DE69318526T2 - Verbindungsanordnung für Bauelemente aus Kunstharz - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsanordnung für Bauelemente aus Kunstharz, etwa Bauelemente aus faserverstärkten Kunststoffharzen (FVK), die mit solchen anstelle herkömmlicher Holzbauelemente verwendeten Bauelementen aus Kunstharz verwendet werden können, und insbesondere für FVK-Bauelemente, die den Hauptrahmen eines Kühlturmes zum Zweck der Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und zum Vereinfachen der Überwachung im Betrieb bilden.
• Viele solche Bauelemente aus Kunstharz wurden anstelle Holz und Metall verwendet. Solche Bauelemente aus Kunstharz wurden jedoch selten unter Randbedingungen verwendet, unter denen sie einer hohen Last ausgesetzt sind.
• Auf dem Gebiet der Kühltürme zum Kühlen von warmem Wasser durch direkten Kontakt mit einer großen Menge von Umgebungsluft wurden Kunstharz-Bauelemente nur teilweise für kleine Kühltürme für Klimaanlagen und dergl. verwendet.
• Im Allgemeinen umfassen große Kühltürme, wie sie in verschiedenen chemischen Industriezweigen eingesetzt werden, einen Haupt- oder lasttragenden Rahmen aus Holz oder Stahl. Obwohl er typischerweise aus Holz der Douglasienlichte, das einer Druckimprägnierung unterzogen wurde, oder in einem heißgalvanischen Prozeß mit Zink beschichteten Stahlbauteilen besteht, neigt der Hauptrahmen dennoch dazu, leicht zu korrodieren oder seinen Zustand zu verschlechtern, weil er sich im Inneren des Turmes befindet, in dem eine Atmosphäre mit extrem hoher Temperatur und extrem hoher Feuchtigkeit herrscht.
• Ein aus Holz- oder Stahlbauteilen bestehender Rahmen beginnt normalerweise nach sieben oder acht bis zehn Jahren, am und um den oberen Abschnitt des Rahmens zu korrodieren, der an das Verteilungssystem angrenzt, was eine Reparatur des Turmes erforderlich macht.
• Wenn sich die Korrosion ausbreitet, verteilen sich die korrodierten Holzteilchen oder Rostpartikel in das gekühlte Wasser, was zu einer Verschlechterung der Leistung des Kühlturmes führen kann, etwa durch Verstopfen des Siebes in dem Wasserkühlungs-System oder Erhöhung der Last, der die Pumpe ausgesetzt ist.
• Man kann daher daran denken, den Hauptrahmen aus Kunstharz, insbesondere FVK herzustellen, der eine hohe Korrosionsbeständigkeit in einer korrosiven Umgebung aufweist. Der Hauptrahmen kann nicht aus einem einzelnen FVK-Bauteil hergestellt werden, und ist eine Konstruktion aus Säulen und Quer- und Diagonalträgern, so daß eine Struktur zu deren sicherem Verbinden entwickelt werden muß.
• Zu diesem Zweck wurden verschiedene Verbindungsstrukturen entwickelt. Zum Beispiel ist in EP-0388222 eine Verbindungsstruktur zum Verbinden hohler FVK-Bauteile mit rechteckigem Querschnitt offenbart, bei der, wie in den Fig. 1a und 1b der beigefügten Zeichnungen dargestellt, die eine Vorderansicht bzw. ein vergrößerter Querschnitt der bekannten Struktur zeigt, zwei hohle FVK-Bauteile 1 und 1a mit rechteckigem Querschnitt über einen Verbinder 2 in Form eines hohlen FVK-Bauteiles mit rechteckigem Querschnitt verbunden werden, das die Bauteile 1 und 1a umgibt und vorgebohrte Nietlöcher in seinen Seitenwänden aufweist. Genauer werden die zu ver bindenden Bauteile 1 und 1a mit zwei Abstandshaltern 4 so in den Verbinder 2 montiert, daß gegenüberliegende Enden der Bauteile 1 und 1a aneinander anliegen. Dann werden auf der Baustelle mit den vorgebohrten Nietlöchern in den entsprechenden Seitenwände des Verbinders 2 fluchtende Nietlöcher durch die Seitenwände der Bauteile 1 und 1a gebohrt, und ein Blindniet 3 wird in jedes Loch getrieben, bevor das nächste Loch gebohrt wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das gesamte Nieten abgeschlossen ist, wodurch die Bauteile 1 und 1a dann verbunden sind.
• Somit wird, wenn ein Blindniet 3 in die Bauteile 1 und 1a getrieben werden soll, ein entsprechendes Nietloch gebohrt und der Niet dann eingesetzt, und dieses Bohren und Nieten wird wiederholt, um das Verbinden der Bauteile 1 und 1a zu vollenden. Daher können die Nietlöcher mit einer gleichmäßigen Bohrgenauigkeit gebildet werden, selbst wenn eine große Anzahl von Blindnieten 3 verwendet wird, so daß die Last gleichmäßig über alle Blindnieten 3 verteilt wird, wodurch die benötigte Verbindungsstärke erreicht wird.
• Diese Bohr- und Nietvorgänge auf der Baustelle sind jedoch selbst sehr zeitraubend und umständlich im Vergleich zu dem Fall, wenn der Hauptrahmen aus herkömmlichen hölzernen Bauteilen hergestellt wird. Die Anzahl der Montageschritte wird bei dem obigen Verfahren nachteilig um 10 bis 20% gegenüber letzterem erhöht.
