DE3345592C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Versteifungsrippe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere Schaltafeln, wie sie für Betonschalungen eingesetzt werden, sind sehr hohen Belastungen ausgesetzt und müssen daher sehr effektiv versteift werden. Andererseits soll eine Schaltafel möglichst leicht sein, um einfacher gehandhabt werden zu können. Es haben sich dabei einfache Metallversteifungsstege oder -Rippen wegen ihres hohen Gewichts als nicht befriedigend erwiesen.

Eine gattungsgemäße Versteifungsrippe ist aus der FR-A-22 75 605 bekannt, wobei die beiden Seitenwände von Schaumstoffrippen jeweils die Sandwichstruktur haben, die maßgeblich für den Versteifungseffekt ist. Dabei ist das dritte Material eine perfo­ rierte Metallplatte, die in der Kunststoffschicht der Seitenwände eingebettet ist. Die Verstärkung resultiert dabei bewußt nur aus der Festigkeit des Metalls an sich und um ein plattenförmiges Element effektiv zu versteifen, sind hohe Versteifungsrippen mit entsprechend viel Metall erforderlich.

Aus der DE-OS 22 21 608 ist eine Sandwichplatte bekannt, bei der grundsätzlich der Verstärkungseffekt darauf beruht, daß die äußeren Schichten jeweils gegensinnig auf Druck und Zug beansprucht werden und die Mittelschicht (hier ein Holzkern) lediglich die beiden Deckschichten verbindet und auf Distanz hält. Bei einer Versteifungsrippe sind die äußeren Schichten gleichsinnig beansprucht, wofür eine distanzhaltende Mittelschicht eines normalen Sandwichaufbaus nur eine Platzverschwendung bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Versteifungsrippe so weiterzu­ bilden, daß mit einer kompakteren Bauhöhe und damit geringerem Gewicht dennoch ein höherer Versteifungseffekt erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Die Zugvorspannung hat den Effekt, daß der Versteifungseffekt nicht erst dann ein­ setzt, wenn das plattenförmige Element beginnt sich durchzubiegen, sondern daß bis zur Höhe der Vorspannung Belastungen ohne Durchbiegung abgestützt werden. Erst darüber hinausgehende Belastungen beginnen das plattenförmige Element durchzu­ biegen, wobei die maximale Durchbiegung bei einer gegebenen Maximalbelastung um ein der Vorspannung entsprechendes Ausmaß geringer ist gegenüber einer konventionell versteiften Platte.

Die Vorgabe an ein plattenförmiges Element, wie eine Schaltafel, lautet, daß sie bei einer gegebenen Größe und gegebener Flächenlast sich maximal um einen bestimmten Betrag durchbiegen darf. Bei Schaltafeln ist dies besonders kritisch, weil eine zu große Plattenwölbung zu entsprechend ausgebeulten Betonoberflächen führt. Gemäß der Erfindung kann die Vorgabe mit kleineren Versteifungsstegen erfüllt werden, so daß das plattenförmige Element insgesamt kompakter und leichter gemacht werden kann.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ist die Herstellung erleichtert und die Bedingungen sind symmetrisch, so daß sich kein Verzug ergibt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 vermeidet man zu hohe spezifische Kräfte am plattenseitigen Ende des dritten Materials, so daß die Gefahr reduziert wird, daß von diesem vielleicht scharfkantigen Ende Risse initiiert werden.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 kommt man in solche Temperaturkoeffizienten­ bereiche, die z. B. für Schalplatten gerade richtig liegen und Metall ist preiswert und ausreichend belastbar.

Durch die Merkmale des Anspruchs 5 erreicht man, daß das dritte Material eine sehr große Fläche gegenüber dem zweiten und ersten Material bietet, denn solche Blech­ streifen sind ja weitgehend zweidimensional. Die Vorspannkräfte können deshalb groß­ flächig aufgenommen werden.

Durch die Merkmale des Anspruchs 6 kann man den Metallanteil und damit den Gewichtsanteil niedrig halten und man überläßt es den beiden anderen Materialien, das Hauptvolumen zu bilden.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 bleibt der Blechstreifen gerade und bildet beim Abkühlen keinen Buckel, der ja die Vorspannung ganz oder teilweise aufheben würde.

