DE1175412B

DE1175412B - Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit innerem UEberdruck

Info

Publication number: DE1175412B
Application number: DEG20213A
Authority: DE
Original assignee: JOHANNES DIETER GOLLNOW DR ING
Current assignee: JOHANNES DIETER GOLLNOW DR ING
Priority date: 1956-07-30
Filing date: 1956-07-30
Publication date: 1964-08-06

Description

Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit innerem überdruck Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Stahl, Leichtmetall, Kunststoff od. dgl., bestehend aus einem durch inneren Überdruck vorgespannten, stabförmigen, hermetisch verschlossenen Hohlkörper, und gemäß dem Verfahren hergestellte Bauelemente.
Es ist bereits bekannt, die stabförmigen oder ähnlich geformten, hohlen Bauelemente durch Einfüllen eines unter Druck stehenden Gases in den Hohlkörper unter Vorspannung zu setzen, derart, daß die dem Bauelement im unbelasteten Zustand erteilte Zugvorspannung einen Teil der oder die ganzen Druckspannungen kompensiert, welche durch die als Last aufzunehmende Druckkraft hervorgerufen werden. Dadurch ergeben sich, z. B. bei Knickstäben, bei Biegegliedern u. dgl" sehr bedeutende Einsparungen an Material und Gewicht gegenüber nicht vorgespannten Bauelementen.
Ferner ist es bereits bekannt, in hohlkörperförmigen Metallbauelementen Kunststoffschaum als Füllmasse einzubringen.
Weiter ist es bei Stahlbetonbauteilen mit einem dünnen Stahlmantel bereits bekannt, den Stahlmantel dadurch unter eine Vorspannung zu setzen, daß man ein plastisches Betongemisch unter überdruck einfüllt. Die Kräfte der Vorspannung sind daher sowohl in der Richtung der Längsachse des Bauelementes als auch senkrecht zu dieser von außen nach innen gerichtet. Bei derartigen Stahlbetonbauteilen ist es auch bereits bekannt, eine besondere T-Schiene od. dgl. als Zugbewehrung außerhalb des Stahlmantels des Bauelementes anzubringen.
Weiter sind aufgepumpte Bauelemente mit einer Schottenunterteilung bekannt.
Alle bekannten Bauelemente besitzen den Nachteil, daß sie entweder schon bei der Herstellung unter Druck gesetzt werden müssen und daher bei der Lagerung und während des Transportes beansprucht sind, oder aber, daß, falls sie erst an der Baustelle unter Druck gesetzt werden, die Höhe der Vorspannung und damit die Güte des Bauwerks von der Sorgfalt der Handhabung an der Baustelle abhängt, und damit die Ungenauigkeiten, die sich aus den häufig ungünstigen Bedingungen an der Baustelle ergeben, in Kauf zu nehmen sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen zu schaffen, bei dem diese Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der innere Überdruck im Hohlkörper des Bauelementes erst nach Einbringen von Füllgut und darauf folgendem hermetischem Abdichtendes Hohlkörpers zu einem beliebigen Zeitpunkt durch von außen bewirkte physikalische oder chemische Zustandsänderungen des Füllgutes hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß das Maß der späteren Vorspannung schon bei der Herstellung der Bauelemente sehr genau vorherbestimmt werden kann, wobei der innere überdruck erst nach der Lieferung zur Baustelle je nach Belieben vor oder nach dem Einbau der Bauelemente hergestellt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der innere überdruck z. B. durch das Zusammenwirken von in den Hohlkörper einzubringenden Quellstoffen erzeugt werden.
Der innere überdruck kann auch durch das Zusammenwirken von in den Hohlkörper getrennt einzufüllenden Chemikalien verschiedener Art erzeugt werden, die nach dem hermetischen Abschluß des Hohlkörpers miteinander in Wirkung gebracht werden und hierbei Gase entwickeln.
Vorzugsweise werden die zur Erzeugung des inneren Überdruckes zusammenwirkenden Füllgutelemente durch Zerstörung einer Zwischenwand zur Wirkung gebracht.
