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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Spann- oder Trägerelemente
und insbesondere auf Trägerelemente,
die aus einem Paar gegenüberliegender
C-förmiger
Flansche, einem gebogenen Stegblech für zusätzliche Festigkeit und eine
Endplatte zum strukturellen Schützen
und gegenseitigem Verbinden der Trägerelemente gebildet sind.
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2. Hintergrund der Technik
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Trägerelemente
werden vielfach in der Bauindustrie nicht nur als permanente Bauelemente
sondern ebenfalls als ein Teil der Bauschalung, wie beispielsweise
beim Einrüsten,
bei Betoneinschalungen und dergleichen verwendet. Ein Beispiel von
Trägerelementen,
die bei der Schalung verwendet werden, umfasst das in dem US-Patent
Nr. 4 964 256 beschriebene Brustholz (soldier), das als vertikale
und horizontale Strukturelemente, Schrägsteifen, Stützen, Steifen
und Riegel verwendet wird. Ein weiteres Beispiel ist das leichte
Stahlträgerelement,
das als ein Träger
für die
Balkenlage (decking) oder Auskleidung als Teil eines Betonschalungssystems
verwendet wird, wie in dem US-Patent Nr. 5 307 601 beschrieben ist.
Diese Trägerelemente
werden ebenfalls als Metallbolzen und andere Baukomponenten verwendet,
wo sie herkömmliches
Maßholz
ersetzen.
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Derartige
Trägerelemente
werden in einer weiten Vielfalt von Formen und Ausgestaltungen und aus
einer weiten Vielfalt von Materialien hergestellt. Mit der weit
verbreiteten Verwendung von Biegeumformungstechniken wurde es zunehmend üblich, Trägerelemente
zu verwenden, die aus einem Metallblechmaterial hergestellt sind,
das primär
durch Biegeumformung gebildet wird, um relativ leichte jedoch starke
Trägerelemente
zu erzeugen. Eine Art und Weise, gewünschte Wirkungsgrade zu erreichen
und die Kosten des Trägerelement
zu verringern ist durch die Verwendung von dünnerem Blechmetallmaterial bei
dem Biegeumformungsprozess, vorausgesetzt, dass das resultierende
Trägerelement
ausgestaltet ist, die gewünschte
Festigkeit und andere Eigenschaften beizubehalten. Das dünnere Blechmaterial ist
weniger kostenaufwändig,
leichter und billiger durch zu Biegen umzuformen und leichter im
Gewicht.
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Im
Kontext von Bauverschalungen ruhen die Trägerelemente typischerweise
auf Auflagepfosten (mono-postsTM). Obwohl
die Trägerelemente
in der Länge
variieren, müssen
die Träger
normalerweise gegenseitig verbunden sein, um die erforderliche Länge zu überspannen.
Gewöhnlicherweise
besteht die gegenseitige Verbindung aus einem Hals, der um die überlappenden
Enden der beiden Träger
befestigt ist. Dieser Punkt der gegenseitigen Verbindung erfordert
typischerweise einen getrennten Trägerpfosten, da die Verbindung
gewöhnlicherweise
einen schwachen Punkt umfasst. Das Überlappen der Trägerelemente
kann helfen, dieses Problem zu überwinden,
wobei dies jedoch das Verwenden entweder von mehr Trägerelementen
oder längeren
Trägerelementen
erfordert. Außerdem
treten ähnliche
Probleme mit Trägerelementen
auf, die beim permanenten Hochbau verwendet werden. Dieses System
der gegenseitigen Verbindung fügt
im Allgemeinen einen unerwünschten
Grad der Komplexität
hinzu, erfordert mehr Trägerpfosten,
und die gegenseitigen Verbindungsstellen bilden einen potentiellen
Punkt des Ausfalls in dem Trägersystem.
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Die
europäische
Patentanmeldung Nr.
