbunden, daß die beiden gekrümmten Abschnitte des Verbindungselementes jeweils einen der Stäbe übergreifen und mit diesem verklebt sind. Der zwischen den beiden gekrümmten Ab­ schnitten liegende Steg verläuft dabei tangential zum äußeren Um­ fang der beiden über das Verbindungselement verbundenen Stäbe (DE- 34 47 990 C2, DE-39 31 478 C1).

Bei Fachwerken können mit diesen bekannten Verbindungselementen Schwierigkeiten insbesondere dann auftreten, wenn in einem Knoten­ punkt eine Mehrzahl von Stäben, beispielsweise Quer- und/oder Dia­ gonalstäben, an einen durchgehenden Holm anzuschließen sind, ins­ besondere auch dann, wenn es sich um räumliche Fachwerkstrukturen handelt.

Bei Fachwerken aus Metall ist es bekannt, die Quer- und/ oder Diagonalstäbe gegen die Holme stoßend mit den Holmen zu ver­ schweifen. Es ist auch bekannt, an den Holmen achsparallele Kno­ tenbleche anzuschweißen, an die die Quer- und/oder Diagonalstäbe angeschlossen sind. Beide Verbindungsmöglichkeiten entfallen bei Konstruktionen aus faserverstärkten Kunststoffen, da die hier an­ zuwendenden Klebverbindungen nicht die notwendigen Festigkeiten bzw. Steifigkeit bringen.

Ziel der Erfindung ist ein Verbindungselement, mit dem in Fachwer­ ken aus dünnwandigen Stäben aus Verbundwerkstoffen mit Kohlen­ stoffasern (CFK) die Verbindung von Quer- und/oder Diagonalstäben mit die Holme bildenden Stäben auf eine einfache Weise erstellbar sind.

Das Ziel wird gemäß der Erfindung erreicht durch ein Verbindungselement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist Gegenstand des Patentanspruches.

Weiteres Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Verbindungselemente und ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungselemente mittels solcher Vorrichtungen sowie die Aus­ bildung von Stäben, die über das Verbindungselement an die Holme bildenden Stäbe anzuschließen sind.

Solche Vorrichtungen zur Herstellung von erfindungsgemäßen Verbin­ dungselementen, Verfahren zur Herstellung von Verbindungselementen mit derartigen Vorrichtungen sowie ferner die Ausbildung der an­ zuschließenden Stäbe sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnung beschrie­ ben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 isometrische Ansicht eines Verbindungselementes in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Her­ stellung eines Verbindungselementes nach Fig. 1;

Fig. 3 ein mit der Vorrichtung nach Fig. 2 hergestelltes Aus­ gangselement für ein Verbindungselement nach Fig. 1;

Fig. 4 und 5 jeweils Querschnitte von Vorrichtungen zur Herstellung von Verbindungselementen mit vier Knotenscheiben;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungselementen mit drei Knotenscheiben;

Fig. 7 ein Verbindungselement mit an die Knotenscheiben ange­ schlossenen Stäben;

Fig. 8 im Halbschnitt längs der Linie A-A bzw. B-B zwei Ausfüh­ rungsformen einer Verstärkung der Anschlußstäbe im An­ schlußbereich an die Knotenscheiben.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement 2 weist eine Rohr­ schale 4 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt auf, von deren Außenseite mit der Rohrschale 4 einstückig ausgebildete Knoten­ scheiben 8, 10 radial abstehen, die sich bezüglich der Rohrschale in einer deren Achse 6 durchdringenden Ebene erstrecken. Die beiden Knotenscheiben 8 und 10 liegen unter einem Winkel von 60° zueinander. Mit solchen Verbindungselementen lassen sich bei räum­ lichen Fachwerken mit einem als gleichseitiges Dreieck ausgebil­ deten Querschnitt Quer- und/oder Diagonalstäbe an die Fachwerkhol­ me anschließen. Dabei werden diese Verbindungselemente mit ihrer Rohrschale 4 an den vorgesehenen Stellen an die Holme des Fach­ werks angeklebt. Die Diagonal- und/oder Querstäbe werden an die Knotenscheiben angeschlossen. Sie sind mit Schlitzen versehen, mit denen sie auf die Knotenscheiben aufgeschoben und mit diesen ver­ klebt werden.

