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Die Erfindung betrifft aufgehängte Bauwerke und
insbesondere Hängebrücken oder
aufgehängte Bedachungen.
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Im Allgemeinen umfassen Aufhängevorrichtungen
für solche
Bauwerke mindestens einen an den Enden verankerten Hängegurt
und Hänger,
die ihrerseits jeweils in einer Schelle befestigt sind, die um den
Hängegurt
fixiert ist. Dabei übertragen
die Hänger
die Last des Bauwerks auf den Hängegurt. Meist
stehen sie nicht alle senkrecht zu ihm, so dass wenigstens einige
der Schellen auf den Hängegurt eine
Kraft ausüben,
die eine ihn tangierende Komponente besitzt, die als Tangentialkraft
bezeichnet wird.
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Üblicherweise
besteht der Hängegurt
aus einem Bündel
aus blanken Stahldrähten
oder litzen und wird von einer äußeren Schutzschicht
aus Anstrichstoff bzw. Bitumen oder von einer röhrenförmigen Hülle umhüllt. Dabei wird diese Schutzschicht
im Allgemeinen senkrecht von den Schellen unterbrochen, die direkt
auf dem Stahl des Hängegurts
sehr stark festgezogen sind.
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Dieses starke Festziehen der Schelle
erfüllt zwei
Hauptfunktionen:
- – Aufnehmen der Tangentialkraft,
welcher die Schelle ausgesetzt ist, durch Reibung, wobei unter Berücksichtigung
der Mittelmäßigkeit
des Reibungskoeffizienten von Stahl auf Stahl die Spannkraft der
Schelle relativ groß sein
muss, und
- – eine
so groß wie
mögliche
Begrenzung der Relativbewegungen zwischen den gespannten Strängen (Stahldrähten oder
-litzen), die den Hängegurt
bilden; wobei aufgrund der Tatsache, dass diese Stränge blank
sind, ihre Relativbewegungen Verschleiß und Ermüdung durch Reibkorrosion (durch
kleine Ausschläge
verursachte Ermüdung
oder Verschleiß)
verursachen, die gleichzeitig zu einer Lockerung der Schellen und
gegebenenfalls zu dem Bruch einiger Stränge führen.
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Diese aufgehängten Bauwerke des Standes der
Technik haben folgende Nachteile:
- – die starke
Spannbefestigung der Schellen erfordert sehr (beispielsweise bis
zu zwei Meter) lange und massive Schellen, die von zahlreichen Bolzen festgezogen
werden,
- – Reibkorrosion
ist nie völlig
zu verhindern und
- – es
ist häufig
festzustellen, dass sich die Korrosion unter der äußeren Schutzschicht
des Hängegurts
weiter ausbreitet.
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In EP-A-O 789 110 ist bereits vorgeschlagen worden,
die Einheitlichkeit der Spannbefestigung zu verbessern, indem an
den Schellen zwischen den Lagen aus übereinander angeordneten Strängen des Hängegurts
Füllungen
mit geeigneter Form angebracht werden, um die Zwischenräume zwischen
den Strängen
auszufüllen.
Diese Füllungen,
die sich unter den Schellen befinden, übertragen die Spannkraft auf
den gesamten Umfang der Stränge
quasi hydrostatisch, anstelle sie auf ihre gegenseitigen Berührungslinien
zu konzentrieren.
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In französischen Patent 2 739 112 ist
eine Maßnahme
beschrieben, die es erlaubt, das Festspannen der Schellen auf dem
Hängegurt
zu begrenzen: Zusätzliche
Verbindungstrossen verbinden die Schellen derart untereinander,
dass der statische Teil der Tangentialkraft, der von der Nennlast
des Bauwerks verursacht wird, kompensiert wird. Der dynamische Teil
(beispielsweise je nach Verkehr und klimatischen Bedingungen veränderliche Überlasten) wird über die
Spannkraft der Schellen vom Hängegurt
aufgenommen. Dieses Verfahren erfordert, dass die aufeinander folgenden
Verbindungstrossen entsprechend vorher festgelegten Spannungswerten unter
eine mechanische Spannung gesetzt werden.
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Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe
zugrunde, eine einfache und wirkungsvolle Art und Weise der Lösung des
Problems der Tangentialkräfte, denen
ein Hängegurt
ausgesetzt ist, vorzuschlagen.
