DE10248325A1

DE10248325A1 - Endenbauteil für Rohre aus sprödbrechendem Material

Info

Publication number: DE10248325A1
Application number: DE10248325A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Jung; Stefan Prof. Behling; Joachim Dipl.-Ing. Achenbach
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Also published as: AU2003301450A1; WO2004035958A1

Abstract

In der Architektur wird immer mehr gewünscht, Verglasungen selbst als tragende Konstruktionselemente einzusetzen. Um dies zu ermöglichen, wird ein Endenbauteil (1) für Rohre (2) aus sprödbrechendem Material, wie z. B. Glas, vorgeschlagen, so daß auch in diesen Rohren (2) hohe Druckkräfte übertragen werden können. Es handelt sich um ein Endenbauteil (1) aus Basisplatte (10) und Vorspannelement (20), wobei die Basisplatte (10) eine Kontaktfläche (11) aufweist, die kongruent zum Profil des Rohrendes ist und Mittel (14) zur Aufnahme des Vorspannelementes aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endenbauteil für Rohre aus sprödbrechendem Material.
Auf den Gebieten der Architektur und dem Bauwesen wird immer häufiger eine maximale Transparenz von Gebäuden oder Gebäudeteilen gewünscht. Um dies zu erreichen, kommen Ganzglaskonstruktionen zur Anwendung. Dabei werden die Verglasungen selbst als tragende Konstruktionselemente eingesetzt.

Aus der WO 00/23265 sind Rohre aus Verbundglasmaterial bekannt, die für den Einsatz im Bau als tragende Elemente geeignet sein sollen, ohne daß zusätzlich zum Beispiel Metallrahmen notwendig sind. Sie weisen einen angeklebten Fuß aus vorzugsweise Blei auf. Ein weiches Material wird bevorzugt, damit im belasteten Zustand keine Spannungen in dem Rohrende auftreten, das in den Fuß eingefasst ist. Um außerdem Biegemomente zu verhindern, die zu einer Zerstörung des Glasrohres führen würden, weist der Fuß vorteilhafterweise ein Kugelgelenk auf.

Bei dem konstruktiven Element gemäß der WO 00/23265 aus Verbundglasrohr mit Fuß aus weichem Material ist es nicht möglich, Kräfte in das Verbundglasrohr einzuleiten, die auch nur annähernd in der Größenordnung der Glasdruckfestigkeit selbst liegen. Das weiche Fußmaterial wird bereits unter geringer Krafteinwirkung elastisch und bei höheren Kräften schließlich plastisch verformt. Es weicht dabei zur Seite hin aus. Über die Reibung zwischen Glasoberfläche und dem sich verformenden Fußmaterial baut sich durch die Verformung in der Kontaktzone zwischen Glas- und Fußmaterial eine Reibungskraft auf, die im Glas eine resultierende Zugspannung erzeugt. Die Zugspannung zerstört schließlich das Glas. Die zulässige Druckspannung im Glas wird dabei nicht erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Endenbauteil zur Verfügung zu stellen, so daß auch in Rohre aus sprödbrechendem Material hohe Druckkräfte übertragen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Endenbauteil für Rohre aus sprödbrechendem Material aus Basisplatte und Vorspannelement, wobei die Basisplatte eine Kontaktfläche aufweist, die kongruent zum Profil des Glasrohrendes ist, und Mittel zur Aufnahme des Vorspannelementes aufweist.

Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rohranordnung aus einem Rohr aus sprödbrechendem Material, das an beiden Enden ein erfindungsgemäßes Endenbauteil aufweist und mittels dem Vorspannelement vorgespannt ist.

Die Basisplatte besteht im wesentlichen aus einem Formteil, das auf das Rohrende aufgesetzt wird. Die Kraft wird über die zum Profil des Rohrendes kongruente Kontaktfläche der Basisplatte übertragen. Dabei werden die im Normalquerschnitt des Rohrprofils fließenden Kräfte übertragen. Der Absolutwert der Rauhtiefe und der Absolutwert des Planlaufs der beiden Kontaktflächen von Basisplatte und Rohrprofil sollten möglichst gering sein, um auch die Übertragung von sehr hohen Druckkräften zu ermöglichen. Zur Gewährleistung eines optimalen Kraftflußes ist die Basisplatte praktisch verformungsfrei zu dimensionieren. Die Materialfestigkeit der Basisplatte ist dabei so zu wählen, daß eine Materialverformung bei der gewünschten Belastung, insbesondere im Kontaktbereich zwischen Basisplatte und Rohrende, praktisch auszuschließen ist.

