DE853341C

DE853341C - Bauteil, vorzugsweise Fensterrahmen, Hohlkoerper od. dgl.

Info

Publication number: DE853341C
Application number: DEB5476A
Authority: DE
Inventors: Walter Borstel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-06-24
Filing date: 1950-06-24
Publication date: 1952-10-23

Description

Bauteil, vorzugsweise Fensterrahmen, Hohlkörper od. dgl. Es ist im Bauwesen bekannt, in Betonkörpern metallische Einlagen anzuordnen, welche gegebenen falls unter Vorspannung stehen können. Mit dieser Maßnahme wird eine Erhöhung der Festigkeit der Betonkörper angestrebt, indem zum Ausgleich der geringen Zugfestigkeit von Beton zugfeste Einlagen angeordnet werden, welche die Aufnahme der Zugbeanspruchung übernehmen. Es ist gleichfalls bekannt, in Bauteilen aus Leichtmetall, z. B. Fensterrahmen, metallische Einlagen anzuordnen, um die Festigkeit solcher Bauteile zu erhöhen.
Hiervon unterscheidet sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß beim Erfindungsgegenstand nicht schlechthin eine Festigkeitserhöhung angestrebt wird. Die Erfindung erstreckt sich auf Bauteile, wie Fensterrahmen, Hohlkörper od. dgl., welche unter Verwendung von. metallischen Werkstoffen mit niedrigen und höheren Elastizitätsmoduln, z. B. Leichtmetall und Stahl, hergestellt sind. In vielen Fällen ist es z. B. aus dekorativen Gründen erwünscht, solche Werkstoffe anzuwenden, jedoch steht die hohe elastische Eigenschaft des Leichtmetalls dem Verwendungszweck hindernd entgegen. Dies trifft u. a. zu für Fenster, bei denen der Anwendung von Leichtmetall der Umstand entgegensteht, daß die Leichtmetallstreben unter Einwirkung der Windkräfte sich stark elastisch verformen. Die von den Leichtmetallstreben gehaltenen Glasscheiben sind' jedoch verhältnismäßig spröde, demzufolge müssen die Leichtmetallstreben festigkeitsmäßig stark überdimensioniert werden, um bei Kräften von gegebener Größe nur solche Verformungen zu erfahren, die im Hinblick auf die Sprödigkeit der Glasscheiben zulässig sind. Es ist also notwendig, die Leichtmetallstreben über das. festigkeitsmäßig erforderliche Maß hinausgehend, mit Rücksicht auf die Verformung unter Betriebslast zu dimensionieren, womit ein unerwünscht hoher Kostenaufwand verbunden ist.
Durch die Erfindung wird nun die Möglichkeit geschaffen, Bauteile unter Verwendung metallischer Werkstoffe mit verhältnismäßig niedrigem Elastizitätsmodul herzustellen, ohne hierbei hohe elastische Verformungen in Kauf nehmen oder eine Überdimensionierung wählen zu: .müssen, so daß der Kostenaufwand wesentlich verringert werden kann. Dies wird gemä8,'@..der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Verringerung der elastischen Verformung der Bauglieder niedrigen Elastizitätsmoduls in deren auf Zug beanspruchten Zonen zusätzliche Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls angeordnet sind, die in .der Längsrichtung der ersteren sich erstrecken und diese derart entlasten, daß ihre elastischen Verformungen begrenzt sind. Bei einer solchen Ausbildung wirken die Bauglieder niederen und höheren Elastizitätsmoduls in der Weise zusammen, daß die letzteren einen solchen Anteil der auf den Bauteil einwirkenden Kräfte auf sich nehmen, daß die Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls entlastet werden und damit geringere Verformung als bei ihrer alleinigen Verwendung erfahren. Erfindutngsziel bildet somit weniger eine Verstärkung, sondern eine Versteifung des Bauteils.