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Somit wird erfindungsgemäß eine Aufhängevorrichtung
für Bauwerke
vorgeschlagen, welche mindestens einen Hängegurt und Hänger umfasst, die
am Hängegurt
mittels Schellen befestigt sind, wobei der Hängegurt ein Bündel von
Seilsträngen,
die am Ende verankert und durch die von den Hängern übertragene Last des Bauwerks
gespannt werden können,
und eine Hüllstruktur,
welche die Seilstränge enthält und auf
welcher die Schellen angebracht sind, umfasst. Erfindungsgemäß weist
die Hüllstruktur
parallel zu dem Hängegurt
eine Druckfestigkeit auf, die ausreicht, um die Tangentialkomponenten
der Kräfte aufzunehmen,
welche die Schellen auf Grund der Kraftübertragung durch die Hänger auf
den Hängegurt
ausüben,
wobei auf die Seilstränge
im Wesentlichen keine Spannkräfte übertragen
werden.
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Dabei werden die Tangentialkräfte durch eine
Längskompression
der Hüllstruktur
anstatt durch Reibung mit den gespannten Seilsträngen aufgenommen. Daraus resultiert,
dass das Festspannen der Schellen, das nicht auf die Seilstränge übertragen
wird, beträchtlich
verringert und sogar weggelassen werden kann. Somit werden zahlreiche
Nachteile aufgehängter
Bauwerke des Standes der Technik behoben, die von dem starken Festziehen
der Schellen verursacht werden. Insbesondere wird vermieden, dass
die gespannten Seilstränge
starken Klemmspannungen, die unter den Schellen auftreten, ausgesetzt
werden, wodurch sich die Lebensdauer des Hängegurts verlängert.
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Dabei ist festzustellen, dass durch
das Vorhandensein der gespannten Seilstränge in der Hüllstruktur
dieser eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Knicken
verliehen wird. Dieses Verhalten ist vergleichbar mit demjenigen
einer Hülle
für den Bowdenzug
eines Fahrrads: An beiden Enden stark zusammengedrückt, wenn
die Handbremse betätigt wird,
widersteht diese Hülle
aufgrund der Tatsache, dass sie den gespannten Bowdenzug enthält, dem Knicken
gut.
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Ein bedeutender erfindungsgemäßer Vorteil besteht
darin, dass man. ohne die Schellen abbauen zu müssen, die Seilstränge einzeln
herausziehen und ersetzen kann, da diese nicht mehr unter den einzelnen
Schellen festgeklemmt sind. Dies erlaubt:
- – von Zeit
zu Zeit Untersuchungen vorzunehmen, indem ein oder mehrere Seilstränge herausgezogen
und analysiert werden, um mögliche
Beschädigungen
zu diagnostizieren, und
- – wenn
der Hängegurt
aufgrund von Verschleiß oder
Korrosion der Seilstränge
ersetzt werden muss, diesen Ersatz Seilstrang pro Seilstrang durchzuführen, wodurch
das Anbringen eines zweiten Hängegurts
vor der Entfernung des ersten vermieden wird, wobei letzteres Anbringen
bei bestehenden aufgehängten
Bauwerken zu besonders komplexen Ersatzvorgängen führen würde.
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In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Hüllstruktur
des Hängegurts
eine Außenhülle, einzelne
Ummantelungen, die jeweils einen Seilstrang des Hängegurts
und ein Schmiermittel enthalten, und ein ausgehärtetes Füllmittel, das den Zwischenraum
zwischen der Außenhülle und
den einzelnen Ummantelungen ausfüllt.
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Die Seilstränge sind dann wirkungsvoll
vor Korrosion und Reibkorrosion geschützt. Das ausgehärtete Füllmittel
bildet um sie eine Matrix, die der Kompression in Längsrichtung
widersteht, um die Tangentialkräfte
aufzunehmen.
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In speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsformen:
- – bestehen
die gespannten Seilstränge
aus Metall und sind mit einem Schmierfett oder einem Wachs überzogen,
das das Schmiermittel bildet, oder bestehen diese Seilstränge auch
aus einem eingefetteten oder eingewachsten Metall und sind jeweils
von einer ersten Kunststoffummantelung umgeben, die ihrerseits,
mit dem Schmiermittel dazwischen, von einer einzelnen Ummantelung aufgenommen
wird,
- – besitzen
die einzelnen Ummantelungen der Seilstränge Verdickungen, die in der
Richtung des Hängegurts
beabstandet sind,
- – hat
die Außenhülle des
Hängegurts
eine Innenseite, die senkrecht zu mindestens einigen der Schellen
mit Querreliefs versehen ist,
- – hat
die Außenhülle des
Hängegurts
eine Außenseite,
die mit Querreliefs senkrecht zu mindestens einigen der Schellen
versehen ist, die ihrerseits mit komplementären Reliefs versehen sind,
um in die Außenhülle einzugreifen,
und
- – umfasst
die Außenhülle des
Hängegurts
senkrecht zu den Schellen, die in den einen oder anderen der zwei
vorhergehenden Abschnitte einschneiden, Abschnitte, die mit Querreliefs
versehen und mit glatten Abschnitten verschweißt sind, die sich zwischen
den Schellen befinden.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
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1 eine
allgemeine schematische Ansicht einer Hängebrücke und
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2 einen
Querschnitt durch einen Hängegurt
und eine Schelle zur Befestigung eines Hängers einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt und die
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3 und 4 Querschnitte durch zwei
Beispiele von Seilsträngen,
die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar sind, zeigen und
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5 eine
schematische Seitenansicht von Seilsträngen, die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar sind, zeigt und die
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6 bis 8 schematische Längsschnitte durch Außenhüllen eines
Hängegurts,
die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar sind, zeigen.
