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Die vorgeschlagene Erfindung gehört zu den Stabelementen, die für die Bildung der verschiedenen montierbaren Fachwerke, insbesondere räumlichen Fachwerke verwendet werden können, vorzugsweise im Bau und bei Ausstellungen.
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Es ist das Stabelement KT-II bekannt, das ein Rohrgehäuse hat, an dem einige massiven Spitzen zugeschweißt sind, (siehe [1]). In der axialen Öffnung der Spitze ist eine Stiftschraube platziert, die an ihren Enden ein linkes und ein rechtes Schnitzwerk trägt, und in der Mitte einen sechsflächiger Antriebsgürtel und einen Bereich des technologischen Schnitzwerks, das mit dem Schnitzwerk in der axialen Öffnung der Spitze verknüpft ist, hat. Bei der Montage des Stabelementes setzt man eine sechsflächige Muffe auf das Ende der Stiftschraube, das das rechte Schnitzwerk trägt, und verknüpft sie mit dem sechsflächigen Antriebsgürtel der Stiftschraube. Die Stiftschraube wird in die Spitze des Gehäuses nach dem technologischen Schnitzwerk bis zu ihrem vollen Eintauchen in die Muffe eingeschraubt. Auf das freie Ende der Stiftschraube, das das linke Schnitzwerk trägt, wird eine Ankermutter angeschraubt. Danach wird die Spitze mit dem Rohrkörperdetail mittels einer Schweißnaht verbunden.
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Die Spitze und die Ankermutter bilden eine Ankerbaugruppe. Zusammen mit dem Rohrkörper bilden die Ankerbaugruppe einen Körperblock zusammen. Die Stiftschraube und die Muffe sind Teile der Befestigungseinrichtung, die, zusammenwirkend mit dem Ankerbaugruppe, es ermöglicht, den Rohrkörper mit dem benachbarten Element des Fachwerkes (zum Beispiel mit kugeligen Konnektor) zu verbinden.
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Das Vorhandensein der querlaufenden Schweißnähte verringert die Haltbarkeit des Stabelementes auf das Dehnen bei einer beliebigen Schweißtechnologie. Sogar bei der Benutzung des Laserschweißens sind die mechanischen Teste, die allumfassende zerstörungsfreie Kontrolle notwendig. Außerdem werden an die Genauigkeit der Bearbeitung der Einzelteile sehr hohe Forderungen gestellt, was das bekannte Stabelement äußerst teuer und konkurrenzunfähig im Massenbau macht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Mängel. Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale der Ansprüche gelöst.
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Auf der 1 ist der längsläufige Schnitt des Körperblocks, der an den Enden verschiedene konstruktive Varianten der Ankerbaugruppe und der Platzierung der Bandageringe hat, abgebildet.
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Auf der 2 und der 3, sind die querlaufenden Schnitte der 1 abgebildet.
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Auf der 4 ist der längsläufige Schnitt des Stabelements, das den Körperblock und die Befestigungseinrichtungen der zwei Typen einschließt, abgebildet.
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Auf der 5 und der 6 sind die Schnitte des Stabelements, das auf der 4 gezeigt ist, abgebildet.
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Die 7 veranschaulicht den Prozess der Verbindung des Stabelements mit den Konnektoren des Fachwerkes.
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Auf der 8 ist die Position der Komponenten des Stabelements abgebildet, wenn das Zusammenschrauben der Stoße ausgeführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrgehäuse;
- 2
- Kontaktoberfläche des Rohrgehäuses;
- 3, 3''
- Ankermutter;
- 4, 4''
- Ansätze der Ankerbaugruppe;
- 5
- Naht, die der Ansatz mit der Ankermutter verbindet;
- 6
- elastische Einsatz;
- 7, 7''
- Bandagering;
- 8
- technologischen Öffnungen des Rohrgehäuses 1;
- 9
- Stiftschraube, die das ununterbrochene rechte Schnitzwerk hat;
- 10
- Bereich, wo das Schnitzwerk der Stiftschraube deformiert ist;
- 11
- Stiftschraube, dien an den Enden das linke und das rechte Schnitzwerks trägt;
- 12
- Antriebsgürtel der Stiftschraube 11;
- 13
- technologische Öffnung der Stiftschraube 11;
- 14
- Antriebsmuffe;
- 15
- kompensierende Komponenten der Befestigungseinrichtung;
- 16, 16''
- Mittel der zeitweiligen Fixierung der Stiftschraube 11 bezüglich des Gehäuses;
- 17
- Mittel der zeitweiligen Fixierung der kompensierenden Komponenten;
- 18, 18''
- Konnektoren des Fachwerkes.
