DE2520255A1

DE2520255A1 - Leichtbau-konstruktions-elemente

Info

Publication number: DE2520255A1
Application number: DE19752520255
Authority: DE
Inventors: Jens-Fredrik Larssen
Original assignee: LARSSEN JENS FREDRIK
Current assignee: LARSSEN, TOVE MARGARET, STOCKSUND, SE
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1975-11-20
Also published as: SE7406066L; SE385603B; FI751336A; FI60902B; DE2520255C2; GB1488752A; FI60902C

Description

COHAUSZ & FIjORACK

PATBNTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF · SCHUM ANN STR. Θ7

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK - Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

30. April 1975

Anmelder: Jens Frederik Larssen S - Stockholm

Patentbeschreibung:

Leichtbau-Konstruktions-Elemente.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Bauelementen, und speziell bezieht sie sich auf Bauelemente, die als Leichtbau-Konstruktions-Elemente bezeichnet werden. Mit Leichtbau-Konstruktions-Elementen wird in diesem Zusammenhang ein Tragelement oder eine Kastenkonstruktion verstanden, die aus einem Grundprofil aus Metallblech besteht, das auf einer Seite mit einer Oberflächen-Abdeckung aus einem anderen und festeren Material bedeckt ist. Das Grundprofil und die Oberflächen-Abdeckung bilden eine feste Einheit, in der die beiden Komponenten statisch zusammenwirken. Das Bauelement hat eine große Biegefestigkeit, wobei die Oberflächen-Abdeckung in der Druckzone liegt.

Die Bauelemente entsprechend der Erfindung können für ,Dächer, Verbindungsbalken, Querbalken, Wände usw· benutzt werden. Verglichen mit konventionellen Konstruktion-Elementen bringt die Verwendung von Leichtbau-Konstruktions-Elementen verschiedene wesentliche Vorteile. Durch das wechselseitige Zusammenwirken zwischen dem Grundprofil und der Oberflächen-Abdeckung des Leichtbau-Elements wird die Oberflächen-Abdeckung sowohl zur Lastabstützung als auch als Deekmaterial benutzt. Ohne Verringerung von Tragkraft und Festigkeitseigenschaften wird ein weniger

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schweres Bauelement für größere Spannweiten und mit einem kleineren Materialaufwand als in konventioneller Bauweise erhalten. Der Werkstoff für die Oberflächen-Abdeckung kann in Abhängigkeit von den Erfordernissen und den beabsichtigten Funktionen des Bauelements optimal ausgewählt werden. Das Leichtbau-Konstruktions-Element kann in jeder Länge hergestellt werden, und seine Herstellung macht keine wesentlichen Investitionen erforderlich. Falls dies gewünscht wird, können die fertigen stapelbaren Grundprofile und die Oberflächenbeläge getrennt geliefert und auf der Baustelle zusammengeklebt werden. Dies führt zu niedrigen Transportkosten.Es ist weiter möglich, ein preiswerteres Isolationsmaterial als früher zu benutzen,und elektrische Leitungen und Anschlüsse, Rohre für Wasser, Ventilation usw. können in die Leichtbau-Elemente miteinbezogen werden. Zusammengefaßt tragen alle die vorher erwähnten Vorteile dazu bei, ein wirtschaftliches und leicht zu montierendes Leichtbau-Element zu erhalten, das weniger Material benötigt, leichter zu fertigen ist, das für grosse Spannweiten benutzt werden kann und das weiterhin vorzüglich wieder zu benutzen ist.

Entsprechend der Erfindung enthält das Bauelement eine Anzahl von miteinander verbundenen Leichtbau-Konstruktions-Elementen, die miteinander durch ineinandergreifende.Anschlußprofile, mit denen die Verbindungsstellen der Oberflächen-Abdeckung versehen sind, fest verbunden werden können. Zwischen den Grundprofilen der Leichtbau-Konstruktions-Elemente können leicht anzubringende und abnehmbare Füllkassetten angebracht werden, die aus jedem geeigneten Isoliermaterial bestehen und in denen Rohre, Leitungen usw. untergebracht werden können.