Zweckmäßig werden die zugeordneten Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls ganz oder teilweise innerhalb des Querschn;ittsumrisses der Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls, vorzugsweise nahe deren unter dem größten Abstand zur neutralen Ebene liegenden Querschn@ittszonen, angeordnet. Hierdurch werden die Bauglieder niederem Elastizitätsmoduls weitgehend von Beanspruchungen entlastet und somit deren, elastische Verformung verringert.
Bei Verwendung von Hohlkörpern als Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls werden vorteilhaft Füllkörper angeordnet, um die Lage der Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls im Querschnittsumriß der Hohlkörper zu bestimmen: Die Bauglieder niederen und höheren Elastizitätsmoduls können auf ihrer gesamten Längserstreckung detart miteinander verbunden sein, daß sie sich zueinander nicht verschieben können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jedoch auch dannerreieht; wenn die Bauglieder niederen und höheren Elastizitätsmoduls nicht auf ihrer gesamten Längserstreckung miteinander verbunden sind, sondern wenn die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls an ihren Enden kraftübertragend angeschlossen sind. Dieser kraftübertragende Anschluß kann an verfügbaren Konstruktionsteilen erfolgen, es können jedoch auch die Bauglieder höheren und niederen Elastizitätsmod@uls nur an ihren Enden miteinander unmittelbar oder über Zwischenteile verbunden sein. Werden in diesem Fall auf die Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls Kräfte ausgeübt, die deren Verformung herbeizuführen bestrebt sind, so übertragen, sich,diese Kräfte auf die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls, die somit die Kräfte in sich aufnehmen und unerwünscht große Verformungen verhindern.
Zweckmäßig sind die Bauglieder höheren Elastizi tätsmoduls so ausgestaltet, daß sie ihrerseits die Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls tragen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls als Montagehilfen verwandt werden können, indem die Bauglieder paßgerecht vorgerichtet und am Montageort einander zugeordnet werden, wobei die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls bei ihrer Befestigung den Gesamtbauteil in seine Wirklage einstellen.
Besondere Vorteile bietet es, wenn den Baugliedern höheren Elastizitätsmoduls Mittel zur Erzeugung von Zugspannungen in 'ihnen zugeordnet sind. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, die Bauglieder niederen und höheren Elastizitätsmoduls im spannungsfreien Zustand zusammenzubauen und sodann Zugspannungen zur Einwirkung auf die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls zu bringen und den so vereinigten Bauteil in seine Wirklage einzustellen.
Im weitereh Ausbau der Erfindung werden die Bauglieder höheren Elastizitätsmodulis so angeordnet, daß sie durch die Einwirkung der Zugkräfte und ihre hierbei erfolgende Einstellung in die Wirklage Verriegelungsfunktionen für die Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls oder auch für zusätzliche Teile ausüben.
Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind im nachstehenden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Abbildungen dargestellt sind. Es zeigen Abb. i bis 5 verschiedene Ausbildungsformen der Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls mit diesen zugeordneten Baugliedern höheren Elastizitätsmoduls, Abb. 6 bis i i verschiedene Ausbildungsformen des zugfesten Anschlusses der Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls, Abb. 12 eine Ausführungsform, bei der die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls unter Einwirkung von Zugkräften Verriegelungsfunktionen ausüben., Abb.13 eine schaubildliche Darstellung sich kreuzender Bauglieder niederen und höheren Elastizitätsmoduls, Abb. 14 ein Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich an den zugfest angeschlossenen Baugliedern höheren Elastizitätsmoduls weitere solche angeordnet sind, Abb. 15 eine schaubildliche Darstellung von in drei Achsen sich kreuzenden Bauteilen niederen und höheren Elastizitätsmoduls, Abb. 16 eine schematische Ansicht eines nach der Erfindung ausgebildeten Fensters, Abb. 17 einen Schnitt durch das Fenster vor dem Zusammenbau, Abb. 18 einen Schnitt durch das zusammengesetzte Fenster, Abb. i9 bis 22 Einzelheiten des Fensters nach Abb. 16 bis. 18.