• Um dieses Problem zu lösen, kann man daran denken, Bolzen anstelle der Blindnieten zu verwenden, von denen jeder eine höhere Festigkeit als ein Blindniet aufweist. Wenn der Verbinder und die FVK-Bauteile entsprechend für das Verschrauben mit Bolzen vorgebohrt sind, müssen die Durchmesser der gebohrten Bolzenlöcher 2 bis 3 mm größer sein als die der zu verwendenden Bolzen, und daher kann die Last aufgrund der Bohr- und Verschraubungstoleranzen und -ungenauigkeiten nicht gleichmäßig über alle Bolzen verteilt werden. Dies heißt, daß selbst wenn eine große Anzahl von Bolzen verwendet wird, die insgesamt zulässige Last nicht proportional zur Anzahl der Bolzen ansteigt (siehe gestrichelte Linie in Fig. 4).
• Man kann vorschlagen, daß eine Verbesserung der Bohrgenauigkeit zum Zweck einer gleichmäßigen Verteilung der Last über alle Bolzen durch ein Bohren der FVK-Bauelemente auf der Baustelle in Ausrichtung zu den vorgebohrten Löchern in einem Verbinder erreicht werden könnte. Es ist jedoch in der Praxis so gut wie unmöglich, auf einer Baustelle Bolzenlöcher quer durch ein FVK-Bauelement in Form eines hohlen Rohres mit der erforderlichen Bohrgenauigkeit zu bohren.
• Wenn man FVK-Bauelemente unter Verwendung einer Mehrzahl von Bolzen verbindet, werden die Bolzenlöcher mit hoher Bohrgenauigkeit vorgebohrt, wobei der Abstand der Bolzenlöcher vorzugsweise vier- oder mehrmals der Durchmesser d der Bolzen ist, wie in Fig. 2b gezeigt, um so eine ausreichende Tragfähigkeit zu gewährleisten. Als Ergebnis werden die Abschnite der Bauteile, die zu Verbindungszwecken verwendet werden, relativ lang, so daß der Verbinder auch relativ groß ist und daher das Verschrauben auf der Baustelle schwierig wird.
• EP-A-0388222 offenbart auch das Verbinden eines hohlen FVK-Bauteiles mit einem oder mehreren Balken durch Einpassen einer Hülse durch gegenüberliegende Wände des hohlen Bauteiles, Durchgreifen eines Bolzens durch ein Loch in dem oder jedem Balken und durch die Löchern in dem hohlen Bauteil und das Schrauben einer Mutter auf den Bolzen. Es ist nur die Verwendung eines einzelnen Bolzens offenbart, und es gibt keine Offenbarung dahingehend, daß die Hülse in einer Richtung quer zu ihrer Länge nachgiebig ist.
• FR-A-1329656 offenbart eine Verbindungsstruktur, die ein hohles Verbindungsbauteil umfaßt, das in die Enden von röhrenförmigen, zu verbindenden Bauteilen eingesetzt wird. Dann werden Bolzen in zueinanderpassenden Löchern in dem Verbindungsbauteil und der röhrenförmigen Bauteilen befestigt.
• Um die oben genannten und andere Probleme zu lösen ist es das Ziel der Erfindung, eine Verbindungsstruktur zum sicheren Verbinden von Bauteilen aus Kunstharz mit einer Mehrzahl von Bolzen auf einfache Weise zu schaffen.
• Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert, und bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den davon abhängigen Ansprüchen definiert.
• Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Verbindungsanordnung für hohle Strukturbauteile aus Kunstharz geschaffen, umfassend ein hohles Verbindungsbauteil, in das die Strukturbauteile eingesetzt sind oder das in die Strukturbauteile eingesetzt ist, so daß die Strukturbauteile an entgegengesetzten Enden davon aneinander anliegen, eine Mehrzahl von Bolzen, die sich durch die Strukturbauteile und das Verbindungsbauteil erstrecken, so daß sich jeder Bolzen in eine Richtung erstreckt, die im gleichen Winkel gegenüber der Richtung entlang des Verbindungsbauteiles benachbarter Bolzen beabstandet ist, und ein Lagerdruck-Dämpfungselement, umfassend eine Hülse, die über jeden Bolzen (16) montiert ist, deren Enden in den einander gegenüberliegenden Löchern (12) in den Strukturbauteilen aufgenommen sind und die im wesentlichen entlang ihrer Längsachse steif und quer zu ihrer Längsachse nachgiebig ist, um so eine Verformung der Strukturbauteile und des Verbindungsbauteiles zu verhindern und Lasten im wesentlichen gleichmäßig über alle Bolzen zu verteilen und dadurch die Strukturbauteile zu verbinden.
• In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung für hohle Strukturbauteile geschaffen, wobei die Strukturbauteile in einem vorbestimmten Winkel aneinander anliegen oder einander schneiden, umfassend eine Verbindungsstruktur für hohle Strukturbauteile aus Kunstharz, wobei die Strukturbauteile nicht-parallel aneinander anliegen oder einander schneiden, umfassend ein Verbindungsbauteil, das die Strukturbauteile umgibt oder in das die Strukturbauteile eingesetzt sind, eine Mehrzahl von Bolzen, die sich durch das Verbindungsbauteil und die Strukturbauteile erstrecken, so daß sich jeder Bolzen in eine Richtung erstreckt, die im gleichen Winkel gegenüber der Richtung entlang des Verbindungsbauteiles benachbarter Bolzen beabstandet ist, und ein Lagerdruck-Dämpfungselement, umfassend eine Hülse, die über jeden Bolzen montiert ist, deren Enden in den einander gegenüberliegenden Löchern in den Strukturbauteilen aufgenommen sind und die im wesentlichen entlang ihrer Längsachse steif und quer zu ihrer Längsachse nachgiebig ist, um so eine Verformung der Strukturbauteile und des Verbindungsbauteiles zu verhindern und Lasten im wesentlichen gleichmäßig über alle Bolzen zu verteilen und dadurch die Strukturbauteile zu verbinden.