Die Erfindung wird jetzt in Einzelheiten und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Bauelement, das aus Leichtbau-Konstruktios-Elementen nach der Erfindung besteht. Figur 2 ist eine perspektivische Teilansicht von drei verschiedenen Ausführungen des Grundprofils des Leichtbauelements.

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Die riguren 3> 4- und 5 zeigen drei verschiedene Gestaltungen eines Profils für eine Füllkassette, und Figur 6 zeigt eine der Ausführungen eines Anschlußprofils für die Leichtbau-Elemente. Figur 7 ist ein erklärendes Dehnungs-Spannungs-Diagramm, das die Kurven für die Komponenten und der zusammenwirkenden Werkstoffe nach der Erfindung zeigt.

Das Bauelement entsprechend der Erfindung enthält eine Anzahl miteinander verbundener Leichtbau-Konstruktions-Elemente, von denen zwei, -1 und 2- , in der Figur 1 gezeigt sind· jedes Leichtbau-Konstruktions-Element enhält ein Grundprofil 3 aus Metallblech, das mit einer Oberflächenabdeckung 4- aus einem anderen Werkstoff versehen ist. Das Grundprofil 3 kann aus jedem geeigneten Metallblech wie Stahl oder Aluminium gefertigt werden, und die Oberflächen-Abdeckung 4 kann aus Holzmaterial wie Sperrholz Brettern oder Brett-Teilen oder aus syntetischem Harzmaterial, Asbest, Zementmaterial, Gips oder dergleichen bestehen. Das Grundprofil 3 und die Oberflächen-Abdeckung sind zu einer statisch zusammen wirkenden Einheit durch eine Verbindung 5 an cLen Flanschen 3p. des Grundprofils zusammengefügt. Die "Verbindung 5 kann aus einem wasserfesten Kleber bestehen, der eine so feste Verbindung zwischen dem Grundprofil und der Oberflächen-Abdeckung gibt, daß ein vollständiges Zusammenwirken zwischen den beiden Komponenten erreicht wird.

Das Grundprofil 3 kann jedes brauchbare Aussehen haben, und in Figur 1 ist das Grundprofil mit schmalen Flanschen 3a gezeigt, die nach innen gegeneinander gebogen sind, und auf den Flanschenjist die Oberflächen-Abdeckung fest angebracht. In Figur 2 sind drei verschiedene, abgewandelte Ausführungen des Grundprofils gezeigt, bei denen die Flanschen nach auswärts gerichtet sind. Die Profilformen, die in den Zeichnungen gezeigt werden, sind nur Illustrationsbeispiele; es können noch viele andere Profiltypen benutzt werden.

Das Grundprofil 3 wird in seinem Inneren zweckmäßig mit einem Isoliermaterial 6 versehen.

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Die Verbindung der Leichtbau- Komstruktions-Elemente zu einem Bauelement kann durch die Anschlußprofile 7 zusammen mit den Füllkassetten 8, die sich zwischen den benachbarten Grundprofilen befinden, hergestellt werden.

Die Anschlußprofile 7 sind dazu betimmt, die Kanten der Oberflächen-Abdeckung 4-, die sich gegenüberstehen, zu verklammern; die Profile können jede brauchbare Gestalt haben. In Figur 6 ist ein Beispiel eines Anschlußprofils gezeigt, das aus einem Metallstreifen 9 besteht, der mit einer Anzahl von Schlitzen versehen ist, die sich von der Längskante ein Stück in Richtung auf die Mitte des Steifens 9 erstrecken. Durch Abbiegen der Teile des Metallstreifens, die zwischen den Schlitz 10 liegen, abwechselnd nach der linken und der rechten Seite sowohl auf der oberen als auch der unteren Kante werden, wie im unteren Teil der Figur 6 zu sehen ist, eine Anzahl von abstehenden Schließteilen erhalten, die durch Anlegen an beide Flächen der Oberflächen-Abdeckung ein Anschließen der Leichtbau-s-Konstruktions-Elemente aneinander sichern. Um das Schließen zu erleichtern, werden nur entlang einer Kante des Metallstreifens 9 die abstehenden Teile 11 vorgebogen; der Streifen wird dadurch mit den abstehenden Teilen 11 gegen eine Fläche der Abdeckung 4 versehen, und die Lappen auf der Gegenseite des Steifens werden nach unten gegen die entsprechende Fläche gebogen, wie in der Figur gezeigt ist. Wie erklärt wurde, Sichern die Profile 7 einen Anschluß der Oberflächen-Abdeckungen 4- von benachbarten Leichtbau-Konstruktions-Elementen. Die Lappen 11 können auch Krampen 12 haben, die in die Oberflächen der Abdeckungen 4 eindringen.

