EP0147669B1 - Knoten für Fachwerkstrukturen aus Faserverbundwerkstoff - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a knot connection for fastening reflector panels in a truss supporting structure of a radio telescope, the rods of the truss and the reflector panels being made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP, carbon fiber composite).
- CFRP carbon fiber reinforced plastics
- the invention has for its object to provide a knot connection that is suitable for truss structures made of fiber composite materials and at the same time allows good adjustability of the reflector panels, so that after a single adjustment, readjustment is only required at large time intervals.
- the main reflector 4 consists of panels 6, which are mounted on a framework structure 10 consisting of nodes 8 and bars 9.
- a sub-reflector 12 is arranged in the main reflector 4; its support legs 14 are supported on the node 8.
- the central piece of a knot 8 shown in FIGS. 2, 3 and 4 is a spherical, double-cone or polygonal body 16, in which 9 bolts 18 are inserted in the respective direction of the rods in accordance with the number of truss rods that meet.
- the connection between the ball 16 and the bolt 18 takes place, depending on the material and the load to be borne, by welding, soldering, shrinking, gluing or screwing (fillet weld connections are shown in FIG.).
- Bolts 18 are designed on the end faces 20 of the truss rods 9 to be flat (flat) or spherical (spherical cap), depending on whether an angle adjustment option for the truss rods 9 is required or not.
- a rigid rod connection via positive or non-positive connection is thus possible (a non-rigid non-positive connection is shown in FIGS. 2 and 3).
- the truss rod connection (Fig. 2 and 3) is made by union screw 22 and 24. Due to the type of union 22 of FIG. 2, a very stiff, prestressed rod connection is achieved in the direction of the rod because the rod head elements 26 and 28, which are with each other screwed and glued to the rod made of fiber-reinforced material, are mounted under tension or compression.
- a cross plate 30 with centering projection 32 is placed and held in its position by a screw 34 and a dowel 36 in a positive manner.
- Bores 37 of the cross plate 30 serve to receive panel bearing bushes 38 which are firmly clamped in the cross plate 30 by means of a screw connection 40.
- the support legs 14 for the subreflector 12 can also be placed on the cross plates 30 (not shown).
- the mounting holes 37 for the panel bearing bushes 38 are to be laid on the relevant cross plates 30; this requires an enlargement of the cross plates 30.
- the adjusting device 31 is described below:
- FIG. 8 shows a top view of a panel 6 from FIG. 1, the displacement options and adjustment options for the bolts 60 being shown.
- the rectangular cut-outs in the panel, which enable displacement in one direction of movement, and the position of the bearing, which can move freely in the x-y direction, can be seen.
- FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of the adjusting device from FIG. 4.
- the adjusting screw 43 from FIG. 4 is replaced by a differential screw 70.
- the differential screw 70 has an internal thread 72 and an external thread 74.
- the external thread 74 engages in a threaded part 76 of the panel bearing bush 38, and the internal thread 72 acts together with an external threaded part 78 of the ball pin 60.
- the pitches of the threads are now coordinated with one another so that when the screw 70 is turned, a differential effect on the feed of the Ball pin 60 results. Tightening or loosening the screw 70 by small angles results in a minimal but precisely defined height adjustment on the ball pin.
- Fig. 10 shows two nodes 8 of Fig. 1-3, which are designed here as a ball or milled part.
- the ends of the rods 9 are screwed into these parts (reference number 88).
- the rod is inserted between the fixed nodes 8 during installation, and the one rod head 80 is screwed into the one node 8.
- the screw part 82 mounted in a sleeve 84 at the other end of the rod is for the most part inside the rod 9 and is now pulled out of the rod and screwed to the other node 8 (reference number 88). Then the union nut 86 is tightened and braced against the sleeve 84 and rod 9.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Knotenverbindung zur Befestigung von Reflektorpaneelen in einer Fachwerk-Tragkonstruktion eines Radioteleskops, wobei die Stäbe des Fachwerks und die Reflektorpaneele aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK, carbonfiber composite) bestehen.
- Die Befestigung von Reflektorpaneelen in einer Fachwerk-Tragkonstruktion eines Radioteleskops ist in der US-A 3105 969 gezeigt und beschrieben, wobei die Justierung der Paneele durch das mehr oder weniger starke Anziehen von Schrauben und eine Beweglichkeit der Paneele durch Verwendung von Kugelgelenken möglich ist.
