DE60204580T2

DE60204580T2 - Verbindungselement für strukturteile aus verbundplatten und verfahren

Info

Publication number: DE60204580T2
Application number: DE60204580T
Authority: DE
Inventors: Mackenzie Howard WILSON; J. Stephen KENNEDY
Original assignee: Intelligent Engineering Bahamas Ltd
Current assignee: Intelligent Engineering Bahamas Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: PT1436190E; EP1436190A1; CN1599682A; JP2005505472A; KR20050033535A; US20040253472A1; GB2380970B; ES2243762T3; WO2003033337A1; GB2380970A; KR101010942B1; GB0124734D0; DK1436190T3; CN100509379C; ATE297341T1; CA2464381A1; CA2464381C; DE60204580D1; US7225543B2; JP4335006B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbindungselemente zum Zusammenfügen von Sandwich-Platten-Struktur-Elementen, wobei die Plattenelemente äußere Metallplatten enthalten, die miteinander durch einen Kernschichtkunststoff oder ein Polymermaterial verbunden sind, das Scherkräfte zwischen ihnen überträgt, und sie bezieht sich auf Strukturen, die durch Zusammenfügen von Sandwich-Platten-Struktur-Elementen geformt werden.
Sandwich-Platten-Struktur-Elemente, die kommerziell als SPS^TM bekannt sind, sind im US Patent 5,778,813, der britischen Patentanmeldung GB-A-2 337 022 und der internationalen Anmeldung Nr. GB00/04198 beschrieben. Solche Sandwich-Platten-Struktur-Elemente enthalten äußere Metallplatten, die miteinander über einen Kunststoff oder Polymerkern mit ausreichender Festigkeit verbunden sind, um zwischen den Platten Scherkräfte zu übertragen. Der Kunststoff oder Polymerkern kann massiv und kontinuierlich sein, wobei er das gesamte Volumen zwischen den äußeren Metallplatten einnimmt, oder kann durch, beispielsweise Schaum-, Formen, welche kontinuierliche Kunststoff- oder Polymerverbindungen zwischen den äußeren Metallplatten lassen, unterbrochen sein. Eine Hauptverwendung dieser Sandwich-Platten-Struktur-Elemente ist es, versteifte Stahlstrukturen zu ersetzen, beispielsweise in maritimen Anwendungen, Offshore-Anwendungen und Anwendungen des allgemeinen Maschinenbaus. Bei solchen Anwendungen ermöglichen die Sandwich-Platten-Struktur-Elemente das Eliminieren von einigen oder allen Versteifungselementen, was eine einfachere Struktur vorsieht, die einfacher zu bilden und zu pflegen ist. Insbesondere ist die Menge an Schweißarbeit, die erforderlich ist, im Allgemeinen im Vergleich zu einer herkömmlichen versteiften Stahlstruktur wesentlich verringert.
Ein weiterer Vorteil von solchen Sandwich-Platten-Struktur-Elementen ist, dass sie vorgefertigt werden können, entweder als einzelne Plattenelemente oder als komplexere Module, die in die jeweilige Struktur zusammenzufügen sind. Vorgefertigte Module können unter Fabrikbedingungen mit größerer Genauigkeit als traditionelle Strukturen, die vor Ort zusammengefügt werden, gefertigt werden und vereinfachen die Konstruktion weiter.
Es ist ein Anliegen der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Zusammenfügen und Verbinden von Sandwich-Plattenstruktur-Elementen vorzusehen, ohne die Notwendigkeit eines Bereichs von speziellen Abschnitten, und das dennoch Flexibilität in den Verbindungen, die vorgesehen werden können, vorsieht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verbindungselement zur Verwendung beim Zusammenfügen eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements, das eine erste und eine zweite metallische Plattenfläche und einen Kunststoff oder Polymerkern, der die Plattenflächen miteinander mit ausreichender Kraft zum Übertragen von Scherkräften dazwischen verbindet, enthält, mit einem anderen Element vorgesehen, wobei das Verbindungselement einen länglichen Metallkörper mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt enthält, der zumindest einen konisch zulaufenden Rand aufweist, der durch eine erste und eine zweite geneigte Oberfläche gebildet wird, wobei die geneigten Oberflächen als Anstoßflächen und Schweißansätze für die erste und die zweite metallische Plattenfläche dienen.
