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Ebenes oder gekrümmtes Flächentragwerk, insbesondere für Dächer Stahlzellentragwerke,
d. h. Konstruktionen, bei denen durch sich in engen Abständen normal kreuzende und
einander durchdringende Träger mit einem ebenen Deckblech eine plattenartige Wirkung
des Tragwerkes erzielt wird, sind allgemein bekannt. Ebenso ist der konstruktive
Gedanke, aus zwei dünnen Platten durch Zwischenschalten von gewellten oder gitterförmigen
Platten ebene oder räumliche Plattentragwerke herzustellen, bekannt.
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Diese angeführten Konstruktionen unterscheiden sich von den sogenannten
(ebenen) Trägerrosten und den üblichen räumlichen-Tragwerken dadurch, daß die dünnen,
das Tragwerk umhüllenden Platten, die gleichzeitig etwa die Dachhaut, Fahrbahnplatte
usw. bilden, statisch wirksame Teile der Konstruktion sind, während bei den sonst
üblichen Konstruktionen die Dachhaut, die Fahrbahnplatte od. dgl. in statischer
Hinsicht nur eine untergeordnete Bedeutung haben und die anfallenden Lasten durch
eine besondere Tragkonstruktion aufgenommen werden müssen.
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Die Stahlzellentragwerke und die verwandten Konstruktionen lassen
sich in den heute üblichen Ausführungsarten nur für ebene oder räumliche Tragwerke,
die in den senkrecht zur Tragachse liegenden Querschnittsflächen eine von einer
Geraden abweichende Querschnittsmittellinie haben, wirtschaftlich verwenden, da
bei doppelt gekrümmten räumlichen Plattentragwerken der Lohnaufwand erheblich anwächst.
Die Vorteile des konstruktiven Gedankens, der dem Stahlzellentragwerk zugrunde liegt,
kommen aber erst dann, und zwar besonders in bezug auf die Materialeinsparung voll
zur Geltung, wenn er auf räumliche Tragwerke mit geschlossenen Hohlquerschnitten
(prismatische und
solche mit veränderlichen Querschnittsabmessungen)
angewendet wird, weil dann die dünne umhüllende Haut voll zum Tragen gebracht werden
kann.
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Weiterhin sind ebene oder gekrümmte Flächentragwerke bekannt, die
im wesentlichen aus sich kreuzenden, etwa V-förmigen Rippen bestehen, die ein- oder
doppelseitig an einer statisch mitwirkenden ebenen oder gewölbten Platte befestigt
sind und mit einer derselben einen geschlossenen Querschnitt bilden. Die Rippen
stehen bei den bekannten Ausführungen an den Kreuzungsstellen miteinander in Verbindung.
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Die Nachteile der bekannten Anordnungen bestehen darin, daß die Herstellung
der miteinander an den Kreuzungsstellen in Verbindung stehenden Rippen verhältnismäßig
teuer ist und nicht die erforderliche Steifigkeit der Konstruktion erzielt werden
kann.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, ebene oder räumliche Flächentragwerke
mit einem Minimum an Material und Arbeitszeit herzustellen dadurch, daß die sich
kreuzenden Rippen an den Kreuzungsstellen nicht miteinander verbunden und derart
angeordnet sind, daß eine der sich kreuzenden Rippen eine oder mehrere Kreuzungsstellen
durchläuft.
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Werden gekrümmte Flächen mit Rippen gemäß der Erfindung versehen,
so empfiehlt es sich, die Rippen an verschiedenen Stellen verschieden hoch zu gestalten.