EP
0 900 894 A offenbart ein Spann- oder Trägerelement zur Verwendung bei
der Konstruktion mit einem Paar von gegenüberliegenden C-förmigen Flanschen
und einem gebogenen Stegblech. Sich seitlich erstreckende Vorsprünge des
Stegblechs stärken
das Trägerelement
durch Versteifen des Stegblechs und Erhöhen der tragenden Kräfte, die
von dem Trägerelement
ohne Stauchen gestützt
werden können.
Die C-Form der Flansche ermöglicht
ein Schweißen
der Flansche an den Vorsprüngen
des Stegblechs, um die nicht verspannte oder nicht versteifte Größe der Kompressionselemente
zu verringern, um die Konstruktion von Trägerelementen einer gegebenen
Festigkeit aus einem dünneren
Blechmaterial zu ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung besteht aus einem Trägerelement,
das ein Paar sich längs
erstreckender und gegenüberliegender
Flansche aufweist, die jeweils einen zentralen Stegblechabschnitt
und ein Paar sich einwärts
erstreckender Schenkelabschnitte umfasst, sodass jeder Flansch im
Allgemeinen C-förmig
im transversalen Querschnitt ist. Ein sich längs erstreckendes Stegblechelement
ist zwischen dem gegenüberliegenden
Paar von Flanschen angeordnet und umfasst ein Paar sich längs erstreckenden
Seiten, die jeweils in Kontaktverbindung entlang des zentralen Stegblechabschnitts
eines entsprechenden Paars der Paare der gegenüberliegenden Flansche sind.
Das Stegblechelement umfasst einen oder mehrere gebogene Abschnitte
mit alternierenden seitlichen Vorsprüngen, die sich quer über die
Breite oder Höhe
des Stegblechs erstrecken. Die Vorsprünge erstrecken sich seitlich,
um entlang eines Abschnitts eines entsprechenden gegenüberliegenden Paares
der Schenkelabschnitte der Flansche benachbart zu sein. Die Seiten
des Stegblechs sind an den Flanschen an deren zentralen Stegblechabschnitt
geschweißt,
und die Vorsprünge
des Stegblechs sind an den benachbarten Abschnitten der Schenkelabschnitte
der Flansche geschweißt.
Eine Endplatte ist an den gegenüberliegenden
Flanschen und an dem dazwischen angeordneten Stegblechelement angebracht,
wobei ein hervorragendes Mittel zum gegenseitigen Verbinden der
Trägerelemente bereitgestellt
wird. Die Schenkelabschnitte sind um einen Betrag gleich einer Hälfte einer
Dicke der Endplatte ausgespart, um eine Leiste für die Aufnahme der Endplatte
zu bilden. Das resultierende Trägerelement
kann aus relativen dünnen
Blechmaterial hergestellt werden und trotzdem eine hohe Steifigkeit und
gewichtstragende Fähigkeit
vor dem Stauchen aufweisen.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Trägerelement
zur Verwendung bei einer Betonschalungsvorrichtung und ebenfalls
als eine Baukomponente bereitzustellen, die einen permanenten Teil
des errichteten Gebäudes
bilden wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein Trägerelement
mit einem gebogenen Stegblech bereitzustellen, das aus einem Blech
aus Metallmaterial durch Biegen umgeformt ist und eine verbesserte
Steifigkeit und einen verbesserten Widerstand gegen Stauchen unter
Belastung aufweist.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein Trägerelement
mit einem gewellten Stegblech bereitzustellen, das an einem Paar
von gegenüberliegenden
Flanschen geschweißt
ist, die entweder U-förmig
oder C-förmig im
transversalen Querschnitt sind, um ein Trägerelement mit verbesserter
Steifigkeit und verbessertem Widerstand gegen Stauchen unter Belastung
aufzuweisen.
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Noch
ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein Metallträgerelement
bereitzustellen, das als ein Ersatz für Maßholz verwendet werden kann
und Flansche umfasst, die mittels Schrauben oder manuellgetriebener
Nägel durchdringbar
sind.
