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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fachwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Außerdem ist Teil der Erfindung eine Tragstruktur zum Befestigen einer Spiegelfläche eines Parabolrinnenkollektors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Außerdem ist Teil der Erfindung ein Verfahren zum Fügen zweier Fachwerkscheiben eines Stahlfachwerks, insbesondere einer Tragstruktur eines Parabolrinnenkollektors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Parabolrinnenkollektoren sind der Sonne nachgeführte, fokussierende Solarkollektoren. Ihre einachsig parabolisch gekrümmte Spiegelfläche reflektiert das Sonnenlicht auf ein entlang der Brennlinie der Spiegelfläche angebrachtes vakuumisoliertes Absorberrohr. Ein durch das Absorberrohr gepumptes Wärmeträgermedium – in der Regel ein synthetisches Thermoöl – wird durch die konzentrierte Solarstrahlung erhitzt. Durch Hintereinanderschalten von mehreren Parabolrinnenkollektoren entstehen mehrere hundert Meter lange Stränge, so genannte Loops. Das heiße Wärmeträgermedium einer großen Anzahl dieser Loops wird gesammelt und bspw. zentral einem Dampferzeuger zugeführt, dem eine konventionelle Dampfturbine mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie nachgeschaltet ist. Die Spiegelfläche mit dem Absorberrohr wird in der Regel hydraulisch dem Stand der Sonne nachgeführt.
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Die parabelförmig gekrümmte Spiegelfläche wird in der Regel auf einer fachwerkartig aufgebauten, torsionssteifen Tragstruktur montiert und von dieser gehalten.
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Diese Tragstruktur wird üblicherweise aus vier Fachwerkscheiben gebildet, die aus Stäben und Knoten aus Stahl zusammengesetzt sind. Vier solcher Fachwerkscheiben werden zu einer länglichen Tragstruktur (Länge etwa 12–24 m) mit in der Regel quadratischem Querschnitt zusammengebaut. Da der Transport einer solche Tragstruktur sehr kostenaufwändig ist, müssen sie vor Ort aus vorgefertigten Teilen zusammengesetzt werden.
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Dieses Zusammensetzen vor Ort erfolgt in der Regel bekanntermaßen mit Schrauben, was verschiedene Nachteile mit sich bringt:
Zum einen sind leistungsfähige Schraubverbindungen teuer und müssen von Zeit zu Zeit kontrolliert werden. Außerdem können herstellungsbedingte Toleranzen nicht oder nur auf Kosten der Belastbarkeit der Schraubverbindung ausgeglichen werden. Wenn zum Beispiel Langlöcher als Toleranzausgleich vorgesehen sind, setzt sich die Schraubverbindung stärker und ihre Belastbarkeit sinkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Fügen von Fachwerksegmenten, insbesondere von Fachwerkscheiben einer Tragstruktur eines an sich bekannten Parabolrinnenkollektors, derart weiterzuentwickeln, dass die als Stahlfachwerk aufgebaute Tragstruktur einfach, sicher und kostengünstig aus mehreren Segmenten oder Fachwerkscheiben zusammengefügt werden kann.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung wird häufig nur von Fachwerkscheiben gesprochen, gemeint sind aber immer auch Fachwerksegmente.
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Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Segmente oder Fachwerkscheiben mittels Durchsetzfügen miteinander verbunden sind. Das Durchsetzfügen, auch Clinchen, Druckfügen, Umformfügen oder Toxen genannt, ist ein bekanntes Verfahren. Es handelt sich dabei um eine Fügen durch Umformen, mit dem sich Bleche oder auch andere gut umformbare Werkstoffe ohne Verwendung von Verbindungselementen oder Zusatzwerkstoffen unlösbar verbinden lassen.
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Erfindungsgemäß wurde die Technologie des Durchsetzfügens auf Flacheisen und Stahlprofile mit einer Wandstärke von bis zu 8 mm, teilweise sogar bis 10 mm erweitert. Damit ist es möglich, Segmente eines Stahlfachwerks und/oder oder Fachwerkscheiben einer Tragstruktur einfach, präzise, zuverlässig und wirtschaftlich zu Fügen.
