WO2020104290A1 - Method for prestressing a structure with a tensioning device, and use of such a tensioning device for fastening to a structure - Google Patents

Method for prestressing a structure with a tensioning device, and use of such a tensioning device for fastening to a structure

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WO2020104290A1
WO2020104290A1 PCT/EP2019/081342 EP2019081342W WO2020104290A1 WO 2020104290 A1 WO2020104290 A1 WO 2020104290A1 EP 2019081342 W EP2019081342 W EP 2019081342W WO 2020104290 A1 WO2020104290 A1 WO 2020104290A1
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WO
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tensioning device
shape memory
axis
state
memory alloy
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/081342
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German (de)
French (fr)
Inventor
Juline KÄMMERER
Felix WEYAND
Sabine FISCHER-WILL
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • F16B2200/00Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
    • F16B2200/77Use of a shape-memory material

Definitions

  • the invention relates to a method for prestressing a supporting element of a building, comprising the step of: providing a tensioning device with a tensioning axis, the tensioning device comprising or consisting of a shape memory alloy.
  • the invention further relates to the use of a tensioning device for permanent attachment to a structure for carrying a load and for applying a tension to secure the structure.
  • Shape memory alloys are alloys that can exist in two different crystal structures. After a previous plastic deformation, these alloys can be brought into their old form (programmed form) by exceeding the austenite start temperature, or A s temperature for short, which is called the one-way effect. There are also alloys that remember their shape at two different temperatures. These then have a so-called two-way effect. In addition, shape memory alloys can exhibit pseudo-elastic behavior, which is characterized by a reversible stress-induced martensitic transformation. The term shape memory alloy is also known under the term shape memory material.
  • the thermal, chemical and mechanical behavior is largely determined by the alloy composition and the microstructure.
  • Clamping devices serve to reinforce buildings, prevent and prevent cracking. Furthermore, the lifespan of buildings can be extended by means of a tensioning device. Buildings or individual segments or elements of buildings are usually prestressed with a tensioning device. In particular, such a tensioning device is already being used today, for example, to reinforce against the bending of concrete parts or to tie up supports, for example, to increase the axial load and to increase the thrust. For this purpose, the structure must be prestressed with tendons in a bond or without bond with the respective structure.
  • WO 2014/166003 A2 and CN 107407100 A each disclose a method for creating prestressed concrete components in new designs. Furthermore, these relate to a procedure to subsequently reinforce existing structures. In WO 2014/166003 A2, pre-stressed profiles made of shape memory alloys are connected to the building by means of cement-bound mortar. Further improvements are desirable.
  • a method comprising the steps: providing a tensioning device with a tensioning axis, the tensioning device comprising or consisting of a shape memory alloy which has a one-way effect, the tensioning device being along the tensioning axis in an initial state with an initial extension between one extends first and a second fastening portion, and fixing the tensioning device in the initial state at least with the first fastening portion on the first receiving portion of the support element and the second fastening portion on the second receiving portion of the supporting element, wherein the tensioning device has an austenite phase in the initial state.
  • the invention is based on the finding that load-bearing elements of a building sag more and more over time due to the load, that is to say they are deformed.
  • the knowledge is based, for example, on the behavior of motor vehicle bridges, which usually sag with increasing operating time. This problem is also known, for example, from shelves or buildings.
  • the tensioning device extends along the tension axis with a longitudinal extent between the first and the second fastening section.
  • the tensioning device preferably comprises a tensioning element which extends between the first and the second fastening section.
  • a tensioning device can comprise or consist of a tensioning strand or a tensioning rope as tensioning element.
  • the tensioning device can have one or more wires.
  • the clamping device is rod-shaped or rod-shaped.
  • the tensioning element can furthermore in particular be flat, preferably in the form of a band or sheet. Continuous products, such as strips, sheets, coils, wires and the like, are particularly suitable as semifinished products for the clamping device.
  • the longitudinal extent of the tensioning device is generally many times greater than a width and height or thickness of the tensioning device extending perpendicular to the tensioning axis. Furthermore, the longitudinal extent is in particular many times greater than a radial extent extending radially to the clamping axis and a circumferential extent of the clamping device extending tangentially to the clamping axis.
  • the clamping device has a cross section perpendicular to the clamping axis.
  • the cross section can have any shape, preferably circular, oval, square or the like.
  • the cross section of the tensioning device can be, for example, I-shaped, T-shaped, H-shaped, U-shaped or the like.
  • the cross section along the clamping axis is preferably constant.
  • the cross section of the clamping device can vary, at least in sections, along the clamping axis.
  • the tensioning device In the installed state or in the operating state, the tensioning device preferably transmits a force essentially along the tension axis.
  • a force can also act on the clamping device at an angle to the clamping axis.
  • the tensioning device can also transmit a moment, in particular a bending moment or a torsional moment.
  • the clamping axis is a straight line, ie it has essentially no curvature.
  • the clamping axis can run at least in sections in the form of an arc, in particular with one on the Clamping device acting at an angle to the load on the load axis, the load axis arched.
  • the clamping device is preferably arranged coaxially with the clamping axis.
  • the clamping device comprises the shape memory alloy at least in sections along the clamping axis.
  • the tensioning device preferably comprises a section with a shape memory alloy with a constant longitudinal extent over the width and / or the height of the tensioning device.
  • the clamping device comprises a section with a shape memory alloy with a constant longitudinal extension over the radial or circumferential extension of the clamping device.
  • the longitudinal extent of the shape memory alloy encompassed by the tensioning device is essentially constant over the cross section.
  • the clamping device can have a varying longitudinal extension of the shape memory alloy across the clamping axis, over the width and / or the height or over the circumferential extent or the radial extent.
  • the longitudinal extension of the shape memory alloy preferably increases or decreases over the width or height or radial extension of the clamping device perpendicular to the clamping axis.
  • shape memory alloy preferably iron-based, which has a one-way effect
  • Preferred shape memory alloys are, for example, NiTi-based, Cu-based or Fe-based alloys.
  • Provision of the tensioning device preferably means that the tensioning device is ready to be fixed on the support element for the installed state or operating state.
  • a provided clamping device is preferably available for fixing to the support element.
  • Providing includes in particular that the tensioning device is provided at the installation position or the operating position.
  • the tensioning device is particularly preferably available for mounting on the support element.
  • the tensioning device has an austenite phase for provision in the initial state.
  • the tensioning device is advantageously not provided in a pre-stretched state in the initial state.
  • the tensioning device or the shape memory alloy is particularly preferably not provided in a plastically cold-formed manner.
  • the first and second fastening sections are designed to fix the tensioning device to the first and second receiving sections of the support element.
  • the support element preferably extends along a support axis with a longitudinal extension between the first and the second receiving section. Fixing can also mean connecting, picking up or fastening.
  • the first and second receiving section of the support element thus take up the tensioning device, in particular the first and second fastening section, and transmit the load acting on the support element and the associated deformation of the support element to the tensioning device.
  • the deformation preferably leads to an advance of the tensioning device, in particular the shape memory alloy.
  • the tensioning device can also transmit a force to the support element.
  • the fixing method step is preferably carried out by a non-positive connection, in particular by a screw connection. Furthermore, the fixing method step can preferably be carried out by means of a positive connection. In particular, the fixing method step can be implemented by a material connection, for example by an adhesive connection or welded connection. In a preferred manner, the fixing method step can be implemented by a combination of the non-positive, positive and / or material connection.
  • first and second fastening sections and the first and second receiving sections are designed for fixing with a screw connection and / or a positive connection.
  • the tensioning device is preferably detachably fixed to the support element, for example by means of a screw connection and / or clamp connection.
  • the first and second fastening section of the tensioning device can be integrally connected to the first and second receiving section of the support element.
  • the first and second fastening sections particularly preferably have a fastening surface with a preferred roughness.
  • the first and second receiving sections preferably have a receiving surface with a preferred roughness.
  • the roughness (Ra value) is preferably in a range from 1 pm to 10 pm, more preferably 2 pm to 8 pm, 2 pm to 7 pm, 2 pm to 5 pm, particularly preferably 4 pm to 5 pm.
  • the fastening surfaces are designed for fastening to the first and second receiving sections.
  • the receiving surfaces are designed to fix the first and second fastening sections to the first and second receiving sections.
  • the tensioning device can also be an integral part of the support element or form the support element.
  • the first and second fastening sections are each designed as a fastening element.
  • the respective fastening element and the tensioning element are preferably suitable for being non-positively connected to one another, in particular by means of a clamp connection.
  • the tensioning device comprises or consists of the tensioning element and two fastening elements. It is conceivable to implement the clamp connection by means of a screw connection.
  • a positive connection between the tensioning element and the fastening element is also conceivable, for example by means of a nose or a hook, which can be in engagement with a corresponding groove.
  • a material connection in particular a welded connection or adhesive connection, is also conceivable.
  • the deformation of the support element resulting from the dead weight of the support element or from the load acting on the support element can be used to stretch the shape memory alloy.
  • the manufacturing step of plastic cold forming, for example by cold rolling, can be omitted.
  • the arrangement according to the invention saves the pre-stretching production step in an advantageous manner even during manufacture. The use of time, resources and personnel is particularly preferred.
  • the method according to the invention for assembling a non-pre-stretched clamping device makes it possible, in particular, to provide and assemble semi-finished products which are inexpensive and which have a shape memory alloy.
  • the method for prestressing comprises the steps: deforming the tensioning device with respect to the initial extension by a relative transformation deformation depending on the load and converting the
  • a force acts on the tensioning device via the support element.
  • the tensioning device is deformed as a function of a load acting on the support element.
  • the load acting on the support element leads to a force which acts on the tensioning device.
  • the force acting on the tensioning device from the support element is therefore dependent on the load.
  • the load can act selectively or as a surface load on the support element.
  • the load will act on the support element substantially perpendicular to the support axis. It is also conceivable that a load remains essentially acts parallel to the support axis on the support element.
  • the load can act in particular asymmetrically on the support element.
  • the load can be monotonically increasing and / or monotonically decreasing as a surface load.
  • a constant surface load can also act on the support element.
  • the load can comprise a static and a dynamic load component.
  • the static and dynamic load share can overlap.
  • the static load component results, for example, from the dead weight of the supporting element or the structure and other stationary units.
  • the static load component is essentially constant.
  • the dynamic load depends, for example, on the weather, that is to say on winds, and / or on road traffic, for example vehicles or people.
  • the dynamic load component can have a superposition of different dynamic load profiles, for example of vehicles and the wind.
  • different frequencies and / or amplitudes can characterize the dynamic load profiles.
  • Individual dynamic load profiles can be periodic. It is to be understood that the load and thus the force can vary over time.
  • the support element deforms vertically and / or along the support axis.
  • the arrangement of the first and second receiving sections and the arrangement of the first and second fastening sections fixed thereon change accordingly. This leads to a corresponding deformation of the clamping device perpendicular and / or along the clamping axis.
  • the load on the support element preferably acts essentially as a tensile force on the tensioning device.
  • the load can also act on the tensioning device as a moment, in particular as a bending moment and / or torsional moment.
  • the load acts additionally or alternatively as a compressive force on the tensioning device.
  • the force acting on the tensioning device can alternate between the tensile force and the compressive force.
  • the direction of action of the bending moment and / or the torsional moment can also change. The changes essentially depend on the dynamic load component or the individual dynamic load profiles.
  • the shape memory alloy changes depending on a relative transformation deformation measured along the span axis from the austenite phase to the deformation state with the martensite phase.
  • The is particularly preferably Martensite phase in the deformation state as e-martensite in a hexagonal crystal lattice structure.
  • the martensite phase can have hexagonal crystal lattice structures of the e-martensite and cubic body-centered crystal lattice structures of the ⁇ -martensite.
  • the relative transformation deformation is the load-related change in length of the clamping device in relation to the initial extent.
  • the relative transformation deformation relates to a deformation essentially parallel and / or coaxial to the clamping axis.
  • the relative transformation deformation is also referred to as strain e. It is understood that the relative transformation deformation includes pseudoplastic deformation of the martensite.
  • the relative transformation deformation of the tensioning device during the deformation is preferably greater than an elastic and pseudo-elastic expansion of the shape memory alloy. It is important when deforming that plastic deformation actually takes place, so that the elastic and pseudo-elastic expansion is exceeded.
  • the relative transformation deformation is preferably below the total elongation at break A.
  • the relative transformation deformation of the tensioning device is less than the uniform expansion A g . This avoids overloading the material.
  • the relative transformation deformation of the tensioning device during deformation is preferably less than A, and / or A g , measured in accordance with DIN EN ISO 6892-1, as of 2017-02.
  • the relative transformation strain is at least about 6% A g and / or at most about 65% A g .
  • the relative transformation deformation is preferably in a range of 17-25% A g .
  • Preferred values for the relative transformation deformation of the tensioning device during deformation are preferably in a range from 1 to 10%, preferably 2 to 8%, 3 to 7%, 4 to 6%, preferably approximately 5%. Other ranges can also be preferred, for example 2 to 5%, or 5 to 9%, depending on which shape memory alloy is used.
  • the relative transformation deformation of the tensioning device during the deformation is preferably set in such a way that a maximum restoring stress and / or maximum restoring movement based on the shape memory alloy is obtained.
  • a maximum reset voltage or a maximum reset movement is preferred. An optimum of both can also be found if this is preferred for the respective application.
  • the relative transformation deformation is in the context of Shape memory alloys used in this disclosure preferably in about 5%, or is in the above-mentioned areas.
  • the shape memory alloy is particularly preferably an iron shape memory alloy and is provided in an austenite phase.
  • the iron shape memory alloy is an FeMnSi system. These are particularly suitable as shape memory alloys and have shown that they have good recovery properties.
  • the shape memory alloy preferably comprises a Cu-based and / or NiTi-based alloy.
  • Cu-based alloys are, for example, CuZn, CuZnAI, Cu13.95AI3.93Ni (weight percent), CuAIMn. CuAIBeMn, CuAIMnV.
  • NiTi-based alloys are, for example, Ti16Zr10Nb4Ta (atomic percent), NiTi, NiMnlnMg, PtTi.
  • the shape memory alloy of the clamping device changes from the initial state with the austenite phase to the martensite phase of the deformation state.
  • the conversion from the austenite phase to the martensite phase is thus particularly induced by the application of a force caused by the load and thus mechanical stress.
  • the induced mechanical stress is preferably less than the yield strength of the shape memory alloy in the austenite phase.
  • the transformation from the austenite phase to the martensite phase is essentially diffusion-free, especially due to heavy movements.
  • the shape memory alloy converts in a temperature interval from the austenite phase to the martensite phase, at which the temperature lies above the martensite finish temperature M f and below the martensite deformation temperature M d .
  • the martensite finishing temperature M f and the martensite deformation temperature M d essentially depend on the type of shape memory alloy.
  • the deformation of the support element resulting from the dead weight of the support element or from the load acting on the support element can be used to stretch the shape memory alloy.
  • the assembly step of plastic cold forming, for example by cold rolling, can be omitted.
  • the arrangement according to the invention advantageously saves one process step in production and thus saves time, resources and personnel.
  • the method according to the invention for the assembly of a non-stretched tensioning device enables to provide and assemble, in particular, inexpensive manufactured semi-finished products that have a shape memory alloy.
  • a preferred embodiment of the method comprises the steps: relieving the tensioning device of the load, preferably by at least about 30% of the load, heating the shape memory alloy of the tensioning device to a phase transition temperature, converting the shape memory alloy of the tensioning device from the martensite phase in the deformation state to an austenite phase with a memory state a memory extension, and pretensioning of the support element as a function of a reset voltage of the shape memory alloy of the tensioning device induced by the memory extension.
  • the tensioning device In order to convert the shape memory alloy from the deformation state with the martensite phase to the memory state with the austenite phase, the tensioning device must be relieved.
  • the support element with the tensioning device attached to it is relieved.
  • the support element is relieved in such a way that the tensioning device is relieved by at least 10% of the load and / or more.
  • the load is particularly preferably reduced by 30% and / or more to relieve the tensioning device. In particular, the load is reduced by 50% and / or more to relieve the tensioning device.
  • Relieving takes place, for example, by means of support devices which counteract the load acting on the support element and thus the load on the tensioning device.
  • the support device can be a support element or a lifting device.
  • the load for the method for prestressing the tensioning device can be reduced.
  • the static load component is preferably reduced, for example by reducing the dead weight.
  • the dynamic load component and the associated load peaks can be reduced.
  • vehicle and / or passenger traffic can be set for bridges, for example.
  • the austenite, the clamping device or the shape memory alloy is to be heated to a phase transition temperature.
  • the phase transition temperature of the shape memory alloy is preferably heated above the austenite start temperature (A s temperature) and below an austenite finish temperature (A F temperature).
  • the As temperature of the shape memory alloy is preferably in a temperature interval from -200 ° C. to + 400 ° C.
  • the As temperature for NiTi-based or Cu-based shape memory alloys lies in a temperature range from -200 ° C to + 200 ° C.
  • the A s temperature of Fe-based shape memory alloys is preferably in a temperature range from -200 ° C to + 150 ° C or from + 25 ° C to + 400 ° C.
  • the A s temperature is preferably in a temperature interval of 30 ° C up to 135 ° C.
  • the A f temperature of the shape memory alloy is preferably in a temperature interval between 100 ° C. and 400 ° C., for example for Fe shape memory alloys, or between 200 ° C. and 375 ° C., for example for shape memory alloys such as in WO 2014/146733 A1 or Application PCT / EP 2017/063322 described.
  • the shape memory alloy of the tensioning device can change from the martensite phase to the austenite phase of the memory state. Due to the phase change, the tensioning device is in the memory state with a memory extension. To pretension the support element with the tensioning device, the support element must be loaded accordingly again with the load.
  • the load reduction brought about by the relief is particularly preferred.
  • the support device which may be arranged for the relief is to be removed.
  • the load customary for the installed state or operating state must be restored. For bridges, for example, this can include the opening of road traffic.
  • the prestressing essentially results from a reshaping of the tensioning device.
  • the reshaping essentially depends on the memory extension.
  • the recovery is the difference between the memory extension and the deformation extension.
  • a restoring voltage is particularly preferably induced as a function of the reshaping.
  • a restoring force acts on the supporting element as a function of the restoring voltage.
  • the tensioning device prestresses the support element.
  • the tensioning device has for tensioning the support element preferably a relative recovery between 1.5% to 4%, preferably 2%. In the case of the relative recovery, the recovery is preferably related to the extent of the deformation or else to the extent of the memory.
  • the reset voltage is preferably between 300MPa and 600MPa.
  • the tensioning device is preferably designed as a pressure element, provided that the memory extension is greater than the deformation extension.
  • the tensioning device is particularly preferably designed as a tension element, provided the memory extension is smaller than the deformation extension.
  • an embodiment of the method is preferred in which the support element extends in a main direction of extension essentially along a support axis and the tensioning device with the tension axis is arranged essentially parallel to the support axis and at a distance.
  • the distance between the clamping device and the supporting element is preferably the distance orthogonal to the supporting axis and the clamping axis.
  • the support element preferably has a thickness or height perpendicular to the support axis and the tensioning device has a thickness or height perpendicular to the tension axis.
  • the tensioning device is preferably spaced parallel to the support element such that the distance between the tension axis and the support axis results from the sum of half the thickness of the support element and half the thickness of the tensioning device.
  • the clamping axis and the supporting axis can be arranged essentially coaxially with one another. In this preferred embodiment, the distance between the supporting axis and the clamping axis is essentially zero.