Das Verbindungselement gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es, das Sandwich-Platten-Struktur-Elemente verschiedener Dicken, sowohl bezüglich der äußeren Platten als auch der Kernschicht, mit anderen Sandwich-Platten-Struktur-Elementen oder mit herkömmlichen Stahlplatten, ohne Probleme und mit einer verringerten Anzahl von unterschiedlichen Verbindungselementen zusammengefügt und verbunden werden.
Das Verbindungselement gemäß der vorliegenden Erfindung sieht integral damit vorgeformte Schweißansätze für sowohl die Konstruktion der Sandwich-Platten-Struktur-Elemente als auch zur Verbindung mit anderen Platten oder Elementen vor.
Das Verbindungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einem Scheerkeil in einer oder beiden Hauptflächen versehen sein, der in Größe und Gestalt zumindest einem Teil des konisch zulaufenden Rands des Verbindungselements entspricht. Dies vereinfacht die Verbindung von Sandwich-Platten-Struktur-Elementen unter rechten Winkeln.
Das Verbindungselement kann gewalzter Stahl, rostfreier Stahl, extrudiertes Aluminium sein, oder aus zwei unähnlichen Metallen gefertigt sein, die explosionsverbunden sind. Das Verbindungselement könnte dann aus Metall gefertigt sein, das kompatibel mit den Plattenflächen des Sandwich-Platten-Struktur-Elements ist, um ein Schweißen zu vereinfachen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Geometrie des Verbindungselements innerhalb der Vertiefung des Sandwich-Platten-Struktur-Elements derart ist, dass es lokalisierte Scheerspannungen entlang der Schnittstelle zwischen Plattenflächen und Kern verringert, die aus Temperaturbelastungen resultieren können. Die konisch zulaufenden Enden können ferner modifiziert sein, dass sie wie Schwalbenschwanzfügestellen aussehen, um die Verbindung zwischen dem Kernmaterial und den Umfangsbalken zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung sieht auch Strukturen vor, die zumindest ein Sandwich-Platten-Struktur-Element und ein Verbindungselement wie oben beschrieben enthalten.
Außerdem sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Struktur vor, das die Schritte enthält:
Vorsehen eines Verbindungselements, das einen länglichen Metallkörper mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt enthält, der zumindest einen konisch zulaufenden Rand hat, der durch eine erste und eine zweite geneigte Oberfläche gebildet ist;
Verschweißen der ersten und der zweiten Metallplatte mit dem Verbindungselement in einem beabstandeten Verhältnis zum Definieren einer Ausnehmung, wobei die erste und die zweite geneigte Oberfläche als Anstoßflächen dienen und Schweißansätze für die erste bzw. die zweite Metallplatte vorsehen; und
Einspritzen von Kunststoff oder Polymermaterial in die Ausnehmung zum Verbinden der ersten und der zweiten Metallplatte miteinander mit ausreichender Festigkeit zum Übertragen von Scherkräften dazwischen.
Die vorliegende Erfindung wird weiter unten unter Verweis auf die folgende Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Verbindungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht eines Verbindungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Querschnittsansicht eines Verbindungselements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist, das zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elemente zusammenfügt;
4 ein Teilmittelschiffsquerschnitt eines Doppelhüllentankers ist, der unter Verwendung von Verbindungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
5 bis 10 jeweils vergrößerte Ansichten von Einzelheiten A bis F in 4 sind;
11 die Verbindung einer herkömmlichen Stahlplatte zwischen zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elementen zeigt, wobei Verbindungselemente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
12 die Verbindung einer Platte zeigt, die ein durchgehendes Loch zwischen zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elementen aufweist, wobei Verbindungselemente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
13 eine Draufsicht auf die in 12 gezeigte Anordnung ist;
14 die Verbindung von parallelen und senkrechten Sandwich-Platten-Struktur-Elementen zeigt, wobei ein Verbindungselement gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verbindungselement gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
15 eine Verbindung von zwei Modulen durch ihre Kanten darstellt, wobei Verbindungselemente gemäß den ersten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In den Zeichnungen sind entsprechende Bauteile durch gleiche Referenzziffern bezeichnet.
