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Knotenpunktverbindung für geschlossene Querschnitte des Leichtträgerbaues.
Die Erfindung bezieht sich auf hohle Profilstäbe, die im Leichtbau Verwendung finden,
und betrifft insbesondere die Anschlüsse geschlossener Querschnitte dieser Art.
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Obgleich man seit längerer Zeit den Vorteil dünnwandiger, aus hochwertigem
Baustoff bestehender geschlossener Hohlstäbe für den Leichtbau erkannte, wurden
diese Bauteile bisher seltener benutzt als die weniger tragfähigen bzw. bei gleicher
Widerstandsluaft
schwereren offenen Querschnitte. Der Grund. hierfür
liegt darin, v daß offene ebenflächige Querschnitte sich wehen ihrer allseitigen
guten Zugänglichkeit und Anschlußfähigkeit viel leichter zu vielteiligen Knotenpunkten
vereinigen lassen als geschlossene. Gerade beim Leichtbau und insbesondere bei der
Herstellung von Luftfahrzeuggerippen spielen aber die durch Vernieten der einzelnen
Abzweigungen herzustellende Knotenpunkte ebener und räumlicher Fachwerke eine sehr
wichtige Rolle.
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Die Erfindung sucht nun die Vorteile geschlossener und offener Hohlstäbe
zu vc:rcinig en, indem sie in besonders einfacher Weise die geschlossenen Hohlquerschnitte
an ihren Enden in offene von gleicher Tragfähigkeit aber wesentlich größerer Zugänglichkeit
überführt. Den Erfindungsgegenstand bildet demgemäß eine Knotenpunktverbindung für
geschlossene Querschnitte der eingangs erwähnten.Art, bei denen an die ebenflächigen
oder ebenflächig gemachten Stabenden ein oder mehrere U-förmige Anschlußstücke unmittelbar
oder durch Verbindungsmittel angeschlossen sind. Gemäß der Erfindung übertragen
die Anschlußstücke die Stabkraft entweder allein oder zusammen mit d.en mit ihnen
verbundenen Stabseitenwänden auf die Knotenbleche.
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Die U-förmigen, gegebenenfalls auch durch je zwei Winkelstücke ersetzbaren
Anschlußstücke eignen sich zur Übertragung der Kräfte besonders, «=eil sie zufolge
ihrer durchgängig ebenen Flächen sehr leicht herzustellen sind und gute Anschlußmöglichkeiten
für die Knotenbleche gewähren. Außerdem können sie in einfachster `Weise mit den
ebenen Seiten des geschlossenen Querschnittes verbunden werden. Die ebenen Auflagerflächen
bieten dabei volle Gewähr für ein gleichmäßiges Mittragen aller Niete, da eine mangelhafte
Ausführung der Nietung bzw. ein nicht völlig dichtes Sitzen einzelner Nietköpfe
völlig ausgeschlossen ist.
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Die Anschlußstücke können den Querschnittseiten von außen und von
innen anliegen. Im ersteren Falle kann eine Knotenpunktverbindung außer an den Enden
eines durchlaufenden Hauptquerschnittes auch in seinem mittleren Teile hergestellt
werden. Bei den eigentlichen Endverbindungen kann man sowohl bei äußerem wie bei
innerem Anschluß die Anschlußstücke über die Stabenden hinaus verlängern.
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Besonders günstig gestaltet sich ein Endanschluß, wenn die Anschlußstücke
in ganzer Länge von den Stabenden umhüllt sind, die dann zweckmäßig an den freien
Seiten in an sich bekannter Weise Aussparungen aufweisen. Letzteres ist gemäß der
Erfindung immer möglich, da die Anschlußstücke zufolge ihrer eigenartigen Anordnung
die gesamte auf den Profilstab einwirkende Kraft übertragen. Die äußere Form eines
solchen Endes wird dabei nicht verändert, und es bleibt genügend Platz zum Vereinigen
zahlreicher Profile in einem Knotenpunkt. Die ganze Knotenpunktverbindung wird somit
sehr gedrungen und leicht, da alle Anschlußelemente dicht an die Stabachse herangerückt
werden können. Außerdem aber kann man die Vernietung bis nahezu zur Schnittachse
sämtlicher Anschlußstäbe vornehmen.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigen in teilweise schematischer Darstellung: Abb. i
bis 8 verschiedene Einzelanschlüsse für hohle Profilstäbe mit rechteckigen bzw.