Durch die Merkmale des Anspruchs 8 erreicht man eine Verstärkung des Kunststoffs.

Die Merkmale des Anspruchs 9 eignen sich besonders, wenn die Versteifungsrippe im Vakuumverfahren hergestellt wird.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 verfährt man, wenn man mittels Druckver­ fahren, wie z. B. beim SMC-Verfahren, herstellen will.

Beim augenblicklichen Stand der Technik werden die Merkmale des Anspruchs 11 bevorzugt. Sollten Kohlefasern oder andere Fasern billiger werden und ebenfalls den Duroplast armieren, dann können auch diese verwendet werden.

Durch die Merkmale der Ansprüche 12 und 13 bleibt die Grundform von üblichen Schaltafeln erhalten, was für Zusatzgeräte wichtig ist, die zusammen mit Schaltafeln verwendet werden. Man braucht dann diese Zusatzgeräte nicht anpassend neu zu konstruieren.

Durch die Merkmale des Anspruchs 14 braucht man nur soweit vorzuspannen, als dies notwendig ist, um die an sich nicht so tragfähigen Materialien bis zu ihrer zuge­ lassenen Belastbarkeit zum Tragen heranzuziehen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 15 kann man die Schalplatte samt den Verstei­ fungsstegen einstückig machen. Dadurch bilden die Versteifungsstege und die Schal­ platte einen Verbund, der insgesamt zu besseren Steifigkeiten und Belastungsmöglich­ keiten führt als das seitherige bloße Anliegen der Schalplatte an den Versteifungs­ stegen erbracht hat und zufolge der integrierten Libelle ist die richtige Ausrichtung an der Baustelle erleichtert.

Durch die Merkmale des Anspruchs 16 ist es leicht, die Schaltafeln miteinander zu verbinden oder an Krane zu hängen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 17 erreicht man, daß die Materialien sich auch noch gegenseitig verzahnen, so daß der Sandwich einen besseren Halt hat.

In der Praxis haben sich Materialien gemäß Anspruch 18 bewährt. SMC ist die Abkürzung für "Sheet Moulding Compound", worunter z. B. ein mit Reaktiansharz (=Basis) vorimpräg­ niertes Verstärkungsgewebe verstanden wird. Die Basis DSM 730 ist eine von der Firma Thyssen Umformtechnik vertriebene Reaktionsharzmasse, deren jetzige Bezeichnung TC 730 lautet.

Durch die Merkmale des Anspruchs 19 verzahnen sich die Blechstreifen und sie können zwischen den gleichen Raumebenen verlaufen. Man braucht daher die Bauhöhe nicht deshalb zu vergrößern, weil Blechstreifen einander kreuzen.

Die Erfindung wird nunmehr an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Rückenansicht einer 2640 mm langen und 750 mm breiten Schalplatte,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, um das Vielfache vergrößert gegenüber der natürlichen Größe,

Fig. 3 die Seitenansicht eines Blechstreifens,

Fig. 4 die perspektivische Ansicht des Kreuzungsbereichs zweier Blechstreifen,

Fig. 5 eine erste elektrische Anschlußmöglichkeit der Blechstreifen,

Fig. 6 eine zweite Möglichkeit des elektrischen Anschlusses der Blechstreifen,

Fig. 7 das Spannungsdiagramm eines Innenfeldsteges ohne Blechstreifen.

Fig. 8 das durch die Vorspannung erzeugte Spannungsdiagramm,

Fig. 9 das aus den Fig. 7 und 8 durch Überlagerung resultierende Spannungs­ diagramm.