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Das erfindungsgemäße Fachwerk ist vorzugsweise zum Fügen einer Tragstruktur vorgesehen, die zum Befestigen einer Spiegelfläche eines Parabolrinnenkollektors dient. Dabei sollen die einzelnen Fachwerkscheiben durch Durchsetzfügen zu einer quaderförmigen Tragstruktur oder zu Tragstruktursegmenten zusammengebaut werden, wobei anschließend die Tragstruktursegmente ebenfalls durch Durchsetzfügen miteinander verbunden werden können.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Verbinden von Fachwerkscheiben einer Tragstruktur eines Parabolrinnenkollektors beschränkt, sondern kann zur Herstellung für beliebige, fachwerkartig aufgebaute Strukturen angewandt werden.
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Eine wichtige Voraussetzung beim Durchsetzfügen ist, dass die vorgesehene Fügestelle für das Werkzeug zum Durchsetzfügen zugänglich ist. Die Fügestelle muss dabei beidseitig zugänglich sein und wird aus zwei plan aneinander liegenden Fügeteilen, vorzugsweise Blechen bzw. Winkeln gebildet. Es ist daher vorgesehen, dass die Fügestelle der Fachwerkscheiben außerhalb einer Außenhüllkontur des Fachwerks liegt.
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So kann z.B. ferner vorgesehen sein, dass die Fügestelle der Fachwerkscheiben durch zwei aneinander liegende Flächen jeweils eines Flachstahls gebildet ist, wobei jeder Flachstahl Bestandteil einer der zu fügenden Fachwerkscheiben ist. Der Flachstahl kann dabei mit der jeweiligen Fachwerkscheibe fest verbunden sein. In der vorgesehenen Fügeposition liegen die Flachstähle flächig aneinander.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Fügestelle der Fachwerkscheiben durch zwei plan aneinander liegende Schenkel eines Winkel- oder Profilstahls gebildet ist, wobei jeder Winkel- oder Profilstahl Teil einer der beiden zu fügenden Fachwerkscheiben ist. Der Winkel- oder Profilstahls kann in analoger Weise fest mit der jeweiligen Fachwerkscheibe verbunden sein.
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Ferner ist möglich, dass die beide zuvor genannten Alternativen miteinander kombiniert werden, indem die Fügestelle der Fachwerkscheiben durch einen Schenkel eines Winkel- oder Profilstahls Winkelelements und einem Flachstahl gebildet ist, wobei der Winkel- oder Profilstahl Teil einer der beiden Fachwerkscheiben ist und der Flachstahl Teil der anderen Fachwerkscheibe ist.
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Je nach den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen kann jeweils die bestmögliche Alternative für das Durchsetzfügen gewählt werden.
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Zum Verbinden zweier Fachwerkscheiben müssen die aneinander liegenden Fügeteile (Flachstahl und/oder Schenkel der Winkelelemente) so ausgerichtet sein, dass zumindest Teile des Flachstahls oder Schenkel der Winkelelemente plan aneinander liegen und sollte über die Fachwerkscheibe hinausragen. Eine solche Anordnung ist für das Fügewerkzeug leicht zugänglich und bietet ideale Voraussetzungen für das erfindungsgemäße Verbinden durch Durchsetzfügen.
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Bei einem quaderförmigen Aufbau der Tragstruktur sind immer zwei Fachwerkscheiben vertikal zur Schwerkraft und zwei Fachwerkscheiben horizontal zur Schwerkraft angeordnet. Bei der Wahl der bestmöglichen Alternative zur Ausgestaltung der Fügestelle kann von Bedeutung sein, ob die jeweilige Fachwerkscheibe vertikal oder horizontal durch die Schwerkraft belastet wird.
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Bei der Wahl der bestmöglichen Alternative zur Ausgestaltung der Fügestelle kann zusätzlich berücksichtigt werden, in welchem Winkel zur Fachwerkscheibe die Fügeteile zur Bereitstellung der Fügestelle angeordnet sind. Durch eine geeignete Ausrichtung der Fügeebene kann der Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Segmente oder Fachwerkscheiben erheblich vereinfacht werden.
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So ist z.B. vorgesehen, dass die Fügestelle der Fachwerkscheiben in einer linearen Verlängerung einer Achse oder parallel zu der Achse einer der beiden aneinander liegenden Fachwerkscheiben angeordnet ist.