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Die Erfindung wird anschließend beispielhaft in
ihrer Anwendung auf Hängebrücken beschrieben.
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Die in 1 dargestellte
Hängebrücke umfasst
herkömmlicherweise
eine Brückenfahrbahn 1, zwei
Pylone 2, zwei parallele Hängegurte 3, wovon nur
einer gezeigt ist, und Hänger 4,
die an den Hängegurten 3 befestigt
sind und die Brückenfahrbahn 1 halten.
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Die Hängegurte 3 sind zwischen
zwei Verankerungen 5 in der Erde an den Enden der Brücke (künstliche
Verankerungsblöcke,
Verankerungen im Fels oder gegebenenfalls Verankerungen an den zwei
Enden der Brückenfahrbahn,
wenn es sich um eine "selbstverankerte" Hängebrücke handelt)
gespannt und werden von den Pylonen 2 abgestützt. Die
Hängegurte 3 sind
vorzugsweise zu beiden Seiten der Pylone 2 diskontinuierlich
mit Verankerung an diesen Pylonen.
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Jeder Hängegurt 3 umfasst
ein oder mehrere Bündel
aus einzeln geschützten
Seilen 6, wovon in 3 ein
Beispiel dargestellt ist.
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In jedem der einzeln geschützten Seile 6 bildet
das eigentliche Seil 7 den Seilstrang, der unter Zug arbeitet.
Dieser Seilstrang 7 besteht aus mehreren verdrillten Stahldrähten (sieben
in diesem Beispiel). Der Stahl dieser Drähte kann korrosionsgeschützt sein
(beispielsweise Galvanisierung und Beschichtung mit einer Cn-Al-Legierung).
Der Seilstrang 7 ist in ein Schmiermittel 8 eingebettet,
das seinerseits von einer äußeren Ummantelung 9 aus nachgiebigem
Kunststoff, beispielsweise Polyethylen mit hoher Dichte (PEHD) bedeckt
ist. Das Schmiermittel 8 schützt auch den Stahl der Drähte vor
Korrosion. Es ist typischerweise ein Fett oder ein Wachs.
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Die einzeln geschützten Seile 6 des
Hängegurts 3 befinden
sich in einer Außenhülle 10,
die sich über
die gesamte Länge
des Hängegurts
zwischen den verankerten Enden erstreckt. Ein ausgehärtetes Füllmittel 12 füllt den
Zwischenraum zwischen der Außenhülle 10 und
den einzelnen Ummantelungen 9 der Seile (2). Die Außenhülle 10 kann aus einem Metall
oder einem Kunststoff wie PEHD bestehen. Das Füllmittel 12 kann eine
Zementmasse, ein Polymer oder ein Harz sein.
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Das untere Ende der Hänger 4 ist
an der Brückenfahrbahn 1 und
das obere Ende mittels einer Schelle 13 am Hängegurt 3 befestigt.
Jede Schelle 13 umfasst beispielsweise zwei Halb schalen 13a, 13b,
die um den Hängegurt 3 mittels
Bolzen miteinander verbunden sind, wobei das obere Ende des Hängers 4 um
eine 13a der zwei Halbschalen gelenkig befestigt ist.
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Die Hüllstruktur, welche die Seilstränge 7 des Hängegurts 3 enthält, besteht
aus den einzelnen Ummantelungen 9 dieser Seilstränge, der
Matrix, welche das ausgehärtete
Füllmittel 12 bildet,
und der Außenhülle 10 und
erlaubt es nicht, dass auf die Seilstränge 7 Klemmkräfte übertragen
werden, die von der Befestigung der Schellen erzeugt werden, welche
die Last, die von jedem einzelnen Hänger 4 getragen wird, übertragen.