Eine Schaltafel 11 hat eine Schalplatte 12, vier Umfangsstege 13, 14, 16, 17 und parallel zu den Umfangsstegen 14, 16 eine größere Anzahl Innenfeldstege 18 , die etwa 22 cm Abstand voneinander haben. Gemäß den gestrichelten Linien 19 können auch weitere Stege von der Form der Innenfeldstege 18 in gleichmäßigen Abstand und parallel zu den Umfangsstegen 16, 13 vorgesehen sein. Die Umfangsstege 13 bis 17 haben eine Breite von 2,3 cm und sind damit ganz wesentlich schmäler als die seit­ herigen aus Stahl oder Aluminium bestehenden Umfangsstege. Die Innenfeldstege 18 haben eine Breite von 6 mm, was ebenfalls ganz wesentlich weniger ist, als die seitherigen Innenfeldstege hatten. Die Umfangsstege 13 bis 17 und die Innenfeldstege 18 sowie die eventuell gemäß den gestrichelten Linien 19 vorhandenen Stege sind aus der Zeichnungsebene von Fig. 1 heraus in einem geringen Maße konisch, mit Aus­ nahme der Umfangsflächen 21 der Umfangsstege 13, 14, 16, 17 , welche Umfangs­ flächen 21 senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 stehen. Eine solche Schaltafel 11 wiegt ungefähr 30 bis 32 kg, was im Verhältis zu einer Aluminiumschalung von 39 kg oder gar einer Stahlrahmenschalung von 68 kg eine erhebliche Ersparnis bedeutet.

Die Innenfeldstege 18 sind 96 mm hoch. In sie ist gemäß Fig. 2 in der Mittenebene bzw. um diese in anderen ein Blechstreiten 22 eingesetzt. Sein gemäß Fig. 2 unteres Ende 23 hat einen kleinen Abstand von der Stirnfläche 24 des zugehörigen Innenfeldstegs 18. Das obere Ende 26 ragt soweit in die Schalplatte 12 hinein, daß es sich im wesentlichen in der neutralen Zone der Schalplatte 12 befindet. Weil die Schalplatte 12 ja noch mit den Umfangsstegen 13 bis 17 und den Innenfeldstegen 18 verbunden ist, liegt die neutrale Zone der Schalplatte 12 nicht etwa in deren Mitte, sondern gemäß Fig. 2 weiter nach unten versetzt. Die Schalplatte 12 hat auf ihrer gemäß Fig. 2 oberen Fläche 27 eine in diesem Gewerbe vernachlässigbare Rauhig­ keit.

Der Blechstreifen 22 ist 1 mm dick und besteht aus Stahl vom Typ St 37. Er ist wie Wellblech mit Wellungen 28 in seiner Längsrichtung gewellt. Das Material der Schalplatte 12 und des Innenfeldstegs 18 mit Ausnahme des Blechstreifens 22 ist aus glasfaserarmiertem duroplastischem Kunststoff mit einem α_T-Wert von 14×10^-6. Der Blechstreifen 22 hat einen höheren α_T-Wert von 21×10^-6.

Fig. 7 zeigt das Spannungsdiagramm für den Innenfeldsteg 18 im Nullzustand mit auf­ gebrachter Nutzlast. Dabei bedeutet das Minuszeichen Druckkraft und das Pluszeichen bedeutet Zugkraft. Wo sich die beiden Felder treffen, ist die neutrale Zone. Im Beispiel sind es 326,33 N/cm². Diese Last wurde z. B. glasfaserverstärkter Kunststoff SMC auf der Basis von DSM 730 aushalten. Die Durchbiegung des Innenfeldstegs 18 wäre jedoch dann viel zu groß, d. h., die Fläche 27 wurde ausbauchen.

Gemäß Fig. 8 übt nun der Blechstreifen 22 eine genau entgegengesetzte Vorspannung von 4174 N/cm² aus. Betrachtet man nun den gesamten Innenfeldsteg 18, dann erhält man durch Überlagerung das Spannungsdiagramm gemäß Fig. 9, d. h. die Differenz von Fig. 7 zur Fig. 8, und um diese Differenz ist nunmehr die Durchbiegung entsprechend kleiner geworden, d. h. in der Praxis tragbar.

Die Vorspannung wird erzeugt, indem der glasfaserverstärkte Kunststoff und die Blechstreifen 22 in eine Form gebracht werden. Der glasfaserverstärkte Kunststoff reagiert nun chemisch, und da dieser Vorgang exotherm ist, entsteht Wärme im Bereich von 130°C. Diese Wärme überträgt sich auch auf den thermisch flinken Blechstreifen 22, der sich nun relativ zu den ihn umgebenden Materialien ausdehnt. Bei dieser Temperatur von 130°C wird nun das duroplastische Material hart und verbindet sich mit dem Blechstreifen 22. Obwohl nun das ganze abkühlt, bleibt der Blechstreifen 22 mit dem Material verbunden und zieht sich nunmehr relativ zum ausgehärteten Kunst­ stoff zusammen. Hierdurch entsteht die Vorspannung gemäß Fig. 8 von 4174 N/cm² im Bereich des höchsten Drucks bzw. des höchsten Zugs.