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Alternativ dazu ist z.B. möglich, dass die Fügestelle der Fachwerkscheiben in einem Winkel zu einer Achse einer der beiden aneinander liegenden Fachwerkscheiben vorgesehen ist. Das bedeutet, dass eine Kontaktfläche der beiden aneinanderliegenden Fügeteile zur Bereitstellung der Fügestelle winklig zu den Achsen der Fachwerkscheiben verläuft. Verläuft bspw. die Kontaktfläche zur Achse der beiden Fachwerkscheiben in einem Winkel von 45°, so ist eine gleichmäßige Kraftaufteilung auf beide Fügeteile zur Bereitstellung der Fügestelle gegeben.
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Hierdurch kann die Fügestelle erheblich entlastet werden. Beide Fügeteile zur Bereitstellung der Fügestelle sind damit als gleichwertig zu betrachten.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Fügestellen der Fachwerkscheiben einen zweidimensionalen Toleranzausgleich der Fachwerkscheiben vor dem Durchsetzfügen erlauben. Dies wird durch die oben genannte Ausrichtung des Flachstahls und/oder der Schenkel der Winkelelemente ermöglicht, die zum Durchsetzfügen plan aneinander liegen. Dabei ist es leicht möglich, den Flachstahl und/oder die Schenkel der Winkelelemente parallel zu der Kontaktfläche (also in zwei Dimensionen) zu verschieben und wie gewünscht zu justieren.
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Dadurch kann ein Toleranzausgleich zwischen den einzelnen Fachwerkscheiben durch Justage in Langlöchern oder Futterplatten entfallen. Oft wurde im Stand der Technik auf den Toleranzausgleich ganz verzichtet, was zu hohen Anforderungen in der Fertigung oder gegebenenfalls zu einer ungenaueren Geometrie führte. All dies ist durch den erfindungsgemäß möglichen zweidimensionalen Toleranzausgleich nicht nötig und senkt die Herstellungskosten erheblich.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen:
- – Ausrichten von zwei vorgefertigten Segmenten Fachwerkscheiben zueinander in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung; und in Folge dessen
- – Justieren von Fügestellen der zwei Fachwerkscheiben zueinander in der Vorrichtung; sowie
- – Verbinden der Fachwerkscheiben, insbesondere der Fügestellen, durch Durchsetzfügen.
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Die für das Verfahren vorgesehene Vorrichtung hat prinzipiell die Funktion einer aus dem Schiffsbau bekannten Helling und weist auf einer Fertigungsstraße Haltegestelle für die Fachwerkscheiben auf, in die die einzelnen vorgefertigten Fachwerkscheiben eingesetzt, ausgerichtet und justiert werden können. Anschließend kann das Durchsetzfügen – manuell oder auch vollautomatisch – auf der Fertigungsstraße durchgeführt werden.
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Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Parabolrinnenkollektors nach dem Stand der Technik;
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2 eine isometrische Darstellung eines Parabolrinnenkollektors;
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3 eine erfindungsgemäße Tragstruktur im Detail;
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4 die vier Fachwerkscheiben der Tragstruktur aus 3 in Explosionsdarstellung;
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5 eine Prinzipdarstellung des Durchsetzfügens;
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6 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs zum Durchsetzfügen;
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7 eine erste mögliche Ausbildung einer Fügestelle zweier Fachwerkscheiben;
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8 die Fügestelle zweier Fachwerkscheiben aus 7 nach einer Justierung;
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9 eine zweite mögliche Ausbildung einer Fügestelle zweier Fachwerkscheiben;
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10 eine Vorrichtung zum Ausrichten der Fachwerkscheiben und Justieren der Fügestellen;
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11 eine Darstellung der Vorrichtung aus 10 mit eingesetzten Fachwerkscheiben;
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12 eine Darstellung des Durchsetzfügens in der Vorrichtung der 10 und 11.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Parabolrinnenkollektors 10. Der Parabolrinnenkollektor 10 umfasst im Wesentlichen eine einachsig parabolisch gekrümmte reflektierende Spiegelfläche 12. Die Spiegelfläche 12 besteht aus einem gekrümmten und mit einer aufgedampften Metallschicht versehenen Glasscheibe und fokussiert einfallende Sonnenstrahlen 14 auf eine sogenannte Brennlinie 16. Der Ort der Brennlinie 16 hängt von der Geometrie der Spiegelfläche 12 ab.
