EP2601125A1 - Vorrichtung zum übertragen einer kraft, insbesondere trageschlaufe - Google Patents

Vorrichtung zum übertragen einer kraft, insbesondere trageschlaufe

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Publication number
EP2601125A1
EP2601125A1 EP11749852.7A EP11749852A EP2601125A1 EP 2601125 A1 EP2601125 A1 EP 2601125A1 EP 11749852 A EP11749852 A EP 11749852A EP 2601125 A1 EP2601125 A1 EP 2601125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arc segments
curvature
legs
loop
force
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11749852.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Frank
Peter Van Hasselt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Inc
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2601125A1 publication Critical patent/EP2601125A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/12—Slings comprising chains, wires, ropes, or bands; Nets
    • B66C1/18—Band-type slings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/12—Slings comprising chains, wires, ropes, or bands; Nets
    • B66C1/125—Chain-type slings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G15/00—Chain couplings, Shackles; Chain joints; Chain links; Chain bushes
    • F16G15/12—Chain links

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting a force, in particular for carrying a load, with two oppositely, identically curved arc segments which are interconnected by two equal length straight legs, wherein the curved arc segments and the straight
  • Legs are consistently made of a material at their transition points, with a force input and -aus founded via two bolt-like structural elements, which have an adapted to the associated arc segments outer contour and have to be arranged to transmit the force within the two arc segments. Furthermore, the invention relates to a bolt-like structural element for force input and loan ⁇ tion in a device of the type described above.
  • Devices for transmitting a force are known, for example in the form of carrying straps or chain links formed chains. A variety of such devices are used, for example, to carry large loads.
  • reference will mainly be made to loops for transmitting a force. This is done only to simplify the description and is not to be considered as limiting. All versions can be transferred to chain links in a corresponding manner.
  • Carrying loops usually consist of two semi-circular segments, the so-called loop heads, and intermediate straight areas. If the loop is formed from a composite material, for example resin-impregnated (Kevlar) fibers, then the dimensionally stable loops can be integrally formed without an "interface.” Dimensionally stable means that the loops are loaded without load and independently of their orientation (relative to the surface) Bottom) have the shape described above. follows via bolt-like structural elements, which have an adapted to the semicircular shape of the loop heads outer contour on ⁇ and are arranged within the loop heads, so that the structural elements just do not come into contact with the straight Berei ⁇ chen. Via the structural elements, a radial pressure is introduced into the loop heads.
  • the radial pressure exerted by the structural elements is converted into the loops ⁇ heads into tensile forces in the fiber direction.
  • the mixed load leads to a strong exaggeration of the material stresses in the region of the transition from the loop head to the straight areas.
  • the so-called. Voltage overshoot causes known that the loops fail in the transition areas.
  • the transition points therefore limit the maximum load capacity of the loop. This causes only partial utilization of the material strength in the other areas, since especially in loops of Faserverbundma ⁇ material, the fibers should be circumferential and on the other hand determines the weakest point the necessary geometry and thus the not ⁇ maneuvering material use.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the structure of a typical known loop, as described above.
  • the trained as a loop device 10 for transmitting power comprises two mutually opposite, each semicircular arc segments 11, 12.
  • the Bogenseg- elements 11, 12 are connected by two equal length straight legs 13, 14 of length L. With the reference numerals 15, 16, 17, 18, the crossing points are marked.
  • the arc segments 11, 12 mechanically connected to the legs 13, 14 in the region of crossing points, for example cohesively with- be interconnected. If the loop is formed from a fiber composite material, then the curved arc segments 11, 12 and the straight legs at the transition points 15,
  • transition points 15, 16, 17, 18 throughout of a material, i. resin-impregnated fibers.
  • the transition points 15, 16, 17, 18 thus represent only for the adhesion of the arc segments 11, 12 to the straight legs 13, 14 relevant areas of the loops.
  • the force input and output takes place via two bolt-like structural elements 19, 20 shown in cross-section.
  • the outer contour 21, 22 of the structural elements 19, 20 are also formed semicircular, so that the outer contour 21, 22 completely in contact with the Bogenseg- ments 11, 12 device.
  • the outer contour 21, 22 of the structural elements 19, 20 is thus such that they directly adjoin the transition points 15 and 18 or 16 and 17, but do not have any contact with the straight legs 13, 14. This ensures a defined force entry and exit. Only the area of the force input elements that is relevant for the introduction of force is shown. Of course, the bolts may also extend into the region of the straight segments 13 and 14.