  • the support element in this embodiment preferably forms the tensioning device. It is also conceivable that the tensioning axis and the support axis are arranged at a different distance from one another. The clamping axis and the supporting axis are preferably arranged with the minimum possible distance from one another.
  • the support element extends in a main direction of extension essentially along a support axis and the tensioning device with the tension axis is arranged essentially transversely to the support axis of the support element.
  • the supporting axis is preferably in the neutral fiber.
  • the neutral fiber of the support element describes that fiber or layer, the length of which is constant regardless of a load (transverse to the support axis), that is, the length always corresponds to the initial extension.
  • the supporting axis is preferably in the neutral fiber.
  • the support axis lies in particular in the case of such support elements in the neutral fiber, which are supported by means of a fixed-lot bearing or lot-lot bearing, preferably symmetrically.
  • the support element is preferably substantially loaded with a load transverse to the support axis.
  • the support element is essentially loaded with a load parallel to the support axis.
  • a further embodiment of the method preferably comprises the steps: providing a tensioning device designed as a pressure element, providing a tensioning device designed as a tension element, fixing the tensioning device designed as a pressure element in the memory state on a side of the support element that is subjected to pressure in the installed state of the support element, and fixing the memory element in the memory state designed as a tension element on a tensioned side of the support element in the installed state of the support element.
  • a supporting element that is loaded transversely to the supporting axis comprises a tensioning device on a side that is pressure-loaded in the installed state or operating state in the longitudinal direction of the supporting axis, and a tensioning device on a side that is tension-loaded in the installed state or operating state from the pressure-loaded side in the longitudinal direction of the supporting axis further tensioning device, which can be designed as a tension element.
  • prestressing can be carried out in particular on supporting elements that are subjected to bending.
  • the shape memory alloy of the clamping device is a shape memory alloy, consisting of an alloy with the following alloy components in percent by weight:
  • Group 2 and for the ratio of the sum of the alloy components of group 1 and group 2, each in atomic%: 0.5 2.0 with the rest iron and unavoidable impurities.
  • the shape memory alloy consists of the following
  • Such an alloy is described in the (not yet published) application PCT / EP 2017/063322 by the present applicant, the content of which is fully incorporated herein by reference.
  • Such a shape memory alloy has one improved reset voltage compared to the prior art.
  • this is preferably at least 500 MPa, preferably at least 600 MPa. It has been found that this alloy has an almost constant restoring stress at a pre-stretch of 1 to 10%. Furthermore, it has an excellent reversibility of the phase change.
  • the elements of vanadium and carbon are preferably present in the shape memory alloy in the form of vanadium carbide nanoparticles.
  • VC nanoparticles have a small difference in atomic radii, so that they fit very well in face-centered cubic lattices.
  • the VC nanoparticles in the shape memory alloy preferably occupy a volume in the range from 0.1 to 3% by volume. In this way, the formation of stacking errors can be optimized.
  • VC nanoparticles preferably have a size in the range from 2 to 50 nm, more preferably 10 to 50 nm.
  • the phase transition temperatures of this shape memory alloy TMS and TAS are preferably in the range from 0 ° C. to 450 ° C., more preferably in the range from 120 ° C to 370 ° C.
  • the manufacturing process of this alloy please refer to PCT / EP 2017/063322.
  • the above-mentioned object is achieved by using a tensioning device for permanent attachment to a structure for carrying a load and for applying tension to secure the structure, the tensioning device comprising or consisting of a shape memory alloy has a one-way effect, and extends in an initial state with an initial extension between a first and a second fastening section along a clamping axis, the shape memory alloy of the clamping device having an austenite phase in the initial state, and wherein the clamping device is not pre-stretched in the initial state.
  • a first preferred embodiment of the use of the tensioning device is characterized in that the tensioning device extends along the tensioning axis in a deformation state with a deformation extent between the first and the second fastening section, and wherein the tensioning device extends relative to the initial extent by a relative transformation deformation deformed under a load and the shape memory alloy of the tensioning device changes from the austenite phase in the initial state to a martensite phase in the deformation state.
  • the tensioning device extends along the tensioning axis in one Memory state with a memory extension between the first and the second fastening section, the shape memory alloy of the tensioning device has an austenite phase in the memory state, and the tensioning device, which is relieved by at least about 30% and heated to a phase transition temperature, changes from the martensite phase in the deformation state to the austenite phase of the memory state um, and prestresses the building in the state of memory.
  • the use of the tensioning device is suitable for structures such as a bridge, a building, a vehicle, a high-bay warehouse, a pipeline, a girder, a rod structure or a machine.
  • 1a-c show a schematic representation of a structure as a bridge, vehicle and building with a tensioning device attached to it;
  • Fig. 2 is a schematic flow diagram of a first preferred embodiment
  • FIGS. 3-6 are schematic representations of exemplary embodiments of a tensioning device provided and fixed on a support element
  • Fig. 7 is a schematic flow diagram of a second preferred embodiment
  • Fig. 8 is a schematic flow diagram of a third preferred embodiment
  • Fig. 9 is a schematic flow diagram of a fourth preferred embodiment
  • FIGS. 1a-c show a schematic representation of a building 1 as a bridge, vehicle and building with a tensioning device 20 attached thereto.
  • the embodiments shown in FIGS. 1a-c show in particular a preferred selection of possible uses of a tensioning device 20 for permanent attachment to a building 1.
  • FIG. 2 shows a first preferred sequence of a method for prestressing 100 a supporting element 10 of a building 1 with a tensioning device 20.
  • This preferred The embodiment includes providing 1 10 such a clamping device 20, which has a shape memory alloy, and fixing 120 the clamping device 20 to the support element 10.
  • the clamping device 20 is provided in an initial state in which the shape memory alloy is not pre-stretched.
  • the shape memory alloy is particularly preferably not cold-rolled in the initial state.
  • the shape memory alloy of the clamping device 20 is preferably essentially in an austenite phase.
  • the clamping device 20 extends from a first fastening section 20a to a second fastening section 20b along a clamping axis LS.
  • the tensioning device preferably has an Fe-Mn-Si shape memory alloy.
  • the clamping device can have a shape memory alloy described in the patent specification EP 2 141 251 B1, the content of which is fully incorporated herein by reference. It should also be understood that the tensioning device 20 is also provided for fixing 120 to the support element 10 in the initial state.
  • the tensioning device 20 is fastened via the first and second fastening section 20a, 20b to a first and second receiving section 10a, 10b of the support element.
  • the tensioning device 20 can be integrally and / or non-positively and / or positively connected to the support element 10.
  • FIGS. 3 to 6 show a selection of preferred possible embodiments of a provided 110 and a 120 tensioning device 20 fixed to a support element 10 of a building 1.
  • FIG. 3a shows a tensioning device 20 comprising a tensioning element which extends between a first and a second fastening element 20a, 20b.
  • the clamping axis LS of the clamping device 20 and the supporting axis LT of the supporting element 10 are spaced apart in parallel.
  • FIG. 3a essentially shows the longitudinal extent of the support element 10 along the support axis LT and the longitudinal extent of the tensioning device 20 along the tension axis LS.
  • FIG. 3a shows with the extension of the support element 10 perpendicular to the support axis LT and with the extension of the tensioning device 20 perpendicular to the tension axis LS the thickness or height of the support element 10 and the tensioning device 20.
  • FIG. 1 shows a tensioning device 20 comprising a tensioning element which extends between a first and a second fastening element 20a, 20b.
  • the clamping axis LS of the clamping device 20 and the supporting axis LT of the supporting element 10 are
  • FIG. 3b shows a schematic view of the tensioning device 20 and the support element 10 perpendicular to the view shown in FIG. 3a along the section AA.
  • the support element 10 extends substantially perpendicular to its thickness or height and longitudinal extent over a width that is greater than the extent of the tensioning device 20 over a width perpendicular to its thickness or height and longitudinal extent.
  • the tensioning element shown in FIGS. 3a and 3b is provided as a tensioning strand with individual wires.
  • the tensioning cord is fastened to the respective end sections in a first and second fastening element 20a, 20b designed as an anchor.
  • the respective end sections of the tension wire are braced in the anchor.
  • the anchors are in turn attached to the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10 in a preferred manner in a form-fitting and material-locking manner.
  • the support element 10 has a groove-like depression in the region of the first and second receiving sections 10a, 10b, in which the first and second fastening elements 20a, 20b are embedded or received transversely to the support axis LT.
  • the support element 10 forms the positive connection with the first and second fastening elements 20a, 20b.
  • the present preferred exemplary embodiment has a welded connection between the first and second fastening elements 20a, 20b and the first and second receiving sections 10a, 10b.
  • FIGS. 4a and 4b show a further preferred example of a tensioning device 20 fixed to a support element 10.
  • the tensioning axis LS and the support axis LT are spaced apart from one another by the distance D.
  • the support element 10 and the tensioning device 20 extend in the direction of the support axis LT or the tensioning axis LS with a longitudinal extent.
  • the tensioning device 20 lies essentially completely on the support element 10.
  • the distance D between the clamping axis LS and the supporting axis LT preferably corresponds to half the height or thickness of the supporting element 10 and half the height or thickness of the clamping device 20.
  • Figure 4b shows the support element 10 over its longitudinal extent and perpendicular to it across its width in a plan view.
  • FIG. 4c shows a schematic sectional illustration of the clamping device 20 fixed to the support element 10 in the region of the first receiving section 10a and the first Fastening surface 20a along the section AA.
  • FIG. 4c shows in particular an end view of the tensioning device 20 and the support element 10 over their height or thickness and their respective width.
  • the clamping device 20 is provided with a rod-shaped or band-shaped clamping element. It is to be understood that the tensioning device is essentially fixed to the support element 10 only via the first and second fastening sections 20a, 20b.
  • the clamping device 20 has the first and second fastening sections 20a, 20b as a clamp connection.
  • the clamping connection comprises a screw connection and a clamping element. To fix the tensioning element to the support element 10, the tensioning element between the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10 and a clamping element is non-positively braced with the screw connection.
  • both the first and second receiving sections 10a, 10b and the clamping element have corresponding bores.
  • the clamping connection for each fastening section 20a, 20b is provided with four screws. It is conceivable to vary the size or the strength and / or the number of screws, in particular with higher loads.
  • the clamping device 20 can then be fixed to the support element 10 by means of the screws guided through the bores.
  • the first and second fastening sections 20a, 20b and the first and second receiving sections 10a, 10b in such a way that they comprise first and second fastening surfaces and first and second receiving surfaces.
  • the first and second fastening surfaces and the first and second receiving surfaces have a roughness.
  • FIG. 5 shows a further preferred embodiment of a tensioning device 20 provided and fixed on a support element 10.
  • the tensioning device 20 is guided through the support element 10.
  • the support element 10 has a through hole essentially coaxial with the through hole.
  • the through bore receives a sleeve, at least in sections.
  • the sleeve is designed in particular for power transmission between the tensioning device 20 and the support element 10.
  • the clamping device 20 is arranged such that the clamping axis LS and the supporting axis LT of the supporting element 10 are arranged coaxially to one another.
  • the tensioning device 20 comprises a tensioning rope as a tensioning element.
  • the tensioning cable is fastened to respective end sections in a first and second fastening element 20a, 20b designed as an anchor.
  • the respective end sections of the tensioning cable are braced in the anchor.
  • the anchors are in turn fastened in a preferred manner to the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10.
  • the support element 10 essentially forms the end and second receiving sections 10a, 10b.
  • the first and second receiving sections 10a, 10b extend essentially perpendicular to the clamping axis LS and the supporting axis LT.
  • the first and second receiving sections 10a, 10b can in particular be formed by a receiving element encompassed by the supporting element.
  • FIG. 7 shows a second preferred sequence of a method for prestressing 100 a support element 10 of a building 1 with a tensioning device 20.
  • This preferred embodiment comprises, in addition to the steps of providing 110 and fixing 120 of the tensioning device 20 to the steps shown in FIG Support member 10, the steps of deforming 130 the jig with respect to an initial extension and transforming 135 the shape memory alloy of the jig 20.
  • FIG. 8 shows a third preferred sequence of a method for prestressing 100 a supporting element 10 of a building 1 with a tensioning device 20.
  • This third particularly preferred sequence supplements the second preferred sequence of a method by the steps: relieving 140 of the tensioning device 20, heating 145 the shape memory alloy a phase transition temperature, converting 150 of the shape memory alloy from the martensite phase in a deformation state into an austenite phase of a memory state, and prestressing 160 of the support element 10 in dependence on a reset voltage of the shape memory alloy induced by a memory extension.
  • the first and second preferred sequence of the method for prestressing 100 are explained below in the course of a detailed description of the third particularly preferred sequence of the method.
  • the method is described in particular with reference to the use of a tensioning device 20 for fastening to a bridge 1 according to FIG. 1a.
  • FIG. 1a shows a bridge 1 suitable for the road traffic of vehicles and people.
  • the bridge 1 comprises a horizontally arranged on two abutments Structure.
  • the bridge 1 preferably essentially comprises concrete, reinforced concrete, prestressed concrete, stone, steel.
  • the supporting structure In the installed state or in the operating state, the supporting structure has corresponding roadway elements and walkway elements.
  • the supporting structure In the installed state or in the operating state, the supporting structure is to be understood as a supporting element 10 which is mounted on the abutment by means of a fixed / loose bearing.
  • a tensioning device 20 is provided and fixed on the underside of the supporting structure.
  • the clamping device comprises one of the shape memory alloys described above, in particular an Fe-Mn-Si shape memory alloy.
  • the clamping device can have one of the shape memory alloys described in the patent specification EP 2 141 251 B1.
  • the tensioning device 20 is suitable for prestressing the structure 10 of the bridge 1 in order to prevent or avoid further cracks in the concrete, or at least to minimize them.
  • the lifespan of a bridge 1 which is prestressed accordingly with a tensioning device is preferably extended.
  • the tensioning device 20 is provided 110 and accordingly fixed 120 to the bridge 1.
  • the tensioning device 20 is fixed 120 to the structure 10 with a first and second fastening section on a first and second receiving section 10a, 10b.
  • the bridge 1 is now deformed as a result of the dead weight and the dynamic load of road traffic, the structure 10 bends downward between the abutments, the tensioning device 20 deforms accordingly.
  • the load 130 deforms the tensioning device 20 by 6% to 65% of the uniform expansion of the used Shape memory alloy.
  • the deformation of the supporting structure 10 therefore leads to an advance of the tensioning device 20, in particular the shape memory alloy.
  • pre-stretching in particular cold rolling, skin-dressing or other industrial pre-stretching before assembly, that is to say from preparation and fixing, can then be omitted. In particular, this saves resources and costs.
  • the correspondingly deformed clamping device 20 thus converts 135 from an initial state with an austenite phase to the deformed state with the martensite phase.
  • This phase transformation is in particular essentially due to the load F acting on the bridge and thus to a mechanical stress acting on the crystal structure of the austenite.
  • This phase change leads to a deformation extension in the deformation state which is greater than the initial extension of the tensioning device 20 in the initial state.
  • bridge 1 is relieved 140, that is to say road traffic is blocked and unnecessary weight is removed from bridge 1.
  • the clamping device 20 or the shape memory alloy is then heated 145 to a phase transition temperature, preferably between 25 ° C. and 400 ° C. 145.
  • the shape memory alloy being converted back 150 from the deformation state into the memory state, that is to say a phase transformation from the martensite phase to the austenite phase.
  • the memory extension is smaller than the deformation extension.
  • a prestressing force acts on the supporting structure 10 from the tensioning device 20.
  • the reshaping is designed such that the maximum permissible crack width of the material of the supporting structure 10 is undershot.
  • a prestress between 300MPa and 680MPa from the tensioning device 20 preferably acts on the structure.
  • prestressing 160 the supporting structure is to be reloaded accordingly, that is to say the measures and device taken to relieve the load are to be reversed or reversed again.
  • FIGS. 2, 7 and 8 can apply equally to the motor vehicle shown in FIG. 1b or the section of a building shown in FIG. 1c.
  • the methods are preferably also suitable for further possible designs of structures 1.
  • the motor vehicle shown as structure 1 in FIG. 1b comprises a body made of, for example, steel and / or aluminum as a supporting element 10.
  • a tensioning device 20 provided and fixed thereon for pretensioning the body.
  • FIG. 1 c shows a section of a building as a building 1, with a lintel 10 arranged horizontally on two posts, on the underside of which a fixing device 20 is fixed in the installed state or operating state.
  • FIG. 9 shows a further preferred sequence of a method for prestressing a support element 10 of a structure 1 with two tensioning devices 20.
  • This preferred method is particularly suitable for support elements 10 or structures 1 which are essentially angular with a load F, in particular perpendicular to a support axis LT are applied to the support member 10 or the structure 1.
  • two clamping devices are provided 1 10a, 1 10b and fixed to the support element 120a, 120b.
  • FIG. 6 A correspondingly preferred embodiment is shown in FIG. 6.
  • a tensioning device 20 is provided and fixed on two opposite sides of a support element 10.
  • This preferred embodiment is particularly suitable for support elements 10 of structures 1 which are essentially loaded with a load F transverse to the support axis LT, in particular with a bending moment.
  • the two clamping devices 20 are non-positively fixed to the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10 by means of a clamp connection.
  • the clamping device 20 arranged on the upper side in the installed state or operating state then acts as a pressure element 20 ′ and the clamping device 20 arranged on the lower side as a tension element 20 ".

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Abstract

The invention relates to a method (100) for prestressing a supporting element (10) of a structure (1), comprising the following steps: providing (110) a tensioning device (20) having a tensioning axis (LS), wherein the tensioning device (20) comprises or consists of a shape memory alloy which has a one-way effect, wherein the tensioning device (20) extends along the tensioning axis (LS) in a starting state with a starting extent between a first and a second fastening portion (20a, 20b), and fixing (120) the tensioning device (20) in the starting state at least by the first fastening portion (20a) to the first receiving portion (10a) of the supporting element (10) and by the second fastening portion (20b) to the second receiving portion (10b) of the supporting element (10). Here, the tensioning device (20) has an austenite phase in the starting state.

Description

Verfahren zum Vorspannen eines Bauwerks mit einer Spannvorrichtung und Verwendung einer solchen Spannvorrichtung zum Befestigen an einem Bauwerk  Method for prestressing a building with a tensioning device and use of such a tensioning device for fastening to a building
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorspannen eines Tragelements eines Bauwerks mit dem Schritt: Bereitstellen einer Spannvorrichtung mit einer Spannachse, wobei die Spannvorrichtung eine Formgedächtnislegierung umfasst oder aus einer solchen besteht. The invention relates to a method for prestressing a supporting element of a building, comprising the step of: providing a tensioning device with a tensioning axis, the tensioning device comprising or consisting of a shape memory alloy.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Spannvorrichtung zur dauerhaften Befestigung an einem Bauwerk zum Tragen einer Last und zum Aufbringen einer Spannung zur Sicherung des Bauwerks. The invention further relates to the use of a tensioning device for permanent attachment to a structure for carrying a load and for applying a tension to secure the structure.