Mittels dem Vorspannelement wird eine kraft- und reibschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und der Basisplatte hergestellt sowie das Auftreten von unzulässigen Zugkräften im Rohr verhindert. Ferner wird die Formstabilität des Rohres im Bruchfall erhöht.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Endenbauteile erlaubt den Einsatz von Rohren als kraftübertragende konstruktive Elemente, zum Beispiel in Architektur und Bauwesen, Maschinenbau, Produkt- und Möbeldesign, Beleuchtungstechnik u. ä..

Vorzugsweise weist die Basisplatte eine Aufkantung auf, die derart angeordnet ist, daß sie im an einem Rohr angebrachten Zustand an der Rohrinnen- oder -außenwand verläuft. Die Aufkantung dient dazu, eine materialgerechte und zentrierte Einbindung des Rohres zu gewährleisten. Außerdem ermöglicht sie eine einfachere Montage und Fügung der Einzelteile. Ferner können über die Aufkantung eventuell auftretende Querkräfte abgeleitet werden, soweit diese nicht auf andere Weise übertragen werden können.

Bei dem Vorspannelement handelt es sich vorteilhafterweise um ein Seil oder eine Zugstange. Bevorzugte Materialien sind Stahl oder Glasfaser für das Seil und Stahl für die Zugstange. Für die Aufnahme derartiger Vorspannelemente ist die Basisplatte vorteilhafterweise mit einer zentrischen Durchbohrung versehen. Durch die zentrische Anordnung dieser Vorspannelemente wird insgesamt die Knicksteifigkeit erhöht.

Die Basisplatte kann geometrisch vielfältig ausgebildet sein. Mögliche Formen sind zum Beispiel zylindrisch, kegelförmig, pyramidal, kreuz förmig, gestuft usw.. Die Ausbildung der Basisplatte kann vollwandig massiv, gelocht oder durchbrochen skelettiert in Anlehnung an das Prinzip der materiellen Auflösung von Kraftfahrzeugfelgen sein.

Die Skelettierung der Basisplatte ist besonders bevorzugt, da sie es erlaubt, weitere Funktionen von außen in das Innere des Rohres zu integrieren. Dazu können beispielsweise Installations- und Mediendurchführungen gehören. Flüssigkeiten, Gase, Licht und Lichtquellen, Elektro- oder Datenleitungen und vieles andere mehr können eingebracht werden. Dadurch können die Rohrprofile über statischkonstruktive Funktionen hinaus weitere spezifische Funktionen erfüllen. Eine weitere Funktion kann z.B. die Integration von Licht bzw. Beleuchtung in das Endenbauteil oder das Rohr sein. Auch können so z.B. Molekularsieb-Depots zur Verhinderung von Kondenswasserbildung oder auch Kapillaren für den Druckausgleich zwischen dem Innenvolumen des Rohrprofils und der Außenumgebung im Endenbauteil integriert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Endenbauteil ein sich an die Basisplatte anschließendes Verankerungsteil auf. Das Verankerungsteil dient der Kraftüberleitung zu beliebigen Anschlussbauteilen wie z.B. Wänden, Decken, Böden in Bauwerken, aber auch zu anderen Bauteilen, wie z.B. benachbarten Rohren mit Endenbauteilen.

Vorteilhafterweise ist zwischen der Basisplatte und dem Verankerungsteil ein Zentrierteil angeordnet. Das Zentrierteil dient dazu, die in der Basisplatte vorhandenen Kräfte zu zentrieren und weiterzuleiten. Das Zentrierteil kann geometrisch vielfältig ausgebildet sein. Mögliche Formen sind z.B. zylindrisch, kegelförmig, pyramidal, kreuzförmig usw.. Die Ausbildung der Wandungen kann vollwandig massiv, gelocht oder durchbrochen skelettiert sein. Die Verbindung zwischen Basisplatte und Zentrierstück muß jeweils so ausgebildet sein, daß Zug- und Druckkräf te über die Schnittstellen hinweg verformungsfrei übertragen werden können. Falls Basisplatte und Zentrierstück nicht einstückig ausgebildet sind, so kann dies beispielsweise über ein gemeinsames an der Peripherie angeordnetes Zentralgewinde geschehen. Diese Maßnahme würde zunächst sicherstellen, daß das Zentrum des Endenbauteils für die Integration weiterer Funktionen massefrei gehalten werden kann.