• Die hohlen Strukturbauteile können in das Verbindungsbauteil eingesetzt werden oder umgekehrt. Die Merkmale der spezifischen Ausführungsformen gelten umgekehrt auch für die umgekehrte Beziehung des Verbindungsbauteiles gegenüber dem Strukturbauteil.
• Das Verbindungsbauteil hat einen inneren oder äußeren Querschnitt, der der äußeren Oberfläche des (oder der) in es eingesetzten Strukturbauteile entspricht. Der Querschnitt kann rund oder der eines Vielecks mit einer geraden Seitenzahl sein, etwa ein Quadrat, Sechseck, Achteck, Zehneck etc.
• Bei allen Arten der Erfindung kann das Verbindungsbauteil zwei Hälften umfassen, die zu einer einheitlichen Struktur montiert werden.
• Wenn die hohlen Strukturbauteile aus Kunstharz mit den Bolzen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verbunden werden sollen, werden die Strukturbauteile aneinander anliegend in dem hohlen Verbindungbauteil angeordnet, das Lagerdruck-Dämpfungselement wird über jeden der Bolzen montiert, um so Verformungen der hohlen Strukturbauteile und des hohlen Verbindungsbauteiles zu verhindern und von der Bohrtoleranz herrührende nachteilige Effekte zu erleichtern bzw. zu kompensieren, und die Bolzen erstrecken sich so durch das Verbindungsbauteil und die Strukturbauteile, daß sich Achsen der Bolzen abwechselnd in zwei zueinander senkrechte Richtungen erstrecken. Die Dämpfungswirkung aufgrund der Verformung des über den Bolzen montierten Lagerdruck-Dämpfungselementes verhindert jede Konzentration einer Last über einige der Bolzen und erreicht eine gleichmäßige Verteilung der Last über alle Bolzen. Die zueinander geneigte, d. h. senkrecht abwechselnde Anordnung der Bolzen verringert die Länge der für das Verbinden zu benutzenden Abschnitte der Strukturbauteile. Die Bohrgenauigkeit wird ausgeglichen oder verbessert.
• Wenn die hohlen Kunstharz-Strukturbauteile gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verbunden werden sollen, indem die Strukturbauteile unter einem bestimmten Winkel aneinander angelegt oder miteinander geschnitten werden, umgibt ein Verbindungsbauteil die Strukturbauteile, und das Lagerdruck-Dämpfungselement wird über den entsprechenden Bolzen montiert, um so jegliche Verformungen der hohlen Strukturbauteile und des hohlen Verbindungsbauteiles zu verhindern und negative Effekte, die von der Bohrtoleranz herrühren, zu erleichtern oder zu kompensieren. Die Bolzen werden so angezogen, daß sich die Achsen der Bolzen in zwei zueinander senkrechte Richtungen erstrecken, so daß die von den Verformungen der Dämpfungselemente herrührende Dämpfungswirkung verhindert, daß sich die Last auf einige Bolzen konzentriert, und eine gleichmäßige Verteilung der Last auf alle Bolzen erreicht; die Länge des Verbindungsbauteiles kann verringert werden und die Bohrgenauigkeit wird ausgeglichen oder verbessert.
• Das Verbindungsbauteil kann zwei Hälften umfassen, was das Verbinden erleichtert und die Anwendung auf das Verbinden von Kunstharz-Strukturelementen mit allen Verbindungsformen ermöglicht:
• Die Strukturbauteile und das Verbindungsbauteil werden in einer Fabrik vorgebohrt, so daß die Anzahl der Verbindungsschritte auf einer Baustelle deutlich reduziert und eine gewünschte Verbindungsstärke sichergestellt wird.
• Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlicher, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu sehen ist, in denen zeigen:
• Fig. 1a eine Vorderansicht einer herkömmlichen Verbindungsstruktur für Kunstharz- Strukturbauteile;
• Fig. 1b einen vergrößerten Schnitt hierdurch;
• Fig. 2a eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur zum Verbinden von Kunstharz-Strukturelementen;
• Fig. 2b eine Vorderansicht einer herkömmlichen Struktur, die zum Vergleich mit Fig. 2a dargestellt ist;
• Fig. 3a ein vergrößerter Teilschnitt der Ausführungsform;
• Fig. 3b eine Modifikation davon;
• Fig. 4 ein Diagramm zum Erklären des Vergleichs der Verbindungsstärke zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik;
• Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstruktur einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Verbindungsbauteilhälften sowohl im montierten als auch im auseinandergenommenen Zustand gezeigt sind; und
• Figs 6a bis 6f Ansichten, welche Modifikationen einer erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur zeigen.
• Die Figs. 2a, 3a und 3b zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur zum Verbinden von Kunstharz-Strukturbauteilen.
• Bei der ersten Ausführungsform werden die Kunstharz-Strukturbauteile 11 und 11a mit einer allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichneten Verbindungsstruktur axial miteinander verbunden. Genauer werden die Strukturbauteile 11 und 11a in Form von hohlen FVK-Röhren mit rechteckigem Querschnitt so miteinander verbunden, daß jede Röhre z. B. mit vier Bolzen verbunden wird. Insgesamt acht Bolzen werden verwendet, um die Strukturbauteile 11 und 11a zu verbinden.