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Die Tangentialkräfte, die dadurch entstehen, dass
die Hänger 4 sich
nicht senkrecht zum Hängegurt 3 befinden,
werden von dieser Hüllstruktur
wegen deren Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Zusammenpressen parallel zur Richtung des Hängegurts aufgenommen. Mit Füllmitteln 12 wie
Zementmassen oder Harzen werden die erforderlichen Widerstände gegen
Zusammenpressen leicht erhalten, welche eine Größenordnung von einigen zehn
MPa haben. Das Fülhnittel 12 kann
auch eine mit Harz gefüllte
Zementmasse sein.
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Um den Hängegurt 3 anzubringen,
wird von der Außenhülle 10 ausgegangen,
in welcher ein einzeln geschütztes
Stahlseil 6 eingefädelt
worden ist. Der Seilstrang 7 des Stahlseils 6 wird
an den Enden des Hängegurts 3 verankert.
Anschließend
werden nacheinander die weiteren einzeln geschützten Seile 6 eingefädelt, indem
sie mittels eines Schützes
gezogen werden, der in der Außenhülle 10 hin-
und hergeht. Nachdem jedes Seil eingefädelt worden ist, werden seine
beiden Enden verankert. Nachdem alle einzeln geschützten Seile 6 eingefädelt und
verankert worden sind, wird das Füllmittel 12 von dem Punkt
aus, der der tiefste des Verlaufs des Hängegurts 3 ist, in
die Außenhülle 10 eingespritzt.
Dieses Einspritzen wird unter Druck durchgeführt, wobei in den höchsten Punkten,
d. h. in den Verankerungsvorrichtungen, die auf den Pylonen 2 der
Brücke
angebracht sind, Luftlöcher
angebracht werden. Nachdem das eingespritzte Füllmittel 12 ausgehärtet ist,
kann damit begonnen werden, die Hänger 4 mittels ihrer Schellen 13 zu
befestigen.
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Die gespannten Seilstränge 7 des
Hängegurts 3 können einzeln
ersetzt werden, ohne die Schellen 13 abbauen zu müssen, beispielsweise
auf folgende Weise. Es wird begonnen, indem ein Ende des bis zuvor
in Betrieb befindlichen Seilstrangs 7, das von einem der
Veran kerungsblöcke übersteht, zugänglich gemacht
wird, und daran das Ende eines neuen Seilstrangs 7 anzuschweißen. Die
Verankerungsbacke des Seilstrangs 7 mit diesem ersten Ende
wird zurückgezogen,
nachdem die Spannung dieses Seilstrangs wieder erhöht worden
ist. Dieser Seilstrang wird losgelassen. Anschließend wird
das zweite Ende des Seilstrangs 7 zugänglich gemacht, das von dem
anderen Verankerungsblock übersteht, dort
die Verankerungsbacke herausgezogen und am zweiten Ende des Seilstrangs 7 gezogen,
bis dieser voll-ständig die
einzelne Ummantelung 9 verlassen hat und durch den neuen
Seilstrang ersetzt worden ist. Dieser wird dann mittels einer Winde
auf den hohen Spannungswert gespannt und anschließend verankert.
Das Schmiermittel 8, das in der Ummantelung 9 vorhanden
ist, erlaubt ein leichtes Herausziehen des Seilstrangs 7.
Ein Schmiermittel wie ein Fett wird um den neuen Seilstrang entsprechend
seines Eindringens in die Ummantelung 9 gebracht, um das Eindringen
zu erleichtern, den neuen Seilstrang vor Korrosion zu schützen und
dessen späteren
Ersatz zu erleichtern.
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Somit ist es möglich, jeden der Seilstränge 7 des
Hängegurts 3 mittels
einfacher Vorgänge
zu ersetzen, welche die übliche
Benutzung der Brücke
für den
Verkehr nicht behindern.
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In 4 ist
ein anderes Beispiel eines einzeln geschützten Seils 16 gezeigt,
das in einer erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung
verwendbar ist. Das eigentliche Seil oder der Seilstrang 7 wird
mit einem schützenden
Material 18 wie einem Wachs oder einem Fett bestrichen
und von einer ersten dichten Kunststoffummantelung 19 umgeben,
die beispielsweise sich an die Form des Umfangs des Seilstrangs 7 anlegen
kann, wie in 4 gezeigt.
Ein Schmiermittel 20 wie ein Fett befindet sich zwischen der
ersten Ummantelung 19 und der einzelnen Ummantelung 21 des
Seils 16.