1 zeigt im Querschnitt ein Verbindungselement 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In seiner Grundform ist es im Wesentlichen prismatisch (d. h. von im Wesentlichen konstantem Querschnitt) mit einer ersten und zweiten Hauptfläche 2, 3 und einem ersten und zweiten konisch zulaufenden Rand 4, 5. Die Enden des Verbindungselements sind ähnliche, entsprechende und parallele Polygone und ihre Seiten sind Parallelogramme. In einigen Anwendungen können jedoch die Enden des Verbindungselements modifiziert werden, z. B. gegehrt sein, dass sie einen Rahmen bilden. Örtliche Abweichungen von dem Grundquerschnitt können auch in spezifischen Anwendungen zum Beispiel zum Zusammenfügen von Elementen unter anderen Winkeln als unter rechten Winkeln erforderlich sein. Die konisch zulaufenden Ränder 4, 5 weisen Oberflächen 6 unter einem Winkel auf, welche eine Anstoßfläche und einen Schweißansatz für die Plattenflächen eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements bilden.
Ein Verbindungselement 1a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Querschnitt in 2 gezeigt. Das Verbindungselement 1a gemäß der zweiten Ausführungsform ist ähnlich zu demjenigen der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass ein Scherkeil 7 in einer der Hauptflächen 2 vorgesehen ist, der entlang der Gesamtlänge der Verbindungselements 1a läuft. Der Scherkeil 7 ist dazu gestaltet, eine der konisch zulaufenden Kanten eines Verbindungselements gemäß der vorliegenden Erfindung aufzunehmen und sieht einen erhöhten Scherwiederstand über die Verbindungsfügestellen vor und erleichtert gleichzeitig das aufgerichtete Ausrichten in einer unten beschriebenen Weise.
Eine dritte Ausführungsform des Verbindungselements 1c gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Das Verbindungselement 1c weist abgeschrägte Teile 7 auf seinen konisch zulaufenden Rändern auf, die im Querschnitt einer Schwalbenschwanzverbindung ähneln. Wie aus der Figur zu erkennen ist, verbessern die abgeschrägten Teile 7 die Verbindung zwischen dem Verbindungselement 1c und der Kernschicht 13 eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements, an dem das Verbindungselement 1c angebracht ist. Wenngleich abgeschrägte Teile 7 auf beiden konisch zulaufenden Kanten gezeigt sind, ist zu erkennen, dass der abgeschrägte Teil auf nur einem konisch zulaufenden Rand des Verbindungselements 1c vorgesehen sein kann.
Die Verbindungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung sollten eine ausreichende Tiefe d aufweisen, um Sandwich-Platten-Struktur-Elemente innerhalb eines Bereichs der Kerndicke und den Plattendicken aufzunehmen. Beispielsweise kann ein Verbinder eine Dicke d von etwa 35 mm aufweisen, um Kerndicken von 5 mm bis 25 mm in Verbindung mit durchschnittlichen Plattenflächendicken von bis zu 5 mm aufzunehmen. Es ist zu verstehen, dass die zwei Plattenflächen des Sandwich-Platten-Struktur-Elements nicht die gleiche Dicke haben müssen, oder aus dem gleichen Metall sein müssen. Verbinder mit einer größeren Dicke d können vorgesehen werden, um Sandwich-Platten-Struktur-Elemente mit größeren Kern- und Plattendicken aufzunehmen, beispielsweise 25 bis 75 mm bzw. 5 mm bis 20 mm.