  • the length L of the legs 13, 14 can be arbitrarily selected ge ⁇ principle.
  • the reference symbol R denotes a radius of the arc segments 11, 12.
  • the radius of the two arc segments 11, 12 is identical.
  • the radii of the arc segments could also be different, in which case the arc segment with the smaller radius determines the carrying capacity.
  • the arc ⁇ segments 11, 12 and the legs 13, 14 have on the ge ⁇ entire course of an identical thickness D.
  • loops of a fiber composite material of the mixed load from axial tension and radial pressure is countered by the loops according to the need to übertra ⁇ constricting force and the allowable stresses dimensioned in consideration of the places with the highest stresses
  • the invention provides a device for transmitting a force, in particular for carrying a load, with two opposite, identically curved arc segments, which are interconnected by two legs of equal length, wherein the curved arc segments and the straight leg at their junctions throughout of a material are produced, with a force input and -austechnisch via two bolt-like structural elements, which have an adapted to the ⁇ ordered curved arc segments outer contour and are to be arranged for transmitting the force within the two arc segments.
  • Ver ⁇ course of the curvature at the transition points of the legs to the arc segments and along the respective arc segments is continuous.
  • This procedure is based on the recognition that a not inconsiderable part of the stress exaggeration occurs at the transition between the straight leg and the curved one the curvature jumps from a value 1 / R, where R is the radius of the circular arc, in the arc segment to the curvature 0 in the straight leg, through the continuous transition the bend between straight leg and arc segment can be avoided this problem a result, the mixed load of radial pressure and axial tension initially described is redu ⁇ sheet As a result, the same force -.. as compared to a device of the prior art - ringeren overall with a Material cross section to be transferred.
  • the course of the curvature at the transition points of the legs is continuous and linear.
  • the course of the curvature along the respective sheet segments is continuous and linear.
  • the transition of the curvature at the transition points from the legs to the arc segments is formed by a clothoid.
  • the curvature ⁇ course of a clothoid can be calculated in a known manner, since clothoids from the road and rail construction are known.
  • the device is a loop, in particular of a fiber composite material.
  • a loop made of fiber composite material has poor heat transfer properties so that it is particularly suitable for use in applications where hot and cold elements are to be interconnected, while at the same time minimizing heat exchange.
  • loops made of a fiber composite material the advantage of a homogeneous material extension, in particular in the region of crossing points, so that a high power transmission and stability of the loop is open ⁇ ensured.
  • the device may be a chain link, in particular made of a metal.
  • the chain link is preferably made continuously from a material, which can be prepared in ⁇ example, by a punching process or an extrusion process.
  • the invention further provides a bolt-like Strukturele ⁇ ment for force input and -aus réelle in a device of the type described above.
  • the structural element is characterized ⁇ by that this has an adapted to the associated curved arc segments outer contour in the contact area ⁇ , which at Use in a device of the type described above at least extends to the crossing points.
  • customized structural element ensures that the power optimized on the structural elements - without requiring individual Be ⁇ rich or bodies of the device particularly - once in the apparatus for transmitting power and can be.
  • the curvature of the outer contour is continuous. If the transition of the curvature at the transition points of the legs is continuous and linear, it is expedient if the curvature of the outer contour (in the region of the transition points) is continuous and linear.
  • the curvature of the outer contour may be formed by a clothoid, if the corresponding transition of the curvature at the transition points from the legs to the Bogensegmen- th is also formed by a clothoid.
  • a plurality of devices and structural elements of the type described above may be used in particular for the suspension of a superconducting field winding of a hot pole core generator.
  • the fastening system according to the invention is also suitable for suspending other objects.
  • a smaller space is required by the invention before ⁇ go over the prior art with the same power transmission.
  • Fig. 1 is an already described, schematic representation of a trained as a loop device for power transmission according to the prior art
  • FIGS. 2A and 2B are schematic representations of the curvature of a loop according to the invention in comparison with a conventional loop according to the prior art.
  • Figures 2A and 2B show a schematic representation of the shape of a present invention, a loop out ⁇ forming device 10 for the transmission (Fig. 2A) in comparison with the conventional form of a loop (Fig. 2B).
  • the shape of the loop shown in Fig. 2B corresponds ⁇ as in the already described in Fig. 1 loop.
  • the loop thickness in Figure 2 is reduced compared to Figure 1 to the line thickness.
  • arcuate arc segments 11, 12 are designed semicircular ⁇ .