Formgedächtnislegierungen sind Legierungen, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Nach einer vorangegangenen plastischen Verformung können diese Legierungen durch Überschreiten der Austenitstarttemperatur, kurz As- Temperatur, in ihre alte Form (programmierte Form) gebracht werden, was als Einweg- Effekt bezeichnet wird. Ferner existieren Legierungen, die bei zwei unterschiedlichen Temperaturen ihre Form erinnern. Solche weisen dann einen sogenannten Zweiweg -Effekt auf. Des Weiteren können Formgedächtnislegierungen ein pseudoelastisches Verhalten zeigen, das durch eine reversible spannungsinduzierte martensitische Umwandlung charakterisiert ist. Der Begriff Formgedächtnislegierung ist auch unter dem Begriff Formgedächtnismaterial bekannt. Shape memory alloys are alloys that can exist in two different crystal structures. After a previous plastic deformation, these alloys can be brought into their old form (programmed form) by exceeding the austenite start temperature, or A s temperature for short, which is called the one-way effect. There are also alloys that remember their shape at two different temperatures. These then have a so-called two-way effect. In addition, shape memory alloys can exhibit pseudo-elastic behavior, which is characterized by a reversible stress-induced martensitic transformation. The term shape memory alloy is also known under the term shape memory material.
Das thermische, chemische und mechanische Verhalten wird dabei maßgeblich durch die Legierungszusammensetzung und die Mikrostruktur bestimmt. The thermal, chemical and mechanical behavior is largely determined by the alloy composition and the microstructure.
Spannvorrichtungen dienen dazu, Bauwerke zu verstärken, Rissbildung vorzubeugen und zu vermeiden. Ferner lässt sich durch eine Spannvorrichtung die Lebensdauer von Bauwerken verlängern. Üblicherweise werden Bauwerke oder einzelne Segmente oder Elemente von Bauwerken mit einer Spannvorrichtung vorgespannt. Insbesondere wird eine solche Spannvorrichtung bereits heute etwa zur Verstärkung gegen das Durchbiegen von Betonteilen oder zur Umschnürung beispielsweise von Stützen zur Erhöhung der Axialbelastung und zur Schubverstärkung eingesetzt. Dazu ist das Bauwerk mit Spanngliedern im Verbund oder ohne Verbund mit dem jeweiligen Bauwerk vorzuspannen. Aus WO 2014/166003 A2 und CN 107407100 A ist jeweils ein Verfahren zum Erstellen vorgespannter Betonbauteile in Neukonstruktionen bekannt. Ferner betreffen diese ein Verfahren, um bestehende Bauwerke nachträglich zu verstärken. In WO 2014/166003 A2 werden zum Vorspannen vorgesehene Profile aus Formgedächtnislegierungen mittels zementgebundenem Mörtel mit dem Bauwerk verbunden. Weitere Verbesserungen sind wünschenswert. Clamping devices serve to reinforce buildings, prevent and prevent cracking. Furthermore, the lifespan of buildings can be extended by means of a tensioning device. Buildings or individual segments or elements of buildings are usually prestressed with a tensioning device. In particular, such a tensioning device is already being used today, for example, to reinforce against the bending of concrete parts or to tie up supports, for example, to increase the axial load and to increase the thrust. For this purpose, the structure must be prestressed with tendons in a bond or without bond with the respective structure. WO 2014/166003 A2 and CN 107407100 A each disclose a method for creating prestressed concrete components in new designs. Furthermore, these relate to a procedure to subsequently reinforce existing structures. In WO 2014/166003 A2, pre-stressed profiles made of shape memory alloys are connected to the building by means of cement-bound mortar. Further improvements are desirable.
Häufig werden Bauwerke mit Spanngliedern im Verbund vorgespannt. Allerdings lässt sich, ist der Verbund einmal hergestellt, die Vorspannkraft nachträglich nicht mehr einstellen bzw. lastabhängig anpassen. Es lassen sich dann allenfalls Bauwerkelemente samt der im Verbund vorgespannten Spannglieder entfernen und durch gleichartige Elemente ersetzen, beispielsweise Brückenabschnitte. Durch die Vorspannung von Spanngliedern ohne Verbund lässt sich die Vorspannung zwar -je nach Bauwerk - nachträglich justieren, allerdings geht dies mit einem hohen Ressourceneinsatz und hohen Kosten einher. Buildings with tendons are often prestressed in a composite. However, once the bond has been established, the preload can no longer be adjusted or adjusted depending on the load. Then, at most, structural elements together with the tendons prestressed in the composite can be removed and replaced by similar elements, for example bridge sections. By prestressing tendons without a bond, the prestress can be adjusted retrospectively, depending on the structure, but this is associated with a high level of resources and high costs.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vorspannen von Bauwerken und eine Verwendung einer Spannvorrichtung bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile verringern oder beseitigen und/oder gegenüber existierenden Lösungen verbessert sind. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vorspannen von Bauwerken und eine Verwendung einer Spannvorrichtung bereitzustellen, welche ein vereinfachtes Vorspannen mit einem geringeren Ressourcenaufwand, insbesondere mit einem geringeren Personal- , Zeit- und Maschineneinsatz, ermöglicht. Ferner ist es insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vorspannen von Bauwerken und eine Verwendung einer Spannvorrichtung bereitzustellen, welche ein kostengünstigeres Vorspannen der Bauwerke ermöglichen. It is therefore an object of the present invention to provide a method for prestressing structures and the use of a tensioning device which reduce or eliminate one or more of the disadvantages mentioned and / or are improved over existing solutions. In particular, it is an object of the present invention to provide a method for prestressing structures and the use of a tensioning device which enables simplified prestressing with less resource expenditure, in particular with less manpower, time and machine use. Furthermore, it is in particular an object of the present invention to provide a method for prestressing structures and the use of a tensioning device, which enable inexpensive prestressing of the structures.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Spannvorrichtung mit einer Spannachse, wobei die Spannvorrichtung eine Formgedächtnislegierung umfasst oder aus einer solchen besteht, die einen Einwegeffekt aufweist, wobei sich die Spannvorrichtung entlang der Spannachse in einem Ausgangszustand mit einer Ausgangserstreckung zwischen einem ersten und einem zweiten Befestigungsabschnitt erstreckt, und Fixieren der Spannvorrichtung im Ausgangszustand wenigstens mit dem ersten Befestigungsabschnitt an dem ersten Aufnahmeabschnitt des Tragelements und dem zweiten Befestigungsabschnitt an dem zweiten Aufnahmeabschnitt des Tragelements, wobei die Spannvorrichtung in dem Ausgangszustand eine Austenitphase aufweist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das Tragelemente eines Bauwerks lastbedingt über die Zeit zunehmend mehr durchhängen, also verformt sind. Die Erkenntnis stützt sich beispielsweise auf das Verhalten von Brücken von Kraftfahrzeugen, die üblicherweise mit zunehmender Betriebszeit durchhängen. Diese Problematik ist darüber hinaus beispielsweise auch von Regalen oder Gebäuden bekannt. This object is achieved with a method comprising the steps: providing a tensioning device with a tensioning axis, the tensioning device comprising or consisting of a shape memory alloy which has a one-way effect, the tensioning device being along the tensioning axis in an initial state with an initial extension between one extends first and a second fastening portion, and fixing the tensioning device in the initial state at least with the first fastening portion on the first receiving portion of the support element and the second fastening portion on the second receiving portion of the supporting element, wherein the tensioning device has an austenite phase in the initial state. The invention is based on the finding that load-bearing elements of a building sag more and more over time due to the load, that is to say they are deformed. The knowledge is based, for example, on the behavior of motor vehicle bridges, which usually sag with increasing operating time. This problem is also known, for example, from shelves or buildings.
Die Spannvorrichtung erstreckt sich entlang der Spannachse mit einer Längserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt. Vorzugsweise umfasst die Spannvorrichtung ein Spannelement, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt erstreckt. Eine solche Spannvorrichtung kann eine Spannlitze oder ein Spannseil als Spannelement umfassen oder daraus bestehen. Insbesondere kann die Spannvorrichtung einen oder mehrere Drähte aufweisen. Weiterhin ist es denkbar, dass die Spannvorrichtung stangenförmig oder stabförmig ausgebildet ist. Das Spannelement kann ferner insbesondere flach, bevorzugt bandförmig oder blechförmig ausgebildet sein. Als Halbzeuge eignen sich für die Spannvorrichtung insbesondere Endlosprodukte, wie Bänder, Bleche, Coils, Drähte und dergleichen. The tensioning device extends along the tension axis with a longitudinal extent between the first and the second fastening section. The tensioning device preferably comprises a tensioning element which extends between the first and the second fastening section. Such a tensioning device can comprise or consist of a tensioning strand or a tensioning rope as tensioning element. In particular, the tensioning device can have one or more wires. Furthermore, it is conceivable that the clamping device is rod-shaped or rod-shaped. The tensioning element can furthermore in particular be flat, preferably in the form of a band or sheet. Continuous products, such as strips, sheets, coils, wires and the like, are particularly suitable as semifinished products for the clamping device.
Die Längserstreckung der Spannvorrichtung ist in aller Regel um ein Vielfaches größer als eine sich zu der Spannachse senkrecht erstreckende Breite und Höhe bzw. Dicke der Spannvorrichtung. Ferner ist die Längserstreckung insbesondere um ein Vielfaches größer als eine sich zu der Spannachse radial erstreckende Radialerstreckung und eine sich zu der Spannachse tangential erstreckende Umfangserstreckung der Spannvorrichtung. The longitudinal extent of the tensioning device is generally many times greater than a width and height or thickness of the tensioning device extending perpendicular to the tensioning axis. Furthermore, the longitudinal extent is in particular many times greater than a radial extent extending radially to the clamping axis and a circumferential extent of the clamping device extending tangentially to the clamping axis.
Die Spannvorrichtung weist senkrecht zur Spannachse einen Querschnitt auf. Der Querschnitt kann hierbei jegliche Form haben, vorzugsweise kreisförmig, oval, eckig oder dergleichen. Insbesondere kann der Querschnitt der Spannvorrichtung beispielsweise I- förmig, T-förmig, H-förmig, U-förmig oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Querschnitt entlang der Spannachse konstant. Alternativ kann der Querschnitt der Spannvorrichtung entlang der Spannachse, zumindest abschnittsweise, variieren. The clamping device has a cross section perpendicular to the clamping axis. The cross section can have any shape, preferably circular, oval, square or the like. In particular, the cross section of the tensioning device can be, for example, I-shaped, T-shaped, H-shaped, U-shaped or the like. The cross section along the clamping axis is preferably constant. Alternatively, the cross section of the clamping device can vary, at least in sections, along the clamping axis.
Im Einbauzustand bzw. im Betriebszustand überträgt die Spannvorrichtung eine Kraft vorzugsweise im Wesentlichen entlang der Spannachse. Auf die Spannvorrichtung kann ferner eine Kraft in einem Winkel zu der Spannachse wirken. Ergänzend oder alternativ kann die Spannvorrichtung auch ein Moment, insbesondere ein Biegemoment oder ein Torsionsmoment übertragen. Die Spannachse ist in aller Regel eine Gerade, weist also im Wesentlichen keine Krümmung auf. Alternativ kann die Spannachse zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen, insbesondere ist bei einer auf die Spannvorrichtung winklig zur Spannachse wirkenden Last, die Spannachse bogenförmig. Vorzugsweise ist die Spannvorrichtung zu der Spannachse koaxial angeordnet. In the installed state or in the operating state, the tensioning device preferably transmits a force essentially along the tension axis. A force can also act on the clamping device at an angle to the clamping axis. Additionally or alternatively, the tensioning device can also transmit a moment, in particular a bending moment or a torsional moment. As a rule, the clamping axis is a straight line, ie it has essentially no curvature. As an alternative, the clamping axis can run at least in sections in the form of an arc, in particular with one on the Clamping device acting at an angle to the load on the load axis, the load axis arched. The clamping device is preferably arranged coaxially with the clamping axis.
Die Spannvorrichtung umfasst wenigstens abschnittsweise entlang der Spannachse die Formgedächtnislegierung. Bevorzugt umfasst die Spannvorrichtung einen Abschnitt mit einer Formgedächtnislegierung mit einer konstanten Längserstreckung über die Breite und/oder die Höhe der Spannvorrichtung. Ferner umfasst die Spannvorrichtung einen Abschnitt mit einer Formgedächtnislegierung mit einer konstanten Längserstreckung über die Radialerstreckung oder Umfangserstreckung der Spannvorrichtung. Insbesondere ist die Längserstreckung der von der Spannvorrichtung umfassten Formgedächtnislegierung über den Querschnitt im Wesentlichen konstant. Alternativ kann die Spannvorrichtung quer zu der Spannachse, über die Breite und/oder die Höhe bzw. über die Umfangserstreckung oder die Radialerstreckung eine variierende Längserstreckung der Formgedächtnislegierung aufweisen. Vorzugsweise nimmt die Längserstreckung der Formgedächtnislegierung über die Breite oder Höhe bzw. Radialerstreckung der Spannvorrichtung senkrecht zur Spannachse zu bzw. ab. The clamping device comprises the shape memory alloy at least in sections along the clamping axis. The tensioning device preferably comprises a section with a shape memory alloy with a constant longitudinal extent over the width and / or the height of the tensioning device. Furthermore, the clamping device comprises a section with a shape memory alloy with a constant longitudinal extension over the radial or circumferential extension of the clamping device. In particular, the longitudinal extent of the shape memory alloy encompassed by the tensioning device is essentially constant over the cross section. Alternatively, the clamping device can have a varying longitudinal extension of the shape memory alloy across the clamping axis, over the width and / or the height or over the circumferential extent or the radial extent. The longitudinal extension of the shape memory alloy preferably increases or decreases over the width or height or radial extension of the clamping device perpendicular to the clamping axis.
Als Formgedächtnislegierung kann jede geeignete Formgedächtnislegierung, vorzugsweise eisenbasiert, verwendet werden, die einen Einwegeffekt aufweist. Bevorzugte Formgedächtnislegierungen sind beispielsweise NiTi-basierte, Cu-basierte oder Fe-basierte Legierungen. Any suitable shape memory alloy, preferably iron-based, which has a one-way effect, can be used as the shape memory alloy. Preferred shape memory alloys are, for example, NiTi-based, Cu-based or Fe-based alloys.
Bereitstellen der Spannvorrichtung heißt bevorzugt, dass die Spannvorrichtung bereitsteht, um an dem Tragelement für den Einbauzustand bzw. Betriebszustand fixiert zu werden. Eine bereitgestellte Spannvorrichtung steht vorzugsweise zum Fixieren an dem Tragelement zur Verfügung. Bereitstellen umfasst insbesondere, dass die Spannvorrichtung an der Einbauposition bzw. der Betriebsposition bereitgestellt wird. Besonders bevorzugt steht die Spannvorrichtung zur Montage an dem Tragelement bereit. Provision of the tensioning device preferably means that the tensioning device is ready to be fixed on the support element for the installed state or operating state. A provided clamping device is preferably available for fixing to the support element. Providing includes in particular that the tensioning device is provided at the installation position or the operating position. The tensioning device is particularly preferably available for mounting on the support element.
Es ist zu verstehen, dass die Spannvorrichtung zum Bereitstellen in dem Ausgangszustand eine Austenitphase aufweist. Insbesondere ist zu verstehen, dass die Spannvorrichtung in dem Ausgangszustand in vorteilhafter Weise nicht vorgereckt bereitgestellt wird. Besonders bevorzugt wird die Spannvorrichtung bzw. die Formgedächtnislegierung nicht plastisch kaltverform bereitgestellt. It is to be understood that the tensioning device has an austenite phase for provision in the initial state. In particular, it should be understood that the tensioning device is advantageously not provided in a pre-stretched state in the initial state. The tensioning device or the shape memory alloy is particularly preferably not provided in a plastically cold-formed manner.
Der erste und zweite Befestigungsabschnitt ist zum Fixieren der Spannvorrichtung an dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt des Tragelements ausgebildet. Das Tragelement erstreckt sich dabei vorzugsweise entlang einer Tragachse mit einer Längserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Aufnahmeabschnitt. Fixieren kann hierbei auch Anschließen, Aufnehmen oder Befestigen bedeuten. Der erste und zweite Aufnahmeabschnitt des Tragelements nehmen also die Spannvorrichtung, insbesondere den ersten und zweiten Befestigungsabschnitt, auf und übertragen die auf das Tragelement wirkende Last und damit einhergehende Verformung des Tragelements auf die Spannvorrichtung. In geeigneter Weise führt die Verformung bevorzugt zu einem Vorrecken der Spannvorrichtung, insbesondere der Formgedächtnislegierung. Ferner kann auch die Spannvorrichtung eine Kraft auf das Tragelement übertragen. Der Verfahrensschritt Fixieren erfolgt vorzugsweise durch eine kraftschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schraubverbindung. Ferner vorzugsweise kann der Verfahrensschritt Fixieren durch eine formschlüssige Verbindung erfolgen. Insbesondere kann der Verfahrensschritt Fixieren durch eine stoffschlüssige Verbindung umgesetzt sein, beispielsweise durch eine Klebverbindung oder Schweißverbindung. In bevorzugter Weise kann der Verfahrensschritt Fixieren durch eine Kombination der kraftschlüssigen, formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung umgesetzt werden. The first and second fastening sections are designed to fix the tensioning device to the first and second receiving sections of the support element. The support element preferably extends along a support axis with a longitudinal extension between the first and the second receiving section. Fixing can also mean connecting, picking up or fastening. The first and second receiving section of the support element thus take up the tensioning device, in particular the first and second fastening section, and transmit the load acting on the support element and the associated deformation of the support element to the tensioning device. In a suitable manner, the deformation preferably leads to an advance of the tensioning device, in particular the shape memory alloy. Furthermore, the tensioning device can also transmit a force to the support element. The fixing method step is preferably carried out by a non-positive connection, in particular by a screw connection. Furthermore, the fixing method step can preferably be carried out by means of a positive connection. In particular, the fixing method step can be implemented by a material connection, for example by an adhesive connection or welded connection. In a preferred manner, the fixing method step can be implemented by a combination of the non-positive, positive and / or material connection.
Insbesondere sind der erste und zweite Befestigungsabschnitt und der erste und zweite Aufnahmeabschnitt zum Fixieren mit einer Schraubverbindung und/oder formschlüssigen Verbindung ausgebildet. Vorzugsweise wird die Spannvorrichtung lösbar an dem Tragelement fixiert, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung und/oder Klemmverbindung. Alternativ oder ergänzend können der erste und zweite Befestigungsabschnitt der Spannvorrichtung stoffschlüssig mit dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt des Tragelements verbunden sein. Besonders bevorzugt weisen der erste und zweite Befestigungsabschnitt eine Befestigungsfläche mit einer bevorzugten Rauheit auf. Ergänzend bevorzugt weisen der erste und zweite Aufnahmeabschnitt eine Aufnahmefläche mit einer bevorzugten Rauheit auf. Vorzugsweise liegt die Rauheit (Ra- Wert) in einem Bereich von 1 pm bis 10 pm, weiter bevorzugt 2 pm bis 8 pm, 2 pm bis 7 pm, 2 pm bis 5 pm, besonders bevorzugt 4 pm bis 5 pm. Die Befestigungsflächen sind zur Befestigung an dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt ausgebildet. Die Aufnahmeflächen sind zum Fixieren des ersten und zweiten Befestigungsabschnitts an dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt ausgebildet. In particular, the first and second fastening sections and the first and second receiving sections are designed for fixing with a screw connection and / or a positive connection. The tensioning device is preferably detachably fixed to the support element, for example by means of a screw connection and / or clamp connection. Alternatively or additionally, the first and second fastening section of the tensioning device can be integrally connected to the first and second receiving section of the support element. The first and second fastening sections particularly preferably have a fastening surface with a preferred roughness. In addition, the first and second receiving sections preferably have a receiving surface with a preferred roughness. The roughness (Ra value) is preferably in a range from 1 pm to 10 pm, more preferably 2 pm to 8 pm, 2 pm to 7 pm, 2 pm to 5 pm, particularly preferably 4 pm to 5 pm. The fastening surfaces are designed for fastening to the first and second receiving sections. The receiving surfaces are designed to fix the first and second fastening sections to the first and second receiving sections.
