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Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung mit wenigstens einem Innenrohr und wenigstens einem Außenrohr, wobei das Innenrohr wenigstens teilweise innerhalb des Außenrohrs gelagert ist, mit wenigstens einem Zylinderkopf, mit wenigstens einem Kolbenstangenlager und wenigstens einer Manschette.
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Bei gemäß dem Stand der Technik gefertigten Zylinder-Kolben-Vorrichtungen ist es bekannt, zum Abschließen des Zylinders beispielsweise zwei übergroße Endstücke an den Endbereichen eines Zylinderrohrs einzupressen. Hierdurch kann ein Pressverband bereitgestellt werden und das Zylinderrohr je nach Wunsch abgeschlossen werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, entweder Endstücke in ein Zylinderrohr einzukleben oder umgekehrt ein Zylinderrohr in Endstücke einzukleben.
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Es sind ferner Lösungen bekannt, bei denen mit Stacheln beschweißte Endstücke während des Herstellungsprozesses eines Zylinderrohrs in dieses mit eingewickelt werden. Bekannt sind auch Ausführungen, bei denen mit Wellen versehende Endstücke während des Herstellungsprozesses des Zylinderrohrs mit diesem eingewikkelt werden.
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In anderen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird ein gekerbter Ring beim Herstellungsprozess des Zylinderrohrs gemeinsam mit diesem eingewikkelt. In die Kerbe des Rings werden Ringelemente eingelegt und mit einem zweiteiligen Endstück festgeklemmt.
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Gemäß der sogenannten Darmstädter Behälter-Bauweise ist es ferner bekannt, zur Herstellung des Zylinderrohres ein an den Enden eingezogenes Faser-KunststoffVerbund-Rohr in die konische Aufnahme von Endstücken einzupressen und von innen mit einem nach innen gewölbten Boden zu verschließen.
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Nachteilig an den genannten Vorrichtungen sind die zu ihrer Herstellung erforderliche umständliche Fertigung und/oder Montage sowie die Verwendung komplexer und entsprechend teurer Einzelkomponenten.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung bereitzustellen, die besonders einfach hergestellt werden kann und die besser dazu geeignet ist, bei der Benutzung bzw. Belastung der Vorrichtung auftretenden Knick- und/oder Biegekräfte sowie durch das Druckfluid auf die Zylinder-Kolben-Vorrichtung wirkende Druckkräfte aufzunehmen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach ist eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung mit wenigstens einem Innenrohr und wenigstens einem Außenrohr vorgesehen, wobei das' Innenrohr wenigstens teilweise innerhalb des Außenrohrs gelagert ist. Die Zylinder-Kolben-Vorrichtung weist ferner mindestens einen Zylinderkopf, wenigstens ein Kolbenstangenlager und wenigstens eine Manschette auf.
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Selbstverständlich kann die Zylinder-Kolben-Vorrichtung einen Kolben mit entsprechendem Kolbenkopf umfassen. Die wenigstens eine Manschette kann dazu ausgebildet sein, das Innenrohr und/oder das Außenrohr am Kolbenstangenlager und/oder am Zylinderkopf insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig festzustellen. In dem dabei definierten Kopplungsbereich können alternativ oder zusätzlich Mittel für einen stoffschlüssigen Verbund der genannten Komponenten vorgesehen sein. Die Kopplung kann demnach nahezu beliebig gewählt und auch kombiniert erfolgen. Die wenigstens eine Manschette kann gemäß einer bevorzugten aber nich zwigend vorzusehenden Ausführung wenigstens einen geschlitzten Endbereich des Innenrohrs und/oder des Außenrohrs an den Zylinderkopf und/oder an dem Kolbenstangenlager feststellen. Die Manschette kann dabei in dem Bereich, in dem sie an dem geschlitzten Endbereich anliegt, wenigstens teilweise konkav ausgebildet sein.