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Noch
ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein Trägerelement
bereitzustellen, das ohne weiteres mit ähnlichen Trägerelementen gegenseitig verbunden
werden kann.
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Diese
und weitere Vorteile der Erfindung werden aus einer Durchsicht der
folgenden Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen offensichtlich.
Die Beschreibung und die Zeichnungen offenbaren darstellende, nicht-begrenzende
Ausführungsformen
der Erfindung mittels Beispiel.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Seitenaufriss eines Trägerelements
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine obere Draufsicht des Trägerelements
von 1.
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3 ist
eine Endansicht des Trägerelements
von 1.
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4 ist
eine vergrößerte Detailansicht,
die Schweißverbindungen
zeigt, die ein Stegblech des Trägerelement
an Flanschelementen des Trägerelements
befestigt.
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5 ist
eine obere Draufsicht des Flanschelements der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Endansicht des Flanschelements von 5.
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7 ist
eine obere Draufsicht des Stegblechs der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein Seitenaufriss des Stegblechs von 7.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Endplatte eines alternativen
Trägerelements.
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10 ist
eine obere Draufsicht eines alternativen Flanschelements mit Relieflinien.
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11 ist
eine perspektivische Teilansicht des alternativen Flanschelements
von 10.
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12a–b
sind Endansichten des alternativen Trägerelements.
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13 ist
eine Querschnittsansicht des alternativen Trägerelements von 12b, die entlang der in 12b gezeigten
Linie 13-13 genommen ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In 1 bis 10 ist
im Allgemeinen bei 10 ein Trägerelement mit einem Paar von
gegenüberliegenden
Flanschen 12 und 14 dargestellt. Zwischen den
gegenüberliegenden
Flanschen 12 und 14 ist ein Stegblech 16 angeordnet,
das, wie am besten in 7 dargestellt ist, eine Mehrzahl
von alternierenden, sich quer erstreckender Vorsprünge aufweist, wobei
die sich seitlich zu einer ersten Seite des Stegblechs 16 erstreckenden
Vorsprünge
mit der Bezugsziffer 18a und die sich seitlich zu einer
zweiten Seite des Stegblechs 16 erstreckenden Vorsprünge mit
der Bezugsziffer 18b gekennzeichnet werden (siehe 2).
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Die
Flansche 12 und 14 sind identisch, wobei jeder
einen sich longitudinal erstreckenden zentralen Stegblechabschnitt 20 und
ein Paar von Schenkelabschnitten 22 und 24 umfasst,
die sich einwärts
von jeder Seite des zentralen Stegblechabschnitts 20 erstrecken
(5 und 6). Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind die freien Endstücke 26 und 28 der
Schenkelabschnitte 22 bzw. 24 jeweils zueinander
gedreht, sodass die Flansche 12 und 14 im transversalen
Querschnitt im Allgemeinen C-förmig sind.
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Das
Stegblech 16 ist aus einem rechtwinkligen Blech geformt,
das entlang transversaler Linien senkrecht zu der Längsachse
des Blechs geknickt wurde. Bei 30 in 8 angegebene
Knicke alternieren in Richtungen mit Intervallen, um mindestens
einen Abschnitt des Stegblechs 16 zu erzeugen, der eine
gebogene oder gewellte Form aufweist, wobei sich die Vorsprünge 18a und 18b zu
jeder Seite des Stegblechs 16 erstrecken (7).
Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind die Vorsprünge 18a und 18b symmetrisch
und weisen flache äußere Abschnitte 32a bzw. 32b auf,
die seitlich um einen Abstand beabstandet sind, der mit der querliegenden Abstand
oder Beabstandung zwischen den freien Endstücken 26 und 28 der
Schenkelabschnitte 22 und 24 der Flansche 12 und 14 übereinstimmen. Demgemäß werden
beim Zusammenbau des Stegblechs 16 und der Flansche 12 und 14 die
Flansche 12 und 14 über die sich längs erstreckenden
Seiten des Stegblechs 16 passen, wobei die Seitenränder des
Stegblechs 16 im bündiger
Kontaktverbindung mit dem zentralen Stegblechabschnitt 20 jeder
der Flansche 12 und 14 und mit den flachen äußeren Abschnitten 32a und 32b der
Vorsprünge
sind, die benachbart den freien Endstücken 26 und 28 der Flansch-Schenkelabschnitte 22 und 24 sind
(3).