Anstatt mit halbkreisförmigem Querschnitt mit einem Umschlingungs­ winkel von 180° kann die Rohrschale auch mit einem kleineren, aber auch einem größeren Umschlingungswinkel ausgebildet sein. Sie sollte aber auf alle Fälle einen Umschlingungswinkel kleiner als 360° haben, damit das Verbindungselement ohne Spiel an den Holmstab anklebbar ist.

Die im Querschnitt des Verbindungselementes in Fig. 1 erscheinen­ den Linien sind jeweils Gewebelagen, die bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel so angeordnet sind, daß sowohl die Rohrschale 4 als auch die Knotenscheiben 8 und 10 an jeder Stelle aus zwei Lagen des Gewebes bestehen. Als Gewebe wird vor­ zugsweise ein Gewebe aus Kohlenstoffasern verwendet. Die Gewe­ belage 16 bildet die Innenlage der Rohrschale 4 und ist so ange­ ordnet, daß sich die Fasern unter einem Winkel zwischen ± 60° bis ± 75°, bezogen auf die Längsachse 6 der Rohrschale, kreuzen.

Die Gewebelage 18 bildet die einander zugewandten Seiten der Knotenscheiben 8, 10 und den zwischen den Knotenscheiben liegenden Abschnitt der äußeren Wandung der Rohrschale 4. Die beiden, weite­ ren Gewebelagen 20, 22 bilden jeweils die entgegengesetzte Ober­ fläche der Knotenscheiben 8, 10 und die sich daran anschließenden Abschnitte der äußeren Rohrschalenwandung. In den Gewebelagen 18, 20, 22 sollen sich die Fasern unter einem Winkel zwischen ± 45°, bezogen auf die Längsachse 6, kreuzen.

Die Gewebeabschnitte 16, 18, 20 und 22 sind in eine Harzmatrix eingebettet.

Die innere Gewebelage kann auch entfallen. Die Rohrschale wird dann ausschließlich durch die Gewebelage gebildet, die sich je­ weils in die Knotenscheiben erstrecken. Die Gewebelagen 18, 20, 22 können auch alle oder zum Teil Mehrfachlagen sein, so daß dann die Knotenscheiben aus drei - Gewebelage 18 zweifach -, vier - Gewebe lagen 18, 20, 22 zweifach - oder noch mehr Gewebelagen bestehen können.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbindungs­ elementes nach Fig. 1. Diese Vorrichtung weist einen zylindri­ schen Innenkern 24 und ein äußeres Formelement 26 auf. Das äußere Formelement 26 entspricht mit seinen Außenkonturen den Konturen des Verbindungselementes 2 zwischen den beiden Knotenscheiben 8 und 10 mit den zwei unter einem Winkel von 60° zueinander liegen­ den ebenen Formflächen 25 und 27 und einer im Querschnitt konkaven Fläche 23 mit einem Krümmungsradius entsprechend dem Krümmungs­ radius der Rohrschale zwischen den beiden Knotenscheiben. Der In­ nenkern 24 bestimmt mit seinem Durchmesser die Innenform der Rohrschale 4. Weiter weist die Vorrichtung zwei Andrückleisten 28 auf, von denen eine in Fig. 2 schematisch mit ihren Umrißlinien dargestellt ist.