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In der Fig. I ist ein Teil einer vierseitig gelagerten, quadratischen
Tragplatte gemäß der Erfindung in der Untersicht dargestellt. Da die Spannweiten
in beiden Richtungen gleich groß sein sollen, so können auch die Höhen der aussteifenden
und gleichzeitig tragenden Rippen r mit V-Querschnitt ebenfalls untereinander gleich
sein. Die Rippen r sind mit der Platte p, je nachdem welches Material verwendet
wird, durch Schweißung, Nietung oder Verleimen verbunden. Die Fig. 2 und 3 sind
Querschnitte durch das ebene Plattentragwerk (in verschiedenen Ebenen), das aus
der ebenen Platte p und den sich kreuzenden Rippen r besteht. Die sich kreuzenden
Rippen r sind an den Kreuzungspunkten h wechselweise durchgeführt bzw. unterbrochen,
wie dies aus der Fig. I deutlich hervorgeht. Es geht also, wenn an einer Kreuzungsstelle
k die horizontale Rippe ohne Unterbrechung durchläuft, an der nächsten Kreuzungsstelle
k die dazu senkrechte Rippe ohne Unterbrechung durch, und umgekehrt. Sind die Spannweiten
bei vierseitig gelagerten Platten in den Tragrichtungen verschieden, so wird man
auch die Höhen der Rippen r variieren, um an Material zu sparen.
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Sollen die ebenen Platten nur in einer Richtung tragen, so läßt man
die Rippen r in dieser Richtung von Auflager zu Auflager durchlaufen, während die
quer dazu verlaufenden Rippen r, die nur zur Aussteifung dienen und deshalb entsprechend
niedriger gehalten werden können, an den -Kreuzungsstellen k jeweils unterbrochen
werden. Auf eine besondere Darstellung dieses Falles wurde verzichtet. . In der
gleichen Weise lassen sich natürlich auch räumliche Flächentragwerke durch Rippen
mit V-Querschnitt so aussteifen, daß die dünne Wandung derselben voll zum Tragen
kommt. In Fig. 4 ist ein Teilquerschnitt durch einen Raumträger mit einer nach einem
Kreisbogen geformten Querschnittsmittellinie dargestellt, während Fig. 5 eine Teiluntersicht
desselben Raumträgers wiedergibt. Die Versteifungsrippen, die in Richtung der Längsachse
des Tragwerkes verlaufen, haben auf ihrer ganzen Länge einen konstanten V-Querschnitt
und sind mit lr bezeichnet. Die quer zur Achsrichtung des Tragwerkes verlaufenden
Rippen qr haben dagegen jeweils einen V-Querschnitt von unterschiedlicher Höhe.
Eine solche Rippe qr ist in Fig. 6 isometrisch dargestellt.
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In der gleichen Weise lassen sich aber auch räumliche, flächenförmige,
dünne Platten, deren Querschnittsmittellinien nach Kurven mit verschiedenen Halbmessern
verlaufen, z. B. Schiffswandungen, durch Rippen mit V-Querschnitt so aussteifen,
daß die Wandungen Biege- und Torsionsmomente aufnehmen können. In Fig. 7 ist ein
Teilquerschnitt durch eine Schiffswand dargestellt. Die sonst im Schiffsbau übliche
Anordnung von Querspanten zur Aussteifung der Schiffswandungen ist dadurch vollkommen
überflüssig geworden. Außerdem kann die Wand dünner gehalten werden, da sie durch
die sich kreuzenden Rippen r weit besser ausgesteift ist, als dies bei der bisherigen
Bauweise durch die Spanten der Fall ist. Trotz der leichteren Bauweise wirkt die
gesamte Schiffswandung in einer viel vollkommeneren Weise als räumliches Tragwerk,
das in Richtung der Schiffsachse erhebliche Biegemomente aufnehmen kann.
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Die Aussteifung von Hohlzylindern, die unter einem äußeren Überdruck
stehen, ist durch Rippen r gemäß der Erfindung besonders wirkungsvoll. Ein Teilausschnitt
aus der Wandung eines solchen Druckkörpers gleicht den Darstellungen in den Fig.
