DE102009012472A1

DE102009012472A1 - Zug-Druckstange mit definiertem Lastversagen

Info

Publication number: DE102009012472A1
Application number: DE102009012472A
Authority: DE
Inventors: Albert Uhl; Ralph Dr. Funck
Original assignee: COMAT COMPOSITE MATERIALS GmbH; GMT Gummi Metall Technik GmbH
Current assignee: GMT Gummi Metall Technik GmbH; Albany Engineered Composites Inc
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zug-/Druckstange mit einem Zug- und Drucklasten tragenden Hauptteil und mit lasteinleitenden Endabschnitten, die mit Lastelementen der zu tragenden Struktur verbindbar sind. Um entsprechende Stangen für Zug- und Druckbelastungen, die auch als "Zug-/Druckstangen" bezeichnet werden, zu schaffen, welche ab dem Auftreten einer definierten Drucklast in Längsrichtung der Stange die äußeren Kräfte durch begrenzte Verformung absorbieren, ohne dabei zerstört zu werden, d. h. auch nach einem begrenzten Überschreiten der definierten Drucklast soll die Stange noch weiterhin in der Lage sein, Drucklasten und Zuglasten aufzunehmen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass nach dem Verbinden von Lastelementen und Endabschnitten mindestens ein Abschnitt des Hauptteiles bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes einer Druckbelastung um einen begrenzten Betrag gegenüber dem mindestens einen Lastelement verschiebbar ist und das Lastelement in diesem verschobenen Zustand derart an dem zugehörigen Endabschnitt und/oder dem Hauptteil der Stange fixiert ist, dass die Zug-/Druckstange weiterhin Zug- und Drucklasten unterhalb vorgebbarer Grenzwerte ohne Relativverschiebung oder mit definiertem Spiel zwischen Lastelementen und mindestens Teilen der Stange aufnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stange zur Aufnahme von Zug- und Drucklasten in Längsrichtung der Stange. Die Stange wird deshalb auch als Zug-/Druckstange bezeichnet, wobei die Stange einen Zug- und Drucklasten tragenden Hauptteil und lasteinleitende Endabschnitte aufweist, welche mit Lastelementen der durch die Stange zu tragenden Struktur verbindbar sind. Diese Lastelemente als solche sind im Gegensatz zu den lasteinleitenden Endabschnitten nicht Teil der Zug-/Druckstange Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Zug-/Druckstange für die Aufnahme hoher Lasten bei geringem Gewicht, wie sie beispielsweise für Verstrebungen im Flugzeugbau verwendet werden. Derartige Stangen bestehen häufig aus faserverstärktem Kunststoff, im folgenden kurz als ”CFK” bezeichnet. An solche Stangen werden im Flugzeugbau besonders hohe Ansprüche hinsichtlich Festigkeit der verwendeten Materialien bei gleichem Gewicht und auch hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit gestellt. Zudem müssen die Stangen extrem widerstandsfähig gegen mechanische sowie sonstige, umgebungsbedingte Beanspruchungen sein. In Flugzeugen sind derartige Stangen, die auch ”Streben” (engl. ”struts” oder ”tierods”) genannt werden, in großer Zahl und unterschiedlichen Längen und Durchmessern vorhanden.
Generell werden solche Stangen auf Basis eines kritischen Belastungsfalls (im zerstörungsfreien Betrieb maximal aufzunehmende Last) ausgelegt. Dies führt u. a. dazu, dass diese Stangen, wenn sie so ausgelegt werden, dass sie die an ihre maximale Zugbelastbarkeit gestellten Anforderungen erfüllten, hinsichtlich der geforderten Druckbelastungen zumeist stark überdimensioniert sind.
In einem Crashfall, d. h. wenn die durch die Stangen abzustützenden Strukturen ohnehin brechen oder knicken bzw. auf andere Weise beschädigt oder zerstört werden, kann sich eine Überdimensionierung der als Streben verwendeten Stangen ungünstig auf das Crashverhalten auswirken (also beispielsweise eine Außenhaut durchstoßen anstatt die auftretenden Kräfte durch Verformung aufzufangen).