Zur Herstellung eines Verbindungselementes, wie es in Fig. 1 mit zwei Gewebelagen an jeder Stelle dargestellt ist, wird auf den Innenkernen 24 und das Formelement 26 jeweils ein Gewebeschlauch 30, 32 aus Kohlefasern aufgezogen, und zwar so, daß die Fasern sich jeweils unter den oben erwähnten Winkeln kreuzen. Die Gewebe­ schläuche auf dem Innenkern und dem Formelement werden in den Be­ reichen, welche die Rohrschale 4 und die Knotenscheiben 8, 10 bil­ den, mit Harz benetzt, und das Formelement 26 wird anschließend mit seiner konkaven Fläche 23 in Anlage an den zylindrischen Kern gebracht. Über den zylindrischen Kern und das Formelement wird dann ein weiterer Gewebeschlauch 34 aus Kohlenstoffasern derart aufge­ zogen, daß sich die Fasern dieses Schlauches unter einem Winkel von ± 45°, bezogen auf die Achse 6, kreuzen. Auch dieser weitere Gewebeschlauch 34 wird mit Harz benetzt, das Überschußharz der Benetzung der Schläuche 30, 32 sein kann. Der Gewebeschlauch 34 wird mit den Andrückleisten 28 an den den Innenkern umschließenden Gewebeschlauch 30 und im Bereich der Knotenscheiben an die von dem Formelement 26 getragene erste Gewebeschicht 32 der Kno­ tenscheiben angelegt.

Die Oberflächen des Innenkerns 24 und des Formkerns 26 sind mit einem Antihaftmittel behandelt bzw. nichthaftend ausgerüstet oder ausgebildet, so daß diese nach dem Aushärten des Harzes von dem Formkörper gelöst werden können. Das gleiche gilt für die Andrück­ leiste 28. Der Innenkern kann in Achsrichtung herausgezogen wer­ den, wobei zum leichteren Lösen der durch die beiden Gewebe­ schläuche 30 und 34 gebildete rohrförmige Teil auch in Bereichen, die später nicht Teil der Rohrschale 4 bilden, zur Erleichterung der Lösung des Innenkerns aufgeschlitzt werden können. Zum Heraus­ nehmen des Formelementes 26 können die beiden Gewebeschläuche 32, 34 im Bereich der Basis 36 des Formelementes 26 beispielsweise mit einem Messer durchtrennt werden. Hierfür kann in der Basisfläche 21 des Formelementes 26 eine Längsnut 38 als Führung für das Mes­ ser oder ein sonstiges Trennwerkzeug vorgesehen sein.

Ein Halbzeug, das auf diese Weise hergestellt wird, ist in Fig. 3 dargestellt. Die freien Längsränder 40 der Knotenscheiben 8 und 10 werden auf das vorgegebene Maß beschnitten. Anschließend wird der rohrförmige Teil entsprechend dem gewünschten Umschlingungswinkel in Längsrichtung aufgetrennt, bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit einem Umschlingungswinkel von 180°, also in der Ebene 42, die hier senkrecht zur Symmetrieebene 44 des Verbindungsele­ mentes liegt. Von den in größeren Längen herstellbaren Halbzeugen werden dann die Verbindungselemente in der jeweils gewünschten Länge abgeschnitten.

Der Winkel zwischen den beiden Knotenscheiben 8, 10 wird entspre­ chend den jeweiligen Anforderungen gewählt. Er kann auch 90° be­ tragen. Auch größere Winkel, beispielsweise von 180° mit einander dann diametral gegenüberliegenden Knotenscheiben, sind möglich.

Weitere Vorrichtungen zur Herstellung von Verbindungselementen gemäß der Erfindung sind in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. Bei diesen Verbindungselementen ist zusätzlich zu den in dem Innen­ kern eine der Zahl der Knotenscheiben entsprechende Anzahl von Außenkernen 48, 50, 52, 54 vorgesehen, für deren Querschnittform das oben zur Ausgestaltung des Formelementes 26 Gesagte gilt.

Die Vorrichtung nach Fig. 4 dient zur Herstellung von Verbin­ dungselementen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, d. h. von Verbindungselementen mit einem Winkel von 60° zwischen zwei be­ nachbarten Knotenscheiben. Dabei entsprechen die Formelemente 48 und 50 dem Formelement 26 der Ausführungsform nach Fig. 2. Die beiden weiteren Formelemente 52 und 54 sind entsprechend der Außenkontur der Rohrschale und der Knotenscheiben in den Bereichen zwischen den Formelementen 48 und 50 ausgebildet. Die Gesamtheit der Formelemente bildet damit die Außenform des mit dieser Vor­ richtung herzustellenden Halbszeugs ab, aus dem die Formelemente nach Fig. 1 hergestellt werden.