  • FIG. 2A shows the shape of a loop according to the invention.
  • the arc segments 11, 12 interconnecting straight legs 13, 14 have the same length L as that of the loop of FIG. 2B.
  • the opposing arc segments 11, 12 are formed in the manner of a clothoid and have a continuous and linear transition of the curvature at the transition points of the legs 13, 14 to the arc segments and also in the further course. This means that the curvature in the straight legs which is at the transition points 15, 16, 17, 18 0, is steadily and linearly over into the curvature of the jeweili ⁇ gen arc segments 11, 12th
  • any other curve shape is also suitable which allows a continuous transition from the straight legs to the arc segments 11, 12.
  • the proposed procedure, thethermsüberhö ⁇ hung at the transition points 15, 16, 17, 18 can be reduced.
  • the cross section of the loop according to the invention can thereby be reduced compared with the conventional loop in FIG. 2B.
  • the structural elements 19, 20, which take over in the loop, a transmission of force and outtake, to the curvature of the arc segments 11, 12 are fitted Toggle.
  • the structural elements 19, 20 of the device 10 according to the invention have an outer contour 21, 22 adapted to the curvature of the arc segments 11, 12.
  • the outer contour of the structural elements 19, 20 thus also Klothoiden- shaped.
  • the shape of the structural elements 19, 20 is such that the ⁇ se completely against the arc segments 11, 12, but have no contact with the straight legs 13, 14. In other words, this means that the structural elements 19, 20 have the last contact in the region of the transition points 15, 16, 17, 18 to the loop. However, this is not mandatory. The structural elements could also be in contact with the legs 13, 14 as well.
  • the length L of a loop according to the invention can be chosen as desired. So it is possible in an extreme Ausges ⁇ taltung that the length L is even 0th
  • the loop according to the invention for carrying a load is set to be ⁇ in which the opposite structural elements with a warm and a cold environment in contact, a heat transfer can be reduced by the provision of a particular arm length L.
  • the exact measure of the length L can be determined by calculation or in experiments.
  • the radius of the opposing arc segments 11, 12 is identical in the described embodiment only by way of example (but also preferred). In practice, the radii of the arc segments may also be different, in which case the arc segment with the smaller radius determines the carrying capacity.
  • the embodiment of the loop according to the invention is based on the knowledge that the excess voltage at the transition points 15, 16, 17, 18 coincides with the discontinuity of the
  • Curvature transition is correlated.
  • the load capacity can not be increased significantly optimizing ⁇ ter loops.
  • optimized loops a corresponding reduction of the wall thickness is possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)
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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung (10) zum Übertragen einer Kraft, insbesondere zum Tragen einer Last, mit zwei einander gegenüberliegenden gekrümmten Bogensegmenten (11, 12), die durch zwei gleich lange gerade Schenkel (13, 14) miteinander verbunden sind. Die gekrümmten Bogensegmente (11, 12) und die geraden Schenkel (13, 14) sind an ihren Übergangsstellen (15, 16, 17, 18) durchgängig aus einem Material hergestellt. Eine Kraftein- und -ausleitung erfolgt über zwei bolzenartige Strukturelemente (19, 20), welche eine an die zugeordneten gekrümmten Bogensegmente (11, 12) angepasste Außenkontur aufweisen und zum Übertragen der Kraft innerhalb der beiden Bogensegmente (11, 12) anzuordnen sind. Der Übergang der Krümmung an den Übergangsstellen (15, 16, 17, 18) von den Schenkeln (13, 14) zu den Bogensegmenten (11, 12) und entlang der jeweiligen Bogensegmente (11, 12) ist erfindungsgemäß stetig.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Übertragen einer Kraft, insbesondere Trage¬ schlaufe
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen einer Kraft, insbesondere zum Tragen einer Last, mit zwei einander gegenüberliegenden, identisch gekrümmten Bogensegmenten, die durch zwei gleich lange gerade Schenkel miteinander verbunden sind, wobei die gekrümmten Bogensegmente und die geraden