Beispiele für entsprechende Stangen, die sowohl für Zug- als auch für Drucklasten ausgelegt sind und als Streben im Flugzeugbau Verwendung finden, sind in der DE 20 2006 016 041 und in der DE 20 2004 016 321 beschrieben. Dabei beschreibt die letztgenannte Druckschrift eine Längenverstellbarkeit über einen Gewindeeingriff der Endabschnitte, die dort als ”Adapter” bezeichnet werden, mit dem Hauptteil, wobei mehrere Rastpositionen in Drehrichtung vorgesehen sind, die jeweils eine Einstellung fixieren sollen.
Die DE 20 2006 016 041 beschreibt konische Endabschnitte aus thermoplastischem Material zur Einleitung der Zug- und Drucklasten in den Hauptteil.
Beide Dokumente befassen sich jedoch nicht mit Grenz- oder Bruchbelastungen oder einem kontrollierten Nachgeben bei Überschreiten gewisser Grenzwerte der Belastung in Längsrichtung der Stange.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, entsprechende Stangen für Zug- und Druckbelastungen, die auch als ”Zug-/Druckstangen” bezeichnet werden, zu schaffen, welche ab dem Auftreten einer definierten Drucklast in Längsrichtung der Stange die äußeren Kräfte durch begrenzte Verformung absorbieren, ohne dabei zerstört zu werden, d. h. auch nach einem begrenzten Überschreiten der definierten Drucklast soll die Stange noch weiterhin in der Lage sein, Drucklasten und Zuglasten aufzunehmen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beim Verbinden der Endabschnitte der Stangen mit entsprechenden Lastelementen der zu tragenden Struktur mindestens der Hauptteil bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes einer Druckbelastung um einen begrenzten Betrag in Längsrichtung gegenüber dem mindestens einen Lastelement verschiebbar ist und in diesem verschobenen Zustand derart an dem zugehörigen Endabschnitt und/oder dem Hauptteil der Stange fixiert ist, dass die Zug-/Druckstange weiterhin Zug- und Drucklasten unterhalb vorgebbarer Grenzwerte ohne Relativverschiebung oder mit definiertem Spiel zwischen Lastelementen und mindestens Teilen der Stange aufnimmt.
Konkret tritt also an irgendeiner Stelle der Zug-/Druckstange bei Überschreitung eines ersten Grenzwertes einer Druckbelastung eine gewisse Verformung auf, die zu einer Relativbewegung zwischen einem mit der Stange verbundenen Lastelement und mindestens einem Teil der Stange führt, wobei diese Relativbewegung aber auf einen definierten Betrag beschränkt bleibt und nicht zu einem vollständigen Bruch der Stange führt, sondern vielmehr nur Energie absorbiert und weiterhin Zug- und Druckkräfte aufnehmen kann, die unterhalb gewisser Grenzwerte liegen, um auch im Crashfall möglichst die Integrität der durch die Stangen bzw. Streben verbundenen Strukturen aufrecht zu erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stange bzw. mindestens ein Endabschnitt der Stange eine Hülse auf, die einerseits mit dem Lastelement und anderseits (gegebenenfalls über den Endabschnitt) mit dem Hauptteil verbindbar ist, wobei nach dem Bruch oder Lösen eines Teiles der Hülse ein Anschlag an dem Lastelement und/oder dem Hauptteil die Relativverschiebung der Hülse zu dem Hauptteil und/oder dem Lastelement begrenzt. Durch einen Bruch oder ein Lösen eines Teiles der Hülse wird Energie absorbiert, wobei entsprechend angeordnete Anschläge ein vollständiges Trennen der Stange von den zu tragenden Strukturen oder einen Bruch der Stange in sich verhindern.