Zur Herstellung eines solchen Halbzeugs mit vier Knotenscheiben wird auf den in den Innenkern 46 wiederum in der oben angegebenen Weise ein Gewebeschlauch aus Kohlenstoffasern aufgezogen. Weitere Ge­ webeschläuche (49, 51, 53, 55) werden auf die vier Formelemente 48 bis 54 aufgezogen. Die Gewebeschläuche werden dann wiederum in den Bereichen, in denen sie Teil der doppelten Wandung des Halbzeugs bilden, mit Kunstharz benetzt. Anschließend werden die vier Formelemente 48 bis 54 gegen den Innenkern 26 und gegeneinander gedrückt und unter Vorspannung gehalten bis das Harz ausgehärtet ist. Dann werden wie oben beschrieben die Gewebeschläuche bei al­ len vier äußeren Formelementen an der Basis der Formelemente durchtrennt, und die Formelemente 48 bis 54 entnommen. Der Innen­ kern wird aus dem rohrförmigen Teil gezogen. Die freien Ränder der Knotenscheiben werden an ihren Längsrändern auf das vorgegebene Maß geschnitten. Zur Herstellung von Verbindungselementen gemäß Fig. 1 wird das Halbzeug in der Symmetrieebene 56 durchtrennt. Auf diese Weise entstehen dann zwei Stränge, aus denen dann die Verbindungselemente in der gewünschten Länge abgetrennt werden können.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 ist die Vor­ richtung in gleicher Weise aufgebaut wie oben unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 schließen die Knotenscheiben zwischen sich gleiche Winkel von 90° ein. Das Herstellungsverfahren entspricht dem oben unter Bezug auf Fig. 4 beschriebenen. Auch hier können jeweils Verbindungsele­ mente mit zwei Knotenscheiben durch Trennung in der Ebene einer der beiden Symmetrielinien erzeugt werden. Falls Verbindungsele­ mente mit vier Knotenblechen verlangt werden, sollte die die Rohrschale bildende Rohrwandung einseitig zwischen zwei Knoten­ scheiben durchtrennt werden, und zwar mit einer Breite, daß beim Verkleben mit dem Holmstab die die Knotenscheiben tragende Rohr­ schale unter Vorspannung gegen die Holmoberfläche anpreßbar ist.

In Fig. 6 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbindungs­ elementes mit drei Knotenscheiben dargestellt, die unter gleichen Winkeln von 120° zueinander liegen. Hier werden drei äußere Form­ elemente verwendet. Die Herstellung des Halbzeugs erfolgt hier in gleicher Weise wie oben unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Auch hier wird die rohrförmige Wandung, von der die Knotenscheiben ra­ dial abstehen, zwischen zwei Knotenscheiben in Längsrichtung durchtrennt, so daß die Rohrschale beim Verkleben mit einem Holm an diesen unter Vorspannung anlegbar ist.

Wie ohne weiteres ersichtlich, können mit den beschriebenen Vor­ richtungen nach den Fig. 4 bis 6 auch Verbindungselemente mit drei und mehr Knotenscheiben mit unterschiedlichen Winkeln zwi­ schen den Knotenscheiben hergestellt werden.