• Wie am besten in Fig. 2a zu sehen, werden erste Bolzenlöcher 12-1 und 12a-1 durch gegenüberliegende Seitenwände der Strukturbauteile 11 und 11a so vorgebohrt, daß jedes der Bolzenlöcher 12-1 und 12a-1 von den aneinander anliegenden Enden der Strukturbauteile 11 und 11a um einen Abstand beabstandet ist, der viermal dem Durchmesser d der Bolzenlöcher entspricht. Auf gleiche Weise werden dritte Bolzenlöcher 12-3 und 12a-3 so durch die gleichen Wände vorgebohrt, so daß die dritten Bolzenlöcher 12-3 und 12a-3 von den entsprechenden ersten Bolzenlöchern 12-1 und 12a-1 um einen Abstand beabstandet sind, der ebenfalls viermal dem Durchmesser d der Bolzenlöcher entspricht. Zweite Bolzenlöcher 12-2 und 12a-2 werden durch die übrigen gegenüberliegenden, zu den oben genannten Wänden mit den Bolzenlöchern 12-1, 12a-1, 12-3 und 12a-3 senkrechten Seitenwände der Strukturbauteile 11 und 11a so gebohrt, daß die zweiten Bolzenlöcher 12-2 und 12a-2 entsprechend an den Punkten in der Mitte zwischen den entsprechenden ersten und dritten Bolzenlöchern 12-1 und 12-3 sowie 12a-1 und 12a-3 liegen (d. h. an den von den aneinander anliegenden Enden um mehr als viermal den Durchmesser d der Bolzenlöcher beabstandeten Positionen). Auf gleiche Weise werden vierte Bolzenlöcher 12-4 und 12a-4 entsprechend durch die Wände mit den Bolzenlöchern 12-2 und 12a-2 vorgebohrt, so daß die vierten Bolzenlöcher 12-4 und 12a-4 entsprechend um einen Abstand von den entsprechenden zweiten Bozenlöchern 12-2 und 12a-2 beabstandet sind, der viermal dem Durchmesser d der Bolzenlöcher entspricht.
• Um die Strukturbauteile 11 und 11a zu verbinden, wird ein hohles Verbindungsbauteil 13, etwa eine hohle FVK-Röhre mit rechteckigem Querschnitt verwendet, in das die Strukturbauteile 11 und 11a eingesetzt werden. Vier Bolzenlöcher 14 werden durch jede Wand zweier gegenüberliegender Wandpaare des Verbindungsbauteiles 13 gebohrt, die senkrecht zueinander sind, so daß die vier Bolzenlöcher 14 jeder Wand des Verbindungsbauteiles 13 den oben erwähnten vier Bolzenlöchern 12-1, 12a-1, 12-3 und 12a-3 bzw. 12-2, 12a-2, 12-4 und 12a-4 der Strukturbauteile 11 bzw. 11a entsprechen.
• Als nächstes wird, wie am besten in Fig. 3a zu sehen, ein zylindrisches Lagerdruck- Dämpfungselement 15 so in jedes der Bolzenlöcher 12-1, 12a-1, 12-2, 12a-2, 12-3, 12a-3, 12-4 und 12a-4 eingesetzt, daß es nicht nur jegliche Verformungen des Verbindungsbauteiles 13 und der Strukturbauteile 11 und 11a aufgrund des Verschraubens verhindert, sondern auch jegliche Konzentration der Last auf einige der Bolzen aufgrund von Bohrtoleranzen der Bolzenlöcher 12- und 14 vermeidet. Bolzen 16 erstrecken sich durch die Lagerdruck-Dämpfungselemente 15.
• Wenn die Lagerdruckfestigkeit geringer ist, kann das Lagerdurck-Dämfungselement 15 verwendet werden, das sich durch beide Bolzenlöcher 12 und 14 erstreckt, wie in Fig. 3b gezeigt. Dies erleichtert das Montieren der Lagerdruck-Dämpfungselemente 15, weil die Dämpfungselemente 15 von außerhalb des Verbindungsbauteils 13 eingesetzt werden können.
• Anforderungen an das Dämpfungselement 15 zum zufriedenstellenden Erreichen seiner Funktionen sind folgende: Das Dämpfungselement 15 muß eine hohe Festigkeit in seiner Axialrichtung aufweisen, um so zu verhindern, daß das Element 15 beim Anziehen des Bolzens verformt wird. Weiter muß das Dämpfungselement 15 in radialer Richtung des Zylinders in gewisser Weise elastisch sein. Wenn diese Anforderungen erfüllt sind, wird die Konzentration der Last auf einige Bolzen verhindert, so daß die Last zufriedenstellend über die verwendeten Bolzen verteilt werden kann. Zum Beispiel wird ein hohler, aus einem FVK hergestellter Zylinder als Dämpfungselement 15 verwendet.
• Im Fall eines hohlen Zylinders aus FVK, werden Glasfasern in axialer Richtung so laminiert, daß der hohle Zylinder einen ausreichenden Widerstand gegen die in seiner axialen Richtung aufgebrachte Kraft aufweist; die Verstärkung in radialer Richtung ist jedoch geringer, so daß aufgrund der Kunstharzschicht elastische Verformungen in radialer Richtung in gewissem Maß zulässig sind. Die Erfindung benutzt diese Eigenschaften oder Merkmale eines hohlen Zylinders aus FVK.