dreieckigen Endquerschnitten, Abb. 9 bis ii eine Seitenansicht und verschiedene
Querschnitte eines aus lauter gleichartigen Profilstäben zusammengesetzten ebenen
Knotenpunktes für eine Luftfahrzeuggondel, Abb. 12 bis 15 eine Seitenansicht und
verschiedene Querschnitte eines ebenen Knotenpunktes mit zum Teil andersartigen
Profilstäben und Anschlüssen, Abb. 16 bis 18 drei zueinander senkrechte Ansichten
bzw. Schnitte eines Gerüstknotenpunktes eines Luftschiffes, Abb. i9 und 2o einen
Querschnitt und eine zum Teil im Schnitt gehaltene Ansicht eines an einem anderen
Leichtgerüst vorgesehenen körperlichen Knotenpunktes sowie Abb.21 bis 23 Ansicht,
Querschnitt und Längsschnitt durch einen lösbaren Anschluß für einen Flugzeugstiel.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i sind an zwei gegenüberliegenden
Seiten eines z. B. aus Leichtmetall bestehenden Hohlstabes A von außen zwei U-förmige
Anschlußstücke B mit den Stegflächen angenietet. Die Flansche b1 der Profilstücke
liegen in gleichen Ebenen mit den nicht `vernieteten Seiten des quadratischen Querschnittes,
bilden gewissermaßen deren Verlängerung und können ihrerseits mit Laschenblechen
C vernietet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 und 2a sind an die Innenflächen
eines am Ende vierkantigen Hohlstabes A zwei U-förmige Anschlußstücke so eingesetzt,
daß die Profilstege an zwei gegenüberliegenden Seiten angenietet sind, während sich
die Flansche den angrenzenden Seiten anschmiegen, mit denen sie vernietet sind.
Um das Annieten der Anschlußbleche zu erleichtern, sind die zwischen den Flanschen
liegenden Seitenteile am- freien Ende ausgespart.
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Bei dem Anschluß nach Abb.3 sind zwei-U-förmige Anschlußstücke B mit
ihren Flanschen b1 an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Hohlstabes A so angeschlossen,
daß zwischen den einander zugekehrten Stegflächen ein gewisser Abstand übrigbleibt,
der erwünschtenfalls von einer Brücke E ausgefüllt werden
kann.
Zur Erleichterung des Vernietens sind die noch freien Seiten des Hohlstabmantels
an den Enden mit Aussparungen ccl versehen. Eire ähnliche Anordnung ist in den Abb.
q. bis 4.b dargestellt. Nur stoßen hierbei die beic'cii Profilstücke B mit ihren
Stegflächen unmittelbar aneinander, so daß die mit zwei Seiten- des Höhlstabendes
A vernieteten Flansche b1 breiter gehalten werden können. In Abb. 4. ist angedeutet,
wie zufolge der Aussparungen al der beiden anderen Hchlstabseiten ohne Mühe Anschlußlaschen
C angenietet «-erden können, ohne daß diese wie bei Abb. i über die Höhe des Stabendes
hinauszuragen brauchen. Im Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 bis 5b ist ein Hohlstab
zugrunde gelegt, der aus zwei verschieden hohen, cffenen U-Stäben F und G besteht.
Diese sind zu einem geschlossenen Profil mit zwei gleichgerichteten Außenflanschen
vereinigt. Wegen der Unzugänglichkeit des geschlossenen Hohlquerschnittes ist die
Verbindungsmöglichkeit dieses Stabes an sich noch ziemlich beschränkt. Dieser Mangel
der sonst vorteilhaften Profilform wird aber gemäß der Erfindung dadurch behoben,
daß man in das Ende des Hohlraumes ein U-förmiges Anschlußstück B einsetzt, dessen
Flansche bl mit den Flanschseiten des weiteren U-Stabes F, und dessen Steg mit dem
Steg des engeren U -Stabes G vernietet sind. Eine Aussparung f 1 am Stegende des
zweiten Profilstabes F sorgt auch hier für gute Zugänglichkeit des gesamten Anschlusses.
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Der Anschluß nach Abb. 6 bis 6b unterscheidet sich von dem eben besprochenen
im wesentlichen dadurch, daß im Innenraume eines Hohlstabes F, G zwei U-förmige
Anschlußstücke B vorgesehen sind, die mit ihren Stegflächen aneinanderstoßen und
mit den Flanschen an den-Stegflächen der Stäbe F, G angenietet sind. Anstatt einer
Aussparung in der Stegfläche besitzt nunmehr der Stab F zwei Aussparungen an den
Flanschseiten. Der Anschluß ist noch etwas widerstandsfähiger als der nach den Abb.