- An eine Knotenverbindung werden folgende Anforderungen gestellt:
- - hohe Steifigkeit
- - Trennbarkeit für wiederholtes Zerlegen und Montieren der Fachwerkstruktur
- - geringe Wärmedehnung
- - geringes Gewicht
- - sichere Lagerung für die Paneele und für eine Tragkonstruktion eines Subreflektors
- - geringe Momenteinleitung am Knoten durch die Paneellagerung
- - geringe Momenteinleitung in die Paneele durch die Lagerung
- - einfache Montage der Paneele und gute Zugänglichkeit zu den Justierelementen
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knotenverbindung zu schaffen, die für Fachwerkstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen geeignet ist und gleichzeitig eine gute Justierbarkeit der Reflektorpaneele ermöglicht, so daß nach einmaliger Justierung eine Nachjustierung nur in großen Zeitabständen erforderlich ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Fachwerk-Tragkonstruktion eines Radioteleskops in prinzipieller Darstellung,
- Fig. 2 und 3 die Befestigung von Stäben des Fachwerks an einem Knoten,
- Fig. 4 eine Knotenverbindung mit Paneellagerung in Schnittdarstellung,
- Fig. 5 bis 7 Einzelheiten von Fig. 4,
- Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Paneel,
- Fig. 9 eine Ausgestaltung des Gegenstands von Fig. 4 und
- Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der Verbindung einer Stange mit einem Knoten.
- Fig. 1 zeigt eine Fachwerk-Tragkonstruktion eines Radioteleskops 2 in prinzipieller Darstellung. Der Hauptreflektor 4 besteht aus Paneelen 6, die an einer aus Knoten 8 und Stäben 9 bestehenden Fachwerk-Tragkonstruktion 10 gelagert sind. Ein Subreflektor 12 ist im Hauptreflektor 4 angeordnet; seine Stützbeine 14 stützen sich an den Knoten 8 ab.
- Das in Fig. 2, 3 und 4 gezeigte Zentralstück eines Knotens 8 ist ein kugel-, doppelkegel- oder vieleckförmiger Körper 16, in den entsprechend der Anzahl der zusammentreffenden Fachwerkstäbe 9 Bolzen 18 in der jeweiligen Richtung der Stäbe eingesetzt sind. Die Verbindung zwischen Kugel 16 und Bolzen 18 erfolgt je nach Werkstoff und aufzunehmender Last durch Schweiß-, Löt-, Schrumpf-, Klebe- oder Schraubverbindung (in Fig. sind Kehlnahtschweißverbindungen gezeichnet).
- Bolzen 18 sind an den stirnseitigen Anlageflächen 20 der Fachwerkstäbe 9 eben (flach) oder ballig (kugelkalottenförmig) ausgeführt, je nachdem ob eine Winkeleinstellmöglichkeit für die Fachwerkstäbe 9 erforderlich ist oder nicht. Damit ist ein biegesteifer Stabanschluß über Form- oder Kraftschluß möglich (in Fig. 2 und 3 ist ein biegesteifer Kraftschluß gezeichnet).
- Der Fachwerkstabanschluß (Fig. 2 und 3) erfolgt durch Überwurfverschraubung 22 und 24. Durch die Art der Überwurfverschraubung 22 gemäß Fig. 2 wird in Stabrichtung ein sehr steifer, unter Vorspannung stehender Stabanschluß erzielt, weil die Stabkopfelemente 26 und 28, die unter sich miteinander verschraubt und mit dem aus faserverstärktem Werkstoff bestehenden Stab verklebt sind, unter Zug- bzw. Druckspannung montiert werden.
- Auf die Kugel 16 ist gemäß Fig. 4 eine Kreuzplatte 30 mit Zentrieransatz 32 aufgesetzt und durch eine Schraube 34 und einen Paßstift 36 in ihrer Position formschlüssig gehalten. Bohrungen 37 der Kreuzplatte 30 dienen zur Aufnahme von Paneellagerbuchsen 38, die mittels Schraubverbindung 40 fest in der Kreuzplatte 30 eingespannt sind.
- Auf den Kreuzplatten 30 können nach Bedarf auch die Stützbeine 14 für den Subreflektor 12 aufgesetzt werden (nicht gezeigt). Je nach geometrischen Verhältnissen (Winkelstellung der Beine) sind an den betreffenden Kreuzplatten 30 die Aufnahmebohrungen 37 für die Paneellagerbuchsen 38 zu verlegen; dies bedingt eine Vergrößerung der Kreuzplatten 30.