- a
- reduzierter Bereich des Rohrgehäuses;
- A
- Achse des Stabelements;
- b
- Länge der ersten Stufe der Reduzierung;
- B
- Position der Achse des Stabelements im Fachwerk;
- c
- Zone der Positionierung der Kontaktoberfläche;
- d
- Durchmesser der Ankermutter;
- D0
- Durchmesser des Rohlings des Rohrgehäuses;
- D1
- Durchmesser, die Länge der ersten Stufe der Reduzierung;
- h
- innere Abmessung des Abschnittes des Gehäuses mit dem nicht kreisförmigen Schnitt;
- k
- Zone der möglichen axialen Umstellungen der Ankermutter;
- l
- Länge des Stabelements Elementes ohne der kompensierenden Komponenten;
- L
- nominelle konstruktive Länge des Stabelements;
- m
- Länge des Abschnittes des Gehäuses mit dem nicht kreisförmigen Schnitt;
- n, n''
- Übergangsbereiche zwischen den Stufen der Reduzierung;
- s1, s2
- Spielraüme, die den Umfang der Winkel- und radialen Umstellungen der Ankerbaugruppe bestimmen;
- α
- Winkel der Neigung der Kontaktoberfläche 2 zur Achse A;
- β
- Winkel der Neigung der Achse A zu ihrer Position B im Fachwerk;
- Δ = δ1 + δ2
- summarische Dicke des Paketes der kompensierenden Komponenten 15.
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Die Verwirklichung der Erfindung schließt drei Etappen ein:
- – Herstellung der Komponenten des Stabelementes;
- – Montage des Stabelementes;
- – Verbindung des Stabelementes mit den Konnektoren im Laufe der Montage des Fachwerkes.
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1. Die Herstellung der Komponenten des Stabelementes schließt zwei unabhängige Prozesse ein:
- – Herstellung des Körperblocks des Stabelementes;
- – Herstellung der Details und der Baugruppen Befestigungseinrichtungen.
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1.1. Eine der Varianten der konstruktiven Ausführung des Stabelementes ist auf der 1 vorgestellt. Hier sind die möglichen Formen der Reduzierung der Bereiche an den Enden des Rohrgehäuses 1 aufgezeigt. Der Übergang vom Ausgangsdurchmesser des Rohres D0 wird durch den kegelförmigen Bereich n zum Bereich b mit dem Durchmesser D1 und weiter durch den kegelförmigen Bereich c zum zylindrischen Bereich des Durchmessers D2 verwirklicht. Innerhalb des Bereichs b ist der Abschnitt m eines nicht kreisförmiges, in diesem Fall des quadratischen Profils, mit der inneren Abmessung h ausgeführt.
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Das Gehäuse 1 ist mittels der Bandageringen 7 oder 7'' verstärkt, die sich durch die Position ihrer Stirnseiten bezüglich der Stirnseiten des Gehäuses 1 unterscheiden. Innerhalb des Gehäuses 1 auf dem Bereich c gibt es eine Kontaktoberfläche 2 (ist gestrichelt), die als eine kegelförmige Drehensoberfläche mit der Erzeugende, die zur Achse unter einem Winkel α geneigt ist, ausgeführt ist.
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Die Ankermutter 3 und 3'' mit einem Durchmesser d > h können mit einem identischen nach der Richtung Schnitzwerk (linkem oder rechtem) oder mit den nach der Richtung verschiedenen Schnitzwerken ausgeführt werden. Zu den Muttern sind Ansätze, die in zwei Varianten 4 und 4'' ausgeführt sind, befestigt. Die mit dem Ansatz 4 verbundene Mutter 3 stellt die Ankerbaugruppe dar, die mit den elastischen Einsätzen 6 aus den Abschnitten von Gummiröhre ausgestattet ist. Der Umfang der axialen Umstellungen der Ankerbaugruppe wird durch die Länge des Bereichs k, der Umfang ihrer radialen und Winkelumstellungen wird durch die Spielraüme s1, s2 bestimmt.