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Entlang der Brennlinie 16 ist ein vakuumisoliertes Absorberrohr 18 an einer Halterung angeordnet. Das Absorberrohr 18 ist im Innern vorzugsweise mit einer selektiven Beschichtung 19 versehen.
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Typischerweise konzentriert der Parabolrinnenkollektor 10 das einfallenden Sonnenlicht um den Faktor 80 bis 120. Ein durch das Absorberrohr 18 gepumptes Wärmeträgermedium – in der Regel ein synthetisches Thermoöl oder flüssigem Salz (Heat Transportation Fluid, HTF) – wird durch die fokussierte Solarstrahlung bis auf ca. 400 °C–600 °C erhitzt. Es sind auch andere Wärmeüberträgermedien bekannt und anwendbar, die Temperaturen von über 500°C zulassen.
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Der so ausgebildete Parabolrinnenkollektor 10 wird mit samt Spiegelfläche 12 und Absorberrohr 18 einachsig, bevorzugt hydraulisch, der im Laufe des Tages wechselnden Position der Sonne nachgeführt. Dazu ist die Spiegelfläche 12 mit dem Absorberrohr 18 über ein Gelenk 17 drehbar gelagert.
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Ein einzelnes Parabolrinnenkollektorsegment ist etwa 10 m bis 30 m lang. Durch Hintereinanderschalten von mehreren Elementen können mehrere hundert Meter lange Kollektoren geschaffen werden. Die Breite der Spiegelfläche 12 kann mehrere Meter (z.B. 8 m) betragen. Mehrere hintereinander geschaltete Kollektoreinheiten bilden dann sog. Kollektorloops mit einer Länge von 500–1000 Meter.
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Das in den Absorberrohren 18 der Loops erhitzte Wärmeträgermedium wird gesammelt und zentral einem Dampferzeuger zugeführt, dem bspw. eine konventionelle Dampfturbine mit einer Dampfeintrittstemperatur von zum Beispiel ca. 370°C bei etwa 100 bar mit z. B. einem Stromgenerator nachgeschaltet ist (nicht dargestellt).
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Neben horizontal wirkenden Windbelastungen sind windinduzierte Torsionslasten, sowie eine gewisse zulässige Verformung bei der Auslegung und Herstellung einer geeigneten Tragstruktur unbedingt zu berücksichtigen. Insbesondere muss die Tragstruktur so torsionssteif ausgebildet sein, dass die Verformung der Spiegelfläche 12 sicher unterhalb vorgegebener Grenzen bleibt. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Spiegelflächen 12 brechen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Parabolrinnenkollektors 10, der auf einer Tragstruktur 20 angeordnet ist. Die Tragstruktur 20 ist als Stahl-Fachwerk ausgebildet. Die gekrümmte Spiegelfläche 12 des Parabolrinnenkollektors 10 ist an der torsionssteif ausgebildeten Tragstruktur 20 fixiert. Die Tragstruktur 20 besteht aus vier ähnlich ausgebildeten Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 und hat bevorzugt einen quadratischen Querschnitt.
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Die 3 zeigt die Tragstruktur 20 aus 2, die aus zwei Tragstruktursegmenten 25' und 25'' besteht.
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4 zeigt die Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 im Detail, die vorzugsweise jeweils zu einem länglichen Tragstruktursegment 25’ und 25’ mit quadratischem Querschnitt zusammengebaut werden. Anschließend werden beide Segmente 25' und 25'' bspw. durch Verbindungsstreben 26 miteinander zu der Tragstruktur 20 verbunden. Die Tragstruktur 20 kann bspw. mit Abmessungen von etwa 1,9 m × 1,9 m und einer Länge von ca. 24 m hergestellt werden.
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Die Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 sind in an sich bekannter Weise aus Stäben 22 und Knoten 23 zusammengefügt. Die Stäbe 22 sind zum Beispiel Flacheisen, Winkeleisen oder T-Profile, die an den Knoten 23 miteinander verbunden, bevorzugt verschweißt, sind.