In weiterer Ausgestaltung der Zug-/Druckstange gemäß der Erfindung hat die eben beschriebene Hülse ein proximales und distales Ende, wobei das proximale Ende mit dem Lastelement fest verbindbar ist und das distale Ende mit dem Hauptteil bzw. einem Endabschnitt der Stange fest verbindbar ist, wobei sich eine Sollbruchstelle zwischen dem proximalen und dem distalen Ende der Hülse befindet und wobei entweder am Hauptteil und/oder an dem Lastelement ein Anschlag vorgesehen ist, der nach dem Bruch der Hülse in dem Bereich der Sollbruchstelle die Relativbewegung zwischen dem Lastelement und dem Hauptteil mit den jeweils noch daran befestigten Hülsenabschnitten begrenzt.
Als proximales Ende der Hülse wird dabei das dem Hauptteil bzw. dem zentralen Abschnitt der Stange zugewandte Ende bezeichnet, während das distale Ende von diesem Zentrum fort und in Richtung des Lastelementes weist.
Aufgrund der Befestigung des Lastelementes an dem proximalen Ende und des Hauptteiles bzw. Endabschnittes der Stange an dem distalen Ende wird im Fall einer Druckbelastung der Stange als Ganzes, d. h. einem Druck, der über die an entgegengesetzten Enden angeordneten Lastelemente und Endabschnitte in die Stange eingeleitet wird, die betreffende Hülse auf Zug belastet, wobei sich derartige, bei einer definierten Zugbelastung nachgebende Sollbruchstellen einer Hülse wesentlich einfacher herstellen und definieren lassen, als auf Druck nachgebende Strukturen. Der Begriff ”Sollbruchstelle” bedeutet im Rahmen dieser Erfindung nicht zwingend, das im Falle der Grenzwertüberschreitung eine vollständige Disintegration der jeweiligen Teile auftreten müsste. Zwar kann in dem vorstehend beschriebenen Fall die Hülse zwischen Lastelement und Endabschnitt vollständig durchtrennt werden, jedoch bleiben Stange und Lastelemente über Anschläge miteinander verbunden. In anderen Ausführungsformen kann eine innere Struktur eines Teiles der Stange nachgeben und eine Verformung bewirken, ohne dass irgendwelche Teil vollständig getrennt werden. Auch solche nachgiebigen Strukturen werden hier als ”Sollbruchstelle” bezeichnet.
Die Verbindung der Endabschnitte und der Lastelemente mit der Hülse kann jeweils über Gewinde oder eine andere formschlüssige oder auch sonstige kraftschlüssige Verbindung, zum Beispiel durch Kleben, erfolgen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Endabschnitt der Stange mehrere konzentrische Hülsen aufweist, von denen mindestens eine eine doppelte konische Außenfläche hat, deren Innenfläche beispielsweise mit einem Lastelement verbunden ist, wobei der Endabschnitt der Stange und/oder eine Hülse im Inneren des Endabschnittes der Stange eine entsprechende, doppelt konische Innenfläche hat, die passend zur der doppelt konischen Außenfläche der erwähnten Hülse ausgebildet ist und diese in geeig neter Passung umgreift, wobei zwischen den konischen Flächen eine verformbare Zwischenhülse angeordnet ist.
Als ”doppelt konisch” wird hierbei eine Form aus zwei zusammenhängenden Kegelflächen mit gemeinsamer Achse bezeichnet, die an ihrem gemeinsamen größten Durchmesser miteinander verbunden sind und sich zu ihren voneinander abgewandten Enden hin verjüngen.
Diese Geometrie der doppelt konischen Flächen führt dazu, dass im Falle einer Druckbelastung der Stangen eines der aneinander liegenden konischen Flächenpaare tendenziell mehr auf Zug und gleichzeitig auch auf Scherung (kombinierte Zugscherung) und das andere mehr auf Druck und ebenfalls gleichzeitig auch auf Scherung (kombinierte Druckscherung) belastet wird. Die Zwischenhülse kann dabei elastisch oder auch plastisch verformbar sein.
Unter einer kombinierten Zugscherung bzw. einer kombinierten Druckscherung wird demnach eine Relativbewegung verstanden, welche sowohl senkrecht als auch parallel zu den Flächen der Klebeverbindung wirkende Kräfte hervorruft.