- Nachfolgend wird die Justiereinrichtung 31 beschrieben:
- An den Lagerungsstellen der segmentförmigen Paneele 6 befinden sich jeweils eine Grundplatte 39 und eine Klemmplatte 42, die mittels Schrauben 45 miteinander verbunden sind. Zwischen diesen beiden Platten liegt eine Einstellplatte 44, die sich über Langlöcher 46 (Fig. 6) gegen die Platten 39 und 42 bei gelösten Schrauben 43 verschieben läßt (z. B. mit einem Exzenterschlüssel, der in einer Bohrung 48 der Klemmplatte 42 [Fig. 7] geführt wird und mit seinem Exzenterstift in das Langloch 52 der Einstellplatte 44 [Fig. 6] eingreift). Diese Einstellplatte ist über Schlitze 54 formschlüssig mit den Nocken 56 (Fig. 4) einer Scheibe 58 verbunden. Die Scheibe 58 ist wiederum am Kugelbolzen 60 teils formschlüssig und teils durch den Druck der Feder 61 kraftschlüssig gehalten, so daß sich diese Scheibe 58 in horizontaler Richtung nicht gegen den Kugelbolzen 60 verschieben läßt. Der Kugelbolzen 60 ist durch den Stift 62 gegen Drehung gesichert und wird durch Einstellschraube 43 gegen die Feder 61 verstellt. Der Kugelbolzen 60 weist ein Innengewinde 63 auf, in das die Schraube 43 eingreift. Durch diese Anordnung ergeben sich folgende Einstellmöglichkeiten für die Paneele 6:
- 1. Horizontale Einstellung (x- bzw. y-Richtung) durch Verschiebung der Einstellplatte 44 (mittels Exzenterschlüssel) ;
- 2. Vertikale Einstellung (z-Richtung) durch axiale Verschiebung des Kugelbolzens 60 mittels Einstellschraube 43;
- 3. Freie Beweglichkeit der Paneele gegenüber der Fachwerkstruktur infolge Wärme- und Feuchtigkeitsdehnung in horizontaler Richtung (x-y) durch Anordnung der Einstellplatte 44 am Paneel bzw. durch Entfernen der Nocken 56 an der Scheibe 58.
- Fig. 8 zeigt ein Paneel 6 von Fig. 1 in Draufsicht, wobei die Verschiebemöglichkeiten und Justiermöglichkeiten für die Bolzen 60 dargestellt sind. Zu erkennen sind die rechteckigen Aussparungen im Paneel, die die Verschiebung in einer Bewegungsrichtung ermöglichen und die Lage des in x-y-Richtung frei beweglichen Lagers.
- Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Justiereinrichtung von Fig. 4. In Fig. 9 ist die Einstellschraube 43 von Fig. 4 durch eine Differentialschraube 70 ersetzt. Die Differentialschraube 70 weist ein Innengewinde 72 und ein Außengewinde 74 auf. Das Außengewinde 74 greift in ein Gewindeteil 76 der Paneellagerbuchse 38 ein, und das Innengewinde 72 wirkt zusammen mit einem Außengewindeteil 78 des Kugelbolzens 60. Die Steigungen der Gewinde sind nun so aufeinander abgestimmt, daß sich bei Verdrehen der Schraube 70 eine Differentialwirkung auf den Vorschub des Kugelbolzens 60 ergibt. Durch Anziehen oder Lösen der Schraube 70 um kleine Winkel ergibt sich am Kugelbolzen eine minimale, jedoch genau definierte Höhenverstellung.
- Fig. 10 zeigt zwei Knoten 8 von Fig. 1-3, die hier als Kugel oder Frästeil ausgebildet sind. In diese Teile sind die Enden der Stangen 9 eingeschraubt (Bezugszeichen 88). Die Stange wird beim Einbau zwischen die ortsfesten Knoten 8 eingesetzt, und der eine Stangenkopf 80 wird in den einen Knoten 8 eingeschraubt. Das in einer Hülse 84 gelagerte Schraubteil 82 am anderen Stangenende befindet sich zum größten Teil innerhalb der Stange 9 und wird nun aus der Stange herausgezogen und mit dem anderen Knoten 8 verschraubt (Bezugszeichen 88). Danach wird die Überwurfmutter 86 angezogen und gegen Hülse 84 und Stange 9 verspannt.
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