In allen Ausführungsbeispielen sind die Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls mit i bezeichnet, während d.ie Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls mit 2 .bezeichnet sind. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Abb. i bis 15 sind die Bauglieder höheren Elastizitätsmoduls 2 innerhalb der Querschnittsumrisse der Bauglieder niederen Elastizitätsmoduls i angeordnet. Zu diesem Zweck sind in den Baugliedern i Durclil>recliungen zur Aufnahme der Bauglieder 2 oder Füllkörper 3 angeordnet, welche die Lage der Bauglieder 2 in den Baugliedern i bestimmen. Diese Füllkörper 3 können als Formkörper oder als formbare Masse in die als Hohlkörper gestalteten Bauglieder i eingeführt sein. Zur Vermeidung der Bildung chemischer Elemente durch die aus verschiedenen \\'erkstoffen bestehenden Bauglieder i und 2 ist zwischen diesen zweckmäßig eine Isolierschicht 4 angeordnet, welche die Bildung solcher chemischer Elemente verhindert.
Die Befestigung der Bauglieder i und 2 ist bei den Ausfiihrungslieispielen gemäß den Abb. 9 bis ii durch Muttern 5 bewirkt, welche auf Gewinden der Bauglieder 2 angeordnet sind. Je nach den baulichen Voraussetzungen können jedoch die Bauglieder 2 auch auf ihrer gesamten Länge fest mit den Baugliedern i verbunden sein, z. B. durch metallische Verbindung oder Kleninischluß mit den Baugliedern i.
Die Muttern 5 stützen sich entweder direkt (Abb. 9) oder über Zwischenlagen 6 auf den Baugliedern i ab, so daß sich die Zugspannung in den Baugliedern 2 als Druckspannung auf die Bauglieder i auswirkt. Sofern es erwünscht ist, daß die Reaktionskräfte aus den Zugspannungen der Bauglieder 2 nicht auf die Bauglieder i einwirken, können die Bauglieder 2 auch zugfest an ortsfesten Teilen 6' angeschlossen sein, welche die Zugspannungen in den Baugliedern 2 aufnehmen (Abb. io).
Die Bauglieder i können wirtschaftlich als Strangpreßprofile hergestellt und hierbei mit den Aufnahmedurchbrechungen für die Bauglieder 2 versehen werden. lMit Rücksicht auf Bauteile, bei denen die Bauglieder i und 2 sich kreuzen, sind die Durchbrechungen zur Aufnahme der Bauglieder 2 so angeordnet, daß die Bauglieder 2 an den Kreuzungsstellen ununterbrochen durchlaufen können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Durchbrechungen für die Bauglieder 2 in den Baugliedern i in solcher Vielzahl und Anordnung vorgesehen werden, daß an den Kreuzungsstellen Durchbrechungen zur Verfügung stehen, die in verschiedenen Ebenen verlaufen und ein Aneinandervorbeifiihren der Bauglieder 2 ermöglichen. Die Abb. 13 und 15 veranschaulichen diese Verhältnisse, und es ist ersichtlich, daß die sich lireuzenden Bauglieder 2 in verschiedenen Ebenen der Flanschenteile der Bauglieder i verlaufen.
Die Vielzahl der Durclibrecliungen in den Baugliedern i erschließt darüber hinausgehend die Möglichkeit, je nach den Beanspruchungsverhältnissen mehr oder weniger Bauglieder 2 anzuordnen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 13 sind an den Kreuzungsstellen Paßstifte 13 vorgesehen, welche in solche Durchbrechungen der Bauglieder i eingefügt werden, die an den Kreuzungen in gleicher Ebene liegen und das paßgereclite Zusammenfügen der Bauglieder i ermöglichen,. Soweit für den Eintritt der Paßstifte 13 besondere, z. B. quer zum Profil laufende Bohrungen erforderlich sind oder quer laufende Durchführungsdurchbrechungen für die Bauglieder 2 geschaffen werden müssen, bedient man sich hierzu zweckmäßig einer Bohrlehre.