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Die Begriffe des Zylinderkopfs, des Kolbenstangenlagers und der Endbereiche sind weit auszulegen und können sich auf Merkmale beziehen, die hinsichtlich ihrer Funktion den beschriebenen Merkmalen ähneln. Der Zylinderkopf und/oder das Kolbenstangenlager können demnach Komponenten bezeichnen, die eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung in axialer Richtung nach außen begrenzen oder abschließen. Mit den geschlitzten Endbereichen können axial äußere Bereiche der Rohre gemeint sein, die keine planare Außenfläche aufweisen, sondern beispielsweise regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete Ausnehmungen umfassen.
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Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Kopplungsmechanismus zwischen den Rohren und dem Zylinderkopf bzw. dem Kolbenstangenlager wird die Verwendung besonders einfach herzustellender Rohrrohlinge zur Fertigung des Innenrohrs und/oder des Außenrohr ermöglicht. Dies wiederum bedingt eine besonders flexible Herstellung erfindungsgemäßer Zylinder-Kolben-Vorrichtungen mit unterschiedlichen Dimensionen aus einem variablen Baukasten der hierfür erforderlichen Komponenten.
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Durch die einfachere Ausgestaltung der Zylinder-Kolben-Vorrichtung ist auch eine Endlosfertigung der zur Montage der Zylinder-Kolben-Vorrichtung notwendigen Halbzeuge möglich.
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In einer bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass das Innenrohr und/oder das Außenrohr und/oder die Manschette aus einem Faserverbundkunststoff und/oder aus einem Metall gefertigt sind. Denkbar ist demnach auch, dass wenigstens ein Teil der genannten Komponenten aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt ist, während ein anderer Teil der genannten Komponenten aus einem Metall gefertigt ist. Denkbar sind ferner kombinierte Komponenten, bei denen sowohl ein Metall oder mehrere Metalle als auch Faserverbundkunststoffe bzw. ein Faserverbundkunststoff eingesetzt werden. Die Verwendung eines Faserverbundkunststoffs bzw. von Faserverbundkunststoffen macht die Herstellung vorteilhaft leichter Zylinder-Kolben-Vorrichtungen möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass das Innenrohr und/oder das Außenrohr durch den Zylinderkopf und/oder das Kolbenstangenlager wenigstens teilweise verschlossen sind. Insbesondere ist damit ein Abschließen des jeweiligen Zylinderrohrs oder der Zylinderrohre an dessen bzw. deren kreisförmigen Decken- bzw. Bodenseiten gemeint. Durch die genannten Komponenten können somit die axial äußeren Bereiche des Innenrohrs und/oder des Außenrohrs wenigstens teilweise mit einer insbesondere wenigstens teilweise kreis- bzw. ringförmigen Fläche verschlossen sein. Der Begriff des Zylinderrohrs kann sich auf eines der beiden Rohre Innenrohr oder Außenrohr beziehen oder auch beide Rohre umfassen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Manschette von insbesondere radial außen an Zungen des Innenrohrs und/oder des Außenrohrs angeordnet, insbesondere aufgepresst ist. Mit den Zungen der genannten Rohre können Ausbildungen bzw. Abschnitte in den axialen Endbereichen der Rohre gemeint sein, die durch die geschlitzte Ausführung der Endbereiche als zungenförmige, laschenförmige oder ähnliche Abschnitte der Rohre ausgebildet sind und sich insbesondere in axialer Richtung nach außen weg vom restlichen Gefüge der Rohre oder des Rohres erstrecken. Die Manschette kann hierbei wenigstens teilweise in radialer Richtung weiter außen angeordnet sein, als die Zungen. Ein radial innerer Abschnitt der Manschette kann mit einem radial äußeren Abschnitt der Zungen in direktem oder indirektem Kontakt sein. Unter einem indirekten Kontakt ist insbesondere ein Kontakt der jeweiligen Abschnitte gemeint, bei dem zusätzlich ein Klebstoff zwischen den Zungen und der Manschette vorgesehen ist.