Bei Verwendung bestimmter Füllgutelemente zur Erzeugung eines inneren Überdruckes kann es auch vorteilhaft sein, diese durch Temperaturerhöhung zum Zusammenwirken zu bringen. Dabei werden die zur Erzeugung eines inneren Überdruckes zusammenwirkenden Füllgutelemente zweckmäßzgerweise im unterkühlten Zustand in den Hohlkörper eingefüllt.
Der Hohlraum der erfindungsgemäßen Bauelemente kann auch durch quer zur Längsachse und/oder axial verlaufende Zwischenwände unterteilt sein.
Erfindungsgemäß hergestellte Bauelemente können auch für Wechselstäbe vorteilhaft verwendet werden. In diesem Fall werden die Funktionen des Bauelementes geteilt. Die von ihm aufzunehmenden Zugkräfte können dann beispielsweise von einem Zugstab übernommen werden, der z. B. die Endscheiben eines stabförmigen Bauelementes kraftschlüssig auf Zug miteinander verbindet. Vorteilhafterweise sind dabei die Endscheiben außen mit Ösen versehen.
Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
F i g. I zeigt einen Hohlkörper zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauelementes; F i g. 2 und 3 zeigen den Hohlkörper gemäß F i g. 1 nach dem Verschließen; in F i g. 4, 4 a und 4 b sind verschiedene Querschnittsformen des erfindungsgemäßen Bauelementes dargestellt; F i g. 5 zeigt ein mittels Querwände in mehrere Abschnitte unterteiltes Bauelement; F i g. 6 zeigt ein mittels axial verlaufender Zwischenwände unterteiltes Bauelement; F i g. 7 zeigt ein Bauelement nach dem Einbringen des Füllgutes; F i g. 8 und 9 zeigen Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Bauelemente; F i g. 10 zeigt einen unter Anwendung erfindungsgemäßer Bauelemente hergestellten Biegeträger; in F i g. 11 ist die Anwendung eines erfindungsgemäßen Bauelementes als Mast dargestellt; F i g. 12 zeigt ein mit einem Zugglied versehenes erfindungsgemäßes Bauelement.
In F i g. 1 ist ein zylindrischer Hohlkörper von der Länge I, dem Außendurchmesser D und der Wandstärke s dargestellt. Die Wandung kann z. B. aus Stahl und/oder Leichtmetall, Kunststoff und; oder anderem geeignetem Material hergestellt sein, und die Länge l kann beispielsweise 100- bis 1000mal so groß wie D sein.
Derartige zylindrische Hohlkörper können gemäß F i g. 2 an den Enden zum Beispiel senkrecht oder geneigt zur Längsachse durch je eine ebene Endfläche 11, welche druckdicht angeschweißt ist, abgeschlossen sein. An Stelle der ebenen Endflächen können gemäß F i g. 3 auch gewölbte Endflächen Verwendung finden.
Gemäß F i g. 4 können die Hohlkörper 14 auch einen ovalen Querschnitt 16 oder einen dreieckförmigen oder quadratischen Querschnitt 17 bzw. 18 aufweisen. Gemäß F i g. 4 a und 4 b können die Hohlkörper auch als Doppelkegelstumpf 19 oder als einfacher Kegelstumpf 20 ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäßen Bauelemente können gemäß F i g. 5 auch durch druckfeste Querschotten 21 in einzelne, in ihren Abmessungen besonders ausgebildete Abschnitte unterteilt sein. Dabei können die verschiedenen Abschnitte gleichen oder verschiedenen Überdruck erhalten. Gemäß F i g. 5 besitzt z. B. der mittlere Abschnitt einen Überdruck p;; , und die diesem benachbarten Abschnitte p;; 1. Dabei können die verschiedenen Abschnitte mit besonders verschließbaren Einfüllöffnungen 12 für das Füllmaterial versehen sein.
Gemäß F i g. 6 können die erfindungsgemäßen Bauelemente auch durch druckfeste Längsschotten 23 in verschiedene sich axial erstreckende Längsabschnitte unterteilt sein.
Vor dem Verschließen der Hohlkörper werden die Füllstoffe 24 in diesen eingebracht (vgl. F i g. 7). Nach dem Verschließen des Hohlkörpers, das z. B. durch Verschweißen geschehen kann, kann das Füllgut z. B. durch Erwärmen oder durch Mischen zum Vergasen gebracht werden und in einen dauernden gasförmigen Zustand übergehen.