Die Kraftüberleitung kann je nach spezifischer Erfordernis ein- oder mehrachsig gelenkig oder ungelenkig starr ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Verankerungsteil als Gelenklager ausgebildet oder weist das Verankerungsteil ein Kugelgelenk auf. Der mehrachsig gelenkige Anschluß, z.B. über einen Kugelkopfbolzen, gewährleistet eine vorzugsweise momentenfrei- bzw. biegezugspannungsarme Einleitung der Kräfte in das Rohrprofil. Für den Fall, daß das Verankerungsteil mit Kugelkopf ausgebildet ist, wird dieser vorzugsweise passgenau und beweglich in einem mit dem Zentrierstück einteilig hergestellten oder verschraubten Kugelpfannenstück gelagert. Die kraftschlüssige Verbindung würde dann vozugsweise mittels einem mit Zentralgewinde verschraubten Kugelpfannengegenstück hergestellt werden.

Das Gesamtsystem Endenbauteil gewährleistet durch seinen vorbeschriebenen Aufbau, daß alle im Rohr herrschenden bzw. eingeleiteten Kräfte in angrenzende Bauteile optimal übertragen werden können.

Die einzelnen Teile des Endenbauteils sind z.B. durch Verschraubung, durch monolithische Herstellung oder auf andere Weise form- bzw. kraftschlüssig miteinander verbunden. Zumindest die Kontaktfläche der Basisplatte zum Rohr aus sprödbrechenden Material sollte aus einem Material sein, das über Festigkeitswerte verfügt, die mindestens der gewünschten Druckbeanspruchung im sprödbrechendem Rohr entsprechen. Denkbar sind z.B. Kunststoffe, Keramiken, Naturstein, Ton materialien, Feinsteinzeug. Besonders bevorzugt sind allerdings hochfeste Metalle wie z.B. Edelstahl.

Die Einzelteile der Endenbauteile können z.B. als Drehteile, Werkstücke oder als Gussformteile hergestellt werden und entsprechend Einzelanforderungen zu einem Präzisionsbauteil nachbearbeitet werden. Insbesondere die Kontaktfläche der Basisplatte zum Rohrende sollte eine möglichst geringe Rauhigkeit und einen exakten Planlauf aufweisen.

Bei einer erfindungsgemäßen Rohranordnung weist das Rohr aus sprödbrechendem Material an beiden Enden ein erfindungsgemäßes Endenbauteil auf. Indem die beiden Endenbauteilbasisplatten durch ein vorzugsweise zentrisch geführtes Vorspannelement mit hohen Vorspannkräften auf die beiden Enden des Rohres aufgespannt werden, wird eine kraft- und reibschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und der Basisplatte hergestellt. Dies verhindert das Auftreten von unzulässigen Zugkräften im Rohr. Außerdem erhöht es die Formstabilität des Rohr im Bruchfall. Die Vorspannung hat des Weiteren die Funktion, durch den erzeugten Anpressdruck die Haftreibkraft zwischen Rohrprofil und Kontaktfläche der Basisplatte soweit zu erhöhen, daß die Querkräfte aus den Auflagereaktionen ausschließlich über die Haftreibung abgetragen werden können. Die Vorspannkraft wird vorzugsweise hydraulisch aufgebracht. Beide Basisplatten üben eine stetig axiale Druckkraft auf das Rohr aus. Dadurch können weit höhere Zugkräfte bzw. Biegezugspannungen übertragen werden als dies ohne Vorspannelement der Fall wäre. Vorteilhafterweise haben beide Endenbauteile ein gemeinsames Verspannungselement.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Rohr aus Glas oder einem Glasverbundmaterial. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht zumindest die Basisplatte aus hochfester Keramik und das Vorspannelement aus Glasfaser. Dies erlaubt den Einsatz der Rohranordnung in Umgebungen, bei denen es darauf ankommt, daß die Rohranordnung elektrisch nichtleitend ist.