Die Spannvorrichtung kann auch integraler Bestandteil des Tragelements sein oder das Tragelement ausbilden. In besonders geeigneter Weise sind der erste und zweite Befestigungsabschnitt jeweils als ein Befestigungselement ausgebildet. Vorzugsweise sind das jeweilige Befestigungselement und das Spannelement geeignet, miteinander lösbar, insbesondere durch eine Klemmverbindung, kraftschlüssig verbunden zu werden. Insbesondere umfasst oder besteht die Spannvorrichtung aus dem Spannelement und zwei Befestigungselementen. Es ist denkbar, die Klemmverbindung mittels einer Schraubenverbindung zu realisieren. Alternativ oder ergänzend ist ferner eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Spannelement und dem Befestigungselement denkbar, etwa durch eine Nase oder einen Haken, die mit einer entsprechenden Nut im Eingriff stehen kann. Ergänzend oder alternativ ist auch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung oder Klebeverbindung, denkbar. The tensioning device can also be an integral part of the support element or form the support element. In a particularly suitable manner, the first and second fastening sections are each designed as a fastening element. The respective fastening element and the tensioning element are preferably suitable for being non-positively connected to one another, in particular by means of a clamp connection. In particular, the tensioning device comprises or consists of the tensioning element and two fastening elements. It is conceivable to implement the clamp connection by means of a screw connection. As an alternative or in addition, a positive connection between the tensioning element and the fastening element is also conceivable, for example by means of a nose or a hook, which can be in engagement with a corresponding groove. Additionally or alternatively, a material connection, in particular a welded connection or adhesive connection, is also conceivable.
In vorteilhafter Weise kann die aus dem Eigengewicht des Tragelements oder die aus der auf das Tragelement wirkenden Last resultierende Verformung des Tragelements zum Vorrecken der Formgedächtnislegierung genutzt werden. Insbesondere kann der Herstellungsschritt der plastischen Kaltverformung, beispielsweise durch Kaltwalzen, entfallen. Die erfindungsgemäße Anordnung spart insbesondere bereits in der Herstellung in vorteilhafter Weise den Herstellungsschritt Vorrecken ein. Besonders bevorzugt wird der Einsatz von Zeit, Ressourcen und Personal eingespart. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage einer nicht vorgereckten Spannvorrichtung ermöglicht insbesondere kostengünstig hergestellte Halbzeuge bereitzustellen und zu montieren, die eine Formgedächtnislegierung aufweisen. Advantageously, the deformation of the support element resulting from the dead weight of the support element or from the load acting on the support element can be used to stretch the shape memory alloy. In particular, the manufacturing step of plastic cold forming, for example by cold rolling, can be omitted. The arrangement according to the invention saves the pre-stretching production step in an advantageous manner even during manufacture. The use of time, resources and personnel is particularly preferred. The method according to the invention for assembling a non-pre-stretched clamping device makes it possible, in particular, to provide and assemble semi-finished products which are inexpensive and which have a shape memory alloy.
Weiter ist bevorzugt, dass das Verfahren zum Vorspannen die Schritte umfasst: Verformen der Spannvorrichtung in Bezug auf die Ausgangserstreckung um eine relative Umwandlungsverformung in Abhängigkeit der Last und Umwandeln derIt is further preferred that the method for prestressing comprises the steps: deforming the tensioning device with respect to the initial extension by a relative transformation deformation depending on the load and converting the
Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung von der Austenitphase imShape memory alloy of the jig from the austenite phase in
Ausgangszustand in eine Martensitphase eines Verformungszustands mit einer Verformungserstreckung entlang der Spannachse. Initial state in a martensite phase of a deformation state with a deformation extension along the span axis.
Über das Tragelement wirkt eine Kraft auf die Spannvorrichtung. Die Spannvorrichtung wird in Abhängigkeit einer auf das Tragelement wirkenden Last verformt. Dazu führt die auf das Tragelement wirkende Last zu einer Kraft, die auf die Spannvorrichtung wirkt. Die von dem Tragelement auf die Spannvorrichtung wirkende Kraft ist also von der Last abhängig. Die Last kann punktuell oder als Flächenlast auf das Tragelement wirken. Im Allgemeinen wird die Last im Wesentlichen senkrecht zu der Tragachse auf das Tragelement wirken. Es ist ergänzend denkbar, dass weiterhin eine Last im Wesentlichen parallel zu der Tragachse auf das Tragelement wirkt. Es ist zu verstehen, dass die Last insbesondere asymmetrisch auf das Tragelement wirken kann. Insbesondere kann die Last als Flächenlast monoton steigend und/oder monoton fallend sein. Alternativ und/oder ergänzend kann auch eine konstante Flächenlast auf das Tragelement wirken. A force acts on the tensioning device via the support element. The tensioning device is deformed as a function of a load acting on the support element. For this purpose, the load acting on the support element leads to a force which acts on the tensioning device. The force acting on the tensioning device from the support element is therefore dependent on the load. The load can act selectively or as a surface load on the support element. In general, the load will act on the support element substantially perpendicular to the support axis. It is also conceivable that a load remains essentially acts parallel to the support axis on the support element. It is to be understood that the load can act in particular asymmetrically on the support element. In particular, the load can be monotonically increasing and / or monotonically decreasing as a surface load. Alternatively and / or in addition, a constant surface load can also act on the support element.
Es ist zu verstehen, dass die Last einen statischen und einen dynamischen Lastanteil umfassen kann. Der statische und dynamische Lastanteil können sich überlagern. Der statische Lastanteil resultiert beispielsweise aus dem Eigengewicht des Tragelements bzw. des Bauwerks und weiteren stationär angeordneten Einheiten. Der statische Lastanteil ist im Wesentlichen konstant. Die dynamische Last ist beispielsweise vom Wetter, also von Winden, und/oder vom Straßenverkehr, etwa Fahrzeugen oder Personen, abhängig. Insbesondere kann der dynamische Lastanteil eine Überlagerung verschiedener dynamischer Lastverläufe aufweisen, beispielsweise von Fahrzeugen und dem Wind. Insbesondere können unterschiedliche Frequenzen und/oder Amplituden die dynamischen Lastverläufe charakterisieren. Einzelne dynamische Lastverläufe können periodisch sein. Es ist zu verstehen, dass die Last und damit auch die Kraft über die Zeit variieren können. It is understood that the load can comprise a static and a dynamic load component. The static and dynamic load share can overlap. The static load component results, for example, from the dead weight of the supporting element or the structure and other stationary units. The static load component is essentially constant. The dynamic load depends, for example, on the weather, that is to say on winds, and / or on road traffic, for example vehicles or people. In particular, the dynamic load component can have a superposition of different dynamic load profiles, for example of vehicles and the wind. In particular, different frequencies and / or amplitudes can characterize the dynamic load profiles. Individual dynamic load profiles can be periodic. It is to be understood that the load and thus the force can vary over time.
Je nach Lastgröße, Lastwechseln, Lastrichtung und spezifischer konstruktiver Ausgestaltung des Tragelements bzw. des Bauwerks verformt sich das Tragelement senkrecht und/oder entlang der Tragachse. Entsprechend ändert sich die Anordnung des ersten und zweiten Aufnahmeabschnitts und die Anordnung des daran fixierten ersten und zweiten Befestigungsabschnitts zueinander. Dies führt zu einer entsprechenden Verformung der Spannvorrichtung senkrecht und/oder entlang der Spannachse. Depending on the load size, load changes, load direction and specific structural design of the support element or the structure, the support element deforms vertically and / or along the support axis. The arrangement of the first and second receiving sections and the arrangement of the first and second fastening sections fixed thereon change accordingly. This leads to a corresponding deformation of the clamping device perpendicular and / or along the clamping axis.
Vorzugsweise wirkt die Last auf das Tragelement im Wesentlichen als Zugkraft auf die Spannvorrichtung. Ergänzend und/oder alternativ kann die Last auch als Moment, insbesondere als Biegemoment und/oder Torsionsmoment auf die Spannvorrichtung wirken. Insbesondere ist denkbar, dass die Last ergänzend oder alternativ als Druckkraft auf die Spannvorrichtung wirkt. Insbesondere ist zu verstehen, dass die auf die Spannvorrichtung wirkende Kraft zwischen der Zugkraft und der Druckkraft wechseln kann. Weiterhin kann auch die Wirkungsrichtung des Biegemoments und/oder des Torsionsmoments wechseln. Die Wechsel hängen im Wesentlichen von dem dynamischen Lastanteil bzw. den einzelnen dynamischen Lastverläufen ab. The load on the support element preferably acts essentially as a tensile force on the tensioning device. In addition and / or alternatively, the load can also act on the tensioning device as a moment, in particular as a bending moment and / or torsional moment. In particular, it is conceivable that the load acts additionally or alternatively as a compressive force on the tensioning device. In particular, it should be understood that the force acting on the tensioning device can alternate between the tensile force and the compressive force. Furthermore, the direction of action of the bending moment and / or the torsional moment can also change. The changes essentially depend on the dynamic load component or the individual dynamic load profiles.
Die Formgedächtnislegierung wandelt in Abhängigkeit einer entlang der Spannachse gemessenen relativen Umwandlungsverformung von der Austenitphase in den Verformungszustand mit der Martensitphase. Besonders bevorzugt liegt die Martensitphase in dem Verformungszustand als e-Martensit in einer hexagonalen Kristallgitterstruktur vor. Ferner kann die Martensitphase hexagonale Kristallgitterstrukturen des e-Martensits und kubisch raumzentrierte Kristallgitterstrukturen des ά-Martensits aufweisen. The shape memory alloy changes depending on a relative transformation deformation measured along the span axis from the austenite phase to the deformation state with the martensite phase. The is particularly preferably Martensite phase in the deformation state as e-martensite in a hexagonal crystal lattice structure. Furthermore, the martensite phase can have hexagonal crystal lattice structures of the e-martensite and cubic body-centered crystal lattice structures of the ά-martensite.
Die relative Umwandlungsverformung ist die lastbedingte Längenänderung der Spannvorrichtung bezogen auf die Ausgangserstreckung. Insbesondere bezieht sich die relative Umwandlungsverformung auf eine Verformung im Wesentlichen parallel und/oder koaxial zu der Spannachse. Die relative Umwandlungsverformung wird auch als Dehnung e bezeichnet. Es ist zu verstehen, dass die relative Umwandlungsverformung ein pseudoplastisches Verformen des Martensits umfasst. Vorzugsweise ist die relative Umwandlungsverformung der Spannvorrichtung beim Verformen größer als eine elastische und pseudoelastische Dehnung der Formgedächtnislegierung. Wichtig beim Verformen ist, dass tatsächlich eine plastische Verformung stattfindet, sodass die elastische und pseudoelastische Dehnung überschritten wird. The relative transformation deformation is the load-related change in length of the clamping device in relation to the initial extent. In particular, the relative transformation deformation relates to a deformation essentially parallel and / or coaxial to the clamping axis. The relative transformation deformation is also referred to as strain e. It is understood that the relative transformation deformation includes pseudoplastic deformation of the martensite. The relative transformation deformation of the tensioning device during the deformation is preferably greater than an elastic and pseudo-elastic expansion of the shape memory alloy. It is important when deforming that plastic deformation actually takes place, so that the elastic and pseudo-elastic expansion is exceeded.
Um ein Zerstören des Materials zu verhindern, liegt die relative Umwandlungsverformung vorzugsweise unterhalb der Gesamtdehnung bei Bruch A . Insbesondere ist die relative Umwandlungsverformung der Spannvorrichtung geringer als die Gleichmaßdehnung Ag. Hierdurch wird eine Überlastung des Materials vermieden. Vorzugsweise ist die relative Umwandlungsverformung der Spannvorrichtung beim Verformen geringer als A , und/oder Ag, gemessen nach DIN EN ISO 6892-1 , Stand 2017-02. Vorzugsweise beträgt die relative Umwandlungsverformung wenigstens etwa 6 % Ag und/oder höchstens etwa 65 % Ag. Vorzugsweise liegt die relative Umwandlungsverformung in einem Bereich von 17 - 25 % Ag. Bevorzugte Werte für die relative Umwandlungsverformung der Spannvorrichtung beim Verformen liegen vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 8 %, 3 bis 7 %, 4 bis 6 %, bevorzugt in etwa 5 %. Auch andere Bereiche können bevorzugt sein, beispielsweise 2 bis 5 %, oder 5 bis 9 %, je nachdem welche Formgedächtnislegierung verwendet wird. To prevent the material from being destroyed, the relative transformation deformation is preferably below the total elongation at break A. In particular, the relative transformation deformation of the tensioning device is less than the uniform expansion A g . This avoids overloading the material. The relative transformation deformation of the tensioning device during deformation is preferably less than A, and / or A g , measured in accordance with DIN EN ISO 6892-1, as of 2017-02. Preferably the relative transformation strain is at least about 6% A g and / or at most about 65% A g . The relative transformation deformation is preferably in a range of 17-25% A g . Preferred values for the relative transformation deformation of the tensioning device during deformation are preferably in a range from 1 to 10%, preferably 2 to 8%, 3 to 7%, 4 to 6%, preferably approximately 5%. Other ranges can also be preferred, for example 2 to 5%, or 5 to 9%, depending on which shape memory alloy is used.
Vorzugsweise wird die relative Umwandlungsverformung der Spannvorrichtung beim Verformen so eingestellt, dass eine auf die Formgedächtnislegierung bezogene maximale Rückstellspannung, und/oder maximale Rückstellbewegung erhalten wird. Je nachdem zu welchem Einsatzzweck die Spannvorrichtung dient, ist entweder eine maximale Rückstellspannung oder maximale Rückstellbewegung bevorzugt. Es kann auch ein Optimum aus beiden gefunden werden, wenn dies für den jeweiligen Anwendungsfall bevorzugt ist. Die relative Umwandlungsverformung beträgt bei im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eingesetzten Formgedächtnislegierungen vorzugsweise in etwa 5 %, bzw. befindet sich in den oben genannten Bereichen. The relative transformation deformation of the tensioning device during the deformation is preferably set in such a way that a maximum restoring stress and / or maximum restoring movement based on the shape memory alloy is obtained. Depending on the purpose for which the tensioning device is used, either a maximum reset voltage or a maximum reset movement is preferred. An optimum of both can also be found if this is preferred for the respective application. The relative transformation deformation is in the context of Shape memory alloys used in this disclosure preferably in about 5%, or is in the above-mentioned areas.
Besonders bevorzugt ist die Formgedächtnislegierung eine Eisen- Formgedächtnislegierung und wird in einer Austenitphase bereitgestellt. In einer bevorzugten Variante ist die Eisenformgedächtnislegierung ein FeMnSi-System. Diese eignen sich besonders als Formgedächtnislegierungen und haben gezeigt, dass sie gute Rückstelleigenschaften aufweisen. Ergänzend und/oder alternativ zu den Fe-basierten Legierungen umfasst die Formgedächtnislegierung bevorzugt eine Cu-basierte und/oder NiTi-basierte Legierung. Cu-basierte Legierungen sind beispielsweise CuZn, CuZnAI, Cu13,95AI3,93Ni (Gewichtprozent), CuAIMn. CuAIBeMn, CuAIMnV. NiTi-basierte Legierungen sind beispielsweise Ti16Zr10Nb4Ta (Atomprozent), NiTi, NiMnlnMg, PtTi. The shape memory alloy is particularly preferably an iron shape memory alloy and is provided in an austenite phase. In a preferred variant, the iron shape memory alloy is an FeMnSi system. These are particularly suitable as shape memory alloys and have shown that they have good recovery properties. In addition and / or as an alternative to the Fe-based alloys, the shape memory alloy preferably comprises a Cu-based and / or NiTi-based alloy. Cu-based alloys are, for example, CuZn, CuZnAI, Cu13.95AI3.93Ni (weight percent), CuAIMn. CuAIBeMn, CuAIMnV. NiTi-based alloys are, for example, Ti16Zr10Nb4Ta (atomic percent), NiTi, NiMnlnMg, PtTi.
In Abhängigkeit der relativen Umwandlungsverformung wandelt die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung aus dem Ausgangszustand mit der Austenitphase in die Martensitphase des Verformungszustands. Die Umwandlung von der Austenitphase in die Martensitphase ist also insbesondere durch Anlegen einer durch die Last bedingten Kraft und damit mechanischen Spannung induziert. Die induzierte mechanische Spannung ist vorzugsweise kleiner als die Streckgrenze der Formgedächtnislegierung in der Austenitphase. Die Umwandlung von der Austenitphase in die Martensitphase erfolgt im Wesentlichen diffusionslos, insbesondere durch Schwerbewegungen. Depending on the relative transformation deformation, the shape memory alloy of the clamping device changes from the initial state with the austenite phase to the martensite phase of the deformation state. The conversion from the austenite phase to the martensite phase is thus particularly induced by the application of a force caused by the load and thus mechanical stress. The induced mechanical stress is preferably less than the yield strength of the shape memory alloy in the austenite phase. The transformation from the austenite phase to the martensite phase is essentially diffusion-free, especially due to heavy movements.
Insbesondere wandelt die Formgedächtnislegierung in einem Temperaturintervall von der Austenitphase in die Martensitphase um, bei der die Temperatur oberhalb der Martensit- Finish-Temperatur Mf und unterhalb der Martensit-Deformation-Temperatur Md liegt. Die Martensitfinish-Temperatur Mf und die Martensit-Deformation-Temperatur Md hängen im Wesentlichen von der Art der Formgedächtnislegierung ab. In particular, the shape memory alloy converts in a temperature interval from the austenite phase to the martensite phase, at which the temperature lies above the martensite finish temperature M f and below the martensite deformation temperature M d . The martensite finishing temperature M f and the martensite deformation temperature M d essentially depend on the type of shape memory alloy.
In vorteilhafter Weise kann die aus dem Eigengewicht des Tragelements oder die aus der auf das Tragelement wirkenden Last resultierende Verformung des Tragelements zum Vorrecken der Formgedächtnislegierung genutzt werden. Insbesondere kann der Montageschritt der plastischen Kaltverformung, beispielsweise durch Kaltwalzen, entfallen. Die erfindungsgemäße Anordnung spart in der Herstellung in vorteilhafter Weise einen Verfahrensschritt und somit Zeit, Ressourcen und Personal ein. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage einer nicht vorgereckten Spannvorrichtung ermöglicht insbesondere kostengünstig hergestellte Halbzeuge, die eine Formgedächtnislegierung aufweisen, bereitzustellen und zu montieren. Advantageously, the deformation of the support element resulting from the dead weight of the support element or from the load acting on the support element can be used to stretch the shape memory alloy. In particular, the assembly step of plastic cold forming, for example by cold rolling, can be omitted. The arrangement according to the invention advantageously saves one process step in production and thus saves time, resources and personnel. The method according to the invention for the assembly of a non-stretched tensioning device enables to provide and assemble, in particular, inexpensive manufactured semi-finished products that have a shape memory alloy.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens umfasst die Schritte: Entlasten der Spannvorrichtung von der Last, vorzugsweise mindestens um etwa 30% der Last, Erhitzen der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung auf eine Phasenumwandlungstemperatur, Umwandeln der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung von der Martensitphase im Verformungszustand in eine Austenitphase eines Erinnerungszustands mit einer Erinnerungserstreckung, und Vorspannen des Tragelements in Abhängigkeit einer durch die Erinnerungserstreckung induzierten Rückstellspannung der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung. A preferred embodiment of the method comprises the steps: relieving the tensioning device of the load, preferably by at least about 30% of the load, heating the shape memory alloy of the tensioning device to a phase transition temperature, converting the shape memory alloy of the tensioning device from the martensite phase in the deformation state to an austenite phase with a memory state a memory extension, and pretensioning of the support element as a function of a reset voltage of the shape memory alloy of the tensioning device induced by the memory extension.