Zwischen den Grundprofilen 3 kann eine Füllkassette 8 aus einem brauchbaren Material eingesetzt werden. Die Kassette kann konkav gestaltet sein, wie in Figur 1 gezeigt ist, aber sie kann ebenso gut eben, konvex oder irgendwie anders ausgebildet sein. Zur Befestigung kann die Kassette 8 mit vorstehenden Stiften 13 * die durch entsprechende Löcher in dem Grundprofil hindurchgehen, versehen sein.

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Alternativ kann das Grundprofil 5 mit Rillen 17 versehen sein, in die die Seitenkanten der Füllkassetten eingreifen. Die Füllkassette 8 kann in jeder angemessenen Höhe in Bezug auf das Grundprofil angebracht werden, z.B. so, daß sie in einer Höhe mit der unteren Fläche des Grundprofila liegt oder, wie in Figur 1 gezeigt ist, etwas angehoben von der unteren Fläche. Vom akkustischen Standpunkt gesehen kann es nützlich sein, die Füllkassette in einer gestuften Höhe anzubringen; zum technischen Vorteil gibt dies noch ein besseres Aussehen. An der oberen Seite der Füllkassette 8 kann eine Schicht von Isolierstoff 14 vorgesehen v/erden, und in diesem Isolierschicht oder auf ihrer Oberseite können Rohre oder Leitungen 15 für Elektrizität, V/asser, Telefon,Belüftung usw. untergebracht werden. Auf der Unterseite der Füllkassette können entsprchende Steckdosen oder Anschlußteile vorgesehen v/erden. Entsprechend der Erfindung wird eine statisch zusammenarbeitende Einheit erreicht aus Grundprofil aus Metallblech und einer Oberflächen-Abdeckung aus Sperrholz oder anderem Holzplatten-Material, die durch einen Kleber mit dem Grundprofil verbunden mit diesem wechselseitig zusammenwirkt. Das vollständige, wechselseitige Zusammenwirken, das durch die Klebeverbindung gewährleistet wird, ist ein wesentlicher Grund dafür, daß das Leichtbau-Konstruktions-Element nach der Erfindung äußerst hohe Belastungsfähigkeit erhält. Um dies zu erklären, wird auf die Figur 7 der Zeichnung Bezug genommen , die ein Zugspannungs-Diagramm zeigt, in dem die Druckbelastungen der verschiedenen Komponenten und die optimale Druckbelastung des kombinierten Leichtbau-Elements (Oberflächen-Abdeckung und Klebeflansche) auf der senkrechten Achse aufgezeichnet sind, und in dem der Zugfentlang der waagerechten Achse aufgetragen ist. Zur Beurteilung der Zug-Druck-Kurve werden die Eigenschaften der zwei Komponenten zuerst in dem Diagramm betrachtet; daraus kann der Wert des kombinierten Leichtbau-Elements ersehen werden. Durch das völlige Zusammenwirken-zwischen der Sperrholzplatte und dem Metallblech (Klebeflanschen), die durch die Klebeverbindung

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zwischen den Komponenten erhalten wird, ist es möglich, ohne die Sicherheitsforderungen für die kombinierten Konstruktionselemente zu beeinflussen, den nornalerweise erlaubten Zug (Zugspannung) für das MetalMech-Material im Gebiet auf und in der Nähe der oberen Flansche zu überschreiten.