5 bis 5b.
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Dem Ausführungsbeispiele nach Abb. 7 liegt ein Hohlstab von dreieckförmigem
QuerschnittH zugrunde. An zwei Seiten desselben sind Anschlußstücke J von schiefwinkliger
U-Form mit ihren Stegflächen so angenietet, daß zwei Anschlußflansche in einer Ebene
mit der dritten Profilseite liegen. Die parallel hierzu verlaufenden beiden übrigen
Flansche liegen in einer Ebene mit der einen Stabkante. Der Anschluß ermöglicht,
wie die Laschenbleche C andeuten, das Ansetzen von Abzweigungen parallel zu der
einen Stabseite. Will man Abzweigungen senkrecht zu der einen Stabseite vornehmen,
so schließt man entsprechend der Ausführungsform nach Abb. 8 ein . U-förmiges Anschlußstück
B mit der Stegfläche an die eine Dreieckseite an. Die beiden anderen Dreieckseiten
erhalten in der Nähe ihrer Schnittkante je ein Winkelstück h. Die freien Flansche
der beiden Winkel sind. ilircrseits mit der Stegfläche eines zweiten U-förmigen
Anschlußstückes B vernietet. Von cl-(n Flanschen der Profilstücke B kann dann dic
Kraftüberleitung an zwei senkrecht zu der einen Dreieckseite verlaufende Laschenbleche
C stattfinden.
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Bei dem Ausführungsbeispiele nach Abb. 9 bis ii sind zwei Gurtstäbe
L und L' mit einem Querstab- JI und zwei Diagonalstäben N und. NI unter Vermittlung
zweier Laschenbleche C und. Cl zu einem Knotenpunkt vereinigt. Für alle fünf Hohlstäbe
ist das gleiche quadratische Profil zugrunde gelegt. Die Kraftübertragung erfolgt
ähnlich wie bei Abb. 4. bis ,4bb dadurch, daß in die Stabenden je zwei mit den Stegflächen
aneinander genietete U-förmige Anschlußstücke D eingesetzt sind-. Da die an der
Kraftübertragung nicht teilnehmenden freien Seiten der Stabenden ausgespart sind,
können die Laschenbleche C mit Leichtigkeit angenietet werden.
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Der sonst gleichartige Knotenpunkt nach Abb. i2 bis 15 unterscheidet
sich von dem eben beschriebenen im wesentlichen durch die etwas andere Grundform,
der unter sich ebenfalls wieder gleichartigen Profilstäbe. Sämtliche Stäbe setzen
sich je aus zwei U-Stäben verschiedener Höhe zusammen, die ähnlich wie in Abb. 6
zu einem mit zwei parallelen Flanschen versehenen Hohlstab vereinigt sind. Die Kraftübertragung
an die Laschenbleche C und Cl erfolgt ähnlich wie im Ausführungsbeispiele nach Abb.
6 bis 6b. Nur sind die Flansche der Gurtstäbe I' im unteren Teil (vgl. Abb. 13 und
15) weggeschnitten, damit das vorgelagerte Laschenblech C unmittelbar an die Stegfläche
des niedrigen Teilstabes P angenietet werden kann.
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Wie die beschriebenen Knotenpunktkonstrukiionen erkennen- lassen,
sind die Anschlüsse trotz ihrer Einfachheit völlig einwandfrei. Denn die Stabkräfte
der Abzweigungen werden zentrisch abgefangen und die Anschlußniete sitzen nicht
im dünnwandigen Hauptprofil, sondern in Teilen, die durch die innen oder außen -angebrachten
Anschlußstücke verstärkt sind. Das aber ist von besonderer Wichtigkeit für die Zuverlässigkeit
der Nieturig. Denn es handelt sich zur Erzielung größter Leichtigkeit der Konstruktion
- gleichgültig, ob man als Ausgangsmaterial z. B. Leichtmetall oder hochwertigen
Stahl nimmt - sehr oft um recht dünnwandige Bleche bzw. Profile, bei denen der Leibungsdruck
eine große Rolle spielt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 16, 17 und 18 ist ein Hohlstab
R von dreieckigem Querschnitt mit zwei Hohlstäben S und Sl vereinigt, deren Querschnitt
im wesentlichen
ein Dreieck darstellt, Die stumpfwinklig zusammenstoßenden
Seitenstäbe S und S1 tragen an der Außenseite je ein U-förmiges Anschlußstück B.