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Zusätzlich können Gurte 24 vorgesehen sein. Die jeweiligen Bezugszeichen sind nur vereinzelt und beispielhaft in 3 und 4 den entsprechenden Elementen zugeordnet.
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Bei bekannten Parabolrinnenkollektoren 10 müssen die Fachwerkscheiben 21 mit höchster Präzision erstellt, weil sie anschließend vor Ort durch Schrauben verbunden werden. Das erhöht die Herstellungskosten.
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Ein Toleranzausgleich zwischen einzelnen Fachwerkscheiben 21 kann nur durch Justage in Langlöchern oder sogenannten „Futterplatten“ erreicht werden. In vielen Fällen wird auf Toleranzausgleich ganz verzichtet, was zu hohen Anforderungen in der Fertigung oder gegebenenfalls zu einer ungenaueren Geometrie führt.
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Erfindungsgemäß werden die oben genannten Nachteile vermieden durch eine geeignete konstruktive Auslegung der Tragstruktur 20 bzw. von deren Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 und das Verbinden der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 durch die Anwendung des Durchsetzfügens beim Zusammenbau.
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Das Durchsetzfügen, auch Clinchen, Druckfügen, Umformfügen oder Toxen genannt, ist ein aus der Blechbearbeitung bekanntes Fügeverfahren mit dem sich Bleche oder auch andere gut umformbare plattenförmige Werkstoffe ohne Verwendung von Verbindungselementen oder Zusatzwerkstoffen unlösbar verbinden lassen.
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5 zeigt in drei Prinzipdarstellungen die wesentlichen Verfahrensschritte des Durchsetzfügens.
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Zum Durchsetzfügen werden zwei Fügeteile 28, 28' (Z. B. Flachstahl oder Winkelprofil aus einem gut umformbaren Werkstoffe), die miteinander verbunden werden sollen, an einer Fügestelle 29 übereinandergelegt und aneinander gepresst (5.1). Das Fügewerkzeug 27 umfasst im Wesentlichen einen Fügestempel 30 und eine Matrize 32.
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Beim Durchsetzfügen werden die Fügeteile 28, 28' an der Fügestelle 29 von dem Fügestempel 30 in die Matrize 32 gedrückt und dabei plastisch verformt (5.2).
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Beim Einsenken des typischerweise kreisrunden Fügestempels 30 wird das untere Blech gestaucht und gegen eine starre oder teilweise bewegliche Matrize gepresst, so dass eine ringförmige Hinterschneidung 34 entsteht, in die das Material des oberen Bleches hineinfließt. Auf diese Weise entsteht eine unlösbare kraft- und formschlüssige Verbindung ohne Verwendung von zusätzlichen Verbindungselementen (5.3).
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6 zeigt zusätzlich eine schematische Darstellung eines modifizierten Werkzeugs 27 zum Durchsetzfügen. Dabei umfasst das Werkzeug 27 zusätzlich einen Niederhalter 36, der zum Anpressen von oben auf das Fügeteil 28 aufgesetzt wird und einen Amboss 38, der eine stabile Unterlage für die Fügeteile 28, 28' schafft. Der Amboss 38 kann vertikal beweglich sein und dient dann außerdem als Auswerfeinrichtung für die gefügte Verbindungsstelle. Dieses Werkzeug 27 wird an einem C-förmigen Grundkörper (nicht dargestellt) befestigt.
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Mit dem Durchsetzfügen ist es möglich, zum Beispiel verzinkte Stahlbleche zu Fügen. Es ist das Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, dass auch Winkeleisen und andere Halbzeuge mit Wandstärken von über 4 mm und bis zu 8 mm, oder sogar 10 mm auf diese Weise ohne Fügemittel (ohne Schraube oder Niet) gefügt werden können, wobei die dazu verwendeten Werkzeuge entsprechend robust ausgelegt sein müssen.
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Die Verbindung zwischen den Fügeteilen 28 muss dabei konstruktiv so angeordnet und ausgebildet werden, dass die eigentliche Fügestelle 29 von beiden Seiten für das Werkzeug 27 zugänglich ist.