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Die Zungen können dabei von den Manschetten besonders einfach gegen andere Komponenten der Zylinder-Kolben-Vorrichtung gedrückt bzw. verbogen werden und hierdurch kann die Kopplung der genannten Komponenten besonders einfach bewirkt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass im Bereich der Zungen Klebstoff vorgesehen ist. Der Klebstoff kann die Kopplung zwischen den genannten Komponenten verbessern und ferner eine Dichtwirkung zum Abdichten der Zylinder-Kolben-Vorrichtung in dem jeweiligen Bereich ausüben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ein druckstabiler Füllstoff, insbesondere aus Kunststoff, Holz und/oder Metall, vorgesehen ist. Durch den druckstabilen Füllstoff kann eine bessere Kraftübertragung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ermöglicht werden und so die Druckbelastung beispielsweise des Innenrohrs verringert werden. Auch kann mittels des Füllstoffs die Stabilität der Zylinder-Kolben-Vorrichtung in Bezug auf andere Belastungen als die Druckbelastung verbessert werden. Insbesondere die Stabilität der Zylinder-Kolben-Vorrichtung hinsichtlich Knick- und/oder Biegebelastungen kann so vergrößert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ferner denkbar, dass das Innenrohr wenigstens teilweise innerhalb des Außenrohrs und/oder konzentrisch zu diesem gelagert ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Innenrohr kürzer als das Außenrohr ist. Der Längenunterschied zwischen den Rohren kann im Wesentlichen der axialen Erstreckung von zwei Manschetten entsprechen. Hierbei ist ein Längenunterschied denkbar, der beispielsweise mehr als 50% der summierten axialen Erstreckung der beiden Manschetten und insbesondere mehr als 80% der summierten axialen Erstreckung der beiden Manschetten entspricht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass das Innenrohr und/oder das Außenrohr zwei geschlitzte Endbereiche umfassen, die einander gegenüberliegen. Die beiden geschlitzten Endbereiche können dabei jeweils an axial einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Rohrs vorgesehen sein.
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Die Erfindung ist ferner auf einen Druckspeicher oder einen Aktuator mit wenigstens einer Zylinder-Kolben-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gerichtet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile sind anhand der in den Figuren beispielhaft gezeigten Ausführung erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Vorrichtung;
- 2: eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Vorrichtung; und
- Figur
3a und 3b: Detailansichten zur Kopplung der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Vorrichtung.
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1 zeigt eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Vorrichtung, wobei außenliegend ein Außenrohr 7 des Zylinders der Zylinder-Kolben-Vorrichtung gezeigt ist, an dessen beiden axialen Endbereichen jeweils eine Manschette 5 zur Kopplung wenigstens eines Teils der Komponenten der Zylinder-Kolben-Vorrichtung vorgesehen ist. Im unteren Bereich der 1 ist ein Endbereich eines wenigstens zum Teil innerhalb des Zylinders 7 gelagerten Kolbens 1 gezeigt, der ein Auge bzw. eine Durchführung zum Koppeln der Zylinder-Kolben-Vorrichtung mit weiteren Einrichtungen umfassen kann. Am gegenüberliegenden Abschnitt der Zylinder-Kolben-Vorrichtung ist ein zweites Auge bzw. eine zweite Durchführung gezeigt, die einem teilweise sichtbaren Zylinderkopf 4 zugeordnet sein kann, der wenigstens teilweise von der oberen Manschette 5 aufgenommen bzw. umfasst sein kann.
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2 zeigt eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Vorrichtung, bei der ein Kolben 1 verschieblich innerhalb des komplexen Zylinders der Zylinder-Kolben-Vorrichtung gelagert ist. Der Zylinder umfasst hierbei ein Innenrohr 6 und ein das Innenrohr 6 umgebendes Außenrohr 7, die koaxial zueinander angeordnet sein können. Der Kolben 1 weist einen Kolbenkopf 2 auf, der verschieblich innerhalb des Innerohrs 6 gelagert ist. Eine Dichtung 10 kann den Dichtspalt zwischen dem Kolbenkopf 2 und dem Innenrohr 6 abdichten.