Bei Verbindungselementen, bei denen die Rohrschale wie oben er­ wähnt ausschließlich aus den Gewebeabschnitten 18, 20 und 22 ge­ bildet ist, wird auf den Kern kein Fasergewebeschlauch aufgezogen. Grundsätzlich ist es auch möglich, ohne Gewebeschläuche zu arbei­ ten und stattdessen Gewebestreifen mit sich unter ± 45° kreuzenden Fasern zu verwenden. Auch Kombinationen sind zum Zwecke der leich­ teren Handhabung möglich. So können beispielsweise bei der Vor­ richtung nach Fig. 4 und 5 die beiden Formelemente 48 und 50 mit einem Fasergewebeschlauch in der oben beschriebenen Weise über­ zogen werden, während für die von den Formelementen 52 und 54 abzubildenden Gewebeschichten die erwähnten Gewebestreifen ver­ wendet werden können. Solche Gewebestreifen können dabei auf der Rückseite der Formelemente durch Klemmleisten an ihren Längsrän­ dern gehalten werden. Es ist dann selbstverständlich auch möglich, für alle Formelemente ohne Gewebeschläuche auszukommen und aus­ schließlich Gewebestreifen zu verwenden. Dies gilt auch, wenn für alle oder einzelne der Formelemente mehr als eine Gewebeschicht vorzusehen ist. Falls auf dem Innenkern kein Gewebeschlauch aufge­ zogen wird, wird die Innenfläche der Rohrschale direkt auf dem In­ nenkern abgeformt.

Fig. 7 zeigt gestrichelt einen Holmstab 60 eines räumlichen Fach­ werkes mit dreieckigem Querschnitt, an den ein Verbindungselement 2 über seine Rohrschale 4 angeklebt ist. An die Knotenscheiben 8, 10 sind hier Stäbe 62, 64 angeschlossen. Diese Stäbe können Dia­ gonal- oder Querstäbe des Fachwerkes sein.

Die Stäbe sind 62, 64 sind an ihren Enden mit Schlitzen versehen, mit denen sie auf die Knotenscheiben aufschiebbar sind. Die Ver­ bindung erfolgt durch eine flächige Klebung.

Die Zug- und Druckkräfte in den Stäben 62, 64 werden als Schub­ kräfte in die Knotenscheiben eingeleitet. Für diese Schubkräfte ist die Steifigkeit des Schaumstoffkerns, mit dem dünnwandige Stäbe aus Faserverbundwerkstoffen versehen sind, nicht ausrei­ chend. Die geschlitzten Enden der Stäbe müssen daher zur Erzie­ lung der notwendigen Schubsteifigkeit der Klebeflächen verstärkt werden.

Zwei Möglichkeiten für eine solche Verstärkung sind in Fig. 8 dargestellt. Bei der Ausführung rechts der Mittellinie - Schnitt B-B - ist der Stab 64 mit einem die Stabwandung 66 und den Schaumstoffkern 68 durchsetzenden Schlitz 80 versehen, dessen Breite B größer ist als die Breite b der Knotenscheibe 8. Die Schlitzwandung 70 ist hier durch eine Lage 72 eines Faserverbund­ werkstoffes gebildet, die jeweils Teil eines mit Kunstharz ge­ tränkten Fasergewebeschlauches ist, der um die beiden durch den Schlitz getrennten kreissegmentförmigen Abschnitte des Stabendes herum aufzuziehen ist, wie es in Fig. 8 rechts dargestellt ist.

Die beiden mit Harz benetzten Gewebeschläuche können dabei mittels einer Formplatte im Bereich des Schlitzes geformt werden, wobei der ebene Teil im Schlitz auf der Schnittfläche des Schaumstoffkerns 68 abgestützt wird.