• Beim Verbinden der Kunstharz-Strukturbauteile miteinander werden die Strukturbauteile 11 vorläufig mit solchen Dämpfungselementen versehen und dann in das Verbindungsbauteil 13 von dessen offenen Enden aus eingesetzt, bis die einander gegenüberliegenden Enden der Strukturbauteile 11 aneinander anliegen. Die Bolzenlöcher der in die Bolzenlöcher 12 der Strukturbauteile 11 und 11a eingebrachten der Dämpfungselemente 15 werden zu den Bolzenlöchern 14 des hohlen Verbindungsbauteiles 13 ausgerichtet. Als nächstes werden Bolzen 16 durch diese ausgerichteten Bolzenlöcher eingesetzt und über Muttern 17 festgezogen.
• Wie in Fig. 3a zu sehen, weist der Schaft 16a des Bolzens 16 eine Länge auf, die der Länge zwischen den gegenüberliegenden Wänden des hohlen Verbinders 13 entspricht, so daß der Bolzen 16 sowohl eine innere Oberfläche des Dämpfungselementes 15 als auch die Bolzenlöcher 14 nicht an einem Außengewinde 16b des Bolzens 16 sondern am Schaft 16a berührt.
• Dies verhindert einen Versatz des Bolzens aufgrund eines Unterschiedes im Durchmesser zwischen dem Schaft 16a und dem Außengewinde 16b und verhindert eine Lastkonzentration. Mit einer solchen Verbindungsstruktur 10 werden die Strukturbauteile 11 und 11a auf einfache Weise über den hohlen Verbinder 13, die Bolzen 16 und die Muttern 17 miteinander verbunden.
• Die Bolzenlöcher 12 und 14 werden abwechselnd in zwei zueinander senkrechte Richtungen vorgebohrt, so daß die Länge des Verbindungsbauteiles 13 im Gegensatz zu der Anzahl verwendeter Bolzen verringert werden kann.
• Zum Beispiel kann, im Gegensatz zu der herkömmlichen Verbindungsstruktur, bei der, wie am besten in Fig. 2b zu sehen, vier Bolzen entlang einer geraden Linie parallel zu Achse jedes Strukturbauteiles 11 verwendet werden, so daß das vierte Bolzenloch 12-4 um 16d von dem anliegenden Ende des Strukturbauteiles 11 beabstandet ist, bei der in Fig. 2a gezeigten Verbindungsstruktur die Länge zwischen dem vierten Bolzenloch 12-4 und dem anliegenden Ende um etwa 64% verringert werden.
• Bei der ersten Ausführungsform werden die Kunstharz-Strukturbauteile 11 und 11a durch 8 Bolzen 16 verbunden. In diesem Fall erstreckt ich das Dämpfungselement 15 durch jedes der Bolzenlöcher 12, selbst wenn einige kleine Fehler zwischen dem Raster der Bolzenlöcher 12 und 12a der Strukturbauteile 11 und 11a und dem Raster der Bolzenlöcher 14 des hohlen Verbinders 13 vorhanden sind, so daß die in axialer Richtung der Strukturbauteile 11 und 11a und des hohlen Verbinders 13 ausgeübte Last aufgrund der elastischen Verformungen der Dämpfungselemente 15 in Radialrichtung gleichmäßig über alle Bolzenlöcher 16 verteilt wird, wodurch die Verbindungsfestigkeit proportional zur Anzahl der verwendeten Bolzen gesteigert wird. Die oben beschriebene Tatsache, daß die Verbindungsstärke proportional zu der Anzahl der verwendeten Bolzen ist, wurde durch die Ergebnisse von Zersörungstests der steifen Hauptrahmen in voller Größe bestätigt, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 4 angegeben. Das heißt, daß die Verbindungsstärke je Bolzen aufrecht erhalten werden kann, selbst wenn die Anzahl der Bolzen erhöht wird.
• Andererseits fällt bei der oben unter Bezugnahme auf Fig. 2b beschriebenen herkömmlichen Verbindungsstruktur ohne Verwendung von Lagerdruck-Dämpfungselementen die Verbindungsstärke pro Bolzen ab, wenn die Anzahl der Bolzen erhöht wird, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 angedeutet. Zum Beispiel fällt die Verbindungsstärke pro Bolzen im Vergleich zu dem Fall, wenn nur ein Bolzen verwendet wird, um etwa 50% ab, wenn vier Bolzen verwendet werden.
• Weiter ist gemäß der ersten Ausführungsform im Vergleich zu der herkömmlichen Verbindungsstruktur unter Verwendung von Blindnieten der Bohrvorgang auf der Baustelle unnötig, und daher kann die für den Verbindungsvorgang benötigte Zeit verringert werden. Zum Beispiel wird die Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verbindungsvorganges aus der Tatsache klar, daß zum Erreichen der durch Verwenden von vier Bolzen mit 20 mm Durchmesser erreichbaren Verbindungsstärke die herkömmliche Verbindungsstruktur dreißig Blindnieten mit 48 mm Durchmesser benötigt.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird als nächstes eine zweite Ausführungsform der Erfindung zum Verbinden von hohlen Kunstharz-Strukturbauteilen in einem vorbestimmten Winkel zueinander beschrieben.
• Bei einer allgemein durch das Bezugszeichen 20 bezeichneten Verbindungsstruktur liegen zwei Kunstharz-Strukturbauteile 21 und 21a aneinander an und sind unter einem vorbestimmten Winkel miteinander verbunden. Das Strukturbauteil 21a ist an seinem einen Ende unter einem vorbestimmten Winkel mit dem Strukturbauteil 21 verbunden und ist an seinem anderen Ende unter einem vorbestimmten Winkel mit einem Kunstharz-Strukturbauteil 22 verbunden. Es werden zwei oder obere und untere Verbindungsstrukturen 20 verwendet.