Die Kunststoffe haben keine Kaltkriecheigenschaften. Diese würden auch durch die Verwendung von Fasern verhindert. Der verwendete Kunststoff ist mit Stahlnägeln nagelbar. Er ist wasserabstoßend und nimmt keinen Beton an. Die Materialien sind auf dem Markt frei erhältlich. Zum Beispiel bieten die Firmen Bayer und Hoechst das Material DSM 730 an. Den glasfaserverstärkten Kunststoff SMC kann man sich selbst ansetzen oder auch fertig kaufen, so daß man ihn vor dem Eingeben in die Form nur noch mit einem Aktivator versetzen muß. Kunststoff und Glasfasern sind überall erhältliche, keinesfalls seltene Materialien. Im Bedarfsfalle könnten sie in der Weise geflickt werden, wie man Bootsrümpfe, Segelflugzeuge od. dgl. flickt.

Gemäß Fig. 3 hat der Blechstreifen Löcher 29 , durch die hindurch sich das Kunst­ stoffmaterial verbinden kann, so daß auch eine formschlüssige Verbindung stattfindet und der Kunststoff nicht nur an der Oberfläche des Blechstreifens 22 haftet.

Fig. 4 zeigt, wie der Blechstreifen 22 geformt werden kann, wenn er einen anderen Blechstreifen 31 kreuzt. Man sieht dann im Blechstreifen 22 eine Einkerbung 32 vor, die etwas mehr als bis zur Hälfte des Blechstreifens 22 reicht und breiter ist als der Blechstreifen 31 dick ist. Gegenüber bringt man eine Einkerbung 33 im Blechstreifen 31 an, so daß durch Ineinanderstecken die Blechstreifen 22, 31 einen Kreuzungspunkt bilden können. Ein kleines Übermaß bei den Einkerbungen 32, 33 reicht aus, daß sich die Blechstreifen 22, 31 bei der Temperatur von 130°C leicht strecken können.

Verwendet man Materialien, deren Wärme-Ausdehnungskoeffizienten eine noch höhere Differenz haben, dann wird die Vorspannung noch höher. Gleiches erreicht man, wenn man Kunststoffe verwendet, die bei noch höheren Temperaturen reagieren und erhärten, weil dann der Blechstreifen 22 und ggf. auch 31 sich noch mehr ausdehnt und in dieser noch größeren Ausdehnung eingefroren wird.

Lediglich der Einfachkeit halber wurde in der vorstehenden Beschreibung angenommen, daß lediglich die Innenfeldstege 18 solche Blechstreifen 22 aufweisen. Selbstver­ ständlich sind auch in den Umfangsstegen 13, 14, 16, 17 in analoger Weise Blech­ streifen vorgesehen. Sind gemäß den gestrichelten Linien 19 ebenfalls Stege vorge­ sehen, so beinhalten auch diese Blechstreifen.

Die Erfindung kann auch noch dahingehend ergänzt werden, daß auch in der Schalplatte 12 Blechmaterial vorgesehen ist, das entweder als Streifen eingelegt ist oder besser als Blechplatte eingelegt ist, die allerdings nicht vollflächig ist, sondern Löcher gemäß den Löchern 29 aus Fig. 3 aufweist.

Gemäß Fig. 1 sind an den Eckbereichen der Schaltafel 11 Muttern 34 eingegossen. In diese kann in Blickrichtung von Fig. 1 eine Schraube eingeschraubt werden. Ferner kam in einem der in Fig. 1 sichtbaren Felder jeweils eine Libelle 36 und senkrecht hierzu eine Libelle 37 eingeformt werden, so daß man später sieht, ob die Schaltafel 11 auch im Lot steht.