Zur Umwandlung der Formgedächtnislegierung aus dem Verformungszustand mit der Martensitphase in den Erinnerungszustand mit der Austenitphase ist die Spannvorrichtung zu entlasten. In aller Regel wir dazu das Tragelement mit der daran fixierten Spannvorrichtung entlastet. Insbesondere wird das Tragelement derart entlastet, dass die Spannvorrichtung um mindestens 10 % der Last und/oder mehr entlastet wird. Besonders bevorzugt wird zum Entlasten der Spannvorrichtung die Last um 30 % und/oder mehr reduziert. Insbesondere wird die Last um 50% und/oder mehr zum Entlasten der Spannvorrichtung reduziert. In order to convert the shape memory alloy from the deformation state with the martensite phase to the memory state with the austenite phase, the tensioning device must be relieved. As a rule, the support element with the tensioning device attached to it is relieved. In particular, the support element is relieved in such a way that the tensioning device is relieved by at least 10% of the load and / or more. The load is particularly preferably reduced by 30% and / or more to relieve the tensioning device. In particular, the load is reduced by 50% and / or more to relieve the tensioning device.
Das Entlasten erfolgt beispielsweise mittels Stützvorrichtungen, die der auf das Tragelement und damit der auf die Spannvorrichtung wirkenden Last entgegenwirken. Insbesondere kann die Stützvorrichtung ein Stützelement oder eine Hubeinrichtung sein. Ergänzend und/oder alternativ kann die Last für das Verfahren zum Vorspannen der Spannvorrichtung reduziert werden. Bevorzugt wird der statische Lastanteil reduziert, etwa durch Reduktion des Eigengewichts. Ferner kann der dynamische Lastanteil und damit einhergehende Lastspitzen reduziert werden. Insbesondere kann beispielsweise bei Brücken der Fahrzeug- und/oder Personenverkehr eingestellt werden. Relieving takes place, for example, by means of support devices which counteract the load acting on the support element and thus the load on the tensioning device. In particular, the support device can be a support element or a lifting device. In addition and / or alternatively, the load for the method for prestressing the tensioning device can be reduced. The static load component is preferably reduced, for example by reducing the dead weight. Furthermore, the dynamic load component and the associated load peaks can be reduced. In particular, vehicle and / or passenger traffic can be set for bridges, for example.
Zum Umwandeln der Formgedächtnislegierung in seine ursprüngliche Kristallstruktur, dem Austenit, ist die Spannvorrichtung bzw. die Formgedächtnislegierung auf eine Phasenumwandlungstemperatur zu Erhitzen. Vorzugsweise liegt die Phasenumwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung dazu oberhalb der Austenitstart-Temperatur (As-Temperatur) erhitzt und unterhalb einer Austenitfinish- Temperatur (AF-Temperatur). Vorzugsweise liegt die As-Temperatur der Formgedächtnislegierung in einem Temperaturintervall von -200°C bis +400°C. In besonders bevorzugter Weise liegt die As- Temperatur für NiTi-basierte oder Cu-basierte Formgedächtnislegierungen in einem Temperaturintervall von -200°C bis +200°C. Die As-Temperatur Fe-basierter Formgedächtnislegierungen liegt vorzugsweise in einem Temperaturintervall von -200°C bis +150°C oder von +25°C bis +400°C. Für manche Formgedächtnislegierungen, wie etwa in WO 2014/146733 A1 oder der Anmeldung PCT/EP 2017/063322 der hiesigen Anmelderin beschrieben, deren jeweilige Inhalte vollständig durch Referenz hierin miteinbezogen werden, liegt die As-Temperatur vorzugsweise in einem Temperaturintervall von 30°C bis 135°C. To convert the shape memory alloy into its original crystal structure, the austenite, the clamping device or the shape memory alloy is to be heated to a phase transition temperature. For this purpose, the phase transition temperature of the shape memory alloy is preferably heated above the austenite start temperature (A s temperature) and below an austenite finish temperature (A F temperature). The As temperature of the shape memory alloy is preferably in a temperature interval from -200 ° C. to + 400 ° C. In a particularly preferred manner, the As temperature for NiTi-based or Cu-based shape memory alloys lies in a temperature range from -200 ° C to + 200 ° C. The A s temperature of Fe-based shape memory alloys is preferably in a temperature range from -200 ° C to + 150 ° C or from + 25 ° C to + 400 ° C. For some shape memory alloys, such as described in WO 2014/146733 A1 or application PCT / EP 2017/063322 by the present applicant, the respective contents of which are fully incorporated by reference, the A s temperature is preferably in a temperature interval of 30 ° C up to 135 ° C.
Die Af-Temperatur der Formgedächtnislegierung liegt bevorzugt in einem Temperaturintervall zwischen 100°C und 400°C, beispielsweise für Fe- Formgedächtnislegierungen, oder zwischen 200°C und 375°C, beispielsweise für Formgedächtnislegierungen wie etwa in WO 2014/146733 A1 oder der Anmeldung PCT/EP 2017/063322 beschrieben. The A f temperature of the shape memory alloy is preferably in a temperature interval between 100 ° C. and 400 ° C., for example for Fe shape memory alloys, or between 200 ° C. and 375 ° C., for example for shape memory alloys such as in WO 2014/146733 A1 or Application PCT / EP 2017/063322 described.
Durch Entlasten und Erhitzen der Spannvorrichtung kann die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung von der Martensitphase in die Austenitphase des Erinnerungszustands wandeln. Durch die Phasenumwandlung liegt die Spannvorrichtung im Erinnerungszustand mit einer Erinnerungserstreckung vor. Zum Vorspannen des Tragelements mit der Spannvorrichtung ist das Tragelement mit der Last wieder entsprechend zu belasten. Besonders bevorzugt ist die durch das Entlasten bewirkte Lastreduktion abzustellen. Insbesondere ist die für das Entlasten gegebenenfalls angeordnete Stützvorrichtung zu entfernen. Insbesondere ist wieder jene für den Einbauzustand bzw. Betriebszustand übliche Last herzustellen. Dies kann bei Brücken beispielsweise die Freigabe des Straßenverkehrs umfassen. By relieving and heating the tensioning device, the shape memory alloy of the tensioning device can change from the martensite phase to the austenite phase of the memory state. Due to the phase change, the tensioning device is in the memory state with a memory extension. To pretension the support element with the tensioning device, the support element must be loaded accordingly again with the load. The load reduction brought about by the relief is particularly preferred. In particular, the support device which may be arranged for the relief is to be removed. In particular, the load customary for the installed state or operating state must be restored. For bridges, for example, this can include the opening of road traffic.
Das Vorspannen resultiert im Wesentlichen aus einer Rückverformung der Spannvorrichtung. Die Rückverformung hängt im Wesentlichen von der Erinnerungserstreckung ab. Insbesondere ist die Rückverformung die Differenz zwischen der Erinnerungserstreckung und der Verformungserstreckung. Besonders bevorzugt wird in Abhängigkeit der Rückverformung eine Rückstellspannung induziert. Insbesondere wirkt in Abhängigkeit der Rückstellspannung eine Rückstellkraft von der Spannvorrichtung auf das Tragelement. In Abhängigkeit der Rückstellspannung spannt die Spannvorrichtung das Tragelement vor. Zum Vorspannen des Tragelements weist die Spannvorrichtung vorzugsweise eine relative Rückverformung zwischen 1 ,5% bis 4%, vorzugsweise 2%, auf. Bei der relativen Rückverformung wird die Rückverformung vorzugsweise auf die Verformungserstreckung oder aber auf die Erinnerungserstreckung bezogen. Die Rückstellspannung liegt vorzugsweise zwischen 300MPa und 600MPa. The prestressing essentially results from a reshaping of the tensioning device. The reshaping essentially depends on the memory extension. In particular, the recovery is the difference between the memory extension and the deformation extension. A restoring voltage is particularly preferably induced as a function of the reshaping. In particular, a restoring force acts on the supporting element as a function of the restoring voltage. Depending on the reset voltage, the tensioning device prestresses the support element. The tensioning device has for tensioning the support element preferably a relative recovery between 1.5% to 4%, preferably 2%. In the case of the relative recovery, the recovery is preferably related to the extent of the deformation or else to the extent of the memory. The reset voltage is preferably between 300MPa and 600MPa.
In dieser bevorzugten Ausführung lassen sich die bereits eingeführten Vorteile in besonders geeigneter Weise realisieren. In this preferred embodiment, the advantages already introduced can be realized in a particularly suitable manner.
Bevorzugt ist die Spannvorrichtung im Erinnerungszustand als Druckelement ausgebildet, sofern die Erinnerungserstreckung größer ist als die Verformungserstreckung. Besonders bevorzugt ist die Spannvorrichtung als Zugelement ausgebildet, sofern die Erinnerungserstreckung kleiner ist als die Verformungserstreckung. In the memory state, the tensioning device is preferably designed as a pressure element, provided that the memory extension is greater than the deformation extension. The tensioning device is particularly preferably designed as a tension element, provided the memory extension is smaller than the deformation extension.
Weiterhin ist eine Ausführung des Verfahrens bevorzugt, bei der sich das Tragelement in einer Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen entlang einer Tragachse erstreckt und die Spannvorrichtung mit der Spannachse im Wesentlichen parallel zu der Tragachse und mit einem Abstand angeordnet ist. Furthermore, an embodiment of the method is preferred in which the support element extends in a main direction of extension essentially along a support axis and the tensioning device with the tension axis is arranged essentially parallel to the support axis and at a distance.
Der Abstand zwischen der Spannvorrichtung und dem Tragelement ist vorzugsweise der Abstand orthogonal zu der Tragachse und der Spannachse. Bevorzugt weist das Tragelement eine Dicke bzw. Höhe senkrecht zu der Tragachse und die Spannvorrichtung eine Dicke bzw. Höhe senkrecht zu der Spannachse auf. Vorzugsweise ist die Spannvorrichtung parallel zum Tragelement derart beabstandet, dass sich der Abstand zwischen der Spannachse und der Tragachse aus der Summe der Hälfte der Dicke des Tragelements und der Hälfte der Dicke der Spannvorrichtung ergibt. Alternativ können die Spannachse und die Tragachse im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sein. In dieser bevorzugten Ausführung beträgt der Abstand zwischen der Tragachse und der Spannachse im Wesentlichen null. Insbesondere bildet das Tragelement in dieser Ausführung die Spannvorrichtung vorzugsweise aus. Ferner ist denkbar, dass die Spannachse und die Tragachse mit einem davon abweichenden Abstand zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind die Spannachse und die Tragachse mit einem möglichst minimalen Abstand zueinander angeordnet. The distance between the clamping device and the supporting element is preferably the distance orthogonal to the supporting axis and the clamping axis. The support element preferably has a thickness or height perpendicular to the support axis and the tensioning device has a thickness or height perpendicular to the tension axis. The tensioning device is preferably spaced parallel to the support element such that the distance between the tension axis and the support axis results from the sum of half the thickness of the support element and half the thickness of the tensioning device. Alternatively, the clamping axis and the supporting axis can be arranged essentially coaxially with one another. In this preferred embodiment, the distance between the supporting axis and the clamping axis is essentially zero. In particular, the support element in this embodiment preferably forms the tensioning device. It is also conceivable that the tensioning axis and the support axis are arranged at a different distance from one another. The clamping axis and the supporting axis are preferably arranged with the minimum possible distance from one another.
Alternativ dazu ist es bevorzugt, dass sich das Tragelement in einer Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen entlang einer Tragachse erstreckt und die Spannvorrichtung mit der Spannachse im Wesentlichen quer zu der Tragachse des Tragelements angeordnet ist. Vorzugsweise liegt die Tragachse in der neutralen Faser. Die neutrale Faser des Tragelements beschreibt jene Faser bzw. Schicht, deren Länge unabhängig von einer Last (quer zur Tragachse) konstant ist, also in der Länge stets der Ausgangserstreckung entspricht. Vorzugsweise liegt die Tragachse in der neutralen Faser. Die Tragachse liegt insbesondere bei solchen Tragelementen in der neutralen Faser, die mittels einer Fest- Los-Lagerung oder Los-Los-Lagerung, bevorzugt symmetrisch, gelagert sind. As an alternative to this, it is preferred that the support element extends in a main direction of extension essentially along a support axis and the tensioning device with the tension axis is arranged essentially transversely to the support axis of the support element. The supporting axis is preferably in the neutral fiber. The neutral fiber of the support element describes that fiber or layer, the length of which is constant regardless of a load (transverse to the support axis), that is, the length always corresponds to the initial extension. The supporting axis is preferably in the neutral fiber. The support axis lies in particular in the case of such support elements in the neutral fiber, which are supported by means of a fixed-lot bearing or lot-lot bearing, preferably symmetrically.
Ferner ist vorzugsweise das Tragelement im Wesentlichen mit einer Last quer zur Tragachse beansprucht ist. Alternativ oder ergänzend ist denkbar, dass das Tragelement im Wesentlichen mit einer Last parallel zur Tragachse beansprucht ist. Furthermore, the support element is preferably substantially loaded with a load transverse to the support axis. As an alternative or in addition, it is conceivable that the support element is essentially loaded with a load parallel to the support axis.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens umfasst vorzugsweise die Schritte: Bereitstellen einer als Druckelement ausgebildeten Spannvorrichtung, Bereitstellen einer als Zugelement ausgebildeten Spannvorrichtung, Fixieren der im Erinnerungszustand als Druckelement ausgebildeten Spannvorrichtung auf einer im Einbauzustand des Tragelements auf Druck beanspruchten Seite des Tragelements, und Fixieren der im Erinnerungszustand als Zugelement ausgebildeten Spannvorrichtung auf einer im Einbauzustand des Tragelements auf Zug beanspruchten Seite des Tragelements. A further embodiment of the method preferably comprises the steps: providing a tensioning device designed as a pressure element, providing a tensioning device designed as a tension element, fixing the tensioning device designed as a pressure element in the memory state on a side of the support element that is subjected to pressure in the installed state of the support element, and fixing the memory element in the memory state designed as a tension element on a tensioned side of the support element in the installed state of the support element.
Insbesondere umfasst ein quer zur Tragachse beanspruchtes Tragelement auf einer im Einbauzustand bzw. Betriebszustand in Längsrichtung der Tragachse druckbelasteten Seite eine Spannvorrichtung, die als Druckelement ausgebildet ist, und auf einer im Einbauzustand bzw. Betriebszustand von der druckbelasteten Seite gegenüberliegenden in Längsrichtung der Tragachse zugbelasteten Seite eine weitere Spannvorrichtung, die als Zugelement ausgebildet sein kann. In particular, a supporting element that is loaded transversely to the supporting axis comprises a tensioning device on a side that is pressure-loaded in the installed state or operating state in the longitudinal direction of the supporting axis, and a tensioning device on a side that is tension-loaded in the installed state or operating state from the pressure-loaded side in the longitudinal direction of the supporting axis further tensioning device, which can be designed as a tension element.
Mit dieser bevorzugten Ausführung lassen sich ergänzend zu den bereits eingeführten Vorteilen insbesondere auf Biegung beanspruchte Tragelemente Vorspannen. With this preferred embodiment, in addition to the advantages already introduced, prestressing can be carried out in particular on supporting elements that are subjected to bending.
Insbesondere ist die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung eine Formgedächtnislegierung, bestehend aus einer Legierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gewichtsprozent: In particular, the shape memory alloy of the clamping device is a shape memory alloy, consisting of an alloy with the following alloy components in percent by weight:
25,0% < Mn < 32,0%, 25.0% <Mn <32.0%,
3,0% < Si < 8,0%,  3.0% <Si <8.0%,
3,0% < Cr < 10,0%,  3.0% <Cr <10.0%,
0,1 % < Ni < 4,0%, PS 0,1%, 0.1% <Ni <4.0%, PS 0.1%,
SS 0,1%,  SS 0.1%,
Mo <0,5%,  Mo <0.5%,
Cu < 0,5%,  Cu <0.5%,
- AI S 5,0%, - AI S 5.0%,
Mg < 5,0%,  Mg <5.0%,
OS 0,1%,  OS 0.1%,
Ca <0,1%,  Ca <0.1%,
Co < 0,5%, wobei mindestens ein Element einer Gruppe 1 von Elementen vorhanden ist, wobei die Gruppe 1 aus den Elementen N, C, B mit folgenden Gehalten  Co <0.5%, at least one element from a group 1 of elements being present, the group 1 consisting of the elements N, C, B with the following contents
N < 0,1%, N <0.1%,
CS 0,1%,  CS 0.1%,
B < 0,1 % besteht und für die Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 1 gilt:
Figure imgf000016_0001
und mindestens ein Element einer Gruppe 2 von Elementen vorhanden ist, die Gruppe 2 aus den Elementen Ti, Nb, W, V, Zr mit folgenden Gehalten
B <0.1% and the following applies to the sum of the group 1 alloy components:
Figure imgf000016_0001
and at least one element from a group 2 of elements is present, group 2 from the elements Ti, Nb, W, V, Zr with the following contents
Tis 1,5%, Tis 1.5%,
Nb <1,5%,  Nb <1.5%,
- WS 1,5%, - WS 1.5%,
VS 1,5%,  VS 1.5%,
Zr < 1 ,5% besteht und für die Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 2 gilt: Ti,Nb,W,V,Zr > 0,1  Zr <1.5% and the following applies to the sum of the group 2 alloy components: Ti, Nb, W, V, Zr> 0.1
Gruppe 2 und für das Verhältnis der Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 1 und der Gruppe 2, jeweils in Atom-% gilt: 0,5 2,0
Figure imgf000017_0001
mit Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Group 2 and for the ratio of the sum of the alloy components of group 1 and group 2, each in atomic%: 0.5 2.0
Figure imgf000017_0001
with the rest iron and unavoidable impurities.
Eine solche Legierung ist in WO 2014/146733 A1 der hiesigen Anmelderin beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollständig durch Referenz hierin mit einbezogen wird. Es hat sich herausgestellt, dass sich dieses Material besonders für Spannvorrichtungen zum Vorspannen von Tragelementen von Bauwerken eignet. Die den Formgedächtniseffekt beeinflussenden Ausscheidungen, deren Bildung durch das Verhältnis der beiden Elementgruppen, Gruppe 1 und Gruppe 2, zueinander beeinflusst wird, zeigen einen deutlichen, positiven Einfluss auf den Formgedächtniseffekt, sofern die Summe der Bestandteile der Elemente der Gruppe 2 in At.-% der Legierung im Verhältnis zu der Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 1 in At.-% im Bereich von 0,5 bis 0,2 liegt. Hierdurch wird ein gezieltes stöchiometrisches Verhältnis der Elemente der Gruppe 1 zu den Elementen der Gruppe 2 eingestellt. Es wurde festgestellt, dass gerade bei diesem Verhältnis der Legierungsbestandteile der Gruppe 2 zu der Gruppe 1 die Ausscheidungsbildung besonders günstig ist und den Formgedächtniseffekt unterstützt. Ist das angegebene Verhältnis beispielsweise kleiner als 0,5, können die Ausscheidungselemente in Form von N, C und/oder B nicht abgebunden werden und der Formgedächtniseffekt wird reduziert, da die Elemente der Gruppe 1 in gelöster Form im Gefüge vorliegen. Such an alloy is described in WO 2014/146733 A1 by the present applicant, the disclosure content of which is fully incorporated herein by reference. It has been found that this material is particularly suitable for prestressing devices for prestressing structural elements. The excretions influencing the shape memory effect, the formation of which is influenced by the ratio of the two element groups, group 1 and group 2, show a clear, positive influence on the shape memory effect, provided that the sum of the components of the elements of group 2 in at% of the alloy in relation to the sum of the alloy components of group 1 in at% lies in the range from 0.5 to 0.2. This sets a targeted stoichiometric ratio of the elements of group 1 to the elements of group 2. It was found that precisely with this ratio of the alloy components of group 2 to group 1, the formation of precipitates is particularly favorable and supports the shape memory effect. If the specified ratio is less than 0.5, for example, the excretion elements in the form of N, C and / or B cannot be set and the shape memory effect is reduced since the elements of group 1 are present in the structure in dissolved form.