4 und 5. Soll ein Druckkörper gemäß der Erfindung außerdem auch noch durch Querschotten
in einzelne, voneinander unabhängige Kammern geteilt werden, so ist darauf zu achten,
daß die starre Schottwand sw nicht unmittelbar mit der Zylinderwandung p verschweißt
wird, da sonst in derselben unter der Einwirkung des äußeren Druckes Längsspannungen
auftreten, die zur Zerstörung der Schweißnähte an den Anschlußstellen führen. Diesem
Übelstand kann dadurch abgeholfen werden, daß ein elastischer Ring er zwischen
starrer Schottwand und Zylinderwandung eingeschaltet wird. In Fig.- 8 ist eine Lösungsmöglichkeit
in einem Teilquerschnitt durch die Anschlußstelle dargestellt.
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Besonders günstig in statischer, konstruktiver und wirtschaftlicher
Hinsicht wirkt sich die Erfindung bei der Konstruktion von Flugzeugtragflächen aus.
Durch die Aussteifung der dünnen Haut (Beplankung) der Flugzeugtragflächen kann
diese die Spannungen, die infolge von Biege- und Torsionsmomenten auftreten, vollkommen
aufnehmen und zu den Einspannstellen im Flugzeugsumpf
ableiten.
Auf die Anordnung von Längsholmen und Querspanten, d. h. der sonst notwendigen Tragkonstruktion,
kann bei der Anordnung von aussteifenden Rippen r gemäß der Erfindung verzichtet
werden. In Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine Flugzeugtragfläche mit Rippen r
dargestellt. Dadurch, daß jede zusätzliche Tragkonstruktion überflüssig ist, steht
der Hohlraum im Innern der Tragfläche vollkommen für die Unterbringung von Öl- und
Treibstofftanks usw. zur Verfügung. Abgesehen davon, daß Tragflächen nach der Erfindung
leichter sind als die bisherigen Konstruktionen, ist auch ihre Herstellung mit einem
weit geringeren Lohnaufwand durchführbar.
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Die Beulsicherheit der dünnen Metallhaut der Flugzeugtragfläche kann
noch gesteigert werden, wenn die Tragflächen in Richtung ihrer Achsen vorgespannt
werden. Die Vorspannung der Metallhaut p kann durch ein oder mehrere Spannrohre
dr erfolgen, deren Längen mittels Schrauben ds so vergrößert werden können, daß
in der Metallhaut Zugspannungen hervorgerufen werden. In Fig. Io ist das Schema
einer solchen Vorspanneinrichtung in einem schematischen Längenschnitt durch eine
Tragfläche dargestellt. Um die Vorspannkräfte gleichmäßig in die dünne Metallhaut
p einleiten zu können, sind zwei oder mehrere Spannböden sb (Querscheiben) mit einer
möglichst großen Steifigkeit angeordnet, zwischen denen die Spannrohre dr eingeschaltet
und durch die Spannschrauben ds verspannt werden, indem die Länge der Rohre dr vergrößert
wird. Werden, wie in der Fig. Io dargestellt, mehrere Spanneinrichtungen, bestehend
aus einem Spannrohr mit Spannschraube und je zwei Spannböden, wobei der zwischen
zwei Spannrohren dr liegende Spannboden sb beiden Rohren als Widerlager dienen kann,
angeordnet, so kann die Vor-Spannung stufenweise geändert und damit dem Momentenverlauf
angepaßt werden. Die Steifigkeit der Spannböden sb kann, wenn sie aus dünnen Blechen
hergestellt werden, dadurch erzielt werden, daß sie eine kuppelähnliche Form erhalten
und durch entsprechende Rippen r gegen Beulen gesichert werden. Es gibt viele Möglichkeiten,
die Spannböden, sb, die aus Gewichtsgründen dünn gehalten werden müssen, möglichst
steif zu gestalten, so daß auf die eigentliche Konstruktion der Spannböden, sb nicht
eingegangen zu werden braucht. In der Fig. io sind deshalb die Spannböden sb auch
nur schematisch angegeben, da nicht für ihre konstruktive Durchbildung, sondern
für ihre Anordnung überhaupt Patentschutz beansprucht wird.