Es ist ein Leichtes, das oben erwähnte System der Blechstreifen elektrisch anzuschließen. Dies zeigt Fig. 5 für ein Ausführungsbeispiel. Dort ist der linke obere Eckbereich an eine Klemme 38 und der rechte untere Bereich an eine Klemme 39 angeschlossen. Es ist ohne weiteres möglich, ohne Änderung der mechanischen Vorspanncharakteristik die Schalplatte 12 soweit aufzuheizen, daß sie beispielsweise nicht kälter als -10°C wird. Die thermische Belastung der gesamten Vorrichtung ist dabei gering.

Die Blechstreifen müssen bei einem Stromlauf gemäß Fig. 5 an den Kreuzungsstellen bzw. den stumpf angrenzenden Stellen elektrisch miteinander verbunden sein, was man ohne weiteres durch lediglich der elektrischen Verbindung dienende Drähte erreichen kann.

Fig. 6 zeigt, daß man die Blechstreifen auch auf andere Weise, nämlich durch Hinter­ einanderschaltung aufheizen kann.

Claims (19)

1. Versteifungsrippe zur Versteifung für ein großflächiges plattenförmiges Element, welches im Gebrauch seine Hauptbelastungsrichtung senkrecht zur Plattenebene hat und einer bestimmten Betriebstemperatur ausgesetzt ist, wobei die Verstei­ fungsrippe

• a) aus einem Sandwich aus mindestens einer Schicht eines ersten Materials, einer Schicht eines zweiten Materials und einer Schicht eines dritten Materials besteht, wobei jede Schicht ihre Hauptbelastungsrichtung etwa senkrecht zur Plattenebene hat,
• b) die Schicht des dritten Materials zwischen den Schichten der beiden anderen Materialien eingebettet liegt und
• c) das erste und zweite Material duroplastischer Kunststoff ist, dessen Aus­ härtetemperatur erheblich über der Betriebstemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß
• d) das dritte Material (22) einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die beiden anderen Materialien hat, so daß die Schicht des dritten Materials nach dem Abkühlen von der Aushärtetemperatur der anderen Materialien auf die Betriebstemperatur unter Zugvorspannung im Sandwich steht.

2. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Material gleich sind.

3. Versteifungsrippe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei ein­ stückiger Ausbildung der Schichten des ersten und zweiten Materials mit dem plattenförmigen Element (12) das dritte Material (22) bis zur neutralen Zone der Plattenebene in das plattenförmige Element hinein erstreckt.

4. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Material (22) Metall ist.

5. Versteifungsrippe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Material ein Blechstreifen (22) ist.

6. Versteifungsrippe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Blechstreifens (22) wesentlich kleiner als der Querschnitt der beiden anderen Materialien ist.

7. Versteifungsrippe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blech­ streifen (22) mit Versteifungssicken (28) versehen ist, die in Längsrichtung des Blechstreifens verlaufen.

8. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Duroplast faserverstärkt ist.

9. Versteifungsrippe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserver­ stärkung die Form von Gewebe hat.

10. Versteifungsrippe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserver­ stärkung die Form von beigemengten Fasern hat.

11. Versteifungsrippe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserver­ stärkung Glasfasern umfaßt.

12. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als rück­ seitig an einer Schalplatte (12) angebrachter Innenfeldsteg (18) ausgebildet ist.

13. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als eine Schalplatte (12), umfassender Umfangssteg (13, 14, 16, 17) ausgebildet ist.

14. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Materialien, ihre Abmessung und Lage, derart festgelegt sind, daß das Zug/D ruck-Spannungsdiagramm nur teilweise kompensiert wird.

15. Versteifungsrippe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einstückig mit der Schalplatte (12) ausgebildet ist, an deren Rückseite auch mindestens eine Libelle (36, 37) eingeformt ist.

16. Versteifungsrippe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltafel (11) Muttern (34) eingegossen sind.

17. Versteifungsrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Material (22) quer zu seiner Längserstreckung Ausnehmungen (29) aufweist, die von den beiden anderen Materialien durchquert werden.

18. Versteifungsrippe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff vom Typ glasfaserverstärkter Kunststoff SMC (Basis DSM 730) ist.

19. Versteifungsrippe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Kreuzungs­ punkten der Blechstreifen (22, 31) diese für den jeweils anderen Blechstreifen randoffene Ausnehmungen (32, 33) haben.