Alternativ hierzu besteht die Formgedächtnislegierung aus folgendenAlternatively, the shape memory alloy consists of the following
Legierungsbestandteilen in Gewichtsprozent: Alloy components in percent by weight:
25 % - 30 % Mn, 25% - 30% Mn,
4 % - 8 % Si,  4% - 8% Si,
3 % - 7 % Cr,  3% - 7% Cr,
0,5 % - 1 % V,  0.5% - 1% V,
0, 1 % - 0,5 % C, und Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.  0.1% - 0.5% C, and balance iron and unavoidable impurities.
Eine Solche Legierung ist in der (noch nicht veröffentlichten) Anmeldung PCT/EP 2017/063322 der hiesigen Anmelderin beschrieben, deren Inhalt vollständig durch Referenz hierin miteinbezogen wird. Eine derartige Formgedächtnislegierung hat eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Rückstellspannung. Diese beträgt für das Legierungssystem vorzugsweise mindestens 500 MPa, bevorzugt mindestens 600 MPa. Es hat sich herausgestellt, dass diese Legierung bei einer Vordehnung von 1 bis 10 % eine nahezu konstante Rückstellspannung aufweist. Ferner hat sie eine hervorragende Reversibilität der Phasenumwandlung. Vorzugsweise liegen die Elemente Vanadium und Kohlenstoff in der Formgedächtnislegierung in Form von Vanadiumcarbid-Nanopartikeln vor. VC-Nanopartikel weisen eine geringe Atomradiendifferenz auf, sodass sie sich sehr gut in kubisch-Flächenzentrierte Gitter einfügen. Vorzugsweise nehmen die VC- Nanopartikel in der Formgedächtnislegierung ein Volumen im Bereich von 0, 1 bis 3 Vol.-% ein. Hierdurch kann die Bildung von Stapelfehlern optimiert werden. VC-Nanopartikel haben dabei vorzugsweise eine Größe im Bereich von 2 bis 50 nm, mehr bevorzugt 10 bis 50 nm. Die Phasenumwandlungstemperaturen dieser Formgedächtnislegierung TMS und TAS liegen vorzugsweise im Bereich von 0 °C bis 450 °C, mehr bevorzugt im Bereich von 120 °C bis 370 °C. Für weitere Details, insbesondere den Herstellungsprozess dieser Legierung wird auf PCT/EP 2017/063322 verwiesen. Such an alloy is described in the (not yet published) application PCT / EP 2017/063322 by the present applicant, the content of which is fully incorporated herein by reference. Such a shape memory alloy has one improved reset voltage compared to the prior art. For the alloy system, this is preferably at least 500 MPa, preferably at least 600 MPa. It has been found that this alloy has an almost constant restoring stress at a pre-stretch of 1 to 10%. Furthermore, it has an excellent reversibility of the phase change. The elements of vanadium and carbon are preferably present in the shape memory alloy in the form of vanadium carbide nanoparticles. VC nanoparticles have a small difference in atomic radii, so that they fit very well in face-centered cubic lattices. The VC nanoparticles in the shape memory alloy preferably occupy a volume in the range from 0.1 to 3% by volume. In this way, the formation of stacking errors can be optimized. VC nanoparticles preferably have a size in the range from 2 to 50 nm, more preferably 10 to 50 nm. The phase transition temperatures of this shape memory alloy TMS and TAS are preferably in the range from 0 ° C. to 450 ° C., more preferably in the range from 120 ° C to 370 ° C. For further details, in particular the manufacturing process of this alloy, please refer to PCT / EP 2017/063322.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer Spannvorrichtung zur dauerhaften Befestigung an einem Bauwerk zum Tragen einer Last und zum Aufbringen einer Spannung zur Sicherung des Bauwerks, wobei die Spannvorrichtung eine Formgedächtnislegierung umfasst oder aus einer solchen besteht, die einen Einwegeffekt aufweist, und sich in einem Ausgangszustand mit einer Ausgangserstreckung zwischen einem ersten und einem zweiten Befestigungsabschnitt entlang einer Spannachse erstreckt, wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung in dem Ausgangszustand eine Austenitphase aufweist, und wobei die Spannvorrichtung im Ausgangszustand nicht vorgereckt ist. In a second aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by using a tensioning device for permanent attachment to a structure for carrying a load and for applying tension to secure the structure, the tensioning device comprising or consisting of a shape memory alloy has a one-way effect, and extends in an initial state with an initial extension between a first and a second fastening section along a clamping axis, the shape memory alloy of the clamping device having an austenite phase in the initial state, and wherein the clamping device is not pre-stretched in the initial state.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Verwendung der Spannvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannvorrichtung entlang der Spannachse in einem Verformungszustand mit einer Verformungserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt erstreckt, und wobei sich die Spannvorrichtung in Bezug auf die Ausgangserstreckung um eine relative Umwandlungsverformung in Abhängigkeit einer Last verformt und sich die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung von der Austenitphase im Ausgangszustand in eine Martensitphase des Verformungszustands wandelt. A first preferred embodiment of the use of the tensioning device is characterized in that the tensioning device extends along the tensioning axis in a deformation state with a deformation extent between the first and the second fastening section, and wherein the tensioning device extends relative to the initial extent by a relative transformation deformation deformed under a load and the shape memory alloy of the tensioning device changes from the austenite phase in the initial state to a martensite phase in the deformation state.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Verwendung der Spannvorrichtung erstreckt sich die Spannvorrichtung entlang der Spannachse in einem Erinnerungszustand mit einer Erinnerungserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt, weist die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung in dem Erinnerungszustand eine Austenitphase auf, und wandelt die um mindestens etwa 30% entlastete und auf eine Phasenumwandlungstemperatur erhitzte Spannvorrichtung sich von der Martensitphase im Verformungszustand in die Austenitphase des Erinnerungszustands um, und spannt im Erinnerungszustand das Bauwerk vor. According to a second preferred embodiment of the use of the tensioning device, the tensioning device extends along the tensioning axis in one Memory state with a memory extension between the first and the second fastening section, the shape memory alloy of the tensioning device has an austenite phase in the memory state, and the tensioning device, which is relieved by at least about 30% and heated to a phase transition temperature, changes from the martensite phase in the deformation state to the austenite phase of the memory state um, and prestresses the building in the state of memory.
Insbesondere ist die Verwendung der Spannvorrichtung für Bauwerke wie etwa eine Brücke, ein Gebäude, ein Fahrzeug, ein Hochregallager, eine Pipeline, einen Träger, ein Stabwerk oder eine Maschine geeignet. In particular, the use of the tensioning device is suitable for structures such as a bridge, a building, a vehicle, a high-bay warehouse, a pipeline, a girder, a rod structure or a machine.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Spannvorrichtung zum dauerhaften Befestigen an einem Bauwerk zum Tragen einer Last und zum Aufbringen einer Spannung zur Sicherung des Bauwerks und dessen bevorzugte Fortbildungen weisen Merkmale auf, die es insbesondere dafür geeignet machen, für bzw. mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vorspannen eines Tragelements eines Bauwerks und dessen jeweiligen Fortbildungen verwendet zu werden. The use according to the invention of a tensioning device for permanent fastening to a structure for carrying a load and for applying tension to secure the structure and its preferred further developments have features which make it particularly suitable for or with a method according to the invention for prestressing a supporting element of a building and its respective training courses.
Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails dieser weiteren Aspekte der Erfindung und ihrer Fortbildungen wird auch auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen des Verfahrens zum Vorspannen eines Tragelements eines Bauwerks bzw. der jeweiligen anderen Aspekte verwiesen. Regarding the advantages, design variants and design details of these further aspects of the invention and its developments, reference is also made to the preceding description of the corresponding features of the method for prestressing a supporting element of a building or the respective other aspects.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wenn dies zur Erläuterung dienlich ist, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawings. These are not necessarily to show the embodiments to scale, rather the drawings, if this is useful for the explanation, are carried out in a schematic and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings which can be seen directly from the drawings, reference is made to the relevant prior art. It should be taken into account here that various modifications and changes regarding the form and the detail of an embodiment can be made without departing from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawings and in the claims can be essential for the development of the invention both individually and in any combination. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawings and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or the detail of the ones shown and below described preferred embodiments or limited to an object that would be limited compared to the object claimed in the claims. For the specified design ranges, values within the stated limits should also be disclosed as limit values and can be used and claimed as required. For the sake of simplicity, the same reference numerals are used below for identical or similar parts or parts with an identical or similar function.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in: Fig. 1a-c eine schematische Darstellung eines Bauwerks als Brücke, Fahrzeug und Gebäude mit einer daran befestigten Spannvorrichtung; Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of the preferred embodiments and from the drawings; 1a-c show a schematic representation of a structure as a bridge, vehicle and building with a tensioning device attached to it;
Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines ersten bevorzugten Fig. 2 is a schematic flow diagram of a first preferred
Verfahrens zum Vorspannen eines Tragelements;  Method for prestressing a support element;
Fig. 3-6 schematische Darstellungen beispielhafter Ausführungsformen einer an einem Tragelement bereitgestellten und fixierten Spannvorrichtung; FIGS. 3-6 are schematic representations of exemplary embodiments of a tensioning device provided and fixed on a support element;
Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines zweiten bevorzugten Fig. 7 is a schematic flow diagram of a second preferred
Verfahrens zum Vorspannen eines Tragelements;  Method for prestressing a support element;
Fig. 8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines dritten bevorzugten Fig. 8 is a schematic flow diagram of a third preferred
Verfahrens zum Vorspannen eines Tragelements; und Fig. 9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines vierten bevorzugten  Method for prestressing a support element; and Fig. 9 is a schematic flow diagram of a fourth preferred
Verfahrens zum Vorspannen eines Tragelements.  Method for prestressing a support element.
Die Figuren 1a-c zeigen eine schematische Darstellung eines Bauwerks 1 als Brücke, Fahrzeug und Gebäude mit einer daran befestigten Spannvorrichtung 20. Die in den Figuren 1a-c gezeigten Ausführungen zeigen insbesondere eine bevorzugte Auswahl möglicher Verwendungen einer Spannvorrichtung 20 zur dauerhaften Befestigung an einem Bauwerk 1. FIGS. 1a-c show a schematic representation of a building 1 as a bridge, vehicle and building with a tensioning device 20 attached thereto. The embodiments shown in FIGS. 1a-c show in particular a preferred selection of possible uses of a tensioning device 20 for permanent attachment to a building 1.
Figur 2 zeigt einen ersten bevorzugten Ablauf eines Verfahrens zum Vorspannen 100 eines Tragelements 10 eines Bauwerks 1 mit einer Spannvorrichtung 20. Diese bevorzugte Ausführung umfasst das Bereitstellen 1 10 einer solchen Spannvorrichtung 20, die eine Formgedächtnislegierung aufweist, und das Fixieren 120 der Spannvorrichtung 20 an dem Tragelement 10. FIG. 2 shows a first preferred sequence of a method for prestressing 100 a supporting element 10 of a building 1 with a tensioning device 20. This preferred The embodiment includes providing 1 10 such a clamping device 20, which has a shape memory alloy, and fixing 120 the clamping device 20 to the support element 10.
Insbesondere wird die Spannvorrichtung 20 in einem Ausganszustand bereitgestellt, in dem die Formgedächtnislegierung nicht vorgereckt ist. Besonders bevorzugt ist die Formgedächtnislegierung in dem Ausgangszustand nicht kaltgewalzt. In dem Ausgangszustand liegt die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung 20 vorzugsweise im Wesentlichen in einer Austenitphase vor. Die Spannvorrichtung 20 erstreckt sich in dem Ausgangszustand von einem ersten Befestigungsabschnitt 20a zu einem zweiten Befestigungsabschnitt 20b entlang einer Spannachse LS. In bevorzugter Weise weist die Spannvorrichtung eine Fe-Mn-Si-Formgedächtnislegierung auf. Ferner bevorzugt, kann die Spannvorrichtung eine in der Patentschrift EP 2 141 251 B1 beschriebenen Formgedächtnislegierung aufweisen, deren Inhalt vollständig durch Referenz hierin miteinbezogen wird. Ferner ist zu verstehen, dass die Spannvorrichtung 20 auch zum Fixieren 120 an dem Tragelement 10 in dem Ausgangszustand bereitgestellt ist. In particular, the clamping device 20 is provided in an initial state in which the shape memory alloy is not pre-stretched. The shape memory alloy is particularly preferably not cold-rolled in the initial state. In the initial state, the shape memory alloy of the clamping device 20 is preferably essentially in an austenite phase. In the initial state, the clamping device 20 extends from a first fastening section 20a to a second fastening section 20b along a clamping axis LS. The tensioning device preferably has an Fe-Mn-Si shape memory alloy. Further preferably, the clamping device can have a shape memory alloy described in the patent specification EP 2 141 251 B1, the content of which is fully incorporated herein by reference. It should also be understood that the tensioning device 20 is also provided for fixing 120 to the support element 10 in the initial state.
Zum Fixieren 120 wird die Spannvorrichtung 20 über den ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 20a, 20b an einem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b des Tragelements befestigt. Die Spannvorrichtung 20 kann stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Tragelement 10 verbunden sein. Die Figuren 3 bis 6 zeigen eine Auswahl bevorzugter möglicher Ausführungsformen einer bereitgestellten 1 10 und einer an einem Tragelement 10 eines Bauwerks 1 fixierten 120 Spannvorrichtung 20. For fixing 120, the tensioning device 20 is fastened via the first and second fastening section 20a, 20b to a first and second receiving section 10a, 10b of the support element. The tensioning device 20 can be integrally and / or non-positively and / or positively connected to the support element 10. FIGS. 3 to 6 show a selection of preferred possible embodiments of a provided 110 and a 120 tensioning device 20 fixed to a support element 10 of a building 1.
Figur 3a zeigt eine Spannvorrichtung 20 umfassend ein Spannelement das sich zwischen einem ersten und einem zweiten Befestigungselement 20a, 20b erstreckt. Die Spannachse LS der Spannvorrichtung 20 und die Tragachse LT des Tragelements 10 sind zueinander parallel beabstandet. Im Wesentlichen zeigt Figur 3a die Längserstreckung des Tragelements 10 entlang der Tragachse LT und die Längserstreckung der Spannvorrichtung 20 entlang der Spannachse LS. Ferner zeigt Figur 3a mit der Erstreckung des Tragelements 10 senkrecht zur Tragachse LT und mit der Erstreckung der Spannvorrichtung 20 senkrecht zur Spannachse LS die Dicke bzw. Höhe des Tragelements 10 und der Spannvorrichtung 20. Figur 3b zeigt eine schematische Ansicht der Spannvorrichtung 20 und des Tragelements 10 senkrecht zu der in Figur 3a angezeigten Ansicht entlang des Schnitts A-A. In dem bevorzugten Beispiel erstreckt sich das Tragelement 10 im Wesentlichen senkrecht zu dessen Dicke bzw. Höhe und Längserstreckung über eine Breite, die größer ist als die Erstreckung der Spannvorrichtung 20 über eine Breite senkrecht zu dessen Dicke bzw. Höhe und Längserstreckung. FIG. 3a shows a tensioning device 20 comprising a tensioning element which extends between a first and a second fastening element 20a, 20b. The clamping axis LS of the clamping device 20 and the supporting axis LT of the supporting element 10 are spaced apart in parallel. FIG. 3a essentially shows the longitudinal extent of the support element 10 along the support axis LT and the longitudinal extent of the tensioning device 20 along the tension axis LS. Furthermore, FIG. 3a shows with the extension of the support element 10 perpendicular to the support axis LT and with the extension of the tensioning device 20 perpendicular to the tension axis LS the thickness or height of the support element 10 and the tensioning device 20. FIG. 3b shows a schematic view of the tensioning device 20 and the support element 10 perpendicular to the view shown in FIG. 3a along the section AA. In the preferred example, the support element 10 extends substantially perpendicular to its thickness or height and longitudinal extent over a width that is greater than the extent of the tensioning device 20 over a width perpendicular to its thickness or height and longitudinal extent.
Das in den Figuren 3a und 3b gezeigte Spannelement ist als Spannlitze mit einzelnen Drähten bereitgestellt. Die Spannlitze ist an den jeweiligen Endabschnitten in einem als Anker ausgebildeten ersten und zweiten Befestigungselement 20a, 20b befestigt. Insbesondere sind die jeweiligen Endabschnitte der Spannlitze in dem Anker verspannt. Die Anker sind wiederum an dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b des Tragelements 10 in einer bevorzugten Weise form- und stoffschlüssig befestigt. Das Tragelement 10 weist im Bereich des ersten und zweiten Aufnahmeabschnitts 10a, 10b eine nutenartige Vertiefung auf, in der das erste und zweite Befestigungselement 20a, 20b quer zur Tragachse LT eingelassen ist bzw. aufgenommen wird. In Richtung der Tragachse LT bildet das Tragelement 10 mit dem ersten und zweiten Befestigungselement 20a, 20b die formschlüssige Verbindung. Ergänzend weist das vorliegende bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Schweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Befestigungselement 20a, 20b und dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b auf. The tensioning element shown in FIGS. 3a and 3b is provided as a tensioning strand with individual wires. The tensioning cord is fastened to the respective end sections in a first and second fastening element 20a, 20b designed as an anchor. In particular, the respective end sections of the tension wire are braced in the anchor. The anchors are in turn attached to the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10 in a preferred manner in a form-fitting and material-locking manner. The support element 10 has a groove-like depression in the region of the first and second receiving sections 10a, 10b, in which the first and second fastening elements 20a, 20b are embedded or received transversely to the support axis LT. In the direction of the support axis LT, the support element 10 forms the positive connection with the first and second fastening elements 20a, 20b. In addition, the present preferred exemplary embodiment has a welded connection between the first and second fastening elements 20a, 20b and the first and second receiving sections 10a, 10b.