Die Menge der eingegebenen Stoffe im Verhältnis zum Hohlraum des Druckgliedes bietet dabei in Verbindung mit der für die Stoffe bekannten Volumenzunahme bei Übergang in den gasförmigen Zustand das Maß für den schließlich eintretenden inneren Überdruck und damit für die gewünschte Zugvorspannung.
Die den Innendruck im Hohlkörper ausübenden, beispielsweise gasförmigen oder flüssigen Medien können auch unterkühlt unter Druck eingeführt wer; den. Eine solche unterkühlte Einführung gestattet die Ansammlung einer gewissen Überdruckreserve, welche dadurch wirksam wird, daß die Medien nach Ausgleich der Unterkühlung durch Anstieg der Temperatur des Druckmediums auf die Außentemperatur ein ihrer stofflichen Eigenart entsprechendes höheres Volumen einnehmen, wodurch ein gewisser zusätzlicher Druckanstieg erfolgt.
Der in den Hohlkörpern gewünschte innere Überdruck kann beispielsweise auch durch eine genau dosierte Einbringung eines Quellstoffes und einer genau dosierten Zuführung eines Quellmittels in dem Hohlkörper erzeugt werden.
Den Hohlkörpern kann ein zusätzlicher Dichtungsschutz dadurch gegeben werden, daß sie an ihren Innenwandungen eine Auflage von Lack, Kunststoff, Gummi oder Spezialmetall erhalten, bevor der innere Überdruck hergestellt wird.
Die erfindungsgemäßen Bauelemente können gemäß F i g. 8 als Stützen 25 verwendet werden, wobei die Nutzlast P ein Seil 26 belastet, das zu einer Winde 27 führt. Die Bezugsziffer 28 bezeichnet ein Abspannseil.
F i g. 9 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelementes 25, das mit einem Zuggurt 26 versehen ist und die Nutzlast P trägt.
In F i g. 10 sind erfindungsgemäße Bauelemente 25 in der Druckzone eines Biegeträgers angeordnet, wobei die Zugzone des Biegeträgers durch hochzugfestes Material, z. B. Seil oder Spannstahl 26, gebildet ist. Derartige Biegeträger, die bei gleicher Tragfähigkeit gegenüber den bekannten Konstruktionen ein wesentlich niedrigeres Eigengewicht aufweisen, können vorteilhaft für bewegte Aggregate verwendet werden, denn sie gestatten hier eine Einsparung an Antriebskräften und an Bremskräften.
Die erfindungsgemäßen Bauelemente können auch vorteilhaft für hohe Maste verwendet werden, die entweder mit Seilen abgespannt oder am Fuß eingespannt sind. Die Montage von derartigen Masten erfolgte bisher in einzelnen Abschnitten. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Bauelemente ist es möglich, einen solchen hohlförmigen Mastkörper in seiner ganzen Länge im liegenden Zustand am Bauort druckdicht zusammenzufügen und nach Wirksamwerden des inneren Überdruckes aus dem liegenden in den stehenden Zustand zu bringen, ohne daß dabei die zulässigen Spannungen des Konstruktionsmaterials überschritten werden, da ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bauelement infolge des inneren Überdruckes Eigenwertmomente enthält, die ihrerseits die normale Durchbiegung weitgehend abbauen.
In F i g. 11 ist mit 29 ein mastförmiges Bauelement bezeichnet, das mittels eines Hilfsmastes 28 und eines an der Winde 27 befestigten Seiles 26 in Richtung des Pfeiles 30 aufgerichtet wird. Dabei wird das untere Ende des Mastes 29 eingespannt.
Wird dieses mastförmige Bauelement in stehendem Zustand beispielsweise durch Winddruck belastet, so sorgen die infolge des inneren Überdruckes auftretenden Eigenwertmomente dafür, daß das Bauelement sich nach einer gewissen Auslenkung stets wieder in die ursprünglich lotrechte Lage einstellt.