Wenn die Zwischenhülse beispielsweise eine Dicke d hat und bei einer bestimmten auf die Stange wirkenden Drucklast (unter gleichzeitiger Scherung) auf 50% ihrer Dicke komprimiert wird, so ergibt sich in Längsrichtung der Stange eine Relativverschiebung zwischen der äußeren und der inneren Hülse um einen Betrag von d/(2 sin α), wobei α der zur Achse der konischen Fläche gemessene Konuswinkel ist. Bei einem Konuswinkel von 20° entspricht diese Verschiebung nahezu dem 1,5-fachen der Dicke d der Zwischenhülse.
Wenn die Zwischenhülse unter einer kombinierten Zugscherung eine geringere Belastbarkeit aufweist als unter Druckscherung, so wird sich die Zwischenhülse dann ab eine bestimmten Druckbelastung bzw. Verformung auf der distalen Seite des Doppelkonus eventuell von einer der anliegenden Hülsenflächen lösen oder in sich zerreißen.
Die Zwischenhülse kann beispielsweise mit den angrenzenden konischen Flächen verklebt sein und insbesondere selbst (als Ganzes) aus einer Klebeverbindung bzw. Klebeschicht bestehen.
Da eine Klebeverbindung im Allgemeinen unter Zugscherung leichter nachgibt, wird bei einer entsprechenden Druckbelastung der Stange und bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes der Druckkraft die auf eine kombinierte Zugscherung belastete Klebeverbindung eher nachgeben, was zu einem Reißen dieser Verbindung und zu einem Trennen dieses konischen Flä chenpaares führt, während im Bereich des gleichzeitig auf Druck und Scherung belasteten Flächenpaares nur eine mehr oder weniger starke Verschiebung der Flächen relativ zueinander stattfindet und die Klebeverbindung dabei etwas stärker zusammengepresst wird. Auch nach dieser Belastung und dem Reißen eines Teiles der Klebeverbindung kann die Stange noch immer sowohl Drucklasten als auch, aufgrund des Formschlusses zwischen den distalen konischen Flächen, Zugbelastungen unterhalb gewisser Grenzwerte aufnehmen, wobei aber durch das Komprimieren der Zwischenhülse zwischen den proximalen Flächen und das Dehnen und Scheren bzw. Reißen der distalen Bereiche der Zwischenhülse und/oder eines Teils der Klebeverbindung im distalen Bereich der Zwischenhülse Energie absorbiert wurde.
Die Hülsen mit den konischen Innen- und Außenflächen können dabei mindestens teilweise Metallhülsen sein, wobei insbesondere eine innere Hülse ein Gewinde zur Verbindung mit einem Lastelement aufweisen kann.
Es versteht sich, dass in allen Fällen der Verbindung eines Endabschnittes der Stange mit einem Lastelement die jeweiligen, vorstehend beschriebenen äußeren und inneren Hülsen in kinematischer Umkehr wechselseitig ausgetauscht werden könnten, indem eine innere Hülse mit dem Hauptteil der Stange und eine äußere Hülse mit dem Lastelement verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Zug-/Druckstange aus einem CFK-Rohr besteht, wobei entweder ein Abschnitt des Hauptteiles und/oder ein Endabschnitt der Stange einen oder mehrere nass in die Wand des Rohres eingewickelte Kunststofffolienstreifen enthält, die einen Teil des Rohrquerschnitts in Anspruch nehmen und damit eine Sollbruchstelle bilden, die bei einer über einem Grenzwert liegenden Druckbelastung nachgibt und zu einer Stauchung des Rohres unter Verformung des die gewickelten Kunststofffolien aufweisenden Abschnittes führen, ohne dass das Rohr in diesem Bereich insgesamt bricht oder reißt.