Der Anschluß entsprecllender U-Stücke B an der Inneaseite wird wie bei Abb. s durch
@'Vinkelstüclze K ermöglicht. An cle Flansche der Profilstücke !; genietete La@-;che:,-bleche
C und Cl überdecken ähnlich wie b@I Abb. 7 die Flansche von schiefwinklige i U-Prafilstückell
J, deren Stegflächen an das obere Ende des Hauptstabes R angeschlossea sind.
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Bei dem räumlichen Knotenpunkt nach Abb. io und 2o zweigen von der
Stoßstelle zweier sechskantiger Hohlstäbe T und. T1 senkrecht zu deren Längsachse
zwei schwächere Hohlstäbe U1 und U2 von geschlosscnel Rechteckform ab. Die Enden
der Hohlstäbe T und T1 tragen an drei nicht zusammenstoßenden Seiten je ein U-förmiges
Anschlußstück B1, B-, B3 mit parallel zur Hauptachse der Hohlstäbe T und. T1 verlaufender
Längserstreckung. Die Profilstücke BI und B'2 besitzen zu ihrer Stegfläche senkrechte
Flansche, während die Flansche des Profilstückes B3 in gleichen Ebenen mit den benachbarten
Seiten der Stäbe T und T1 liegen. Profilstücke B von wagerechter Längserstrekkung
sind in ähnlicher `'eise wie in Abb. i an den Enden der oberen und unteren Seiten
der Abzwcigungsstäbe U l, U= angesetzt. Laschenbleche Cl, C2, C3 stellen
die Verbindung der Flansche der Profilstücke B1, BI, B3 und B her.
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Bei dem Anschluß nach Abb. 21 bis 23 ist das Ende eines Flugzeugstieles
T% im mittleren Teile abgeflacht und trägt U-förmige innere Anschlußstücke B mit
nach außen gerichteten, an den flachen Stielseiten angenieteten Flanschen. Die U-Profile
B leiten die Kraft aus dem Profilstab auf einen Gelenkbolzen hin, für den sie gleichzeitig
als Abstandsharter dienen. Der Flugzeugstiel ist mit dem Gelenkbolzen T% 1 durch
zwei Lageraugen 11T an einen Holm gelenkig angeschlossen. Da der Gelenkbolzen quer
zur Symm°trieebene des Flugzeugstieles verläuft, ist ein Ausknicken des Stabes nach
der Richtung des kleineren Trägheitsmomentes verhindert. Trotz leichter Lösbarkeit
der Verbindung ist also= eine gute Einspannbarkeit vorhanden. Ähnlich wie bei dem
AusführungsbeispieI nach Abb. 3 sind die nicht zur Kraftübertragung an die U-förmigen
Einsatzstücke herangezogenen Enden des Profilmantels ausgespart bzw. schräg abgeschnitten.
Hierdurch wird. sowohl die Nietung vereinfacht als auch die Gelenkigkeit erhöht,
ohne daß die Festigkeit der Verbindung Schäden litte.
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Die zum Teil bei I:uftschiffen, zum Teil bei sonstigen Mast- bzw.
Gerüstkonstruktionen des Leichtbaues anwendbaren Anschlüsse nach den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen zeigen den großen Nutzen des Erfindungsgegenstandes, ohne
damit seine Anwendungsmöglichkeiten zu erschöpfen. Denn in allen Fällen, in denen
geschlossene und daher an sich nicht gut anschließbare Hohlstäbe miteinander oder
mit anderen Bauteilen vereinigt werden sollen, läßt sich durch eine sehr leicht
zu erreichende besondere Ausbildung der Stabenden gemäß der Erfindung die größte
Zugänglichkeit erzielen. Es können daher die gerade für den Leichtbau eigentümlichen,
die beste Materialausnutzung ermöglichenden Hohlstabformen so gut wie ausnahmslos
auch bei schwierigen Knotenpunh-tbild.ungen zur Anwendung gelangen. Denn selbst
bei kleinsten Querschnitten und papierdünnen Wandstärken lassen sich die Nietwerkzeuge
ansetzen und auch hinsichtlich des Leibungsdruckes einwandfreie Nietungen vornehmen.
Infolge der Möglichkeit, verwickelte Anschlüsse auch bei verhältnismäßig kleinen
Stabquerschnitten einwandfrei herzustellen, werden aber dem Leichtbau durch die
Erfindung auch Anwendungsgebiete, wie z. B. leichte Gerüste für funkentelegraphische
Zwecke, eröffnet, die ihm bisher verschlossen waren.