In Figur 7 gibt die Kureve Ea den Elastizitätsmodul des Metallblechmaterials, die Kurve Ey den Elastizitätsmodul des Sperrholzes und die Kurve E_T den optimalen Elastizitätsmodul für ein vollständig wechselseitig miteinander wirkendes Leichtbau-Konstruktions-Element an. Wenn der Bereich des Abdeckplatten-Materials mit Ay und der Bereich des Metallblech-Materials (die Klebeflansche) mit Aa bezeichnet werden, wird das optimale Elastizitätsmodul für das kombinierte Leichtbau-Konstruktions-Element durch folgende Gleichung erhalten:

^EI ⁼

Ey . Ay + Ea . Aa

Ay + Aa

In dem Diagramm bedeutet ca die normal erlaubte Zugspannung des Metallblech-Materials und ay die normal erlaubte Zugspannung des Sperrholz-Materials. Wenn durch eine Linie der Schnittpunkt zwischen era und der Kurve Ea mit dem Schnittpunkt zwischen <ry und der Kurve Ey verbunden wird, schneidet die genannte Verbindungslinie die Linie oder Kurve des optimalen Elastizitätsmoduls Ε' im Punkt ( σί ; £ϊ ). Dadurch findet man, daß durch das Zusammenwirken zwischen der Abdeckschicht und den Klebeflanschen und für die Zugspannung £l die Belastung des Blechmaterials o*al größer ist als die normal zulässige Belastung ca des Blechmaterials und daß die Belastung des Sperrholzmaterials cyl geringer ist als die zulässige Belastbarkeit für das Sperrholz-Material. Beim völligen Zusammenwirken der beiden Komponenten ist es folglich möglich, den ίΤ-Wert für das Blechmaterial zu vergrößern verglichen mit dem Fall, daß das Metallblech-Profil und das Sperrholz-Material durch mechanische Verbindungen zusammengehalten werden, die kein völliges

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wechselseitiges Zusammenwirken ergeben, wie dies durch die Klebeverbindung erreicht wird.

Eine relative Vergrößerung der Fläche des Sperrholz-Materials in Bezug auf die Fläche des Blechmaterials an den Klebeflanschen führt zu dem Effekt, daß die Kurve E_T näher an die Arbeitskurve für das Sperrholzmaterial Ey kommt und die relative Belastbarkeit des Sperrkolzes innerhalb des kombinierten Elementes ( Platte und Klebeflansch) ansteigt ; die Zugspannung der Sperrholzplatte cryi kommt näher an er y , wohingegen die Zugspannung des Blechmaterials er ai an dem Klebeflansch des genannten Blechmaterials größer wird und näher an den Grenzpunkt O-s kommt. Dies ist möglich, ohne die Sicherheit der Konstruktion als ganzes zu gefährden, da die verkleinerte Sicherheit des Metallblech-Materials durch die vrgrößerte Sicherheit des Sperrholzmaterials ausgeglichen wird.

V/ie aus den obigen Ausführungen ersichtlich wird, ist es deshalb möglich, ohne die Abmessungen der Komponententeile zu vergrößern, eine wesentlich vergrößerte Tragfähigkeit des kombinierten Leichtbau-Elementes zu erhalten als bei einem vergleichbaren Bauelement, bei dem das Metallblech-Profil und die Abdeckplatte durch mechanische Teile verbunden sind.

In einer praktischen Ausführung wurde eine Balken-Kons ti'uktion für ein Flachdach, das eine Spannweite von 12 m hat, mit Leichtbau-Konstruktions-Elementen entsprechend der Erfindung ausgeführt. Die Grundprofile hatten eine Höhe von 25 cm und sie waren aus dünnem Metallblech mit einer Dicke von 1,0 - 1,25 mm gefertigt. Der Abstand zwischen den Leichtbau-Konstruktions-Elementen war 120 cm und die Weite der Grundprofile war 60 cm . Die Abdeckplatte bestand aus Sperrholz, das eine Dicke von 19 mm hatte. Berechnungen und praktische Erprobungen zeigten, daß dieses Leichtbau-Dach,· das 'eine große Spannweite und den relativ großen Abstand zwischen den Grundprofilen hat, eine Tragfähigkeit mit einer großen Sicherheit hatte.