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Ein Zylinderkopf 4 kann dazu ausgebildet sein, mit beiden Rohren 6, 7 gekoppelt zu werden. Hierzu kann in einem axial mittigen Bereich des Zylinderkopfs 4 eine insbesondere zylinderförmige Erhöhung 41 vorgesehen sein, in deren Mantelfläche bzw. in deren Mantelflächenbereich eine Dichtung 11 vorgesehen sein kann. Die Dichtung 11 kann dazu ausgebildet sein, den Dichtspalt zwischen der Erhöhung 41 und dem Innenrohr 6 abzudichten. Der Zylinderkopf 4 kann ferner an einer radialen Außenseite und insbesondere an einer radial am weitesten angeordneten Fläche einen radial nach innen gekrümmten Abschnitt umfassen, an dem eines der Rohre 6, 7 mit seinem geschlitzten Endbereich 71 anliegen kann. In diesem gekrümmten Bereich des Zylinderkopfs 4 kann der geschlitzte Endbereich 71 des entsprechenden Rohres 6,7 durch die Manschette 5 gegen den Zylinderkopf 4 angepresst werden, wobei die geschlitzten Endbereiche 71 bzw. der geschlitzte Endbereich 71 radial nach innen gekrümmt sein kann.
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An der dem Zylinderkopf 4 entgegengesetzten Seite der Zylinder-Kolben-Vorrichtung ist ein Kolbenstangenlager 3 vorgesehen, in dem die Kolbenstange 1 verschieblich gelagert ist. Der Dichtspalt zwischen der Kolbenstange 1 und dem Lager 3 kann über wenigstens eine Dichtung 8 abgedichtet sein. Denkbar ist auch eine Ausführung mit drei entsprechenden Dichtungen 8.
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Ähnlich wie im Bereich des Zylinderkopfs 4 kann wenigstens eines der Rohre 6, 7 durch eine weitere Manschette 5 an das Kolbenstangenlager 3 angepresst sein. Die entsprechenden Ausführungen zum Zylinderkopf 4 gelten hierbei analog für das Kolbenstangenlager 3.
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Wie im Fall des Zylinderkopfs 4 kann auch zwischen dem Kolbenstangenlager 3 und dem Innenrohr 6 eine Dichtung 9 zum Abdichten des entsprechenden Dichtspalts vorgesehen sein. Die Manschette 5 kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit wenigstens einem der Rohre 6, 7 verbunden sein. Hierzu ist es denkbar, die Manschette 5 an die jeweiligen Komponenten aufzupressen, mit dem Stangenlager 3 und/oder mit dem Zylinderkopf 4 zu verschrauben und/oder anderweitig zu koppeln.
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3a und 3b zeigen den entsprechenden Kopplungsbereich der Manschette 5 in einer seitlichen bzw. einer perspektivischen Explosionsansicht. Die geschlitzten Endbereiche 71 des Rohres 6, 7 können hierbei in axialer Richtung geschlitzt sein, wobei insbesondere identische Zungen aus den Rohren 6, 7 herausgearbeitet sein können. Die Zungen können einstückig mit dem restlichen Gefüge des Rohrs bzw. der Rohre 6, 7 gefertigt sein. Denkbar ist hierbei auch, dass beide Rohre 6,7 jeweils von eigenen Manschette 5 auf beispielsweise das Kolbenstangenlager 3 und/oder den Zylinderkopf 4 aufgepresst werden, wobei die beiden Manschetten 5 wenigstens teilweise ineinander gelagert sein können und beispielsweise Durchführungen oder wenigstens eine Durchführung umfassen können, durch welche das innen gelagerte Kolbenstangenlager 3 oder der innen gelagerte Zylinderkopf 4 durch die Manschetten 5 nach außen durchgeführt werden können. Die Manschetten 5 können hierbei entsprechend mit unterschiedlichen Durchmessern gefertigt sein.
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Das Innenrohr 6 und/oder das Außenrohr 7 können aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt sein. Denkbar sind auch Ausführungen, bei denen eines der Rohre 6, 7 aus einem Material gefertigt ist, während das andere Rohr 6, 7 aus einem anderen Material gefertigt ist.