Die erfindungsgemäßen Bauelemente können auch als sogenannte Wechselstäbe verwendet werden, wobei die Vorteile der Zugvorspannung für die Druckkomponente ausgewertet werden. In diesem Fall können die aufzunehmenden Zugkräfte gemäß F i g. 12 durch ein Zugglied 32 in Form eines Zugstabes oder Seiles übernommen werden, wobei die beiden Endscheiben 11 des Bauelementes durch das Zugglied 32 kraftschlüssig auf Zug miteinander verbunden und die Endscheiben mit Ösen 31 versehen sind. Dabei wird zur völligen oder teilweisen Kompensation der Druckkraft im Inneren des erfindungsgemäßen Bauelementes ein entsprechender Überdruck hergestellt.
Eine besondere Form des erfindungsgemäßen Bauelementes mit innerem Überdruck stellen großflügelige Propellerblätter, beispielsweise für Windkraftanlagen, dar. Bisher wurden derartige Propeller, welche vorzugsweise aus drei oder mehr verstellbaren Propellerblättern von bis zu mehreren Metern Länge bestehen, aus vollem Spezialholz oder Leichtmetall hergestellt.
Derartige Schrauben- bzw. Propellerblätter können als dünnschalige Hohlkörper ausgebildet werden, deren Stabilität durch Zusammenwirken der dünnschaligen, schraubentechnisch richtig geformten Außenhaut, beispielsweise aus Leichtmetall, Stahl oder Kunststoff, mit dem Überdruckmedium erreicht wird. Dabei wird die Außenhaut durch geeignete Verrippung in der gewünschten strömungstechnisch richtigen Form fixiert.
Um stets mit Sicherheit in einfacher Weise feststellen zu können, ob eines der erfindungsgemäßen Bauelemente den gewünschten inneren Überdruck besitzt, werden diese vor dem Wirksamwerden des Überdruckes mit zwei in einem festen, genau bekannten Abstand festgelegten Meßmarken versehen. Die Abstandsänderung beider Meßmarken nach Wirksamwerden des Überdruckes ist unter Berücksichtigung des bekannten elastischen Verhaltens des Werkstoffes ein genaues Maß für die Größe des vorhandenen Überdruckes. Bei Rotationskörpern werden diese Meßmarken beispielsweise vorteilhaft in nicht zu geringem Abstand voneinander auf einem Meridian angebracht.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Stahl, Leichtmetall, Kunststoff od. dgl., bestehend aus einem durch inneren Überdruck vorgespannten, stabförmigen, hermetisch verschlossenen Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Überdruck im Hohlkörper erst nach Einbringen von Füllgut und darauffolgendem hermetischem Abdichten des Hohlkörpers zu einem beliebigen Zeitpunkt durch von außen bewirkte physikalische oder chemische Zustandsänderung des Füllgutes hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Überdruck durch das Zusammenwirken von in den Hohlkörper einzubringenden Ouellstoffen erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Überdruck durch das Zusammenwirken von in den Hohlkörper getrennt einzufüllenden Chemikalien verschiedener Art erzeugt wird, die nach hermetischem Abschluß des Hohlkörpers miteinander in Berührung gebracht werden und hierbei Gase entwickeln.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Innendruckerhöhung zusammenwirkenden Füllgutelemente durch Zerstörung einer Zwischenwand zur Zusammenarbeit gebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Innendruckerhöhung zusammenwirkenden Füllgutelemente durch Temperaturerhöhung zur Zusammenarbeit gegebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Innendruckerhöhung zusammenwirkenden Füllgutelemente im unterkühlten Zustand in den Hohlkörper eingefüllt werden.
7. Gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestelltes Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hohlraum durch quer zur Längsachse verlaufende Zwischenwände (21) unterteilt ist. B.
Gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestelltes Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hohlraum durch axial verlaufende Zwischenwände (23) unterteilt ist.
9. Gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestelltes Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß seine Endscheiben außen mit Ösen (31) versehen sind und innen miteinander durch ein Zugglied (32) verbunden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 522 510, 763 356, 822152, 884 409; deutsche Patentanmeldung W 7499V / 37f; französische Patentschrift Nr. 574541; Hans Möll, »Spannbeton«, 1954, S. 135.