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Dies wird beispielweise dadurch erreicht, dass die vorgesehenen Fügestellen 29 der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 außerhalb einer Außenkontur der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 liegen.
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Durch eine geeignete Ausrichtung einer Kontaktfläche 39 zwischen den Fügeteilen 28 und 28’ können die Möglichkeiten des zweidimensionalen Toleranzausgleichs bestmöglicht genutzt werden.
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Orthogonal zu der Kontaktfläche 39 zwischen den Fügeteilen 28 und 28’ ist ein Toleranzausgleich nicht möglich. Diesen Sachverhalt kann man nutzen, wenn zum Beispiel das Fügeteil 28’ sehr präzise hergestellt werden kann, um das Fügeteil 28 an die „richtige“ Position zu bringen, bevor die Fügeteile 28, 28’ verbunden werden. Dann ist das Fügeteil 28’ gewissermaßen die Lehre für das Fügeteil 28.
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Einer solche Situation ist exemplarisch in 7 dargestellt. 7 zeigt z.B. die Fachwerkscheibe 21.1, die mit der Fachwerkscheibe 21.2 rechtwinklig verbunden werden soll.
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Die Fachwerkscheibe 21.1 weist dazu einen Flachstahl 40 auf, das mit der Fachwerkscheibe 21.1 an dessen freien Ende fest verbunden (z.B. verschweißt) ist. Des Weiteren weist die Fachwerkscheibe 21.2 ein Winkelelement 42 auf, das mit der Fachwerkscheibe 21.2 an dessen einem Ende fest verbunden ist.
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Der Flachstahl 40 und der freie Schenkel des Winkelelements 42 sind jeweils derart an dem Fachwerkscheibe 21.1 und 21.2 angeordnet, dass sie beim rechtwinkligen Zusammenbau der Fachwerkscheiben 21.1 und 21.2 aneinander liegen. Diese Fläche wird als Kontaktfläche 39 bezeichnet und erstreckt sich parallel zu der von der X-Achse und der Z-Achse aufgespannten Ebene. Die Kontaktfläche 39 verläuft dabei in Richtung der horizontal angeordneten Fachwerkscheibe 21.1.
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Weil die Fachwerkscheibe 21.2 in Richtung der Y-Achse sehr biegesteif ist, wird sich die in Richtung der Y-Achse weichere Fachwerkscheibe 21.1 zum Winkelelement 42 hin verbiegen, wenn die beiden Fügeteile (hier 42 und 40) vor dem Fügen zusammengepresst werden.
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Um das Durchsetzfügen möglichst einfach zu gestalten, wird der freie Schenkel des Winkelelements 42 und das freie Ende des Flachstahl 40 so weit aus der Außenkontur der Tragstruktur 20 herausgeführt, dass eine mögliche Fügestelle 29 gut von dem Werkzeug 27 zum Durchsetzfügen erreichbar ist. Insbesondere müssen der Niederhalter 36 und der Amboss 38 des Fügewerkzeugs 27 im Bereich der Fügestelle 29 platziert werden können.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine Justierung zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der zu fügenden Bauteile (Fachwerkscheiben 21 oder Segmente 25) möglich ist, ohne Beeinträchtigung der Festigkeit und Belastbarkeit der Fügestelle 29.
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Vor dem Durchsetzfügen ist der Flachstahl 40 und mit ihm die Fachwerkscheibe 21.1 gegenüber dem Winkelelement 42 bzw. der Fachwerkscheibe 21.2 in zwei Richtungen (X-Achse und Z-Achse) zueinander justierbar.
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8 zeigt dazu beispielhaft einen erfindungsgemäß möglichen Toleranzausgleich der beiden Fachwerkscheiben 21.1 und 21.2 und eine daraus resultierende versetzte Position der Fügestelle 29.
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9 zeigt als weiteres Beispiel die Fachwerkscheibe 21.3, die z.B. mit der Fachwerkscheibe 21.4 rechtwinklig verbunden werden soll. Beide Fachwerkscheiben 21.3 und 21.4 weisen dazu jeweils ein Winkelelement 44 bzw. 46 auf, die jeweils mit der Fachwerkscheibe 21.3 oder 21.4 fest verbunden sind.