Die Paßstifte 13 bilden eine Montagehilfe. Nach dem durch ihre Anordnung ermöglichten paßgerechten Zusammenstecken der Bauglieder i werden in deren Durchbrechungen die Bauglieder 2 so eingefädelt, daß sie an den Kreuzungsstellen ununterbrochen durchlaufen können. Ein solches durchlaufendes Bauglied 2 läßt Abb. 15 erkennen.
Sofern es die Beanspruchungsverhältnisse erfordern, hinausgehend über die durch die Bauglieder 2 erzielte Versteifungswirkung eine weitere Versteifung des Bauteiles herbeizuführen, können zusätzlich Bauglieder 2' aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig hohem E-Modul angeordnet werden, wie dies die Ab.b. 14 zeigt.
Die Abb. 16 bis 18 veranschaulichen die Anwendung der Erfindung auf ein Fenster. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Bauglieder 2 zwischen den Schenkeln 8 eines Rahmens gespannt, welcher am Mauerwerk festgelegt ist. Auf den Baugliedern 2 sind in deren Kreuzungspunkten Aufnahmeglieder 9 angeordnet, welche von den Baugliedern. 2 in verschiedenen Ebenen durchsetzt werden. Die Aufnahmeglieder 9 in den Kreuzungspunkten sowie weitere Aufnahmeglieder io zwischen den Kreuzungspunkten bestehen zweckmäßig aus einem Werkstoff schlechten Wärmeleitvermögens. Die Aufnahmeglieder 9 dienen, der Aufnahme der Scheiben io, welche jeweils ein durch die sich kreuzenden Glieder 2 gebildetes Feld ausfüllen. Beiderseits der in der Abbildung ersichtlichen Bauglieder 2, Scheiben io und Aufnahmeglieder 9 wird ein System i i angebracht, welches aus Baugliedern i besteht. Ein System i i wird, wie Abb. 16 erkennen läßt, an den Aufnahmegliedern 9 befestigt und zur Verschönerung des Aussehens durch einen Abdeckrahmen 12 beliebiger Gestalt abgedeckt: Das gegenüberliegende System i i wird in besonderer Weise durch Bauglieder :2 befestigt, wie die Abb. i9 bis 22 erkennen lassen. Die Bauglieder 2 durchsetzen hierbei den Rahmen 8 mit Spielgabe, so daß die zugehörigen Bauglieder i über d-ie ungespannten Bauglieder 2 übergestreift werden können. Hierauf werden die Gewindemuttern 5 angezogen und treten hierbei mit ihren konischen Fortsätzen in die Bohrungen 7 im Rahmen 8 ein. Infolge der hierbei eintretenden Straffung und Zentrierung der Bauglieder 2 in der Bohrung 7 gelangen die Bauglieder 2 in die Wirklage, in der sie die Bauglied rer i, wie Abb. 22 erkennen läßt, hintergreifen.