Schenkel an ihren Übergangsstellen durchgängig aus einem Material hergestellt sind, wobei eine Kraftein- und -ausleitung über zwei bolzenartige Strukturelemente erfolgt, welche eine an die zugeordneten Bogensegmente angepasste Außenkontur auf- weisen und zum Übertragen der Kraft innerhalb der beiden Bogensegmente anzuordnen sind. Ferner betrifft die Erfindung ein bolzenartiges Strukturelement zur Kraftein- und -auslei¬ tung in eine Vorrichtung der oben bezeichneten Art. Vorrichtungen zum Übertragen einer Kraft sind beispielsweise in Form von Tragschlaufen oder aus Kettengliedern gebildeten Ketten bekannt. Eine Vielzahl solcher Vorrichtungen wird beispielsweise zum Tragen großer Lasten verwendet. In der nachfolgenden Beschreibung wird vorwiegend auf Schlaufen zum Übertragen einer Kraft Bezug genommen. Dies erfolgt lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung und ist nicht als einschränkend zu betrachten. Sämtliche Ausführungen lassen sich in entsprechender Weise auf Kettenglieder übertragen. Tragschlaufen (einfach: Schlaufen) bestehen in der Regel aus zwei halbkreisförmigen Segmenten, den sog. Schlaufenköpfen, und dazwischen liegenden geraden Bereichen. Ist die Schlaufe aus einem Verbundmaterial, beispielsweise in Harz getränkten (Kevlar) -Fasern, gebildet, so können die formstabilen Schlau- fen ohne „Nahtstelle" einstückig ausgebildet sein. Formstabil bedeutet, dass die Schlaufen ohne Belastung und unabhängig von ihrer Orientierung (relativ zum Boden) die oben beschriebene Gestalt aufweisen. Eine Kraftein- und -ausleitung er- folgt über bolzenartige Strukturelemente, welche eine an die Halbkreisform der Schlaufenköpfe angepasste Außenkontur auf¬ weisen und innerhalb der Schlaufenköpfe angeordnet sind, so dass die Strukturelemente gerade nicht mit den geraden Berei¬ chen in Kontakt geraten. Über die Strukturelemente wird ein Radialdruck in die Schlaufenköpfe eingebracht. Der durch die Strukturelemente ausgeübte Radialdruck wird in den Schlaufen¬ köpfen in Zugkräfte in Faserrichtung umgesetzt. Eine Kraft¬ übertragung zwischen den beiden Schlaufenköpfen in den geraden Bereichen erfolgt durch eine Zugbelastung in Richtung der Fasern der Schlaufe.
Der Axialzug, d.h. die Zugkraft in Faserrichtung, und der Ra¬ dialdruck, d.h. die Kraftwirkung senkrecht zur Faserrichtung, bewirken in den Schlaufenköpfen eine Mischbelastung. Diese limitiert einerseits die durch eine Schlaufe maximal über¬ tragbare Kraft, die bei Schlaufen aus einem Faserverbundwerkstoff durch die maximale Druckbelastbarkeit des Materials senkrecht zur Faserrichtung definiert ist. Andererseits führt die Mischbelastung zu einer starken Überhöhung der Materialspannungen im Bereich des Übergangs vom Schlaufenkopf zu den geraden Bereichen. Die sog. Spannungsüberhöhung bewirkt bekanntermaßen, dass die Schlaufen im Bereich der Übergangsstellen versagen. Die Übergangsstellen limitieren daher die maximale Tragfähigkeit der Schlaufe. Dies bewirkt eine nur teilweise Ausnutzung der Materialfestigkeit in den übrigen Bereichen, da insbesondere bei Schlaufen aus Faserverbundma¬ terial die Fasern umlaufend sein sollen und andererseits die schwächste Stelle die notwendige Geometrie und damit den not¬ wendigen Materialeinsatz bestimmt.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer typischen bekannten Schlaufe, wie diese weiter oben beschrieben wurde. Die als Schlaufe ausgebildete Vorrichtung 10 zur Kraftübertragung umfasst zwei einander gegenüberliegende, jeweils halbkreisförmige Bogensegmente 11, 12. Die Bogenseg- mente 11, 12 sind durch zwei gleich lange gerade Schenkel 13, 14 der Länge L miteinander verbunden. Mit den Bezugszeichen 15, 16, 17, 18 sind die Übergangsstellen gekennzeichnet. Je nach verwendetem Material für die Schlaufe könnten die Bogen¬ segmente 11, 12 mit den Schenkeln 13, 14 im Bereich der Übergangsstellen mechanisch, beispielsweise stoffschlüssig, mit- einander verbunden sein. Ist die Schlaufe aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet, so sind die gekrümmten Bogensegmente 11, 12 und die geraden Schenkel an den Übergangsstellen 15,
16, 17, 18 durchgängig aus einem Material, d.h. in Harz getränkten Fasern, hergestellt. Die Übergangsstellen 15, 16, 17, 18 stellen damit lediglich für den Kraftschluss von den Bogensegmenten 11, 12 zu den geraden Schenkeln 13, 14 relevante Bereiche der Schlaufen dar.