Die Figuren 4a und 4b zeigen ein weiteres bevorzugtes Beispiel einer an einem Tragelement 10 fixierten Spannvorrichtung 20. Insbesondere sind die Spannachse LS und die Tragachse LT mit dem Abstand D parallel zueinander beabstandet. Das Tragelement 10 und die Spannvorrichtung 20 erstrecken sich in Richtung der Tragachse LT bzw. der Spannachse LS mit einer Längserstreckung. In bevorzugter Weise liegt die Spannvorrichtung 20 im Wesentlichen komplett an dem Tragelement 10 an. Der Abstand D zwischen der Spannachse LS und der Tragachse LT entspricht bevorzugt der halben Höhe bzw. Dicke des Tragelements 10 und der halben Höhe bzw. Dicke der Spannvorrichtung 20. FIGS. 4a and 4b show a further preferred example of a tensioning device 20 fixed to a support element 10. In particular, the tensioning axis LS and the support axis LT are spaced apart from one another by the distance D. The support element 10 and the tensioning device 20 extend in the direction of the support axis LT or the tensioning axis LS with a longitudinal extent. In a preferred manner, the tensioning device 20 lies essentially completely on the support element 10. The distance D between the clamping axis LS and the supporting axis LT preferably corresponds to half the height or thickness of the supporting element 10 and half the height or thickness of the clamping device 20.
Figur 4b zeigt das Tragelement 10 über dessen Längserstreckung und senkrecht dazu über dessen Breite in einer Draufsicht. Figure 4b shows the support element 10 over its longitudinal extent and perpendicular to it across its width in a plan view.
Figur 4c zeigt eine schematische Schnittdarstellung der an dem Tragelement 10 fixierten Spannvorrichtung 20 im Bereich der erste Aufnahmeabschnitt 10a und der ersten Befestigungsfläche 20a entlang des Schnitts A-A. Figur 4c zeigt insbesondere eine stirnseitige Ansicht der Spannvorrichtung 20 und des Tragelements 10 über deren Höhe bzw. Dicke sowie deren jeweilige Breite. FIG. 4c shows a schematic sectional illustration of the clamping device 20 fixed to the support element 10 in the region of the first receiving section 10a and the first Fastening surface 20a along the section AA. FIG. 4c shows in particular an end view of the tensioning device 20 and the support element 10 over their height or thickness and their respective width.
In der in den Figuren 4a und 4b gezeigten bevorzugten Ausführung ist die Spannvorrichtung 20 mit einem stangenförmig oder bandförmig ausgebildeten Spannelement bereitgestellt. Es ist zu verstehen, dass die Spannvorrichtung im Wesentlichen lediglich über den ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 20a, 20b an dem Tragelement 10 fixiert ist. In der vorliegenden bevorzugten Ausführung weist die Spannvorrichtung 20 den ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 20a, 20b als Klemmverbindung auf. Insbesondere umfasst die Klemmverbindung eine Schraubverbindung und ein Klemmelement. Es ist zum Fixieren des Spannelements an dem Tragelement 10 vorgesehen, das Spannelement zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b des Tragelements 10 und einem Klemmelement kraftschlüssig mit der Schraubverbindung zu verspannen. Dazu weisen sowohl der erste und zweite Aufnahmeabschnitt 10a, 10b als auch das Klemmelement entsprechende Bohrungen auf. In der vorliegenden bevorzugten Ausführung ist die Klemmverbindung je Befestigungsabschnitt 20a, 20b mit vier Schrauben vorgesehen. Es ist denkbar, insbesondere bei höheren Lasten, die Größe oder die Festigkeit und/oder die Anzahl der Schrauben entsprechend zu variieren. Mittels der durch die Bohrungen geführten Schrauben lässt sich dann die Spannvorrichtung 20 an dem Tragelement 10 fixieren. Es ist ergänzend bevorzugt, den ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 20a, 20b und den ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b derart auszubilden, dass dieses eine erste und zweite Befestigungsfläche und eine erste und zweite Aufnahmefläche umfassen. Insbesondere weisen die erste und zweite Befestigungsfläche und die erste und zweite Aufnahmefläche eine Rauigkeit auf. In the preferred embodiment shown in FIGS. 4a and 4b, the clamping device 20 is provided with a rod-shaped or band-shaped clamping element. It is to be understood that the tensioning device is essentially fixed to the support element 10 only via the first and second fastening sections 20a, 20b. In the present preferred embodiment, the clamping device 20 has the first and second fastening sections 20a, 20b as a clamp connection. In particular, the clamping connection comprises a screw connection and a clamping element. To fix the tensioning element to the support element 10, the tensioning element between the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10 and a clamping element is non-positively braced with the screw connection. For this purpose, both the first and second receiving sections 10a, 10b and the clamping element have corresponding bores. In the present preferred embodiment, the clamping connection for each fastening section 20a, 20b is provided with four screws. It is conceivable to vary the size or the strength and / or the number of screws, in particular with higher loads. The clamping device 20 can then be fixed to the support element 10 by means of the screws guided through the bores. It is additionally preferred to design the first and second fastening sections 20a, 20b and the first and second receiving sections 10a, 10b in such a way that they comprise first and second fastening surfaces and first and second receiving surfaces. In particular, the first and second fastening surfaces and the first and second receiving surfaces have a roughness.
Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung einer an einem Tragelement 10 bereitgestellten und fixierten Spannvorrichtung 20. In dieser Ausführung ist die Spannvorrichtung 20 durch das Tragelement 10 hindurchgeführt. Insbesondere weist das Tragelement 10 hierzu eine Durchgangsbohrung im Wesentlichen koaxial zur Durchgangsbohrung auf. Es ist ferner denkbar, dass die Durchgangsbohrung eine Hülse, wenigstens abschnittsweise, aufnimmt. Die Hülse ist insbesondere zur Kraftübertragung zwischen der Spannvorrichtung 20 und dem Tragelement 10 ausgebildet. Insbesondere ist die Spannvorrichtung 20 derart angeordnet, dass die Spannachse LS und die Tragachse LT des Tragelements 10 koaxial zueinander angeordnet sind. In dieser Ausführung umfasst die Spannvorrichtung 20 ein Spannseil als Spannelement. Das Spannseil ist an jeweiligen Endabschnitten in einem als Anker ausgebildeten ersten und zweiten Befestigungselement 20a, 20b befestigt. Insbesondere sind die jeweiligen Endabschnitte des Spannseils in dem Anker verspannt. Die Anker sind wiederum an dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b des Tragelements 10 in einer bevorzugten Weise formschlüssig befestigt. In der vorliegenden Ausführung bildet das Tragelement 10 den ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b im Wesentlichen stirnseitig aus. Insbesondere erstrecken sich der erste und zweite Aufnahmeabschnitt 10a, 10b im Wesentlichen senkrecht zu der Spannachse LS bzw. der Tragachse LT. Der erste und zweite Aufnahmeabschnitt 10a, 10b kann insbesondere durch ein von dem Tragelement umfasstes Aufnahmeelement ausgebildet sein. FIG. 5 shows a further preferred embodiment of a tensioning device 20 provided and fixed on a support element 10. In this embodiment, the tensioning device 20 is guided through the support element 10. In particular, the support element 10 has a through hole essentially coaxial with the through hole. It is also conceivable that the through bore receives a sleeve, at least in sections. The sleeve is designed in particular for power transmission between the tensioning device 20 and the support element 10. In particular, the clamping device 20 is arranged such that the clamping axis LS and the supporting axis LT of the supporting element 10 are arranged coaxially to one another. In this embodiment, the tensioning device 20 comprises a tensioning rope as a tensioning element. The tensioning cable is fastened to respective end sections in a first and second fastening element 20a, 20b designed as an anchor. In particular, the respective end sections of the tensioning cable are braced in the anchor. The anchors are in turn fastened in a preferred manner to the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10. In the present embodiment, the support element 10 essentially forms the end and second receiving sections 10a, 10b. In particular, the first and second receiving sections 10a, 10b extend essentially perpendicular to the clamping axis LS and the supporting axis LT. The first and second receiving sections 10a, 10b can in particular be formed by a receiving element encompassed by the supporting element.
Figur 7 zeigt einen zweiten bevorzugten Ablauf eines Verfahrens zum Vorspannen 100 eines T ragelements 10 eines Bauwerks 1 mit einer Spannvorrichtung 20. Diese bevorzugte Ausführung umfasst, ergänzend zu den in Figur 2 dargestellten Schritten des Bereitstellens 1 10 und des Fixierens 120 der Spannvorrichtung 20 an dem Tragelement 10, die Schritte des Verformens 130 der Spannvorrichtung in Bezug auf eine Ausgangserstreckung und des Umwandelns 135 der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung 20. FIG. 7 shows a second preferred sequence of a method for prestressing 100 a support element 10 of a building 1 with a tensioning device 20. This preferred embodiment comprises, in addition to the steps of providing 110 and fixing 120 of the tensioning device 20 to the steps shown in FIG Support member 10, the steps of deforming 130 the jig with respect to an initial extension and transforming 135 the shape memory alloy of the jig 20.
Figur 8 zeigt einen dritten bevorzugten Ablauf eines Verfahrens zum Vorspannen 100 eines Tragelements 10 eines Bauwerks 1 mit einer Spannvorrichtung 20. Dieser dritte besonders bevorzugte Ablauf ergänzt den zweiten bevorzugten Ablauf eines Verfahrens um die Schritte: Entlasten 140 der Spannvorrichtung 20, Erhitzen 145 der Formgedächtnislegierung auf eine Phasenumwandlungstemperatur, Umwandeln 150 der Formgedächtnislegierung von der Martensitphase in einem Verformungszustand in eine Austenitphase eines Erinnerungszustands, und Vorspannen 160 des Tragelements 10 in Abhängigkeit einer durch eine Erinnerungserstreckung induzierten Rückstellspannung der Formgedächtnislegierung. FIG. 8 shows a third preferred sequence of a method for prestressing 100 a supporting element 10 of a building 1 with a tensioning device 20. This third particularly preferred sequence supplements the second preferred sequence of a method by the steps: relieving 140 of the tensioning device 20, heating 145 the shape memory alloy a phase transition temperature, converting 150 of the shape memory alloy from the martensite phase in a deformation state into an austenite phase of a memory state, and prestressing 160 of the support element 10 in dependence on a reset voltage of the shape memory alloy induced by a memory extension.
Der erste und zweite bevorzugte Ablauf des Verfahrens zum Vorspannen 100 werden nachstehend im Zuge einer detaillierten Ausführung zu dem dritten besonders bevorzugten Ablauf des Verfahrens erläutert. Das Verfahren wird insbesondere anhand der Verwendung einer Spannvorrichtung 20 zum Befestigen an einer Brücke 1 gemäß Figur 1a näher beschrieben. The first and second preferred sequence of the method for prestressing 100 are explained below in the course of a detailed description of the third particularly preferred sequence of the method. The method is described in particular with reference to the use of a tensioning device 20 for fastening to a bridge 1 according to FIG. 1a.
Figur 1a zeigt eine für den Straßenverkehr von Fahrzeugen und Personen geeignete Brücke 1. Die Brücke 1 umfasst ein auf zwei Widerlagern horizontal angeordnetes Tragwerk. Vorzugsweise umfasst die Brücke 1 im Wesentlichen Beton, Stahlbeton, Spannstahlbeton, Stein, Stahl. Das Tragwerk weist im Einbauzustand bzw. im Betriebszustand entsprechende Fahrbahnelemente und Gehwegelement auf. Das Tragwerk ist in dem vorliegenden Beispiel als Tragelement 10 zu verstehen, das über die Widerlager mittels einer Fest-Los-Lagerung gelagert ist. Im Einbauzustand bzw. im Betriebszustand ist auf der Unterseite des Tragwerks eine Spannvorrichtung 20 bereitgestellt und fixiert. Die Spannvorrichtung umfasst eine der zuvor beschriebenen Formgedächtnislegierungen, insbesondere eine Fe-Mn-Si-Formgedächtnislegierung. Ferner bevorzugt, kann die Spannvorrichtung eine der in der Patentschrift EP 2 141 251 B1 beschriebenen Formgedächtnislegierungen aufweisen. In besonders vorteilhafter Weise ist die Spannvorrichtung 20 geeignet, das Tragwerk 10 der Brücke 1 vorzuspannen, um weitere Risse im Beton vorzubeugen bzw. zu vermeiden, zumindest aber diese zu minimieren. Bevorzugt ist die Lebensdauer einer entsprechend mit einer Spannvorrichtung vorgespannten Brücke 1 verlängert. FIG. 1a shows a bridge 1 suitable for the road traffic of vehicles and people. The bridge 1 comprises a horizontally arranged on two abutments Structure. The bridge 1 preferably essentially comprises concrete, reinforced concrete, prestressed concrete, stone, steel. In the installed state or in the operating state, the supporting structure has corresponding roadway elements and walkway elements. In the present example, the supporting structure is to be understood as a supporting element 10 which is mounted on the abutment by means of a fixed / loose bearing. In the installed state or in the operating state, a tensioning device 20 is provided and fixed on the underside of the supporting structure. The clamping device comprises one of the shape memory alloys described above, in particular an Fe-Mn-Si shape memory alloy. Further preferably, the clamping device can have one of the shape memory alloys described in the patent specification EP 2 141 251 B1. In a particularly advantageous manner, the tensioning device 20 is suitable for prestressing the structure 10 of the bridge 1 in order to prevent or avoid further cracks in the concrete, or at least to minimize them. The lifespan of a bridge 1 which is prestressed accordingly with a tensioning device is preferably extended.
Hierzu wird die Spannvorrichtung 20 bereitgestellt 1 10 und an der Brücke 1 entsprechend fixiert 120. Insbesondere wir die Spannvorrichtung 20 mit einem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt an einem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b am Tragwerk 10 fixiert 120. Verformt sich nun die Brücke 1 aufgrund des Eigengewichts und der dynamischen Belastung des Straßenverkehrs, biegt sich das Tragwerk 10 also zwischen den Widerlagern nach unten hin durch, verformt 130 sich entsprechend auch die Spannvorrichtung 20. Vorzugsweise verformt 130 die Last die Spannvorrichtung 20 um 6 % bis 65 % der Gleichmaßdehnung der eingesetzten Formgedächtnislegierung. Die Verformung des Tragwerks 10 führt also zu einem Vorrecken der Spannvorrichtung 20, insbesondere der Formgedächtnislegierung. In vorteilhafter Weise kann dann ein Vorrecken, insbesondere ein Kaltwalzen, Dressieren oder sonstiges industrielles Vorrecken vor der Montage, also von dem Bereitstellen und Fixieren, entfallen. Insbesondere lassen sich hierdurch Ressourcen und Kosten einsparen. For this purpose, the tensioning device 20 is provided 110 and accordingly fixed 120 to the bridge 1. In particular, the tensioning device 20 is fixed 120 to the structure 10 with a first and second fastening section on a first and second receiving section 10a, 10b. The bridge 1 is now deformed as a result of the dead weight and the dynamic load of road traffic, the structure 10 bends downward between the abutments, the tensioning device 20 deforms accordingly. Preferably, the load 130 deforms the tensioning device 20 by 6% to 65% of the uniform expansion of the used Shape memory alloy. The deformation of the supporting structure 10 therefore leads to an advance of the tensioning device 20, in particular the shape memory alloy. Advantageously, pre-stretching, in particular cold rolling, skin-dressing or other industrial pre-stretching before assembly, that is to say from preparation and fixing, can then be omitted. In particular, this saves resources and costs.
Die entsprechend verformte Spannvorrichtung 20 wandelt 135 somit von einem Ausganszustand mit einer Austenitphase in den Verformungszustand mit der Martensitphase. Diese Phasenumwandlung ist insbesondere im Wesentlichen durch die auf die Brücke wirkende Last F und damit auf eine auf die Kristallstruktur des Austenits wirkende mechanische Spannung zurückzuführen. Diese Phasenumwandlung führt zu einer Verformungserstreckung im Verformungszustand die größer ist als die Ausgangserstreckung der Spannvorrichtung 20 im Ausgangszustand. Zum Vorspannen wird die Brücke 1 entlastet 140, also etwa der Straßenverkehr gesperrt und unnötiges Gewicht von der Brücke 1 entfernt. Insbesondere wird die Spannvorrichtung 20 bzw. die Formgedächtnislegierung dann auf eine Phasenumwandlungstemperatur vorzugsweise zwischen 25°C und 400°C erhitzt 145. Hierdurch findet eine Rückwandlung 150 der Formgedächtnislegierung von dem Verformungszustand in den Erinnerungszustand, also eine Phasenumwandlung von der Martensitphase in die Austenitphase statt. Die Erinnerungserstreckung ist im vorliegenden Beispiel kleiner als die Verformungserstreckung. Durch diese Rückverformung wirkt von der Spannvorrichtung 20 auf das Tragwerk 10 eine Vorspannkraft. Vorliegend ist die Rückverformung derart ausgebildet, dass die maximal zulässige Rissbreite des Materials des Tragwerkes 10 unterschritten wird. Bevorzugt wirkt eine Vorspannung zwischen 300MPa und 680MPa von der Spannvorrichtung 20 auf das Tragwerk. Zum Vorspannen 160 ist das Tragwerk entsprechend wieder zu belasten, also die zum Entlasten ergriffenen Maßnahmen und Vorrichtung sind wieder umzukehren bzw. rückgängig zu machen. The correspondingly deformed clamping device 20 thus converts 135 from an initial state with an austenite phase to the deformed state with the martensite phase. This phase transformation is in particular essentially due to the load F acting on the bridge and thus to a mechanical stress acting on the crystal structure of the austenite. This phase change leads to a deformation extension in the deformation state which is greater than the initial extension of the tensioning device 20 in the initial state. For preloading, bridge 1 is relieved 140, that is to say road traffic is blocked and unnecessary weight is removed from bridge 1. In particular, the clamping device 20 or the shape memory alloy is then heated 145 to a phase transition temperature, preferably between 25 ° C. and 400 ° C. 145. This results in the shape memory alloy being converted back 150 from the deformation state into the memory state, that is to say a phase transformation from the martensite phase to the austenite phase. In the present example, the memory extension is smaller than the deformation extension. As a result of this reshaping, a prestressing force acts on the supporting structure 10 from the tensioning device 20. In the present case, the reshaping is designed such that the maximum permissible crack width of the material of the supporting structure 10 is undershot. A prestress between 300MPa and 680MPa from the tensioning device 20 preferably acts on the structure. For prestressing 160, the supporting structure is to be reloaded accordingly, that is to say the measures and device taken to relieve the load are to be reversed or reversed again.
Es ist ferner zur Nachrüstung bestehender Bauwerke 1 mit einer Spannvorrichtung 20 denkbar, das Bauwerk 1 bzw. jeweilige Tragelement 10 zunächst zu entlasten 130 und anschließend die Spannvorrichtung 20 bereitzustellen 1 10 und an dem Tragelement 10 zu fixieren 120. Stellt man dann die zuvor wirkende Last F wieder her, verformt sich das Tragelement 10 bzw. das Bauwerk 1 und entsprechend die Spannvorrichtung 20. Je nach Ausmaß der relativen Umwandlungsverformung können zum Vorspannen des Bauwerks 1 anschließend die weiteren und zuvor bereits beschriebenen Verfahrensschritte vom Umwandeln 135 bis zum Vorspannen 160 durchlaufen werden. To retrofit existing structures 1 with a tensioning device 20, it is also conceivable to first relieve 130 the structure 1 or the respective support element 10 and then to provide the tensioning device 20 1 10 and to fix it 120 to the support element 10. Then the previously acting load is set F again, the supporting element 10 or the structure 1 deforms and accordingly the tensioning device 20. Depending on the extent of the relative transformation deformation, the further and previously described method steps from converting 135 to prestressing 160 can then be carried out for prestressing the structure 1.