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Die Details 1 und 7 zusammen mit der Ankerbaugruppe bilden den Körperblock. Die Verbindung 5 des Ansatzes 4 mit der Ankermutter 3 kann mittels Kontakt- oder anderen Elektroschweißen ausgeführt werden. Die elastischen Einsätze 6 werden an den Details 3 und 4 mittels, zum Beispiel, eines elastischen Klebers befestigt. Der Ankerbaugruppe, der die Details 3, 4, 6, einschließt, wird mit dem Gehäuse 1 im Laufe des Reduzierens seines Endes mit Hilfe, zum Beispiel, Stauchpresse verbunden. Weiter wird auf das Gehäuse 1 nach dem Durchmesser D2 den Bandagering 7 aufgepresst. Durch Wiederholung dieselben Operationen auf dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses 1 bekommt man den Körperblock des Stabelements.
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1.2. Die Befestigungseinrichtungen in einer der möglichen Varianten der Zusammenstellung des Stabelements sind auf der 4 abgebildet. Hier in die Ankermutter 3 ist eine Stiftschraube 9, die ein ununterbrochenes rechtes Schnitzwerk hat, das in den Punkten 10 deformiert ist, eingeschraubt. Dadurch wird die Position der Stiftschraube 9 verhältnismäßig der Ankermutter 3 bestimmt. Eine Stiftschraube 11, die mit der Mutter 3'' verknüpft wird, hat auf einem Ende ein linkes, und auf anderem Ende ein rechtes Schnitzwerk. Zwischen den Schnitzbereichen befindet sich ein Antriebsgürtel 12 mit einer geraden Riffelung, auf der eine Antriebsmuffe 14 aufgepresst wird, die einige Ränder, Öffnungen oder andere Mittel der Kupplung mit einem Montagewerkzeug hat. Die Stiftschraube 11 und die Muffe 14 bilden die Befestigungsbaugruppe, die in die Mutter 3'' eingeschraubt wird und bezüglich des Gehäuses 1 mittels eines Stifts 16 fixiert wird, wobei dieser durch die technologischen Öffnungen 8 und 13 verläuft. Eine andere Variante der Fixierung der Stiftschraube 11, die keine Abschwächung des Details 1 durch Öffnungen 8 verursacht, kann mittels eines Thermomuffe 16'' verwirklicht werden.
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Die tatsächliche Länge l des Stabelements soll etwas kleiner als ihrer Nennwert L sein, wie es auf der 4 abgebildet ist. Eine unvermeidliche negative Abweichung Δ der Länge l vom Nominalwert L wird mittels eines Stapels der kompensierenden Scheiben 15 von der Dicke δ1 und δ2 kompensiert, der auch einige sphärischen Scheiben, die eine Stirnungenauigkeit an den Enden des Gehäuses kompensieren, einschließen kann.
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Auf der 4 sind die kompensierenden Komponenten 15 schematisch abgebildet, auf den 8 wird die Benutzung der sphärischen Scheiben 15 bei der Kupplung des Stabelements mit Konnektoren von verschiedenen Typen detailliert aufgezeigt. Eine Stiftschraube, die mit einer Antriebsmuffe und einigen kompensierenden Scheiben ausgestattet ist, bildet die Befestigungseinrichtung. Falls das Gehäuse und die Antriebsmuffe mit der notwendigen Genauigkeit ausgefertigt sind, sind die Komponenten 15 nicht notwendig. Einige kompensierenden Scheiben können aus Antifriktionsmaterial, zum Beispiel, Bronze ausgeführt werden, und/oder eine Antifriktionsbeschichtung haben.
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2. Die Montage des Stabelements schließt die folgenden Operationen ein:
- – Komplettierung;
- – Verbindung der Befestigungselemente mit dem Körperblock;
- – Korrektur der konstruktiven Länge des Stabelements.
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2.1. Nachdem der nächste Körperblock des Stabelements hergestellt ist, vervollständigt man ihn mit einem Satz der Komponenten der Befestigungseinrichtung entsprechend der angenommenen konstruktiven Lösung.