Anstelle einer Formgebung der benetzten Gewebeschläuche in situ können auch vorgefertigte Verstärkungen verwendet werden. Hierfür können jeweils auf Kerne, deren Querschnitt dem Querschnitt der durch den Schlitz 80 gebildeten Segmente der Stabenden entspricht, ein Gewebeschlauch aufgezogen, mit Kunstharz benetzt und ausge­ härtet. Das so gebildete rohrförmige Formelement mit kreissegment­ förmigem Querschnitt - Halbkreis minus der halben Schlitzbreite - wird dann in seiner gerundeten Wandung 73 vorzugsweise mittig in Längsrichtung aufgetrennt. Der so gebildete Schlitz 65 ist in Fig. 8 rechts durch die beiden Begrenzungslinien angedeutet. Ein solches Formelement kann mit seiner gerundeten Wandung 73 weiter so ausgebildet sein, daß sich diese Wandung auf den äußeren Umfang des Stabes 64 bis unter das untere Ende 74 des Schlitzes er­ streckt, auf dem die ebene Wandung 72 aufliegt, wie in Fig. 7 ge­ strichelt dargestellt. Derartige ausgebildete Formelemente können dann auf die Stabenden aufgesteckt und außen mit der Stabwandung verklebt werden, wobei der Schlitz eine definierte Anpreßkraft für die Klebung ermöglicht. Dabei wird dann die Schwachstelle des Sta­ bes im Bereich des unteren Endes 74 des Schlitzes verstärkt.

Eine weitere Ausführungsform einer solchen Verstärkung ist in Fig. 8 links - Schnitt A-A - dargestellt. Bei dieser Ausführung wird der Schaumstoffkern des Stabes 62 bis unter das untere Ende 74 des Schlitzes ausgeräumt, und in das Rohrende werden dann kreissegmentförmige Schaumstoffkernabschnitte 76 eingefügt, die mit einem Fasergewebeschlauch aus Kohlenstoffasern überzogen sind, der mit einem Harz benetzt ist. Diese Kernabschnitte 76 mit dem darauf gezogenen Fasergewebeschlauch 78 haben eine Länge, die größer ist als die Tiefe des Schlitzes 80. Sie erstrecken sich al­ so bis über den Boden 74 des Schlitzes 80, vorzugsweise bis auf das angrenzende Ende des Schaumstoffkerns des Stabes.

Auch hier können die Kerne über eine Formplatte, die ein geringes Übermaß gegenüber der Breite der Knotenscheibe aufweist, bezüglich ihrer ebenen Klebeflächen geformt werden. Dabei sind die Abmes­ sungen der beiden Formkerne so bemessen, daß über die Formplatte der gerundete Abschnitt des Kerns mit dem Gewebeschlauch gegen die Innenseite der Rohrwandung gedrückt wird. Eine Anpressung unter­ halb des unteren Endes 74 des Schlitzes 80 kann dadurch erreicht werden, daß die Formplatte mit einem Absatz entsprechend dem in­ neren Durchmesser der Rohrwandung versehen ist, mit der auch die über das untere Ende 74 des Schlitzes 80 hinaus geführten Enden der Einsatzkerne gegen die Innenseite der Rohrwandung gedrückt werden, so daß auch hier eine definierte Klebung sichergestellt ist.

Auch die Ausführungsform nach Fig. 8 links hat den Vorteil, daß die Schwachstelle des Stabes im Bereich des unteren Endes 74 des Schlitzes 80 verstärkt wird.

Es ist weiter möglich, in das Stabende auch einen Formkörper aus einem schubsteifen Material einzukleben, beispielsweise einen ent­ sprechenden zylindrischen Stababschnitt, der sich bis unter das untere Ende 74 des Schlitzes hinaus in den Stab erstreckt, und in das Stabende eingeklebt ist. Das Stabende kann anschließend mit dem Formkörper geschlitzt werden. Ein solcher Einsatz kann auch aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen und auch als Spritzgußkörper ausgebildet sein. Zur Gewichtsersparnis kann der Einsatzkörper mit durchgehenden Hohlräumen versehen und auch mit dem Schlitz gespritzt sein.

Bei den Stäben, die im vorstehenden erwähnt sind, handelt es sich vorzugsweise um solche, die auf einem Schaumstoffkern eine Schicht unidirektionaler Kohlenstoffasern haben, über denen ein Gewebe­ schlauch angeordnet ist, der aus Glas- oder Kohlenstoffasern be­ steht. Solche Stäbe zeichnen sich bei hoher mechanischer Festig­ keit durch ein sehr geringes Gewicht aus.