Auch in diesem Fall wird bei Überschreiten eines Grenzwertes einer Druckbelastung Energie durch Verformung absorbiert, wobei das Rohr in dem Bereich des eingewickelte Folien aufweisenden Abschnittes eine Stauchung bzw. Faltung erfährt, ohne dass jedoch die Integrität des Rohres als Ganzes davon betroffen ist. D. h. auch über den gestauchten Bereich hinweg können immer noch Druckkräfte übertragen werden und der gestauchte Bereich kann selbstverständlich auch noch Zuglasten aufnehmen.
Es versteht sich, dass jede der drei vorstehend und auch im Zusammenhang mit den nachfolgend definierten Figuren beschriebenen Ausführungsformen jeweils für sich und unabhängig von den Merkmalen der jeweils anderen Ausführungsformen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe löst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine zwischengeschaltete Hülse eine Sollbruchstelle aufweist,
2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit doppelt konischen Klebeflächen in einem Endabschnitt der Stange und
3 einen Längsschnitt durch ein CFK-Rohr mit eingewickelten Folienstreifen, die bei Druckbelastung nachgebende Sollbruchstelle definieren.
Man erkennt in 1 in einer die Achse enthaltenden Schnittansicht eine insgesamt mit 10 bezeichnete Zug-Druckstange, wobei nur eine Hälfte des axialen Schnittes wiedergegeben ist und der rohrförmige Hauptteil 1 weggebrochen dargestellt ist und wobei an dem Ende des Hauptteiles 1 ein insgesamt ebenfalls rohrförmiger, mehrschichtiger Endabschnitt 2 anschließt. Die äußere Schicht des Endabschnittes 2 ist eine Rohrende 1a, das einstückig mit dem Hauptteil 1 ausgebildet ist und eine in etwa doppelt konische Form hat, wobei es allerdings bei dieser Ausführungsform auf diese doppelt konische Ausbildung des Rohrendes 1a grundsätzlich nicht ankommt. Im Inneren dieses doppelt konischen Rohrendes 1a befindet sich eine fest mit der äußeren Wandung verbundene Hülse 3, die beispielsweise aus Kunststoff oder Metall bestehen kann und deren (von dem Hauptteil 1 aus gesehen) distales Ende ein Innengewinde 14 aufweist.
Ein ebenfalls rohrförmiges Lastelement 5, welches Teil einer abzustützenden Struktur bildet, besteht ebenfalls aus Metall oder Kunststoff und weist an seinem dem Hauptteil zugewandten Ende ein Außengewinde 11 auf. Zwischen dem Lastelement 5 und der Hülse 3 befindet sich eine weitere Zwischenhülse 4 mit einer Sollbruchstelle 6. Das proximale Ende 4a der Zwischenhülse 4 weist ein Innengewinde 12 auf, welches auf das Außengewinde 11 des Lastelementes 5 aufschraubbar ist. In ihrem distalen Bereich kann die Zwischenhülse 4 ein Außengewinde 13 aufweisen, über welches die Zwischenhülse 4 in das entsprechend passende Innengewinde 14 der Hülse 3 eingeschraubt ist.
Distal hinter ihrem Außengewinde 13 weist die Zwischenhülse 4 noch einen Endflansch auf, der die Stirnseite des Endabschnittes 2 übergreift. Im Abstand zu diesem Flansch 7 weist auch das Lastelement noch einen radial nach außen vorspringenden Absatz oder Bund 8 auf, dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Zwischenhülse 4.
Zwischen dem proximalen Abschnitt 4a der Zwischenhülse 4 und ihrem distalen Abschnitt 4b weist die Zwischenhülse 4 eine Sollbruchstelle 6 auf, die einfach aus einem gegenüber der Wand der übrigen Hülsenabschnitte dünneren Wandabschnitt besteht. Der distale Abschnitt 4b der Zwischenhülse 4 umgreift das Lastelement 5, ohne fest mit diesem verbunden zu sein. Ebenso ist auch der Endabschnitt 2 nicht mit dem proximalen Ende der Zwischenhülse 4 verbunden sondern umgreift dieses nur lose.