Die Gesamtbreite w der Verbindungselemente 1, 1a kann von einer minimal praktikablen Größe, die vergleichbar der Dicke d ist, bis ungefähr zum 20-fachen der Dicke d reichen. Die Breite w wird entsprechend der Komplexität der beabsichtigten Verbindung, in der es zu verwenden ist, und der Fähigkeit des Verbindungselements, Wärme zu dissipieren, die von Schweißvorgängen herrühren, die durchgeführt werden, nachdem das Kernmaterial in die Vertiefung zwischen den Plattenflächen eingespritzt wurde, bestimmt. Für breitere Verbindungselemente, beispielsweise w > 3d, kann nach Bedarf mehr als ein Scherkeil 7 vorgesehen werden.
Der Winkel der Anstoßflächen 6, die den konisch zulaufenden Rand bilden, hängt von deren Funktion zum Vorsehen eines geeigneten Schweißansatzes ab und kann im Bereich von 30° bis 60° im Bezug auf eine jeweilige Hauptachse des Verbindungselements liegen. Die Spitzenbreite der konisch zulaufenden Ränder 4, 5 kann variiert werden, um die minimale Schweißbreite zwischen den Verbindern zu bestimmen oder nach Bedarf eine volle Stoßnaht vorzusehen. Während die konisch zulaufenden Ränder identisch und symmetrisch bezüglich der Zentrumslinie des Verbindungselements dargestellt sind, ist zu verstehen, dass sie unterschiedlich sein können und versetzt sein können.
Die Verbindungselemente 1, 1a können aus gewalztem Stahl oder extrudiertem Aluminium hergestellt sein, oder sie können aus zwei Metallen konstruiert werden, die miteinander explosionsverbunden sind. Geeignete Oberflächenbehandlungen für den beabsichtigten Anwendungszweck und zum Vereinfachen des Schweißens können angewendet werden.
In Verwendung sind Verbindungselemente 1, 1a gemäß der vorliegenden Erfindung um einen Teil oder vorzugsweise die Gesamtheit des Umfangs eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements vorgesehen. Die Plattenflächen des Sandwich-Platten-Struktur-Elements werden mit jeweiligen der Anstoßflächen 6 von einem der konisch zulaufenden Ränder 4 oder 5 des Verbindungselements 1, 1a in einem beabstandeten Verhältnis verschweißt. In die resultierende Vertiefung, die im Voraus mit Scherplatten oder Leerformen versehen sein kann, wird ein Kunststoff- oder Polymermaterial zum Ausbilden einer Kernschicht eingespritzt, die Scherkräfte zwischen den zwei Plattenflächen übertragen kann. Wenn das Sandwich-Platten-Struktur-Element die gleiche Gesamtdicke wie die Dicke d des Verbindungselements 1, 1a haben soll, sind die zwei Plattenflächen fluchtend zu jeweils einer der Hauptflächen 2, 3 des Verbindungselements 1, 1a. Für ein dünneres Sandwich-Platten-Struktur-Element können die Plattenflächen symmetrisch bezüglich des konisch zulaufenden Rands 4, 5 des Verbindungselements 1, 1a geschweißt werden oder eine Plattenfläche kann fluchtend zu einer der Hauptflächen 2, 3 positioniert sein und die andere Plattenfläche ist dann bezüglich der anderen Hauptfläche zurückversetzt.
Der andere konisch zulaufende Rand des Verbindungselements sieht Anstoßflächen 6 und Schweißansätze zum Verschweißen mit einem anderen Verbindungselement vor, das einen Teil des Umfangs eines anderen Sandwich-Platten-Struktur-Elements bildet, oder mit einer herkömmlichen Metallplatte. Es ist ferner zu verstehen, dass die zwei Anstoßflächen 6 des anderen konisch zulaufenden Rands zwei weitere Plattenflächen aufnehmen können, um ein zweites Sandwich-Platten-Struktur-Element zu bilden.