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Das Anbringen des Hängegurts 3 mit
einem individuell geschützten
Seil 16 entsprechend 4 kann
auf die zuvor beschriebene Weise durchgeführt werden. Zum Ersatz eines
Seilstrangs bleibt die einzelne Ummantelung 21 an ihrer
Stelle in der Matrix, die von dem Füllmittel 12 gebildet
worden ist, und wird die Einheit, die von dem Seilstrang 7, dem Schutzmaterial 18 und
der ersten Ummantelung 19 gebildet wird, durch eine ähnliche
Einheit ersetzt.
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Die Verwendung des einzeln geschützten Seils 16 entsprechend 4 erlaubt es zu gewährleisten,
dass die Metalldrähte
eines jeden Seilstrangs 7, der als Ersatz eines bisherigen
Seilstrangs angebracht wird, vollständig von einer Schicht aus
Schutzmaterial 18 bedeckt sind, und zu verhindern, dass
bei diesem Ersetzungsvorgang unerwünschte Teilchen mit den Metalldrähten in
Berührung
kommen.
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In 5 ist
schematisch eine weitere einzeln geschützte Seilstruktur 24 gezeigt,
die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar ist. Die einzelne Ummantelung 25 dieser Seilstränge 24 besitzt Verdickungen 26,
die in der Richtung des Hängegurts 3 beabstandet
sind. Diese voneinander beabstandeten Verdickungen 26 werden
längs gegeneinander beim
Anbringen der einzeln geschützten
Seile 24 in der Außenhülle 10 des
Hängegurts
verschoben. Sie bringen so Abstände
i zwischen den einzelnen Ummantelungen 25 der Seilstränge hinein,
Abstände, die
es dem eingespritzten Füllmittel 12 erlauben,
gut zwischen alle Seile 24 zu passen, um nach dem Aushärten eine
kohärente
Matrix zu bilden.
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Um eine Übertragung der Tangentialkräfte der
Schellen auf die Hüllstruktur
des Hängegurts 2 sicherzustellen,
können
die Reibungskräfte
genutzt werden, indem auf die Schellen 13 eine mäßige Spannkraft
(die nicht auf die gespannten Seilstränge 7 übertragen
wird) ausgeübt
wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Innenseite und/oder die
Außenseite der
Außenhülle 10 des
Hängegurts 3 mit
Querrelief senkrecht zu den Schellen versehen ist/sind, wo solche
Tangentialkräfte
einwirken. Das radiale Festspannen der Schellen kann dann sehr schwach
und sogar gleich null sein.
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Solche Ausführungsformen der Außenhülle 10 werden
in den 6 bis 8 veranschaulicht. Die Außenhülle 10 setzt
sich zusammen aus glatten Abschnitten 30, die sich zwischen
den Schellen erstrecken, und Abschnitten 40, 50, 60,
die sich in den Schellen 13 befinden. Diese Abschnitte 40, 50, 60 sind
mit den glatten Abschnitten 30 stumpfverschweißt. Ihre
Formgebung kann bei der Herstellung mittels Gießen durchgeführt werden,
während
die glatten Abschnitte 30 herkömmlicherweise durch Strangpressen
hergestellt werden.
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In dem Beispiel von 6 besitzt die Außenseite des Abschnitts 40 der
Außenhülle Querreliefs 41 und
die Innenseite der Schelle 13 komplementäre Reliefs
42, um mit der Außenhülle 10 in
Eingriff zu gelangen und die Tangentialkraft zu übertragen.
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Im Beispiel von 7 besitzt
die Wand des Abschnitts 50 der Außenhülle Wellen in Form eines Blasebalgs,
die Querreliefs 51, 52 auf der Innenseite und
der Außenseite
verursachen. Die Tangentialkraft, die von der Schelle 13 ausgeübt wird,
deren Innenseite entsprechende Auskehlungen 53 besitzt, wird
fast direkt auf das ausgehärtete
Füllmittel
im Inneren der Außenhülle 10 übertragen.
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In Beispiel von 8 besitzt
der Abschnitt 60 der Außenhülle auf der Innenseite Querreliefs 61, welche
die Tangentialkraft auf das eingespritzte und ausgehärtete Material
in der Außenhülle 10 übertragen.
Auf der Außenseite
des Abschnitts 60 der Außenhülle ist ein ringförmiger Vorsprung 62 vorhanden,
und die Innenseite der Schelle 13 weist eine komplementäre ringförmige Auskehlung 63 auf,
die mit dem Vorsprung 62 zum Eingriff kommt, um die Tangentialkraft
zu übertragen.