Die in den Figuren 2, 7 und 8 beschriebenen Abläufe zum Vorspannen oder alternative Ausführungen davon können gelten gleichermaßen für das in Figur 1 b gezeigte Kraftfahrzeug oder den in Figur 1 c gezeigten Ausschnitt eines Gebäudes. Bevorzugt sind die Verfahren auch für weitere mögliche Ausführungen von Bauwerken 1 geeignet. The processes for prestressing or alternative designs described in FIGS. 2, 7 and 8 can apply equally to the motor vehicle shown in FIG. 1b or the section of a building shown in FIG. 1c. The methods are preferably also suitable for further possible designs of structures 1.
Das in Figur 1 b als Bauwerk 1 gezeigte Kraftfahrzeug umfasst eine Karosserie aus beispielsweise Stahl und/oder Aluminium als Tragelement 10. Im Einbauzustand bzw. Betriebszustand weist die Karosserie an der Unterseite eine daran bereitgestellte und fixierte nicht vorgereckte Spannvorrichtung 20 zum Vorspannen der Karosserie auf. Durch diese Anordnung kann eine beispielsweise durch einen Unfall verformte Karosserie - sofern die Verformung nicht eine zulässige Dehnung überschreitet - durch Erhitzen auf eine Phasenumwandlungstemperatur in einem Erinnerungszustand wandeln. Ferner zeigt Figur 1 c einen Ausschnitt eines Gebäudes als Bauwerk 1 , mit einem horizontal auf zwei Pfosten angeordneten Sturz 10, an dessen Unterseite im Einbauzustand bzw. Betriebszustand einer Spannvorrichtung 20 fixiert ist. The motor vehicle shown as structure 1 in FIG. 1b comprises a body made of, for example, steel and / or aluminum as a supporting element 10. In the installed state or operating state, the underside of a tensioning device 20 provided and fixed thereon for pretensioning the body. With this arrangement, a body deformed, for example, by an accident - if the deformation does not exceed an allowable extension - can be converted into a memory state by heating to a phase transition temperature. Furthermore, FIG. 1 c shows a section of a building as a building 1, with a lintel 10 arranged horizontally on two posts, on the underside of which a fixing device 20 is fixed in the installed state or operating state.
Figur 9 zeigt einen weiteren bevorzugten Ablauf eines Verfahrens zum Vorspannen eines Tragelements 10 eines Bauwerks 1 mit zwei Spannvorrichtungen 20. Dieses bevorzugte Verfahren ist insbesondere für Tragelemente 10 bzw. Bauwerke 1 geeignet, die mit einer Last F im Wesentlichen winklig, insbesondere senkrecht zu einer Tragachse LT auf das Tragelement 10 bzw. das Bauwerk 1 beaufschlagt sind. In dieser bevorzugten Ausführung sind zwei Spannvorrichtungen bereitgestellt 1 10a, 1 10b und an dem Tragelement fixiert 120a, 120b. FIG. 9 shows a further preferred sequence of a method for prestressing a support element 10 of a structure 1 with two tensioning devices 20. This preferred method is particularly suitable for support elements 10 or structures 1 which are essentially angular with a load F, in particular perpendicular to a support axis LT are applied to the support member 10 or the structure 1. In this preferred embodiment, two clamping devices are provided 1 10a, 1 10b and fixed to the support element 120a, 120b.
Eine entsprechend bevorzugte Ausführung zeigt Figur 6. Hier sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Tragelements 10 jeweils eine Spannvorrichtung 20 bereitgestellt und fixiert. Diese bevorzugte Ausführung ist insbesondere für solche Tragelement 10 von Bauwerken 1 geeignet, die im Wesentlichen mit einer Last F quer zur Tragachse LT, insbesondere mit einem Biegemoment, belastet sind. Die beiden Spannvorrichtungen 20 sind analog zu der in Figur 3 gezeigten bevorzugten Ausführung mittels einer Klemmverbindung an dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt 10a, 10b des Tragelements 10 kraftschlüssig fixiert. Bei einer senkrecht zu der Tragachse LT und den beiden Spannachsen LS von oben auf das Tragelement 19 wirkenden Last F, wirkt die im Einbauzustand bzw. Betriebszustand auf der oberen Seite angeordnete Spannvorrichtung 20 dann als Druckelement 20‘ und die auf der unteren Seite angeordnete Spannvorrichtung 20 als Zugelement 20“. A correspondingly preferred embodiment is shown in FIG. 6. Here, a tensioning device 20 is provided and fixed on two opposite sides of a support element 10. This preferred embodiment is particularly suitable for support elements 10 of structures 1 which are essentially loaded with a load F transverse to the support axis LT, in particular with a bending moment. Analogously to the preferred embodiment shown in FIG. 3, the two clamping devices 20 are non-positively fixed to the first and second receiving sections 10a, 10b of the support element 10 by means of a clamp connection. With a load F acting perpendicularly to the supporting axis LT and the two clamping axes LS from above on the supporting element 19, the clamping device 20 arranged on the upper side in the installed state or operating state then acts as a pressure element 20 ′ and the clamping device 20 arranged on the lower side as a tension element 20 ".
BEZUGSZEICHEN REFERENCES
1 Bauwerk 1 building
10 Tragelement  10 support element
10a, 10b erster und zweiter Aufnahmeabschnitt 10a, 10b first and second receiving section
20 Spannvorrichtung 20 tensioning device
20‘ Druckelement  20 'pressure element
20“ Zugelement  20 “tension element
20a, 20b erster und zweiter Befestigungsabschnitt 20a, 20b first and second fastening section
F Last F load
LS Spannachse  LS clamping axis
LT Tragachse  LT support axle

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Verfahren (100) zum Vorspannen eines Tragelements (10) eines Bauwerks (1 ), umfassend die Schritte: 1. A method (100) for prestressing a supporting element (10) of a building (1), comprising the steps:
Bereitstellen (110) einer Spannvorrichtung (20) mit einer Spannachse (LS),  Providing (110) a tensioning device (20) with a tensioning axis (LS),
wobei die Spannvorrichtung (20) eine Formgedächtnislegierung umfasst oder aus einer solchen besteht, die einen Einwegeffekt aufweist,  wherein the tensioning device (20) comprises or consists of a shape memory alloy which has a one-way effect,
wobei sich die Spannvorrichtung (20) entlang der Spannachse (LS) in einem Ausgangszustand mit einer Ausgangserstreckung zwischen einem ersten und einem zweiten Befestigungsabschnitt (20a, 20b) erstreckt, und  wherein the tensioning device (20) extends along the tensioning axis (LS) in an initial state with an initial extent between a first and a second fastening section (20a, 20b), and
Fixieren (120) der Spannvorrichtung (20) im Ausgangszustand wenigstens mit dem ersten Befestigungsabschnitt (20a) an dem ersten Aufnahmeabschnitt (10a) des Tragelements (10) und dem zweiten Befestigungsabschnitt (20b) an dem zweiten Aufnahmeabschnitt (10b) des Tragelements (10), wobei die Spannvorrichtung (20) in dem Ausgangszustand eine Austenitphase aufweist.  Fixing (120) the tensioning device (20) in the initial state at least with the first fastening section (20a) on the first receiving section (10a) of the supporting element (10) and the second fastening section (20b) on the second receiving section (10b) of the supporting element (10) , wherein the tensioning device (20) has an austenite phase in the initial state.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , umfassend die Schritte: 2. The method (100) according to claim 1, comprising the steps:
Verformen (130) der Spannvorrichtung (20) in Bezug auf die Ausgangserstreckung um eine relative Umwandlungsverformung in Abhängigkeit der Last (F) und  Deformation (130) of the tensioning device (20) with respect to the initial extension by a relative transformation deformation as a function of the load (F) and
Umwandeln (135) der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) von der Converting (135) the shape memory alloy of the jig (20) from the
Austenitphase im Ausgangszustand in eine Martensitphase eines Verformungszustands mit einer Verformungserstreckung entlang der Spannachse (LS). Austenite phase in the initial state into a martensite phase of a deformation state with a deformation extension along the span axis (LS).
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, umfassend die Schritte: 3. The method (100) according to claim 2, comprising the steps:
Entlasten (140) der Spannvorrichtung (20, 21 ) von der Last (F), vorzugsweise mindestens um etwa 30% der Last (F),  Relieving (140) the tensioning device (20, 21) of the load (F), preferably by at least about 30% of the load (F),
Erhitzen (145) der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) auf eine Phasenumwandlungstemperatur,  Heating (145) the shape memory alloy of the tensioning device (20) to a phase transition temperature,
Umwandeln (150) der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) von der Converting (150) the shape memory alloy of the jig (20) from the
Martensitphase im Verformungszustand in eine Austenitphase eines Erinnerungszustands mit einer Erinnerungserstreckung, und Martensite phase in the deformation state into an austenite phase of a memory state with a memory extension, and
Vorspannen (160) des Tragelements (10) in Abhängigkeit einer durch die Erinnerungserstreckung induzierten Rückstellspannung der Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20). Prestressing (160) the support element (10) as a function of a restoring voltage of the shape memory alloy of the tensioning device (20) induced by the memory extension.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei 4. The method (100) according to claim 3, wherein
die Spannvorrichtung (20) im Erinnerungszustand als Druckelement (20‘) ausgebildet ist, sofern die Erinnerungserstreckung größer ist als die Verformungserstreckung.  the tensioning device (20) in the memory state is designed as a pressure element (20 '), provided that the memory extension is greater than the deformation extension.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei 5. The method (100) according to claim 3, wherein
die Spannvorrichtung (20) im Erinnerungszustand als Zugelement (20“) ausgebildet ist, sofern die Erinnerungserstreckung kleiner ist als die Verformungserstreckung.  the tensioning device (20) is designed as a tension element (20 ") in the memory state, provided that the memory extension is smaller than the deformation extension.
6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 6. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein
sich das Tragelement (10) in einer Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen entlang einer Tragachse (LT) erstreckt und  the support element (10) extends in a main direction of extension essentially along a support axis (LT) and
die Spannvorrichtung (20) mit der Spannachse (LS) im Wesentlichen parallel zu der Tragachse (LT) und mit einem Abstand (D) angeordnet ist.  the clamping device (20) with the clamping axis (LS) is arranged essentially parallel to the supporting axis (LT) and at a distance (D).
7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, wobei 7. The method (100) according to any one of the preceding claims 1-5, wherein
sich das Tragelement (10) in einer Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen entlang einer Tragachse (LT) erstreckt und  the support element (10) extends in a main direction of extension essentially along a support axis (LT) and
die Spannvorrichtung (20) mit der Spannachse (LS) im Wesentlichen quer zu der Tragachse (LT) des Tragelements (10) angeordnet ist.  the clamping device (20) with the clamping axis (LS) is arranged essentially transversely to the supporting axis (LT) of the supporting element (10).
8. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tragelement (10) im Wesentlichen mit einer Last (F) quer zur Tragachse (LT) beansprucht ist. 8. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the support element (10) is substantially loaded with a load (F) transverse to the support axis (LT).
9. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tragelement (10) im Wesentlichen mit einer Last (F) parallel zur Tragachse (LT) beansprucht ist. 9. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the support element (10) is substantially loaded with a load (F) parallel to the support axis (LT).
10. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4-9, umfassend die Schritte: 10. The method (100) according to any one of the preceding claims 4-9, comprising the steps:
Bereitstellen (1 10a) einer Spannvorrichtung (20‘), die nach Anspruch 4 ausgebildet ist, Bereitstellen (1 10b) einer weiteren Spannvorrichtung (20“), die nach Anspruch 5 ausgebildet ist,  Providing (1 10a) a tensioning device (20 ″), which is designed according to claim 4, providing (1 10b) a further tensioning device (20 “), which is designed according to claim 5,
Fixieren (120a) der im Erinnerungszustand als Druckelement (20‘) ausgebildeten Fixing (120a) those designed as a pressure element (20 ') in the memory state
Spannvorrichtung (20) auf einer im Einbauzustand des Tragelements (10) auf Druck beanspruchten Seite des Tragelements (10), und Tensioning device (20) on a side of the support element (10) which is subjected to pressure in the installed state of the support element (10), and
Fixieren (120b) der im Erinnerungszustand als Zugelement (20“) ausgebildeten Fixing (120b) those designed as a tension element (20 “) in the memory state
Spannvorrichtung (20) auf einer im Einbauzustand des Tragelements (10) auf Zug beanspruchten Seite des Tragelements (10). Clamping device (20) on a side of the support element (10) which is subjected to tension when the support element (10) is installed.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) eine Formgedächtnislegierung basierend auf Eisen ist. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy of the clamping device (20) is a shape memory alloy based on iron.
12. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) eine Formgedächtnislegierung basierend auf einem Fe-Mn-Si- Legierungssystem ist. 12. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy of the clamping device (20) is a shape memory alloy based on an Fe-Mn-Si alloy system.
13. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) eine Formgedächtnislegierung ist, bestehend aus einer Legierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gewichtsprozent: 13. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy of the clamping device (20) is a shape memory alloy, consisting of an alloy with the following alloy components in weight percent:
25,0% < Mn < 32,0%, 25.0% <Mn <32.0%,
3,0% < Si < 8,0%,  3.0% <Si <8.0%,
3,0% < Cr < 10,0%,  3.0% <Cr <10.0%,
0,1 % < Ni < 4,0%,  0.1% <Ni <4.0%,
P S 0, 1 %,  P S 0.1%
S S 0,1 %,  S S 0.1%,
Mo < 0,5%,  Mo <0.5%,
Cu < 0,5%,  Cu <0.5%,
AI S 5,0%,  AI S 5.0%,
Mg < 5,0%,  Mg <5.0%,
O S 0,1 %,  O S 0.1%,
Ca < 0,1 %,  Ca <0.1%,
Co < 0,5%, wobei mindestens ein Element einer Gruppe 1 von Elementen vorhanden ist, wobei die Gruppe 1 aus den Elementen N, C, B mit folgenden Gehalten  Co <0.5%, at least one element from a group 1 of elements being present, the group 1 consisting of the elements N, C, B with the following contents
N S 0,1 %,  N S 0.1%,
C S 0,1 %,  C S 0.1%,
B < 0,1 % besteht und für die Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 1 gilt:
Figure imgf000031_0001
B <0.1% and the following applies to the sum of the group 1 alloy components:
Figure imgf000031_0001
und mindestens ein Element einer Gruppe 2 von Elementen vorhanden ist, die Gruppe 2 aus den Elementen Ti, Nb, W, V, Zr mit folgenden Gehalten  and at least one element from a group 2 of elements is present, group 2 from the elements Ti, Nb, W, V, Zr with the following contents
Ti s 1 ,5%,  Ti s 1, 5%,
Nb s 1 ,5%,  Nb s 1, 5%,
W S 1 ,5%, V S 1 ,5%, WS 1, 5%, VS 1, 5%,
Zr < 1 ,5% besteht und für die Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 2 gilt: Ti, Nb, W, V,Zr > 0,1  Zr <1.5% and the following applies to the sum of the group 2 alloy components: Ti, Nb, W, V, Zr> 0.1
Gruppe 2 und für das Verhältnis der Summe der Legierungsbestandteile der Gruppe 1 und der Gruppe 2, jeweils in Atom-% gilt:  Group 2 and for the ratio of the sum of the alloy components of group 1 and group 2, in each case in atomic%:
0,5 2,0
Figure imgf000032_0001
mit Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
0.5 2.0
Figure imgf000032_0001
with the rest iron and unavoidable impurities.
14. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) eine Formgedächtnislegierung ist, bestehend aus einer Legierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gewichtsprozent: 14. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy of the clamping device (20) is a shape memory alloy, consisting of an alloy with the following alloy components in weight percent:
25 % - 30 % Mn, 25% - 30% Mn,
4 % - 8 % Si,  4% - 8% Si,
3 % - 7 % Cr,  3% - 7% Cr,
0,5 % - 1 % V,  0.5% - 1% V,
0,1 % - 0,5 % C, und  0.1% - 0.5% C, and
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.  Rest of iron and unavoidable impurities.
15. Verwendung einer Spannvorrichtung (20) zur dauerhaften Befestigung an einem Bauwerk zum Tragen einer Last (F) und zum Aufbringen einer Spannung zur Sicherung des Bauwerks, 15. Use of a tensioning device (20) for permanent attachment to a structure for carrying a load (F) and for applying tension to secure the structure,
wobei die Spannvorrichtung (20) eine Formgedächtnislegierung umfasst oder aus einer solchen besteht, die einen Einwegeffekt aufweist, und sich in einem Ausgangszustand mit einer Ausgangserstreckung zwischen einem ersten und einem zweiten Befestigungsabschnitt (20a, 20b) entlang einer Spannachse (LS) erstreckt,  wherein the clamping device (20) comprises or consists of a shape memory alloy which has a one-way effect and, in an initial state with an initial extension, extends between a first and a second fastening section (20a, 20b) along a clamping axis (LS),
wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) in dem Ausgangszustand eine Austenitphase aufweist, und  wherein the shape memory alloy of the tensioning device (20) has an austenite phase in the initial state, and
wobei die Spannvorrichtung (20) im Ausgangszustand nicht vorgereckt ist. wherein the tensioning device (20) is not pre-stretched in the initial state.
16. Verwendung nach Anspruch 15, 16. Use according to claim 15,
wobei sich die Spannvorrichtung (20) entlang der Spannachse (LS) in einem Verformungszustand mit einer Verformungserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (20a, 20b) erstreckt, und  wherein the tensioning device (20) extends along the tensioning axis (LS) in a deformation state with a deformation extension between the first and the second fastening section (20a, 20b), and
wobei sich die Spannvorrichtung (20) in Bezug auf die Ausgangserstreckung um eine relative Umwandlungsverformung in Abhängigkeit einer Last (F) verformt und sich die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) von der Austenitphase im Ausgangszustand in eine Martensitphase des Verformungszustands wandelt.  wherein the tensioning device (20) deforms with respect to the initial extension by a relative transformation deformation as a function of a load (F) and the shape memory alloy of the tensioning device (20) changes from the austenite phase in the initial state into a martensite phase of the deformation state.
17. Verwendung nach Anspruch 16, 17. Use according to claim 16,
wobei sich die Spannvorrichtung (20) entlang der Spannachse (LS) in einem Erinnerungszustand mit einer Erinnerungserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (20a, 20b) erstreckt,  wherein the tensioning device (20) extends along the tensioning axis (LS) in a reminder state with a reminder extension between the first and the second fastening section (20a, 20b),
wobei die Formgedächtnislegierung der Spannvorrichtung (20) in dem Erinnerungszustand eine Austenitphase aufweist, und  wherein the shape memory alloy of the tensioning device (20) has an austenite phase in the memory state, and
wobei die um mindestens etwa 30% entlastete und auf eine Phasenumwandlungstemperatur erhitzte Spannvorrichtung (20) sich von der Martensitphase im Verformungszustand in die Austenitphase des Erinnerungszustands umwandelt, und  wherein the tensioning device (20), which is relieved of at least about 30% and heated to a phase transition temperature, changes from the martensite phase in the deformation state to the austenite phase in the memory state, and
die Spannvorrichtung (20) im Erinnerungszustand das Bauwerk (1 ) vorspannt.  the tensioning device (20) prestresses the structure (1) in the memory state.
18. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) eine Brücke ist. 18. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a bridge.
19. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) ein Gebäude ist. 19. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a building.
20. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) ein Fahrzeug ist. 20. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a vehicle.
21. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) ein Hochregallager ist. 21. Use according to one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a high-bay warehouse.
22. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) eine Pipeline ist. 22. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a pipeline.
23. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) ein Träger ist. 23. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a carrier.
24. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) ein Stabwerk ist. 24. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a rod structure.
25. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, wobei das Bauwerk (1 ) eine Maschine ist. 25. Use according to any one of the preceding claims 15-17, wherein the structure (1) is a machine.
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