Die Kraftein- und -ausleitung erfolgt über zwei im Quer- schnitt dargestellte bolzenartige Strukturelemente 19, 20.
Nachdem die Bogensegmente 11, 12 die Gestalt eines Halbkrei¬ ses aufweisen, ist die Außenkontur 21, 22 der Strukturelemente 19, 20 ebenfalls halbkreisförmig ausgebildet, so dass die Außenkontur 21, 22 vollständig in Kontakt mit den Bogenseg- menten 11, 12 gerät. Die Außenkontur 21, 22 der Strukturelemente 19, 20 ist somit derart, dass diese unmittelbar an die Übergangsstellen 15 und 18 bzw. 16 und 17 angrenzen, aber gerade keinen Kontakt mit den geraden Schenkeln 13, 14 aufweisen. Hierdurch ist eine definierte Kraftein- und -ausleitung gewährleistet. Gezeichnet ist nur der Bereich der Kraftein¬ leitungselemente, der für die Krafteinleitung relevant ist. Die Bolzen können sich natürlich auch in den Bereich der geraden Segmenten 13 und 14 hinein erstrecken. Die Länge L der Schenkel 13, 14 kann prinzipiell beliebig ge¬ wählt werden. Mit dem Bezugszeichen R ist ein Radius der Bogensegmente 11, 12 gekennzeichnet. In der schematischen Dar¬ stellung ist der Radius der beiden Bogensegmente 11, 12 identisch. In der Praxis könnten die Radien der Bogensegmente auch unterschiedlich sein, wobei dann das Bogensegment mit dem kleineren Radius die Tragfähigkeit bestimmt. Die Bogen¬ segmente 11, 12 und die Schenkel 13, 14 weisen über den ge¬ samten Verlauf eine identische Dicke D auf. Im Falle von Schlaufen aus einem Faserverbundwerkstoff wird der Mischbelastung aus Axialzug und Radialdruck dadurch begegnet, dass die Schlaufen gemäß der benötigten zu übertra¬ genden Kraft und der zulässigen Spannungen unter Berücksichtigung der Stellen höchster Belastungen dimensioniert werden Dies führt jedoch dazu, dass die Schlaufengeometrie, d.h. di Dicke D der Abschnitte der Schlaufe sowie der Radius R der Bogensegmente, starken Einschränkungen unterliegt. Eine sol¬ che Schlaufengeometrie kann Anwendungen, bei denen hoch be¬ lastete Schlaufen zum Einsatz kommen müssen, jedoch entgegen laufen. Dies ist beispielsweise bei der Aufhängung einer sup raleitenden Erregerwicklung eines HTS-Generators mit warmem Polkern über eine Vielzahl an Schlaufen der Fall. Da über di Schlaufen bei dieser Anwendung in unerwünschter Weise ein Wärmetransport erfolgt, wäre es eigentlich zweckmäßig, die Dicke D (allgemein den Querschnitt) der Schlaufenabschnitte möglichst gering zu halten. Um die Spannungsüberhöhung an de: Übergangsstellen ausfallsicher gestalten zu können, muss der Schlaufenquerschnitt jedoch erheblich größer gewählt werden, als es zur Übertragung der Kräfte im geraden Teil notwendig ist. Um die dadurch bedingte Erhöhung des Wärmeeintrages im Kaltteil auszugleichen, muss wiederum die Länge L der gerade: Schenkel der Schlaufe entsprechend vergrößert werden. Dies wiederum ist aus geometrischen und elektromagnetischen Gründen teilweise nicht möglich und zumindest nicht wünschens¬ wert .