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2.2. Die ausgewählten Komponenten, werden, zum Beispiel, wie es auf der 4 gezeigt, verbunden. Der Körperblock und die Antriebsmuffe 14 sind so ausgeführt, dass ihre summarische Länge l etwas weniger als die nominelle Länge L des Stabelements ist.
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2.3. Man misst die Abweichung Δ der tatsächlichen Länge l vom Nennwert L der Länge. Aus dem vorhandenen Satz der kompensierenden Scheiben 15, mit Verwendung der Methode der Gruppenauslese (die sog. selektive Montage), bildet man einen Stapel, das die Länge des Stabelements bis zu dem Nennwert L mit einer Abweichung innerhalb der aufgegebenen Zone der Abweichungen vergrößert. Die kompensierenden Scheiben 15 werden an den Enden des Stabelements platziert und mittels der Elemente 17, zum Beispiel aus Thermoröhre, befestigt.
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3. Der Prozess der Verbindung des Stabelements mit den Konnektoren bei der Montage des Fachwerkes geschieht in zwei Etappen:
- – Zusammenschrauben bis zu der Schließung von Spielraüme;
- – Anziehen den Stoßen mit der geforderten Kraft.
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3.1. Die Technologie des Zusammenschraubens ist auf der 7 für denjenigen am meisten komplizierten Fall, wenn die Konnektors 18 und 18'' schon in der Projektposition fixiert sind, aber noch über einige Beweglichkeit verfügen, da die Stoßen des Fachwerkes noch nicht endgültig festgezogen sind, illustriert. Das Zusammenschrauben den Stoßen wird in der folgenden Reihenfolge ausgeführt:
- – Die Stiftschraube 11 wird von dem Fixierelement 17 befreit und wird in Konnektor 18'' eingeschraubt, wofür man das Gehäuse 1 um seine Achse A dreht, wobei diese sich in diesen Moment unter einem Winkel β von etwa 0.01 bezüglich der Achse B, die die Zentren der Konnektoren verbindet, befindet;
- – Die Stiftschraube 9 wird von dem Fixierelement 17 befreit und, deformierend die elastischen Einsätze 6, in das Gehäuse bis zu der Position eintaucht, wenn sie die Vereinigung der Achsen A und B nicht behindert.
- – Bei dem Zusammenfallen der Achsen A und B stoßen die Einsätze 6 die Stiftschraube 9 aus dem Gehäuse hinaus und es geschieht Selbstzentrierung der Stiftschraube bezüglich der Schnitzöffnung des Konnektors;
- – Man beseitigt das Mittel, das die Position der Stiftschraube 11 bezüglich des Gehäuses fixiert, d. h. den Stift 16 oder die Polymermuffe 16'';
- – Man haltet die Muffe 14 fest und dreht der Körperblock, wobei die Stiftschraube 9 mit dem Konnektor 18 nach dem rechten Schnitzwerk und die Stiftschraube 11 mit der Ankermutter 3'' nach dem linken Schnitzwerk bis zu der Beseitigung der Spielraüme in dem Stoß des Stabelements mit dem Konnektor 18 gleichzeitig zusammengeschraubt wird;
- – Man haltet den Körperblock gegen Drehen fest, dreht die Stiftschraube 11 mittels der Antriebsmuffe 14 bis zu der Schließung aller Spielraüme in dem Stoß des Stabelements mit dem Konnektor 18''.
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3.2. Das Zusammenziehen der Stoße des Stabelements mit den Konnektoren (8) wird gleichzeitig nach beiden Enden ausgeführt. Dabei hält man die Antriebsmuffe 14 gegen Drehen fest und wenden das kontrollierende Drehmoment an den Abschnitten m des Gehäuses 1 an.
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Das angeführte Beispiel bestätigt, dass die Erfindung mit der Benutzung der bekannten Technologien und der breit verwendeten preiswerten Ausrüstung verwirklicht werden kann.
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Literatur:
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1. The KT space truss system. K. Imai, T. Morita, Y. Yamaoka, K. Wakiyama and S. Tsujioka Source: SPACE STRUCTURES 4. Volume 2. page 1374. The papers presented at the Fourth International Conference on Space Structures at the University of Surrey, Guildford. Thomas Telford, London, 1993.