Eine andere Form der Ausnutzung der Bauglieder 2 zur Ausführung zusätzlicher Funktionen zeigt Abb. 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel bewegen die Bauglieder 2 Teile der Bauglieder i in eine Stellung, in der sie die Scheiben io gegen Herausfallen verriegeln.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 5 ist ein zusammengesetztes Bauglied i veranschaulicht, welches aus metallischen Flanschen mit einem Steg aus wärmeisolierendem Werkstoff besteht. Die dem zusammengesetzten Bauglied i zugeordneten Bauglieder 2 verlaufen hierbei in Nuten, welche zugleich der Aufnahme nicht eingezeichneter Scheiben io dienen können.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf eine Anwendung im Bauwesen, sie kann vielmehr überall da Anwendung finden, wo metallische Bauteile mit einem niederen Elastizitätsmodul verwandt werden, bei denen jedoch der Wunsch besteht, die Durchbiegung dieser Bauteile klein zu halten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Bauteil, vorzugsweiseFensterrahmen, Hohlkörper od. dgl., der unter Verwendung von metallischen Werkstoffen mit niederen und höheren Elastizitätsmoduln, z. B. Leichtmetall und Stahl, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der elastischen Verformung der Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls und ihrer Entlastung und Versteifung in deren beanspruchten Zonen zusätzlich Bauglieder (2) höheren Elastizitätsmoduls angeordnet sind, die in der Längsrichtung der ersteren sich erstrecken. z. Bauteil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordneten Bauglieder (2) höheren Elastizitätsmoduls ganz oder teilweise innerhalb des Querschnittsumrisses der Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls; vorzugsweise nahe deren unter dem größten Abstand zu ihrer neutralen Ebene liegenden Querschnittszonen, angeordnet sind. 3. Bauteil nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Hohlkörpern als Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls Füllkörper (3) in ihrem Querschnittsumriß angeordnet sind, welche die Lage der Bauglieder (2) höheren Elastizitätsmoduls bestimmen. 4. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (1, 2) niederen und höheren Elastizitätsmoduls zugfest miteinander verbunden sind. 5. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (2) höheren Elastizitätsmoduls zugfest an vorhandenen Konstruktionsteilen (8) angeschlossen sind und die Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls tragen. 6. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Baugliedern (2) höheren Elastszitätsmoduls Mittel (5) zur Erzeugung von Zugspannungen in diesen zugeordnet sind. 7. Bauteil nach eitlem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Baugliedern (i und 2) niederen und höheren Elastizitätsmoduls die Bildung chemischer Elemente verhindernde Isolationsischich,ten (4) angeordnet sind. B. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls aus mehreren Teilen, vorzugsweise unter Verwendung wärmeisolierender Querschnittsteile, zusammengesetzt sind. 9. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls zur Aufnahme der in Einbaulage angeordneten Bauglieder (2) höherem Elastizitätsmoduls in der Weise ausgestaltet .sind, daß die letzteren unter Einwirkung der auf sie ausgeübten Zugspannung in die Wirklage sich einstellen können. io. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (i) niederen Elastizitätsmoduls mit einer Vielzahl von Durchbrechungen zur Aufnahme von Baugliedern (2) höheren Elastizitätsmoduls versehen sind. i i. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich kreuzendem Baugliedern (i) niederen Elastizitätsmoduls die diesen zugeordneten Bauglieder (2) höheren Elastizitätsmoduls in verschiedenen Ebenen durchlaufen. 12. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß in sich kreuzenden Baugliedern (i) niederen Elastizitätsmoduls Fixierstifte angeordnet sind, welche in Bohrungen und Durchbrechungen zur Aufnahme von Baugliedern (2) höheren Elastizitätsmoduls eintreten. 13. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis i2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (i und, 2) niederen und höheren Elastizitätsmoduls zu in sich geschlossenen Feldern zusammengesetzt sind, die ihrerseits zu Bauteilen mit von einer Ebene abweichender Gestalt zusammensetzbar sind. 14. Bauteil nach einem der Ansprüche i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauglieder (2) 'höheren Elastizitätsmoduls mit Verriegelungst@eilen in Zusammenwirkung stehen. 15. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Anordnung einer den jeweiligen Beanspruchungsverhältnissen angepaßten Anzahl von Baugliedern (2) höheren Elastizitätsmod.uls in den ihrer Aufnahme dienenden Durchbrechungen in den Baugliedern (i) niederen Elastizitätsmoduls. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 247 780, 283 65o, 444 991; USA.-Patentschrift Nr. 847 551; französische Patentschrift Nr. 493 172.