• Wie in Fig. 5 gezeigt sind zwei Verbindungsstrukturen 20 im wesentlichen strukturell gleich, so daß die Beschreibung einer Verbindungsstruktur ausreichen wird, um die zweite Ausführungsform zu verstehen.
• Ein in der Verbindungsstruktur 20 verwendetes Verbindungsbauteil 23 umfaßt einen hohlen Vebrindungsabschnitt 23a, in den das Strukturbauteil 21 oder 22 eingesetzt ist, und einen geneigten hohlen Verbindungsabschnitt 23b, der sich von dem Verbindungsabschnitt 23a erstreckt und um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist, und in den das Strukturbauteil 21a eingesetzt ist. Das Verbindungsbauteil 23 kann aus einem FVK gefertigt sein. Die geraden und geneigten Verbindungsabschnitte 23a und 23b können in Form einer einteiligen, einheitlichen Struktur oder einer aus zwei Hälften bestehenden Struktur vorliegen, wie in Fig. 5 gezeigt. Sogar in dem Fall des Verbindungsbauteils 23 aus zwei Hälften sind die gegenüberliegenden Seitenwände der beiden Hälften so vorgebohrt, daß sich die Bolzen abwechselnd in zwei zueinander senkrechte Richtungen erstecken.
• Ob das Verbindungsbauteil 23 als einheitliche Struktur oder als zweihälftige Struktur hergestellt wird, hängt von dem auf der Baustelle unter einem Winkel zu verbindenden Strukturbauteil 21a ab. Wenn das Strukturbauteil 21a z. B. an seinen Enden mit den Strukturbauteilen zu verbinden ist, kann es schwierig sein, für diese beiden Enden die Verbindungsbauteile 23 in Form einheitlicher Strukturen zu verwenden. Vorzugsweise ist wenigstens eines dieser beiden Verbindungsbauteile 23 zur Vereinfachung des Verbindungsvorganges zweihälftig.
• Alternativ wird nur ein Ende des Strukturbauteiles 21a unter Verwendung der Verbindungsstruktur 20 in Form einer einheitlichen Strukturverbunden, während das andere Ende mittels herkömmlichem Nieten verbunden wird.
• Gegenüberliegende Wände der geraden. und geneigten hohlen Verbindungsabschnitte 23a und 23b sind so vorgebohrt, daß die gebohrten Bolzenlöcher 24 abwechselnd senkrecht zueinander stehen. Erste Bolzenlöcher 24-1 auf dem geneigten Verbindungsabschnitt 23b sind von dem Ende des Strukturbauteiles 21a um mindestens einen Abstand beabstandet, der viermal dem Durchmesser d der Bolzenlöcher entspricht. Der Abstand der Bolzenlöcher 24 auf den gegenüberliegenden Seitenwänden des geneigten Verbindungsabschnittes 23b ist 4d oder mehr. Das Raster der Bolzenlöcher 24 auf den gegenüberliegenden Seitenwänden des geraden Verbindungsabschnittes 23a ist ebenfalls 4d oder mehr.
• In den Strukturbauteilen 21, 21a und 22 sind ebenfalls (in Fig. 5 nicht gezeigte) Bolzenlöcher ausgebildet, die entsprechend mit den Bolzenlöchern 24 der oben beschriebenen Verbindungsbauteile 23 übereinstimmen.
• Bei der zweiten Ausführungsform sind die (in Fig. 5 nicht gezeigten) Lagerdruck- Dämpfungselemente von dem oben bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figs. 3a und 3b beschriebenen Typ in die Bolzenlöcher der Strukturbauteile 21, 21a und 22 eingesetzt, so daß nicht nur die Verformungen der Verbindungsbauteile 23 und der Strukturbauteile 21, 21a und 22 aufgrund des Verschraubens, sondern auch die Lastkonzentration aufgrund der Verschraubungstoleranzen oder Fehler der Löcher 24 in den Verbindungsbauteilen 23 und in den Strukturbauteilen 21, 21a und 22 verhindert werden können. Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, kann bei geringerem Lagerdruck- Widerstand zur Vereinfachung des Verbindungsvorganges das Lagerdruck-Dämpfungselement 15 von dem in Fig. 3b gezeigten Typ von außerhalb der Verbindung 23 durch die Bolzenlöcher 12 und 14 eingesetzt werden.
• Beim Verbindungsvorgang wird das Strukturbauteil 21 mit den in den Bolzenlöchern des Bauteiles 21 montierten Dämpfungselementen 15 in den graden Verbindungsabschnitt 23a des Verbindungsbauteiles 23 eingesetzt. Das Strukturbauteil 21a wird mit seinem einen Ende in den geneigten Verbindungsabschnitt 23b des Verbindungsbauteiles 23 so eingesetzt, daß es an dem Strukturbauteil 21 anliegt. Dann werden die Bohrungen oder Bolzenlöcher der in den Bolzenlöchern der Sturkturbauteile 21 und 21a montierten Dämpfungselemente 15 zu den entsprechenden Bolzenlöchern 24 des Verbindungsbauteiles 23 ausgerichtet. Die Bolzen 16 werden in die Bolzenlöcher eingesetzt und mittels der Muttern 17 wie in Fig. 3a oder 3b gezeigt festgezogen.