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Übertragen einer Kraft, insbesondere zum Tragen einer Last, anzugeben, bei welcher im Vergleich zu herkömmli chen Vorrichtungen und gleichen Querschnitten eine größere Kraft übertragen werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hierzu korrespondierendes Strukturelement zum Übertragen einer Kraft anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung gemäß de: Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Strukturele ment gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen . Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Übertragen einer Kraft, insbesondere zum Tragen einer Last, mit zwei einander gegenüberliegenden, identisch gekrümmten Bogensegmenten, die durch zwei gleich lange Schenkel miteinander verbunden sind, wobei die gekrümmten Bogensegmente und die geraden Schenkel an ihren Übergangsstellen durchgängig aus einem Material hergestellt sind, wobei eine Kraftein- und -ausleitung über zwei bolzenartige Strukturelemente erfolgt, welche eine an die zu¬ geordneten gekrümmten Bogensegmente angepasste Außenkontur aufweisen und zum Übertragen der Kraft innerhalb der beiden Bogensegmente anzuordnen sind. Erfindungsgemäß ist der Ver¬ lauf der Krümmung an den Übergangsstellen von den Schenkeln zu den Bogensegmenten und entlang der jeweiligen Bogensegmente stetig. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die „Krümmung" von geraden Schenkeln und die Krümmung der Bogensegmente stetig ineinander übergehen. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein nicht unerheblicher Teil der Spannungsüberhöhung am Übergang zwischen dem geraden Schenkel und dem ge- krümmten durch den Segment daher kommt, dass an dieser Stelle die Krümmung der Vorrichtungsabschnitte unstetig verläuft. Die Krümmung springt von einem Wert 1/R, wobei R der Radius des Kreisbogens ist, in dem Bogensegment auf die Krümmung 0 in dem geraden Schenkel. Durch den stetigen Übergang der Krümmung zwischen geradem Schenkel und Bogensegment kann dieses Problem vermieden werden. Hierdurch wird die eingangs beschriebene Mischbelastung aus Radialdruck und Axialzug redu¬ ziert. Im Ergebnis kann die gleiche Kraft - im Vergleich zu einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik - mit einem ge- ringeren Materialquerschnitt übertragen werden.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der Verlauf der Krümmung an den Übergangsstellen von den Schenkeln stetig und linear ist. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn darüber hinaus, oder al- ternativ der Verlauf der Krümmung entlang der jeweiligen Bo- gensegmente stetig und 1inear ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Übergang der Krümmung an den Übergangsstellen von den Schenkeln zu den Bogensegmenten durch eine Klothoide gebildet. Der Krümmungs¬ verlauf einer Klothoide kann auf bekannte Weise errechnet werden, da Klothoiden aus dem Straßen- und Schienenbau bekannt sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorrichtung eine Schlaufe, insbesondere aus einem Faserverbundmaterial. Eine aus Faserverbundmaterial gefertigte Schlaufe weist schlechte Wärmeübertragungseigenschaften auf, so dass sich diese insbesondere zur Verwendung in Anwendungen eignet, bei denen warme und kalte Elemente miteinander verbunden werden sollen, wobei gleichzeitig ein möglichst minimaler Wärmeaustausch stattfinden soll. Andererseits weisen Schlaufen aus einem Faserverbundwerkstoff den Vorteil eines homogenen Materialverlaufs, insbesondere im Bereich der Übergangsstellen, auf, so dass eine hohe Kraftübertragung und Stabilität der Schlaufe ge¬ währleistet ist.
Alternativ kann die Vorrichtung ein Kettenglied, insbesondere aus einem Metall, sein. Auch das Kettenglied ist vorzugsweise durchgängig aus einem Material hergestellt, wobei dies bei¬ spielsweise durch einen Stanzvorgang oder ein Strangpressverfahren hergestellt werden kann.
Die Erfindung schafft weiter ein bolzenartiges Strukturele¬ ment zur Kraftein- und -ausleitung in eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art. Das Strukturelement zeichnet sich da¬ durch aus, dass dieses eine an die zugeordneten gekrümmten Bogensegmente angepasste Außenkontur im Kontaktbereich auf¬ weist, welche bei Verwendung in einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art mindestens bis an die Übergangsstellen ragt. Ein solchermaßen an die Vorrichtung zur Kraftübertra- gung angepasstes Strukturelement stellt sicher, dass die Kraft über die Strukturelemente optimiert - ohne einzelne Be¬ reiche oder Stellen der Vorrichtung besonders zu beanspruchen - in die Vorrichtung zur Kraftübertragung ein- und ausgelei- tet werden kann.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Krümmung der Außenkontur stetig. Ist der Übergang der Krümmung an den Übergangsstellen von den Schenkeln stetig und linear, so ist es zweckmäßig, wenn auch die Krümmung der Außenkontur (im Bereich der Übergangsstellen) stetig und linear ist. Insbesondere kann die Krümmung der Außenkontur durch eine Klothoide gebildet sein, wenn der entsprechende Übergang der Krümmung an den Übergangsstellen von den Schenkeln zu den Bogensegmen- ten ebenfalls durch eine Klothoide gebildet ist.