Es muß verstanden werden, daß die obige Beschreibung

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nur beispielhaft ist und daß alle Arten von Veränderungen der Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Ansprüche vorhanden sind. Ss ist ferner für einen ku&igen Fachmann klar, wie die Erfindung durch Austausch der Werkstoffe und Elemente durch gleichwertige Werkstoffe und Elemente verändert werden kann, ohne dabei jedoch vom Grundgedanken und Sinn der Erfindung abzuweichen.

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Claims

Dr.Η/Η

Patentansprüche :

1-/Ein Bauelement zusammengestzt aus einer Anzahl von Leichtbau-Konstruktions-Elementen und dazu bestimmt, horizontal zwischen Stützpunkten eingebaut und von oben belastet zu werden, gekennzeichnet dadurch, daß jedes Leichtbau-Konstruktions-Element (1,2) ein unteres Grundprofil zur Aufnahme der Dehnungsbeanspruchung enthält, das aus einem Kastenprofil ( 3 ) aus dünnem Metallblech besteht, das an der Oberseite offen ist und an seiner Oberseite nach einwärts oder auswärts gerichtete Flanschen ( 3a ) hat, und eine Oberflächenabdeckung ( 4- ) aus Sperrholz oder anderem Holzmaterial enthält, um die Druckbeanspruchung in dieser Zone aufzunehmen, und die aus einem Werkstoff gemacht ist, der in jeder Hinsicht sich wesentlich unterscheidet von dem Metallblech des Grundprofils, und dadurch, daß die Oberflächenabdeckung ( 4 ) durch eine Klebeverbindung ( ρ ) , die sich über die ganze obere Fläche des Grundprofil-Flansches ( 3a ) erstreckt, fest mit dem Grundprofil ( 3 ) verbundenjLst, sodaß die obere Abdeckung ( 4 ) und das Grundprofil ( 3 ) eine statisch wechselweise zusammenwirkende Tragkonstruktion ergeben.
2. Bauelement nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen-Abdeckung ( 4 ) jedes Leichtbau-Konstruktion-Elements (1,2) größer ist als das Grundprofil ( 3 ) und sich über dessen beide Längsseiten nach außen über das Grundprofil ( 3 ) hinaus erstreckt.
3. Bauelement nach den Ansprüchen 1. oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von angrenzenden Leichtbau-Konstruktions-Elementen (1,2) durch ein Anschlußprofil ( 7 ) oder dergleichen hergestellt wird, das mit einem Laschanstreifen, der sich entlang der benachbarten Kanten der Oberflächen-Abdeckung ( 4 ) erstreckt und mit abstehenden Anschlußteilen ( 11 )

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die obere und untere Fläche der Oberflächen-Abdeckung berührt.
4. Bauelement nach jedem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllkassette ( 8 ) den Zwischenraum zwischen den Profilen ( 3 ) überbrückt.
5. Bauelement nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkassette ( 8 ) mit stiften ( 13 ) in entsprechende Löcher in den Seiten der Grundprofile ( 3 ) eingreift.
6. Bauelement nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkassette ( 8 ) ebene Seitenkanten hat, die in Längsrillen ( 17 ) in den Seiten der Grundprofile ( 3 ) eingreifen.
7. Bauelement nach den Ansprüchen 4, 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkassette ( 8 ) konkav oder konvex geformt und zurückspringend zwischen die Grundprofile ( 3 ) gespannt ist.
8. Bauelement nach jedem der Ansprüche 4-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkassettö ( 8 ) Rohre, Leitungen und Anschlußteile ( 15» 16 ) für Elektrizität, Telefon, Lüftung usw. enthält.
9. Bauelement nach jedem der Ansprüche 4-8 dadurch gekennzeichnet, daß das Grundprofil ( 3 ) entlang des Bodens und/oder der Seiten mit Isoliermaterial ( 6 ) ausgelegt ist und daß die Füllkassetten ( 8 ) gleicherweise mit Isoliermaterial ( 14 ) versehen sind.

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