Im Allgemeinen können sowohl flache als auch gekrümmte Sandwich-Plattenstruktur-Elemente durch Verschweißen ihrer Plattenflächen mit Verbindungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Die resultierenden Struktur-Plattenelemente werden mit Metallplatten oder anderen Sandwich-Platten-Struktur-Elementen durch herkömmliche Schweißvorgänge unter Verwendung der Verbindungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengefügt. Auf diese Weise können große Abschnitte, Module und Blöcke zusammengefügt werden, die schließlich zu Brückenpanelen, Schiffskomponenten, Schiffen, Offshore-Strukturen oder anderen Konstruktionsstrukturen werden. Wenn Verbindungen hergestellt werden, können Verbindungselemente gemäß einer vorliegenden Erfindung in einem ausgerichteten Zustand miteinander verschweißt werden, parallel jedoch versetzt zueinander oder unter einem Winkel, beispielsweise senkrecht. Auf diese Weise kann eine große Anzahl von unterschiedlichen Anordnungen abgedeckt werden.
4 stellt dar, wie die Verbindungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um unterschiedliche Verbindungseinzelheiten vorzusehen. Diese Figur zeigt einen Mittelschiffsabschnitt eines Doppelhüllentankers. Verbindungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter anderem in den Verbindungen verwendet, die als A bis F bezeichnet sind, die jeweils in 6 bis 10 vergrößert dargestellt sind.
5 zeigt eine Verbindung A, die die Verbindung zwischen dem Dollbord 101, dem Deck 102 und einer außenseitigen Hülle 103 ist. Bei diese Konstruktion bildet das Verbindungselement 1 eine Seite eines Plattenelements, das einen Teil der außenseitigen Hülle 103 bildet, wobei die Plattenflächen 11, 12 dieses Sandwich-Platten-Struktur-Elements mit den Anstoßflächen 6 des konisch zulaufenden Rands 4 fluchtend mit den Hauptflächen 2, 3, verschweißt sind. Wie oben beschrieben wird die Kernschicht 13 eingespritzt, nachdem die Plattenflächen 11, 12 mit dem Verbindungselement 1 verschweißt sind. Das Dollbord 101, das als herkömmliche Stahlplatte gebildet ist, wird mit dem anderen konisch zulaufenden Rand 5 verschweißt. Das Deck 102 ist als ein Sandwich-Platten-Struktur-Element geformt, wobei eine obere Plattenfläche 11 mit der bordinnenseitigen Anstoßfläche 6 des konisch zulaufenden Rands 5 verschweißt ist und die untere Plattenfläche 12 mit der Hauptfläche 3 des Verbindungselements 1 mit einer Kehlnaht verschweißt ist.
Die Verbindung der innenseitigen Hülle 104 mit dem Deck 102, die Verbindung B, ist in 6 gezeigt. Zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 102a, 102b, die einen Teil des Decks bilden, weisen Verbindungselemente 1 auf, die jeweils eine Seite des jeweiligen Sandwich-Platten-Struktur-Elements bilden. Die zwei Verbindungselemente 1 sind miteinander verschweißt, und die innenseitige Hülle 104, die als ein Sandwich-Platten-Struktur-Element gebildet ist, ist mit der unteren Fläche von einem der Verbindungselemente 1 verschweißt. Es ist zu erkennen, dass die oberen Plattenflächen 11 des Decks 102 fluchtend mit den oberen Flächen 2 der Verbindungselemente 1 sind, so dass sie eine glatte Deckoberfläche vorsehen. Die unteren Plattenflächen 12 sind über die unteren Flächen 3 der Verbindungselemente 1 gelegt, da die Sandwich-Platten-Struktur-Elemente des Decks nicht die gleiche Dicke wie das Verbindungselement 1 aufweisen müssen.
Die Verbindung C, die in 7 gezeigt ist, ist eine Verbindung zwischen dem Deck 102 und einem Längsträger 105, wobei Verbindungen zwischen dem Deck und Querträgern ähnlich sind. Dabei fügt ein Verbindungselement 1 zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 102c, 102d, die einen Teil des Decks bilden, zusammen, während der Längsträger 105 mit einer Kehlnaht an die untere Fläche 3 des Verbindungselements 1 geschweißt ist.