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Um
das Trägerelement 10 fertig
zu stellen, werden die Flansche 12 und 14 vorzugsweise
an dem Stegblech 16 geschweißt. Wie in 4 dargestellt
ist, werden die flachen äußeren Abschnitte 32a und 32b der
Vorsprünge 18 bei 34 an
den freien Endstücken 26 und 28 der
Flansch-Schenkelabschnitte 22 und 24 geschweißt, und
die Seitenränder
des Stegblechs 16 werden bei 36 an den zentralen
Stegblechabschnitt 20 jeder der Flansche 12 und 14 geschweißt. Bei
der resultierenden Anordnung stellt das gebogene Stegblech 16 versteifte
Elemente über den
Auflagepunkten bereit, um einem Stauchen des Trägerelements 10 unter
der auf dem oberen Flansch ruhenden Belastung zu widerstehen. Außerdem ermöglichen
die sich einwärts
erstreckenden Schenkelabschnitte 22 und 24 das
Schweißen
an dem Stegblech 16 an Punkten einwärts von dem zentralen Stegblechabschnitt 20,
um die nicht versteifte und nicht abgesteifte Größe der Kompressionselemente zu
verringern, um die Verwendung von dünnerem Metallblechmaterial
bei der Herstellung des Trägerelements 10 zu
ermöglichen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
werden die Vorsprünge 18 mittels
alternierender Knicke von ungefähr
120° gebildet,
wobei die flachen Abschnitte 32 mit einer Länge von
62,5 mm um 73 mm getrennt sind. Dies führt zu einem gewellten Stegblech 16,
das eine äußere seitliche
Breite von 65 mm aufweist. Die Flansche 12 und 14 werden
mit 90° Knicken
mit einem zentralen Stegblechabschnitt 20 einer Breite
von 89 mm gebildet, wobei die Schenkelabschnitte 22 und 24 sich
quer einwärts
36 mm und die freien Endstücke 26 und 28 sich
seitlich einwärts 12
mm erstrecken, sodass der Zwischenraum zwischen gegenüberliegenden
freien Endabschnitten 65 mm beträgt.
Das Stegblech 16 wird aus hochfestem, niedrig legiertem
Stahlblech, das eine Dicke von 0,0598 Zoll (16 gauge) aufweist,
durch Biegen umgeformt, und die Flansche 12 und 14 werden
aus einem hochfestem, niedrig legiertem Stahlblech, das eine Dicke
von 0,0747 Zoll (14 gauge) aufweist, durch Biegen umgeformt. Das
Trägerelement 10 kann
in der Länge
variieren, wobei die bevorzugten Längen von 1,2 m bis 7,2 m in
Inkrementen von 0,6 m reichen. Ein Trägerelement 10 mit
diesen Abmessungen ist zur Verwendung als ein Ersatz für 31/2 Zoll
breites Bauholz in Garagentürstürzen, Fensterstürzen und
anderen langen spannenden Anwendungen beim Wohnungsbau geeignet.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Flansche 12 und 14 von
ausreichender Dicke, um die Eindringung durch Schrauben oder handgetriebener
Nägel für die Befestigung
von anderen Baukomponenten, wie mit Bauholz, zu ermöglichen.
Die Trägerelemente
sind ebenfalls zur Verwendung bei der Betonschalungsindustrie bestimmt,
wobei sie verwendet werden, um Betonschalungen horizontaler Schalungsanwendungen
zu unterstützen.