Eine Mehrzahl an Vorrichtungen und Strukturelementen der oben beschriebenen Art kann insbesondere für die Aufhängung einer supraleitenden Erregerwicklung eines Generators mit warmem Polkern verwendet werden. Daneben eignet sich das erfindungs¬ gemäße Befestigungssystem jedoch auch zur Aufhängung anderer Gegenstände. Insbesondere ist durch das erfindungsgemäße Vor¬ gehen gegenüber dem Stand der Technik bei gleicher Kraftübertragung ein geringerer Bauraum notwendig.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausfüh¬ rungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine bereits beschriebene, schematische Dar- Stellung einer als Schlaufe ausgebildeten Vorrichtung zur Kraftübertragung gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen des Krümmungsver- laufs einer erfindungsgemäßen Schlaufe im Vergleich zu einer herkömmlichen Schlaufe gemäß dem Stand der Technik. Die Figuren 2A und 2B zeigen in einer schematischen Darstellung die Gestalt einer erfindungsgemäßen, als Schlaufe ausge¬ bildeten Vorrichtung 10 zur Kraftübertragung (Fig. 2A) im Vergleich zur Gestalt einer herkömmlichen Schlaufe (Fig. 2B) . Die Gestalt der in Fig. 2B gezeigten Schlaufe entspricht da¬ bei der in Fig. 1 bereits beschriebenen Schlaufe. Der Übersichtlichkeit halber ist die Schlaufendicke in der Abbildung 2 gegenüber der Abbildung 1 auf die Strichdicke reduziert. In entsprechender Weise sind einander gegenüberliegende, iden- tisch ausgebildete Bogensegmente 11, 12 halbkreisförmig aus¬ gestaltet. Einander gegenüberliegende Enden der Bogensegmente 11, 12 sind mit geraden Schenkeln 13, 14 der Länge L verbunden. Die Übergangsstellen, d.h. diejenigen Stellen, an denen die Krümmung unstetig verläuft und von einem Wert 1/R im Bo- gensegment 11, 12 auf 0 in den Schenkeln 13, 14 verläuft, sind mit dem Bezugszeichen 15, 16, 17, 18 gekennzeichnet. R stellt dabei den Radius eines jeweiligen der Bogensegmente 11, 12 dar. Fig. 2A zeigt die Gestalt einer erfindungsgemäßen Schlaufe. Für einen einfachen Vergleich weisen die die Bogensegmente 11, 12 miteinander verbindenden geraden Schenkel 13, 14 die gleiche Länge L wie die der Schlaufe gemäß Fig. 2B auf. Die einander gegenüberliegenden Bogensegmente 11, 12 sind nach Art einer Klothoide ausgebildet und weisen einen stetigen und linearen Übergang der Krümmung an den Übergangsstellen von den Schenkeln 13, 14 zu den Bogensegmenten und auch im weiteren Verlauf auf. Dies bedeutet, die Krümmung, die an den Übergangsstellen 15, 16, 17, 18 in den geraden Schenkeln 0 beträgt, geht stetig und linear in die Krümmung der jeweili¬ gen Bogensegmente 11, 12 über.
Alternativ zu der im Ausführungsbeispiel gezeigten Klothoi- den-Kurve ist auch jede andere Kurvenform geeignet, die einen stetigen Übergang von den geraden Schenkeln zu den Bogensegmenten 11, 12 ermöglicht. Durch das vorgeschlagene Vorgehen kann die Spannungsüberhö¬ hung an den Übergangsstellen 15, 16, 17, 18 reduziert werden. Der Querschnitt der erfindungsgemäßen Schlaufe kann hierdurch gegenüber der herkömmlichen Schlaufe in Fig. 2B verringert werden.
Um die vorgeschriebene Kraft zuverlässig übertragen zu kön¬ nen, ist es notwendig, dass auch Strukturelemente 19, 20, welche eine Kraftein- und -ausleitung in die Schlaufe über- nehmen, an den Krümmungsverlauf der Bogensegmente 11, 12 an- gepasst sind. Aus diesem Grund weisen die Strukturelemente 19, 20 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eine an die Krümmung der Bogensegmente 11, 12 angepasste Außenkontur 21, 22 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur der Strukturelemente 19, 20 damit ebenfalls Klothoiden- förmig .