Im Falle einer Druckbelastung der Zugstange bzw. des Hauptteiles 1 wirkt über das Hauptteil 1 eine Kraft von rechts nach links auf den Endabschnitt 2 und damit auf den distalen Abschnitt 4b der Zwischenhülse 4, der mit dem Endabschnitt 2 fest verbunden ist. Eine entsprechende Gegenkraft wirkt von dem Lastelement 5 auf den proximalen Abschnitt 4a der Zwischenhülse 4 in der 1 von links nach rechts.
Überschreitet die Druckkraft zwischen der rohrförmigen Stange 10 und dem Lastelement 5 einen gewissen, ersten Grenzwert, so reißt die Sollbruchstelle 6 der Zwischenhülse 4 und die Stange 10 bzw. deren Endabschnitt 2 kann sich zusammen mit dem distalen Hülsenabschnitt 4b auf dem Lastelement 5 verschieben, bis der Flansch 7 an dem Bund 8 anschlägt. Durch das Zerreißen der Sollbruchstelle 6 und die Relativverschiebung der Stange zu dem Lastelement 5 wird Energie absorbiert. Gleichzeitig kann die Zug-/Druckstange 10 aufgrund der Anlage des Flansches 7 an dem Bund 8 nach wie vor Druckkräfte auf das Lastelement übertragen und auch Zugkräfte zwischen Lastelement 5 und Stange 10 können nach wie vor aufgenommen werden, indem die beiden proximalen und distalen Hülsenabschnitte 4a, 4b im Bereich der zerrissenen Sollbruchstelle 6 wieder aneinander anschlagen.
Der Endabschnitt 3 bzw. die Stange 10 insgesamt hat gegenüber dem Lastelement 5 lediglich ein gewisses Spiel, das durch den anfänglichen Abstand zwischen Flansch 7 und Bund 8 vorgegeben ist und vorab nach Belieben gewählt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform ist in 2 dargestellt, wobei auch hier nur ein Abschnitt der Druck-/Zugstange 10 dargestellt ist, und zwar in diesem Fall nur der rohrförmige Hauptteil 1. In diesem rohrförmigen Hauptteil 1, der aus einem CFK-Rohr besteht, ist eine Sollbruchstelle 2 eingearbeitet, die bei einem ersten Grenzwert eines Druckes nachgeben soll. Diese Sollbruchstelle wird dadurch erzeugt, dass in das nass gewickelte Rohr in dem Bereich 2 Kunststofffolien eingewickelt werden, die im Gegensatz zu den Fasern oder getränkten Fasermatten, aus welchen das Rohr im übrigen gewickelt wird, einen nur weniger festen Verbund mit dem Kunststoffmaterial des Rohres eingehen.
Die Wandstärke des Rohres ist in diesem Bereich geschwächt, da ein Teil des Querschnittes von den eingewickelten Folien in Anspruch genommen wird, die nur geringe Drucklasten aufnehmen können. Bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes einer Druckbelastung gibt dann dieser Bereich des Rohres durch Verformung, d. h. durch Stauchung und Faltung nach, wobei sich der innere und der äußere zylindrische Abschnitt der Sollbruchstelle, der die Folienlage umgibt, teilweise von dieser Folienlage trennt, in sich aber noch einen ausreichenden Zusammenhalt behält. Auch über den gestauchten Bereich können noch gewisse Druckkräfte übertragen werden, zumal es in diesem Bereich lediglich zu einer Verformung, nicht jedoch zum Bruch oder Reißen des Rohres kommt. Auch Zugbelastungen können nach wie vor von diesem Bereich aufgenommen werden, wobei die Sollbruchstelle 2 mehr oder weniger wieder in ihre ursprüngliche Form gestreckt wird.