Trägerelemente
der vorliegenden Erfindung werden im Allgemeinen als dazwischenliegende
Auflageelemente zwischen anderen Komponenten einer Betonschalungssystem-Vorrichtung
dienen.
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Obwohl
die bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, wie sie aus spezifiziertem Blechmaterial hergestelltes
Stegblech und Flansche aufweist, können Blechmaterialien unterschiedlicher
Dicke oder anderer Eigenschaften abhängig von den gewünschten
Leistungseigenschaften des resultierenden Trägerelements verwendet werden.
Obwohl die Vorsprünge
oder Wellen des Stegblechs bei der bevorzugten Ausführungsform
aus geraden oder flachen Abschnitten aufgebaut sind, die durch eine
Reihe von Knicke über
die volle transversale Breite des Blechs hergestellt werden, könnten andere
verschiedenartige Wellen verwendet werden. Außerdem erstreckt sich bei der
bevorzugten Ausführungsform der
gebogene Abschnitt über
die volle Länge
des Stegblechs, wohingegen es wünschenswert
sein kann, einen oder mehrere gebogene Abschnitte bereitzustellen,
die geringer als die volle Länge
sind. Obwohl im Allgemeinen Flansche von einer C-Form bei der bevorzugten
Ausführungsform
verwendet werden, könnten
ferner Flansche eines U-förmigen Querschnitts,
obgleich mit einigem Verlust bei der Festigkeit und möglicherweise
vermehrten Materialkosten, benutzt werden.
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9 bis 12 stellen die Endplatte der vorliegenden
Erfindung dar. Insbesondere zeigen 12a und 12b ein Trägerelement 50 und
eine Endplatte 52 (siehe 9) mit kreisförmigen Perforierungen 51.
Das Trägerelement 50 umfasst
ebenfalls ein ausgespartes Paar gegenüberliegender Flansche 54. Der
Flansch 54 arbeitet im Allgemeinen auf eine dem in 6 gezeigten
Flansch 12 ähnliche
Art und Weise. Der Flansch 54 enthält einen sich longitudinal
erstreckenden zentralen Stegblechabschnitt 60 und ein Paar
gegenseitig verbundener Schenkelabschnitte 58, 62,
die sich einwärts
von jeder Seite des zentralen Stegblechabschnitts 60 erstrecken.
Außerdem drehen
sich die freien Endstücke 56, 64 zueinander hin,
wobei sie sich von den Schenkelabschnitten 58, 62 weg
erstrecken. Auf diese Art und Weise bildet der Flansch 54 im
Allgemeinen im transversalen Querschnitt eine C-Form.
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Im
Gegensatz zu den freien Endteilstücken 26, 28 des
Flansches 12 sind die freien Endteilstücke 56, 64 des
Flansches 54 von dem Oberteil der Schenkelabschnitte 58, 62 hinweg
ausgespart. Wie am besten in 10 und 11 gezeigt
ist, bilden die ausgesparten Bereiche 66 eine Leiste für die Aufnahme
der Endplatte 52. Mit anderen Worten erstrecken sich dort,
wo sich die freien Endteilstücke 26, 28 des
Flansches 12 erstrecken, um die Schenkelabschnitte 22, 24 bündig zu
treffen, die freien Endteilstücke 56, 64 des
Flansches 54 nicht vollständig, um die Schenkelabschnitte 58, 62 zu
treffen. 12a und 12b zeigen
diese Konfiguration phantomartig, wobei sich die freien Endteilstücke 56, 64 unter der
Endplatte 52 erstrecken (siehe Phantomlinien).