8 zeigt die Verbindung D, nämlich die Verbindung zwischen dem inneren Boden 106 und der innenseitigen Hülle 104. Bei dieser Verbindung haben die Sandwich-Platten-Struktur-Elemente, die die innere Hülle 104 und den inneren Boden 106 bilden, Verbindungselemente 1, die an ihren Umfängen vorgesehen sind. Der freie, konisch zulaufende Rand 5 des Verbindungselements der Hülle 104 der inneren Seite ist mit der oberen Fläche 2 des Verbindungselements 1 des inneren Bodens 106 verschweißt. Träger 107, 108, die eine Verbindung zur außenseitigen Hülle und dem äußerem Boden herstellen, sind mit dem freien, konisch zulaufenden Rand 5 bzw. der unteren Hauptfläche 3 des Verbindungselements 1 des inneren Bodens 106 verschweißt.
Der innere Boden und die außenseitigen Hüllen sind ausgerichtet und jeweils als Sandwich-Platten-Struktur-Element geformt. Die zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elemente weisen Ver bindungselemente 1 auf, die ihre oberen und unteren Seitenränder bilden, die miteinander wie in 9 gezeigt verschweißt sind. Die Sandwich-Platten-Struktur-Elemente der außenseitigen Hülle 103 und des äußeren Bodens 109 weisen die gleiche Dicke wie die Verbindungselemente 1 auf, so dass die Plattenflächen fluchtend zu den Hauptflächen der Verbindungselemente auf beiden Seiten sind. Ein Träger 107, der einen Anschluss zur Fügestelle der innenseitigen Hülle und des inneren Bodens herstellt, ist mit einer Kehlnaht an das untere der zwei Verbindungselemente 1 angeschweißt.
Schließlich ist eine Verbindung F in 10 gezeigt. Bei dieser Verbindung, die den äußeren Boden 109 mit einem Träger 108 verbindet, werden zwei Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 109a, 109, die einen Teil des äußeren Bodens 109 bilden, unter Verwendung eines Verbindungselements 1 zusammengefügt. Die innere und die äußere Plattenfläche der Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 109a, 109 sind mit den Hauptflächen 2, 3 des Verbindungselements 1 fluchtend. Der Träger 108 wird dann mit einer Kehlnaht an die oberste der Hauptflächen des Verbindungselements 1 geschweißt. Verbindungen zwischen einem Querträger und dem äußeren Boden oder zwischen Matrixrahmen der Seitenhülle und Sandwich-Platten-Struktur-Elementen der inneren und äußeren Seitenhülle 103, 104, sind ähnlich.
11 zeigt eine Anordnung, bei der ein Deck praktisch mit herkömmlichen Stahlplatten 110 gebildet werden kann, die in ein Deck eingesetzt sind, das weitgehend aus Sandwich-Platten-Struktur-Elementen 102e, 102f geformt ist. Die Umfänge der Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 102e, 102f sind mit Verbindungselementen 1 gebildet, wobei deren obere Hauptflächen 2 fluchtend zu den unteren Plattenflächen der Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 102e, 102f sind. Die herkömmliche Metallplatte 110 wird dann zwischen die zwei Verbindungselemente 1 geschweißt, wobei wiederum ihre obere Oberfläche fluchtend zu den Hauptflächen 2 der Verbindungselemente 1 ist. Diese Anordnung vereinfacht das Vorsehen von durchgehenden Öffnungen durch das Deck, wie es in 12 gezeigt ist, wo eine Leitung 111 die herkömmliche Stahlplatte 110 durchdringt. Diese Anordnung ist auch in der Draufsicht in 13 gezeigt. Diese Anordnung von integrierten Stahlplatten, die in einem gesteppten Muster, das für die beabsichtigte Funktion der Struktur günstig ist, angeordnet sein können, sieht auch Gebiete für Schweißbefestigungen vor, ohne dass es nachteilig für den Kunststoff- oder Polymerkern oder für angrenzende Sandwich-Platten-Struktur-Elemente ist. Die Metallplatte ist so dimensioniert, dass sie strukturelle Kontinuität zwischen den Sandwich-Platten-Struktur-Elementen vorsieht und ist stämmig genug, ein lokales Plattenbeulen zu verhindern.