Claims (17)

1. Verbindungselement aus Kohlefaserverbundwerkstoff mit sich kreuzenden Fasern für eine geklebte Verbindung zwischen unter einem Winkel zueinander liegenden Stäben, bei der die Stäbe über das Verbindungselement miteinander verbunden sind, mit einem zur Anlage an einem der Stäbe als Rohrschale (4) ausge­ bildeten gekrümmten Abschnitt, von dessen Außenseite wenig­ stens eine mit der Rohrschale einstückige und mit einem ande­ ren Stab verbindbare Knotenscheibe (8, 10) radial absteht, die sich bezüglich der Rohrschale in einer deren Achse ent­ haltenden Ebene erstreckt, wobei die Knotenscheibe aus we­ nigstens zwei Lagen (18, 20, 22) eines Fasergewebes gebildet ist, dessen Fasern sich unter einem Winkel von ± 45° zur Rohr­ schalenachse (6) kreuzen und dessen Gewebelagen (18, 20, 22) sich über den Anschlußbereich der Knotenscheibe an die Rohr­ schale hinaus jeweils über den angrenzenden Bereich der Rohr­ schale (4) erstrecken und die Rohrschale bilden.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschale zusätzlich auf ihrer Innenseite eine durchgehende innere Lage (16) aus einem Fasergewebe (16) aufweist, deren Fasern sich unter einem Winkel zwischen ± 65° bis ± 75° zur Rohrschalenachse (6) kreuzen.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungselementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
einen die Innenkontur der Rohrschale abbildenden zylin­ drischen Innenkern (24),
wenigstens ein äußeres Formelement (26), das der Außen­ kontur der Rohrschale im Bereich zwischen zwei Knotenscheiben und den Konturen der einander zugewandten Oberflächen dieser beiden Knotenscheiben entspricht als Träger für eine Gewebelage (18), die diese Außenkontur der Rohrschale und eine erste Gewebelage der Knotenscheiben (8, 10) bildet, und durch
Mittel, mit denen das Gewebe (20, 22), das eine zweite Lage (20, 22) der Knotenscheibe (8, 10) und die übrige Außen­ kontur der Rohrschale (4) bildet, an den zylindrischen Innen­ kern (24) und die auf dem äußeren Formelement (26) aufliegen­ de erste Gewebelage (18) der Knotenscheibe anlegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Andrucklei­ sten (28), mit denen das Gewebe (20, 22), das die zweite Lage der Knotenscheiben (8, 10) bildet, um den Innenkern (24) spannbar und zur ebenen Anlage an die erste Gewebelage (18) der Knotenscheiben (8, 10) anlegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Mehr­ zahl äußerer Formelemente (48, 50, 52, 54), die den zylin­ drischen Innenkern (24) vollständig einschließen und zwi­ scheneinander jeweils eine Knotenscheibe einschließen.

6. Verfahren zur Herstellung von Verbindungselementen gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 mit einer Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das der Außenkontur der Rohrschale (4) zwischen zwei Knotenscheiben (8, 10) und den einander zugewandten Sei­ ten der zwei Knotenscheiben tragenden entsprechende äußere Formelement (26) ein Gewebeschlauch (32) aus Kohlenstoffasern derart aufgezogen wird, daß sich die Fasern unter einem Winkel von ± 45°zur Längserstreckung des Formelementes kreuzen,
daß der Gewebeschlauch (32) auf dem Formelement (26) in den Bereichen, welche die Rohrschale und die Knotenscheiben bilden, mit Kunstharz benetzt wird und das Formelement (26) in Anlage an den Innenkern (24) gebracht wird,
daß über den Innenkern (24) und das äußere Formelement (26) ein weiterer Gewebeschlauch (34) aus Kohlefasern derart aufgezogen wird, daß sich die Fasern unter einem Winkel von ± 45° zur Achse (6) des Innenkerns (24) kreuzen, und
daß dieser weitere Gewebeschlauch (34) mit den Andrück­ leisten (28) an den Innenkern (24) und die mit dem anderen Gewebeschlauch (32) gebildete erste Gewebelage der Knoten­ scheiben auf dem Formelement (26) angelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf den Innenkern (24) ein Gewebeschlauch (30) so aufgezogen wird, daß sich dessen Fasern unter einem einem Winkel zwischen ± 65° und 75° kreuzen.