Die Erfindung soll anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
1a eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Endenbauteils mit Glasrohr und Anschlusswand im Schnitt sowie
1b einen Schnitt durch das zusammengebaute Endenbauteil von 1a.
1a, b zeigen ein monolithisches Glasrohr 2 der Glassorte DURAN 8330 (Markenname der Firma Schott Glas) mit einem Außendurchmesser von 150 mm und einer Wanddicke von 5 mm. An das Glasrohr 2 schließt sich das Endenbauteil 1 an. Über das Endenbauteil 1 ist das Rohr 2 mit der Wand 3 verbunden. Das Endenbauteil setzt sich aus Basisplatte 10, Vorspannelement 20, Zentrierteil 30 und Verankerungsteil 40 zusammen.
Die Basisplatte 10 weist eine Aufkantung 12 mit Profilring 13 auf. Die Aufkantung 12 ist zentrisch angeordnet. Um sie herum verläuft senkrecht zur Zeichenebene die Kontaktfläche 11 der Basisplatte 10. Die Basisplatte 10 weist ferner eine zentrische Bohrung 14 auf, die das Zugseil 20 aus Stahl aufnimmt. Das Zugseil 20 wird an der Basisplatte 10 mittels einem Gewinde 21 und einer Mutter 22 befestigt.
Über Gewinde 15, 31 sind die Basisplatte 10 und das Zentrierteil 30 miteinander verbunden. Das Zentrierteil 30 zentriert die in der Basisplatte 10 vorhandenden Kräfte und leitet sie weiter an das ebenfalls über Gewinde 32, 43 sich anschließende Verankerungsteil 40.
Das Verankerungsteil 40 besteht aus einem verschraubten Kugelpfannenstück 41, einem Kugelkopfbolzen 44, einem Kugelpfannengegenstück 46 und einer Anschlußgewindenhülse 48. Das Kugelpfannenstück 41 und das Kugelpfannengegenstück 46 sind über Gewinde 43, 47 miteinander verbunden. Der Kugelkopfbolzen 44 ist über sein Gewinde 45 mit der Anschlussgewindehülse 48 verbunden, die ihrerseits die gesamte Konstruktion aus Rohr 2 und Endenbauteil 1 mit der Wand 3 verbindet.
Alle Einzelteile des Endenbauteils 1 sind aus hochfestem Edelstahl gefertigt, dessen zulässige Druck- bzw. Biegezugspannung über 240 N/mm² liegt. Das Stahlseil 20 ist mit einer Vorspannkraft von 75 kN beaufschlagt. Dies entspricht einer resultierenden Druckspannung im Glasrohr 2 von 33 N/mm². Dadurch können Zugkräfte von 60 kN durch das Glasrohr 2 übertragen werden. Die zulässige Druckspannung von 100 N/mm² für das Glasrohr 2 wird hierbei nur zu einem Drittel des zulässigen Wertes ausgenutzt. Zugspannungen treten bei dieser Anordnung im Glasrohr 2 nicht auf.

Claims

Endenbauteil (1) für Rohre (2) aus sprödbrechendem Material aus Basisplatte (10) und Vorspannelement (20), wobei die Basisplatte (10) eine Kontaktfläche (11) aufweist, die kongruent zum Profil des Glasrohrendes ist, und Mittel (14) zur Aufnahme des Vorspannelementes aufweist.
Endenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (10) eine Aufkantung (12) aufweist, die derart angeordnet ist, daß sie im an ein Rohr (2) angebrachten Zustand an der Rohrinnen- und -außenwand verläuft.
Endenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (20) ein Seil oder eine Stange ist.
Endenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (10) skelettiert ist.
Endenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein sich an das Basisteil (10) anschließendes Verankerungsteil (40) aufweist.
Endenbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein zwischen Basisteil (10) und Verankerungsbauteil (40) angeordnetes Zentrierteil (30) aufweist.
Endenbauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß, das Verankerungsteil (40) ein Gelenkanker ist.
Endenbauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß, das Verankerungsteil (40) ein Kugelgelenk (41, 44, 46) aufweist.
Endenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest zum Teil aus einem hochfesten Metall besteht.
Rohrandordnung aus einem Rohr 2 aus sprödbrechendem Material, das an beiden Enden ein Endbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist und mittels einem Vorspannelement (20) vorgespannt ist.
Rohrandordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) aus Glas oder Glasverbundmaterial ist.
Rohranordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (10) zumindest teilweise aus hochfestem Keramik ist und das Vorspannelement (20) aus Glasfaser ist.