14 zeigt die Verwendung des Scherkeils 7 in einem Verbindungselement 1a gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Anordnung wird dazu verwendet, drei Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 21, 22, 23 zu verbinden, wobei zwei davon ausgerichtet sind und das dritte senkrecht ist. Die zwei ausgerichteten Sandwich-Platten-Struktur-Elemente 21, 22 sind durch Verschweißen von Plattenflächen an die gegenüberliegenden Ränder eines Sandwichplattenstrukturelements 1a gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet. Das senkrechte Sandwich-Platten-Struktur-Element 23 weist ein Verbindungselement 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung als Teil seines Umfangs auf. Der freie konisch zulaufende Rand 5 des Verbindungselements 1 ist in Eingriff in dem Scherkeil des Verbindungselements 1a. Ein Eingriff des konisch zulaufenden Rands 5 des Verbindungselements 1 mit dem Scherkeil 7 vereinfacht die Ausrichtung des Sandwich-Platten-Struktur-Elements 23 und die Übertragung von Kräften außerhalb der Ebene von dem Sandwich-Platten-Struktur-Element 23 zu den Sandwich-Platten-Struktur-Elementen 21 und 22.
Wenn vorgefertigte Module 25 aus Sandwich-Platten-Strukturelementen unter Verwendung von Verbindungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden, werden die Ränder der Module vorzugsweise mit Verbindungselementen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschlossen. Wie es in 15 dargestellt ist, bilden die Anstoßflächen 6 somit Schweißansätze für die wesentlichen Schweißnähte, die zum Verbinden der Module miteinander erforderlich sind.
Während wir oben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und mögliche Anwendungszwecke für diese beschrieben haben, ist zu verstehen, dass das Verbindungselement der vorliegenden Erfindung anders als beschrieben konstruiert sein kann und auf andere Weise verwendet werden kann, wie es für den fachmännischen Leser deutlich ist.

Claims

Verbindungselement (1) zur Verwendung beim Zusammenfügen eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements mit einem anderen Element, wobei das Sandwich-Platten-Struktur-Element eine erste und eine zweite metallische Plattenfläche (11, 12) und einen Kunststoff- oder Polymerkern (13) enthält, der die zwei Plattenflächen mit ausreichender Kraft zum Übertragen von Scherkräften dazwischen verbindet, wobei das Verbindungselement einen länglichen Metallkörper enthält mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt und der zumindest einen spitz zulaufenden Rand (4, 5), der durch eine erste und eine zweite geneigte Oberfläche gebildet ist, aufweist, wobei die geneigten Oberflächen als Anstoßflächen und Schweißansätze für die erste und die zweite metallische Plattenfläche (11, 12) dienen.
Verbindungselement nach Anspruch 1, wobei der spitz zulaufende Rand mit einem abgestumpften Teil versehen ist, um die Anbindung an dem Kunststoff- oder Polymerkern zu verbessern.
Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Körper weiter einen zweiten spitz zulaufenden Rand enthält.
Verbindungselement nach Anspruch 3, wobei der Körper eine erste und eine zweite parallele Hauptfläche zwischen den spitz zulaufenden Rändern aufweist.
Verbindungselement nach Anspruch 4, wobei die geneigten Flächen unter einem Winkel im Bereich von 30° bis 60° zu den Hauptflächen sind.
Verbindungselement nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die spitz zulaufenden Ränder im Wesentlichen identisch in ihrer Gestalt sind.
Verbindungselement nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, wobei die spitz zulaufenden Ränder symmetrisch zur Mittellinie des Körpers angebracht sind.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei zumindest eine der Hauptflächen mit einem Scherkeil versehen ist, der eine Gestalt entsprechend von zumindest einem der spitz zulaufenden Ränder aufweist.
Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper eine maximale Dicke in einer Richtung senkrecht zur Richtung des spitzen Zulaufs des spitz zulaufenden Rands im Bereich von 10 mm bis 100 mm aufweist.
Verbindungselement nach Anspruch 9, wobei der Körper eine maximale Breite in der Richtung des spitzen Zulaufs des spitz zulaufenden Rands im Bereich vom Einfachen bis zum Zwanzigfachen der maximalen Dicke aufweist.
Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper aus Stahl, rostfreiem Stahl oder Aluminium gefertigt ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Körper aus zwei verschiedenen Metallen gefertigt ist, die miteinander explosionsverbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Struktur, enthaltend die Schritte: Vorsehen eines Verbindungselements, das einen länglichen Metallkörper enthält mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt und der zumindest einen spitz zulaufenden Rand (4, 5) aufweist, der durch eine erste und eine zweite geneigte Oberfläche gebildet ist; Verschweißen der ersten und der zweiten Metallplatte (11, 12) mit dem Verbindungselement in einem zueinander beabstandeten Verhältnis zur Definition einer Ausnehmung, wobei die erste und die zweite geneigte Oberfläche als Anstoßflächen dienen und Schweißansätze für die erste bzw. die zweite Metallplatte jeweils vorsehen; und Einspritzen von Kunststoff- oder Polymermaterial (13) in die Ausnehmung zum Verbinden der ersten und der zweiten Metallplatte miteinander mit ausreichender Festigkeit zum Übertragen vor Scherkräften dazwischen.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter enthaltend den Schritt des Anschweißens eines weiteren Elements an das Verbindungselement.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verbindungselement einen zweiten spitz zulaufendenden Rand aufweist, der durch eine dritte und eine vierte geneigte Oberfläche gebildet wird, und der Schritt des Anschweißens eines weiteren Elements enthält: Verschweißen von einer dritten und einer vierten Metallplatte mit dem Verbindungselement in einem beabstandeten Verhältnis zum Ausbilden einer zweiten Ausnehmung, wobei die dritte und die vierte geneigte Oberfläche als Anstoßflächen dienen und Schweißansätze für die dritte bzw. die vierte Metallplatte jeweils vorsehen; und Einspritzen von Kunststoff- oder Polymermaterial in die zweite Ausnehmung zum Verbinden der dritten und der vierten Metallplatte miteinander mit ausreichender Festigkeit zum Übertragen von Scherkräften dazwischen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Anschweißens eines weiteren Elements enthält: Vorsehen eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements, das eine dritte und eine vierte Metallplatte, die an ihren Rändern mit einem zweiten Verbindungselement verschweißt sind, und eine Kernschicht aus Kunststoff oder Polymermaterial enthält, die mit der dritten und der vierten Metallplatte mit ausreichender Festigkeit zum Übertragen von Scherkräften dazwischen verbunden ist; und Verschweißen des zweiten Verbindungselements mit dem Verbindungselement.
Verfahren nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, wobei der Schritt des Anschweißens eines weiteren Elements das Verschweißen einer Stahlplatte mit dem Verbindungselement enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, 14, 15, 16 oder 17, wobei das Verbindungselement einen zweiten spitz zulaufenden Rand aufweist und das Verfahren weiter die Schritte enthält: Vorsehen eines Sandwich-Platten-Struktur-Elements, das eine dritte und eine vierte Metallplatte, die an ihren Umfängen mit einem zweiten Verbindungselement verschweißt sind, und eine Kernschicht aus Kunststoff- oder Polymermaterial enthält, die mit der dritten und vierten Metallplatte mit ausreichender Festigkeit zum Übertragen von Scherkräften dazwischen verbunden ist, wobei das Verbindungselement einen Scherkeil in einer Hauptfläche von ihm aufweist, wobei der Scherkeil eine Gestalt aufweist, die dem zweiten spitz zulaufenden Rand des Verbindungselements entspricht; in Eingriff bringen des zweiten spitz zulaufenden Rand des Verbindungselements mit dem Scherkeil; und Verschweißen des zweiten Verbindungselements mit dem ersten Verbindungselement.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, enthaltend die Schritte: Herstellen einer Mehrzahl von Strukturkomponenten gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18; und Zusammenfügen der Strukturkomponenten zum Ausbilden der Struktur.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Schritte des Herstellens und des Zusammenfügens an unterschiedlichen Orten durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Struktur ein Gebäude, eine Brücke, ein Schiff, eine Schiffskomponente oder eine Off-Shore Struktur ist.