8. Verfahren zur Herstellung von Verbindungselementen nach An­ spruch 1 oder 2 mit einer Vorrichtung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet,
daß auf die äußeren Formelemente (48, 50; 52, 54) je­ weils eine Gewebelage (49, 51; 53, 55) aus Kohlefasern derart aufgebracht wird, daß sich die Fasern unter einem Winkel von ± 45° zur Längserstreckung der Formelemente kreuzen,
daß diese Gewebelagen (49, 51; 53, 55) auf den Form­ elementen in den Bereichen, welche der Rohrschale und den Knotenscheiben entsprechen, mit Harz benetzt werden,
und daß die Formelemente mit den Gewebelagen bis zum Aushärten des Harzes gegen den zylindrischen Innenkern (46) gepreßt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Gewebelage ein Gewebeschlauch auf die äußeren Formelemente aufgezogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Innenkern (46) ein zusätzlicher Gewebe­ schlauch (47) so aufgezogen wird, daß sich die Fasern unter einem Winkel zwischen ± 65° und ± 75°, bezogen auf die Kern­ achse, kreuzen.

11. Stab mit einer dünnen Wandung aus Kohlefaserverbundwerkstoff und mit einem druckfesten Schaumstoffkern und mit Mitteln zum Anschluß an eine Knotenscheibe der Verbindungselemente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschluß­ ende des Stabes (62, 64) geschlitzt ist und der Schlitz (80) eine der Dicke (b) der Knotenscheibe entsprechende Breite aufweist, so daß das Anschlußende des Stabes auf die Knoten­ scheibe aufschiebbar ist, und daß im geschlitzten Bereich des Stabes eine wenigstens an die Wandungen des Schlitzes angren­ zende schubsteife Verstärkung vorgesehen ist, die ihrerseits flächig mit der Stabwandung verklebt ist.

12. Stab nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereich des Stabes (62, 64), aus dem der Schaumstoffkern bis über das dem Stabende abgewandte Ende (74) des Schlitzes (80) hinaus ausgeräumt ist, wenigstens ein Verstärkungskörper (75) eingesetzt ist, der gegen die Innen­ wand des Stabes anliegt und mit dieser verklebt ist und mit einer schubsteifen Wandung (77) an den Schlitz angrenzt.

13. Stab nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (75) als Formkörper aus einem Verbund­ werkstoff ausgebildet ist.

14. Stab nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß, in das Stabende, an den Schlitz angrenzend, zwei Formelemente (75) eingesetzt sind, die aus einem Schaumstoff­ kern (76) mit einem Querschnitt in Form eines Kreissegmentes ausgebildet und mit einem Gewebeschlauch (78) aus Kohlefaser in einer Harzmatrix umschlossen sind, und die mit der Innen­ seite der Rohrwandung verklebt sind, wobei sich die Formele­ mente (75) bis unter das untere Ende (74) des Schlitzes hin­ aus in den Stab (62) hinein erstrecken.

15. Stab nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab im geschlitzten Bereich mit in einer Harz­ matrix eingebetteten Gewebeschläuchen (64) überzogen ist, die sich jeweils durch den Schlitz (80) und über den daran an­ grenzenden äußeren Umfang des Stabendes erstrecken und im Schlitz die Schlitzwandungen (72) bilden.

16. Stab nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf das geschlitzte Ende des Stabes dünnwandige Formkörper aus Faserverbundwerkstoff aufgeklebt sind, die einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, mit ihrer ebenen Wandung (70) jeweils den Schlitz begrenzen und deren gerundete Wandungen sich über das untere Ende der ebenen Wandung (72) hinaus erstrecken.

17. Stab nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper in ihrer gerundeten Wandung (73) mit einem Längsschlitz (65) versehen sind.