• Ähnlich dem in Fig. 3a gezeigten Fall hat ein Schaft 16a des Bolzens 16 eine Länge, die der Länge zwischen den gegenüberliegenden Wänden des hohlen Vebrindungsbauteiles 23 entspricht, was einen Versatz des Bolzens 16 aufgrund eines Durchmesserunterschiedes zwischen dem Schaft 16a und dem Außengewinde 16b verhindert und eine Lastkonzentration ausschließt.
• Wenn die Verbindungsstruktur 20 von dem oben beschriebenen Typ eingesetzt wird, werden die Kunstharz-Strukturbauteile 21 und 21a über die Bolzen und die Muttern auf einfache Weise unter einem Vorbestimmten Winkel zueinander miteinander verbunden.
• Weil die Dämpfungselemente 15 in den entsprechenden Bolzenlöchern der Strukturbauteile 21, 21a und 22 montiert sind, werden die auf die Strukturbauteile 21, 21a und 22 und das Verbindugsbauteil 23 ausgeübten Lasten aufgrund elastischer Verformungen der Dämpfungselemente 15 in ihre Radialrichtung selbst bei Vorliegen kleiner Fehler zwischen den Rastern der vorgebohrten Bolzenlöcher der Strukturbauteile 21, 21a und 22 und der Abstände der Bolzenlöcher 24 des Verbindungsbauteiles 23 im wesentlichen gleichmäßig über die Gesamtheit der Bolzen verteilt, so daß die Verbindungsstärke proportional zur Anzahl der verwendeten Bolzen erreicht werden kann.
• Bei der Verbindungsstruktur 20 sind die Bolzenlöcher 24 abwechselnd in die zueinander senkrechten Richtungen gebohrt, so daß die Einheitslänge der Verbindung pro Bolzen verringert werden kann.
• Das Verbindungsbauteil 23 kann in Form einer zweihälftigen Struktur vorliegen, was den Verbindungsvorgang vereinfacht und die Anwendung auf z. B. beliebige Verbindungsstellen eines Kühlturmes ermöglicht.
• Wie in Figs. 6a bis 6f als Modifikationen gezeigt, kann die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur auf verschiedene einander schneidende oder aneinander anliegende Verbindungen angewendet werden, etwa eine T-förmige Verbindung (Fig. 6a), eine Kreuzverbindung (Fig. 6b), eine Verbindung für sechs einander schneidende Kunstharz- Strukturbauteile (Fig. 6c) und jede gewünschte Verbindungsform.
• Bisher wurden die Kunstharz-Strukturbauteile als FVK-Bauteile beschrieben, aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Gemäß der Erfindung umfaßt der Begriff "Kunstharz- Strukturbauteil" nicht nur FVK, was in engerem Sinn ein Verbundmaterial mit einer Matrix aus Duroplast-Kunststoff ist, sondern auch verstärkte Kunststoffbauteile im weiteren Sinn, etwa faserverstärkte Thermoplaste (FVTP).
• Bei den oben erwähnten Ausführungsformen wurde beschrieben, daß sich die einzelnen Bolzen abwechselnd in zwei zueinander senkrechte Richtungen erstrecken, wie in Fig. 6d gezeigt können jedoch auch Sätze von zwei oder mehr Bolzen anstelle der einzelnen Bolzen verwendet werden.
• Die Erfindung ist nicht nur auf Kunstharz-Strukturbauteile mit rechteckigem Querschnitt beschränkt, sondern kann Strukturbauteile mit verschiedenen Querschnitten verwenden, etwa runde oder sechseckige Bauteile, wie in Fig. 6e bzw. 6f gezeigt. Auch in diesen Fällen können natürlich die verwendeten Verbindungsbauteile in Form einer einheitlichen Struktur oder einer zweihälftigen Struktur vorliegen, abhängig von den Querschniten der Strukturbauteile. Bei den Strukturbauteilen mit sechseckigem Querschnitt können die Richtungen der Bolzen zwei zueinander senkrechte Richtungen sein oder drei Richtungen, die in gleichmäßigen Winkeln voneinander um 120 Grad beabstandet sind.
• Somit ist klar, daß verschiedene Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
• Wie oben im Einzelnen beschrieben, werden entsprechend einer erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur für Kunstharz-Strukturbauteile beim Verbinden der hohlen Kunststoff- Strukturelemente mittels einer Mehrzahl von Bolzen diese dazu gebracht, aneinander in einem hohlen Vebrindungsbauteil aneinander anzuliegen. Lagerdruck-Dämpfungselemente werden verwendet, um jegliche Verformungen der hohlen Strukturbauteile und des hohlen Verbindungsbauteiles zu verhindern und um aus der Verschraubungstoleranz oder Fehlern der Bolzenlöchern herrührende nachteilige Wirkungen zu verringern. Die Bolzen werden in ihre entsprechenden Bolzenlöcher so eingesetzt, daß die Achsen der Bolzen sich abwechselnd in zwei zueinander senkrechte Richtungen erstrecken. Als Ergebnis kann aufgrund der aus elastischen Verformungen der Dämpfungselemente resultierenden Dämpfungswirkung eine Konzentration der Last auf einige der Bolzen verhindert werden, und die Last kann im Wesentlichen gleichmäßig über alle verwendeten Bolzen verteilt werden. Weil sich die Achsen der Bolzen abwechselnd in zwei zueinander senkrechte Richtungen erstrecken, kann die Länge des Verbindungsbauteiles verringert werden, wobei die Bohrgenauigkeit kompensiert oder verbessert wird.