Eine dritte Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der ersten Ausführungsform, da auch hier der Endabschnitt 2 einen einstückig mit dem Rohr 1 ausgebildeten, doppelt konisches Rohrende 1a aufweist, das eine Hülse 3 umfasst, die eine doppelt konische Außenfläche 3a, 3b hat und ein Innengewinde 17 aufweist, mit welchem sie auf eine weitere Hülse 4 aufgeschraubt ist, die wiederum ein Innengewinde 16 hat, über welches die Hülse 4 mit dem in das Rohr bzw. die Stange 10' eindringenden Lastelement 5 verschraubt ist. Auch hier weist die Hülse 4 wiederum einen Endflansch 7 auf, der zur Stirnseite des Endabschnittes der Zug-/Druckstange 10' einen Abstand aufweist.
Man erkennt bei dieser Ausführungsform zwischen der doppelt konischen Hülse 3 und der doppelt konischen Innenfläche 2a, 2b des äußeren Rohrendes 1a noch eine weitere Zwischenhülse 9 mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärke und mit dementsprechend einer doppelt konischen Innenfläche ebenso wie auch einer doppelt konischen Außenfläche. Diese Zwischenhülse 9 steht beispielsweise sowohl mit der inneren Hülse 3 als auch mit dem Rohrabschnitt 2 in engem Kontakt.
Bei einer Druckbelastung zwischen der Stange 10 und dem Lastelement 5 wirkt wiederum eine Kraft an dem Hauptteil 1 auf den Endabschnitt 2 nach links und umgekehrt von dem Lastelement 5 über die Zwischenhülse 4 auf die innere Hülse 3 des Endabschnittes nach rechts. Wie man erkennt, wird dabei die Zwischenhülse 9 zwischen der Konusfläche 2a des Rohrendes 1a bzw. der Stange 10 und der Konusfläche 3a der Hülse 3 weitgehend auf Druck und Scherung beansprucht, während die Verbindung der distalen konischen Flächen 2b, 3b über die dazwischen angeordnete Zwischenhülse 9 auf Zug belastet wird, wobei die Begriffe proximal und distal sich wiederum auf den Hauptteil 1 beziehen.
Bei Überschreiten eines gewissen Grenzwertes der Druckbelastung führt dies dazu, dass sich die Zwischenhülse 9 vor allem im proximalen Bereich verformt, wodurch sich das Rohrende 1a und der Hauptteil 1 relativ zu der Hülse 3 etwas nach links verschieben, während der distale Bereich 2b/3b auseinandergezogen wird. Dies führt wiederum zu einer Energieabsorption, ohne dass die Verbindung zwischen Zugstange 10 und dem Lastelement 5 völlig zerstört wird, d. h. nach wie vor können Druckkräfte übertragen werden und auch Zugkräfte können noch immer durch den Formschluss des distalen, konischen Flächenpaares 2b, 3b und die dazwischen angeordnete Zwischenhülse übertragen werden.
Im Prinzip kann man durch eine geeignete Geometrie der Sollbruchstelle und/oder durch die Auswahl des Materials der Sollbruchstelle relativ genau festlegen, welche Kraft durch die Sollbruchstelle bei Druckbelastung maximal überfragen kann und welche Druck- und Zugkraft nach einem Bruch der Sollbruchstelle auch weiterhin noch übertragen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006016041 [0004, 0005]
- DE 202004016321 [0004]

Claims

Zug-/Druckstange mit einem Zug- und Drucklasten tragenden Hauptteil (1) und mit lasteinleitenden Endabschnitten (2), die mit Lastelementen (5) der zu tragenden Struktur verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, das nach dem Verbinden von Lastelementen (5) und Endabschnitten (2) mindestens ein Abschnitt des Hauptteiles (1) bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes einer Druckbelastung um einen begrenzten Betrag gegenüber dem mindestens einen Lastelement (5) verschiebbar ist und das Lastelement (5) in diesem verschobenen Zustand derart an dem zugehörigen Endabschnitt und/oder dem Hauptteil der Stange fixiert ist, dass die Zug-/Druckstange weiterhin Zug- und Drucklasten unterhalb vorgebbarer Grenzwerte ohne Relativverschiebung oder mit definiertem Spiel zwischen Lastelementen und mindestens Teilen der Stange aufnimmt.