Die Gestalt der Strukturelemente 19, 20 ist derart, dass die¬ se vollständig an den Bogensegmenten 11, 12 anliegen, jedoch keinen Kontakt zu den geraden Schenkeln 13, 14 aufweisen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Strukturelemente 19, 20 die letzte Berührung im Bereich der Übergangsstellen 15, 16, 17, 18 zu der Schlaufe aufweisen. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Strukturelemente könnten ebenso auch Kontakt zu den Schenkeln 13, 14 aufweisen.
Prinzipiell kann die Länge L einer erfindungsgemäßen Schlaufe beliebig gewählt werden. So ist es in einer extremen Ausges¬ taltung möglich, dass die Länge L sogar 0 beträgt. Soll die erfindungsgemäße Schlaufe jedoch zum Tragen einer Last einge¬ setzt werden, bei denen die gegenüberliegenden Strukturelemente mit einer warmen und mit einer kalten Umgebung in Kontakt sind, so kann ein Wärmeübertrag durch das Vorsehen einer bestimmten Schenkellänge L verringert werden. Das genaue Maß der Länge L kann rechnerisch oder in Versuchen ermittelt werden . Der Radius der gegenüberliegenden Bogensegmente 11, 12 ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft (aber auch bevorzugt) identisch. In der Praxis können die Radien der Bogensegmente auch unterschiedlich sein, wobei dann das Bogensegment mit dem kleineren Radius die Tragfähigkeit bestimmt .
Der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Schlaufe liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Spannungsüberhöhung an den Übergangsstellen 15, 16, 17, 18 mit der Unstetigkeit des
Krümmungsübergangs korreliert ist. Durch eine stetige Gestal¬ tung dieses Überganges kann die Belastbarkeit nicht optimier¬ ter Schlaufen erheblich gesteigert werden. Bei optimierten Schlaufen ist eine entsprechende Reduzierung der Wandstärke möglich.
Als Material für die Schlaufe ist es zweckmäßig, wenn ein Fa¬ serverbundmaterial zum Einsatz kommt. Bekanntermaßen sind bei diesem einzelne Fasern in einem Harz eingebettet. Hierdurch ergibt sich auch im Bereich der kritischen Übergangsstellen eine durchgängige Ausführung der Schlaufe ohne Fügestellen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Übertragen einer Kraft, insbesondere zum Tragen einer Last, mit zwei einander gegenüberliegenden, gekrümmten Bogensegmenten (11, 12), die durch zwei gleich lange gerade Schenkel (13, 14) miteinander verbunden sind, wobei die gekrümmten Bogensegmente (11, 12) und die geraden Schenkel (13, 14) an ihren Übergangsstellen (15, 16, 17, 18) durchgängig aus einem Material hergestellt sind, wobei eine Kraftein- und -ausleitung über zwei Bolzenartige Strukturele¬ mente (19, 20) erfolgt, welche eine an die zugeordneten ge¬ krümmten Bogensegmente (11, 12) angepasste Außenkontur auf¬ weisen und zum Übertragen der Kraft innerhalb der beiden Bogensegmente (11, 12) anzuordnen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verlauf der Krümmung an den Übergangsstellen (15, 16, 17, 18) von den Schenkeln (13, 14) zu den Bogensegmenten (11, 12) und entlang der jeweiligen Bogensegmente (11, 12) stetig ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Krümmung an den Übergangsstellen (15, 16, 17, 18) von den Schenkeln (13, 14) zu den Bogensegmenten (11, 12) und/oder entlang der jeweiligen Bogensegmente (11, 12) stetig und linear ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang der Krümmung an den Übergangsstellen (15, 16, 17, 18) von den Schenkeln (13, 14) zu den Bogensegmenten (11, 12) durch eine Klothoide gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schlaufe, insbesondere aus ei¬ nem Faserverbundmaterial, gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Kettenglied, insbesondere aus Metall, ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien der einander gegenüberliegenden Bogensegmente (11, 12) identisch oder unterschied¬ lich sind.
7. Bolzenartiges Strukturelement (19, 20) zur Kraftein- und - ausleitung in eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine an die zugeordneten gekrümmten Bogensegmente (11, 12) im Kontaktbe- reich angepasste Außenkontur aufweist, welche bei Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mindestens bis an die Übergangsstellen ragt.
8. Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Außenkontur stetig ist.
9. Strukturelement nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Außenkontur stetig und linear ist.
10. Strukturelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Außenkontur durch eine Klothoide gebildet ist.
11. Verwendung einer Mehrzahl an Vorrichtungen und Strukturelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Aufhängung einer supraleitenden Erregerwicklung eines Generators mit warmem Polkern.
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