• Gemäß der Erfindung wird, wenn hohle Kunstharz-Strukturbauteile aneinander angelegt oder miteinander unter einem vorbestimmten Winkel geschnitten werden und mittels einer Mehrzahl von Bolzen miteinander verbunden werden sollen, das Verbindungsbauteil so angeordnet, daß es die anliegenden oder sich schneidenden Strukturbauteile umgibt. Die jeweils mit dem Lagerdruck-Dämpfungselement versehenen Bolzen werden verwendet, um jegliche Verformungen der hohlen Strukturbauteile und des hohlen Verbindungsbautieles zu verhindern und die aus den Verschraubungstoleranzen oder Ungenauigkeit resultierenden nachteiligen Auswirkungen zu verhindern oder zu verringern, so daß eine Konzentration der Last auf einige der verwendeten Bolzen verhindert und die Last im wesentlichen gleichmäßig über alle Bolzen verteilt werden kann. Die Anordnung der Bolzen, bei der sich ihre Achsen in zueinander senkrechten Richtungen erstrecken, ermöglicht es, daß die Länge der Verbindung verkürzt werden kann. Die Bohrgenauigkeit wird kompensiert oder verbessert.
• Gemäß einer erfindungsgemäßen Struktur zum Vebrinden von Kunstharz-Strukturbauteilen kann das Verbindungelement in Form einer zweihälftigen Struktur eingesetzt werden, was den Verbindungsvorgang vereinfacht und die Anwendbarkeit auf Verbindungen in allen Formen mit sich bringt.
• Gemäß der Erfindung werden die Strukturbauteile und die Verbindungebauteile in einer Fabrik vorgebohrt, so daß die Anzahl der Schritte zum Verbinden solcher Bauteile auf der Baustelle deutlich verringert und ein benötigter Grad von Verbindungsstärke sichergestellt wird.
• Wenn die Erfindung auf die Herstellung von Hauptrahmen aus FVK für einen Kühlturm angewendet wird, kann Korrosion in einer korrosiven Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit verhindert werden. Im Vergleich zu den herkömmlichen, aus Holz oder Stahl hergestellten Kühltürmen kann die Lebensdauer des Kühlturmes wesentlich verlängert und die Wartungs- und Reparaturkosten verringert werden. Es erfolgt kein Beimischen von korrodierten Bestandteilen in das gekühlte Wasser, so daß der Betrieb des Kühlturmes vereinfacht und stabilisiert wird, ohne eine Verschlechterung der Leistungen zu bewirken.

Claims (6)

1. Verbindungsanordnung für hohle Strukturbauteile (11, 11a) aus Kunstharz, umfassend

ein hohles Verbindungsbauteil (13), in das die Strukturbauteite eingesetzt sind oder das in die Strukturbauteile eingesetzt ist, so daß die Strukturbauteile an entgegengesetzten Enden davon aneinander anliegen,

eine Mehrzahl von Bolzen (16), die sich durch die Strukturbauteile (11, 11a) und das Verbindungsbauteil (13) erstrecken, so daß sich jeder Bolzen (16) in eine Richtung erstreckt, die im gleichen Winkel gegenüber der Richtung entlang des Verbindungsbauteiles (13) benachbarter Bolzen beabstandet ist, und

ein Lagerdruck-Dämpfungselement (15), umfassend eine Hülse, die über jeden Bolzen (16) montiert ist, deren Enden in den einander gegenüberliegenden Löchern (12) in den Strukturbauteilen aufgenommen sind und die im wesentlichen entlang ihrer Längsachse steif und quer zu ihrer Längsachse nachgiebig ist, um so eine Verformung der Strukturbauteile und des Verbindungsbauteiles zu verhindern und Lasten im wesentlichen gleichmäßig über alle Bolzen zu verteilen und dadurch die Strukturbauteile zu verbinden.

2. Verbindungsanordnung für hohle Strukturbauteile (21, 21a, 22), wobei die Strukturbauteile nicht-parallel aneinander anliegen oder einander schneiden, umfassend

ein Verbindungsbauteil (23), das die Strukturbauteile umgibt oder in das die Strukturbauteile eingesetzt sind,

eine Mehrzahl von Bolzen (16), die sich durch das Verbindungsbauteil (23) und die Strukturbauteile (21, 21a, 22) erstrecken, so daß sich jeder Bolzen (16) in eine Richtung erstreckt, die im gleichen Winkel gegenüber der Richtung entlang des Verbindungsbauteiles (13) benachbarter Bolzen beabstandet ist, und

ein Lagerdruck-Dämpfungselement (15), umfassend eine Hülse, die über jeden Bolzen (16) montiert ist, deren Enden in den einander gegenüberliegenden Löchern (24) in den Strukturbauteilen aufgenommen sind und die im wesentlichen entlang ihrer Längsachse steif und quer zu ihrer Längsachse nachgiebig ist, um so eine Verformung der Strukturbauteile und des Verbindungsbauteiles zu verhindern und Lasten im wesentlichen gleichmäßig über alle Bolzen zu verteilen und dadurch die Strukturbauteile zu verbinden.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsbauteil (13; 23) zwei Hälften (13a, 13b; 23a, 23b) umfaßt.

4. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsbauteil (23) einen polygonalen Querschnitt mit einer geraden Zahl von Seiten aufweist (etwa quadratisch, sechseckig, achteckig, zehneckig), wobei jeder Bolzen (16) senkrecht bezüglich einer Seite des Verbindungsbauteiles (23), durch die er sich erstreckt, hervorsteht.

5. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsbauteil (23) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

6. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Bolzen (16) in gleicher Richtung seitlich beabstandet entlang dem Verbindungsbauteil (23) angeordnet sind.