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ruht die Endplatte 52 auf der durch die ausgesparten freien
Endteilstücke 56, 64 gebildeten
Leiste, sodass sich die Aussparung 66 zu eine Tiefe erstreckt,
um eine Hälfte
der Dicke der Endplatte 52 aufzunehmen. Dies ermöglicht der
Endplatte 52, sicher in dem Flansch 54 zu sitzen,
während
es der Endplatte 52 immer noch ermöglicht wird, ausreichend über dem Flansch 54 herauszuragen,
um eine sichere Befestigung durch Kehlnahtstellen 68 zu
erreichen (12b). Die Endplatte 52 ist
sowohl an dem Flansch 54 als auch an dem Stegblech 16 befestigt. Kehlnähte 68 befestigen
die Endplatte 52 an dem Flansch 54 entlang der
gesamten Länge
der Schnittfläche
der beiden Komponenten. Außerdem
befestigen innere Schweißstellen
die Endplatte 52 an dem Stegblech 16. 12 zeigt phantomartig die Orientierung
des darunter liegenden Stegblechs 16. Das Stegblech 16 liegt
in der in 12a und 12b gezeigten
Orientierung unter der Endplatte 52. Intermittierende Kehlnähte entlang
der inneren darunter liegenden Berührungsfläche der Endplatte 52 und
des Stegblechs 16 befestigen die Komponenten an Ort und
Stelle.
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13 zeigt
eine Querschnittsansicht des Trägerelements 50,
wobei die Berührungsfläche zwischen
der Endplatte 52, dem Flansch 54 und dem Stegblech 16 gezeigt
wird. Die Endplatte 52 ruht erneut auf der Leiste, die
durch die gegenüberliegenden
ausgesparten freien Endteilstücke 56, 64 des Flansches 54 erzeugt
wird. Die Aussparung ermöglicht
vorzugsweise etwa einer Hälfte
der Dicke der Endplatte 52 über dem Flansch 54 hervorzustehen. Dies
stellt einen ausreichenden Bereich zum guten Befestigen der Schweißstellen 68 bereit
und ermöglicht
ebenfalls der Endplatte 52, in dem Flansch 54 zu sitzen.
Auf diese Art und Weise erreicht die vorliegende Erfindung eine
volle Momentenverbindung zwischen der Endplatte 52 und
dem Flansch 54.
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Die
Endplatte 52 misst ungefähr 224 mm in der Länge entlang
einer Längsachse,
ungefähr
84 mm in der Breite entlang einer Querachse und ungefähr 7 mm
in der Dicke. Die Perforierungen 51 sind um ungefähr 150 mm
getrennt und gleichmäßig daherum
zentriert. Die Perforierungen 51 messen ungefähr 20 mm
im Durchmesser. Ein Fachmann wird erkennen, dass die genauen Abmessungen
und Materialien, die hier beschrieben sind, ohne Abweichung von
dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung variieren können. Außerdem sind
die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern sind
an Stellen übertrieben,
um die Merkmale der vorliegenden Erfindung leichter darzustellen.
Beispielsweise sind die in 11 gezeigten
ausgesparten Bereiche 66 für darstellende Zwecke übertrieben.
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Der
Vorteil dieser Ausführungsform
umfasst die Tatsache, dass das Trägerelement 50 mit
anderen Trägerelementen 50 beispielsweise
durch Bolzen gegenseitig verbunden werden kann, die durch die kreisförmigen Perforierungen 51 in
der Endplatte 52 gesichert sind. Dies beseitigt die Notwendigkeit
für die überlappende
Verbindung und befestigende Kragen, die beim Stand der Technik verwendet
werden. Die Trägerelemente 50 stellen
ein hervorragendes Endverbindungsmittel durch Erzeugen einer vollen Momentenverbindung
zwischen Trägerelementen 50 bereit.
Außerdem
liefern die Endplatten 52 einen Schutz für das freie
Ende der Trägerelemente 50 gegen
normale Verschleißschäden, die
an den Enden der Trägerelemente 50 durch
Bewegen, Befestigen und Entfernen der Trägerelemente 50 auftreten.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform derselben beschrieben wurde,
ist es ebenfalls ersichtlich, dass sie nicht so beschränkt sein
soll, da Änderungen
und Modifikationen daran durchgeführt werden können, die
innerhalb des vollen beabsichtigten Schutzumfangs dieser Erfindung
liegen.