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Das Innenrohr 6 und/oder das Außenrohr 7 können wenigstens teilweise in ihrem jeweiligen Deckenbereich bzw. Bodenbereich, d.h. ihren axial außen bestehenden Öffnungen oder Abschnitten mittels des Zylinderkopfs 4 und/oder mittels des Kolbenstangenlagers 3 verschlossen sein. Hierzu können an dem Zylinderkopf 4 und/oder an dem Kolbenstangenlager 3 insbesondere planare und weitere insbesondere zueinander parallel angeordnete Verschlussabschnitte vorgesehen sein. Diese können kreisförmig bzw. ringförmig ausgebildet sein und konzentrisch zueinander angeordnet sein.
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Die Erfindung kann sich auf einen Hydraulikzylinder bzw. -aktuator und/oder auf einen Druckspeicher beziehen. Das dabei vorgesehen Zylinderrohr kann zweiteilig ausgeführt sein. Ein Innenrohr 6 kann wenigstens teilweise innerhalb eines Außenrohrs 7 gelagert sein.
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Die Rohre können aus Faserverbundkunststoff oder Metall gefertigt sein. Das Innenrohr 6 kann durch das Kolbenstangenlager 3 und den Zylinderkopf 4 wenigstens teilweise verschlossen sein. Über diesen inneren Aufbau kann das insbesondere zylindrische Außenrohr 7 geschoben bzw. positioniert sein. Das Außenrohr 7 und/oder das Innenrohr 6 können an ihren Enden geschlitzt sein.
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Die durch die Schlitze entstandenen Zungen sind mit einer Faserverbundmanschette 5, welche von außen aufgepresst ist, fest auf die abgerundeten Außenkonturen des Kolbenstangenlagers 3 und/oder des Zylinderkopfs 4 pressbar.
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Eine zusätzliche Einbringung von Klebstoff an den Fügestellen ist dabei möglich. Der Klebstoff kann zur Festigkeitssteigerung des Verbunds und auch als Dichtung eingesetzt werden. Das Außenrohr 7 kann in diesem Verbund einen Zuganker darstellen. Es kann aber Druckkräfte mit aufnehmen. Das Innenrohr 6 nimmt die hydraulischen Druckkräfte auf und kann auch vorgespannt sein. Zwischen Innen- und Außenrohr 6, 7 kann noch ein druckstabiler Füllstoff aus Kunststoff, Holz oder Metall eingebracht werden um die Steifigkeit bzw. Beulsteifigkeit zu erhöhen.
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Das insbesondere als eines Faserverbundrohrs ausgebildete Außenrohr 7 kann als Zuganker fungieren, welcher insbesondere mit aufgepressten Manschetten 5 über Rundungen der Endstücke eingezogen werden kann. Der Begriff der Endstücke kann sich vorliegend auf den Zylinderkopf 4 und/oder auf das Kolbenstangenlager 3 beziehen.
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Erfindungsgemäß kann eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen wenigstens dem Außenrohr 7 und dem Zylinderkopf 4 und/oder dem Kolbenstangenlager 3 bestehen, welche es ermöglicht, die Zug- und Druck-Spannungen in die Endstücke einzuleiten.
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Es wird ferner die Trennung der Kraftaufnahme bei der Verwendung an einem Hydraulikzylinder in Knick-/ Biegekräfte und Druckkräfte aus Fluiddruck bewirkt.
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Vorteilhafterweise kann ferner ein variabler Baukasten zu Fertigung der Zylinder-Kolben-Vorrichtung bereitgestellt werden, bei dem die Verwendung einfach herzustellender Rohrrohlinge möglich ist. Auch kann wenigstens ein Teil der Komponenten bzw. der Halbzeuge in kostengünstiger und flexibler Endlosfertigung hergestellt werden. Insgesamt erhöht die erfindungsgemäße Geometrie das Flächenträgheitsmoment im Lastfall.