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Die Kontaktfläche 39 zwischen den Winkelelementen 44 und 46 ist so gelegt, dass sie beim rechtwinkligen Zusammenbau der Fachwerkscheiben 21.3 und 21.4 in der Winkelhalbierenden zwischen den Fachwerkscheiben 21.3 und 21.4 liegen. Eine solche Anordnung der Kontaktfläche 39 kann vorteilhaft sein, wenn es nicht eindeutig ist, welch der beiden Fachwerkscheiben 21.3 oder 21.4 präziser gefertigt werden kann als die andere.
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Auch hier werden die freien aneinanderliegenden Teile der Winkelelemente 44 und 46 so weit über die Außenkontur der Tragstruktur 20 herausgeführt, dass eine mögliche Fügestelle 29 für das Werkzeug 27 zum Durchsetzfügen zugänglich ist. Insbesondere müssen der Niederhalter 36 und der Amboss 38 des Fügewerkzeugs 27 platziert werden können.
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Vor dem Durchsetzfügen sind die beiden Winkelelemente 44 und 46 in zwei Richtungen zueinander justierbar. Das Justieren ist gemäß eines in 9 dargestellten Koordinatensystems in einer X-Z-Ebene möglich.
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Zur Montage der Stahlbauteile der Tragstruktur 20 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 48 zur Justierung und zum Ausgleich der Toleranzen der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 vorgesehen. 10 zeigt eine solche Vorrichtung 48.
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Auf einer Fertigungsstraße 50 der Vorrichtung 48 sind Haltegestelle 52 angeordnet, in welche die vorgefertigten Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 eingesetzt und ausgerichtet werden können. Außerdem umfasst die Vorrichtung 48 ein oder mehrere auf Schienen 54 verfahrbare Fügewerkzeuge 27 zum unlösbaren Verbinden der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 mittels Durchsetzfügen.
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Insgesamt sind vier Fügewerkzeuge 27 an beiden Seiten der Fertigungsstraße 50 angeordnet. Damit ist die Vorrichtung 48 dazu eingerichtet, die Tragstruktur 20 von beiden Seiten der Fertigungsstraße 50 gleichzeitig zu bearbeiten. Dies kann auch vollautomatisch erfolgen oder manuell durchgeführt werden.
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11 zeigt die vorgefertigten Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4, nachdem sie in die Haltegestelle eingesetzt und ausgerichtet wurden, so dass sich die Tragstruktur 20 mit quadratischem Querschnitt ergibt. Die einzelnen Elemente 40, 42 oder 44, 46 zum Verbinden der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 sind derart ausgebildet, dass sie aneinander liegen, wenn die Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 in der Vorrichtung 48 eingesetzt und ausgerichtet wurden.
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Sobald die herstellungsbedingten Toleranzen zwischen den Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 bzw. zwischen den Elementen 40, 42 oder 44 ausgeglichen wurden, werden sie mit Hilfe der Werkzeuge 27 durch Durchsetzfügen unlösbar miteinander verbunden.
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12 zeigt die Fertigungsstraße 50 während des Durchsetzfügevorgangs. Dabei fahren die beiden Fügewerkzeuge 27 an den Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 vorbei und verbinden im Bereich der vorgesehenen Fügestellen 29 die zuvor zueinander ausgerichteten und justierten Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 in erfindungsgemä0ßer Weise durch Durchsetzfügen.
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Prinzipiell können nach dem gleichen Verfahren auch die vorgefertigten Segmente 25' und 25'' der Tragstruktur 20 durch die Verbindungsstreben 26 miteinander verbunden werden. Dies könnte z.B. nach einem Transport der Segmente 25' und 25'' durch ein mobiles Fügewerkzeug 27 manuell vor Ort durchgeführt werden.
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Folgende Vorteile können durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht werden:
- • Ungenauigkeiten der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 können bei der Montage der Tragstruktur 20 ausgeglichen werden.
- • Die Automatisierung der Montage des Fachwerks ist möglich.
- • Die Anforderungen an die Toleranzen der Fachwerkscheiben 21.1 bis 21.4 sind gering.
- • Fügemittel (Schrauben oder Niete) und Löcher für Fügemittel sind nicht erforderlich.