Zug-/Druckstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hauptteil (1), dem Endabschnitt (2) oder in einem Verbindungselement zwischen diesen Teilen und dem Lastelement (5) eine strukturelle Sollbruchstelle vorgesehen ist, die bei Überschreiten des Grenzwertes der Druckbelastung teilweise bricht oder reißt oder sich verformt, ohne die Verbindung zwischen Lastelement (5) und Stange (10) vollständig aufzuheben.
Zug-/Druckstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Endabschnitt (2) eine Hülse (4) aufweist, die einerseits mit dem Lastelement und andererseits direkt oder indirekt mit dem Hauptteil (1) verbindbar ist, wobei nach dem Bruch oder Lösen eines Teiles der Hülse (4) ein Anschlag an dem Lastelement und/oder dem Hauptteil die Relativverschiebung der Hülsenteile zu dem Hauptteil (1) und/oder dem Lastelement (5) begrenzt.
Zug-/Druckstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) ein proximales und ein distales Ende aufweist, wobei das proximale Ende (4a) mit dem Lastelement (5) fest verbindbar ist und das distale Ende (4b) mit dem Hauptteil (1) der Stange fest verbindbar ist, wobei eine Sollbruchstelle (6) zwischen dem proximalen und dem distalen Ende der Hülse (4) angeordnet ist und wobei entweder am Hauptteil (1) und/oder an dem Lastelement (5) ein Anschlag (7, 8) vorgesehen ist, der nach dem Bruch der Hülse (4) die Relativbewegung zwischen Lastelement (5) und Hauptteil (1) mit den jeweils zugehörigen Hülsenabschnitten begrenzt
Zug-/Druckstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hülse (3) eine Kunststoff- oder Metallhülse ist, die zur Verbindung mit der ersten Hülse (4) ein Gewinde und zur Verbindung mit dem Hauptteil einen Doppelkonus (3a, 3b) aufweist, der von einem Rohrende (1a) des Hauptteiles (1) formschlüssig umfasst wird.
Zug-/Druckstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Endabschnitt (2) ein äußeres Rohrende (1a) und gegebenenfalls mehrere hierzu konzentrische Hülsen (4, 3, 9) aufweist, von denen mindestens eine innere Hülse (3) eine doppelt konische Außenfläche (3a, 3b) hat, wobei das Rohrende (1a) und/oder eine weitere Hülse im Inneren des Endabschnittes (1) eine doppelt konische Innenfläche (2, 2b) hat, die passend zu der doppelt konischen Außenfläche der inneren Hülse (3) ausgebildet ist, wobei zwischen den Paaren doppelt konischer Flächen (2a, 3a; 2b, 3b) in enger Passung eine verformbare Zwischenhülse (9) angeordnet ist,
Zug-/Druckstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenhülse (9) unter einer kombinierten Zugscherung eine geringere Belastbarkeit aufweist als unter einer kombinierten Druckscherung, wobei im Falle einer Druckbelastung der Stange (10) die Zwischenhülse (9) zwischen dem einem (2b, 3b) der konischen Flächenpaare tendenziell mehr auf Zug und zwischen dem anderen (2a, 3a) der konischen Flächenpaare mehr auf Druck belastet wird.
Zug-/Druckstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrende (1a) mit dem Hauptteil (1) einstückig verbunden ist.
Zug-/Druckstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-/Druckstange aus einem CFK-Rohr besteht, wobei entweder ein Abschnitt des Hauptteils (1) und/oder ein Endabschnitt (2) der Stange einen oder mehrere nass eingewickelte Kunststofffolienstreifen enthält, die einen Teil des Rohrquerschnitts in Anspruch nehmen und damit eine Sollbruchstelle (6') bilden, die bei einer über dem ersten Grenzwert liegenden Druckbelastung nachgibt und zu einer Stauchung des Rohres unter Verformung des Folienabschnittes führen ohne dass das Rohr bzw. der Hauptteil (1) im Bereich der Sollbruchstelle (6') reißt.