WO2006012876A1 - Anordnung und verfahren zur verankerung von faserverstärkten zugstangen - Google Patents

Anordnung und verfahren zur verankerung von faserverstärkten zugstangen Download PDF

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WO2006012876A1
WO2006012876A1 PCT/DE2005/001350 DE2005001350W WO2006012876A1 WO 2006012876 A1 WO2006012876 A1 WO 2006012876A1 DE 2005001350 W DE2005001350 W DE 2005001350W WO 2006012876 A1 WO2006012876 A1 WO 2006012876A1
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Werner Hufenbach
Olaf Helms
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Technische Universitaet Dresden
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Technische Universitaet Dresden
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/026—Constructions of connecting-rods with constant length made of fibre reinforced resin
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/07—Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/127—The tensile members being made of fiber reinforced plastics

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for anchoring fiber-reinforced tie rods according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing a connection between a tie rod and anchoring means according to the preamble of claim 3.
  • the invention serves for attaching a metallic force introduction element to tension struts, tie rods, tie rods and tension rods as well as shrouds and posts (collectively referred to as "tie rods") made of long- and endless-fiber-reinforced thermoplastic material decisive link to the further load-bearing structure or to a foundation.
  • Axial continuous fiber reinforced plastic rods which can be made, for example, by pultrusion, have excellent strength and stiffness properties.
  • the technical problem is to introduce tensile forces in accordance with the material and power flow in such tie rods.
  • connection technology is the production of tie rods described as an endless loop.
  • the pull rod forms a loop around a bolt for the introduction of force.
  • the loop may be formed as a simple loop, as a double loop or split loop.
  • EP 0 001 235 A1 discloses a frictional connection between the end of a pull rod and a force introduction element.
  • the force introduction element consists of an inner cone-shaped part, which is inserted into an outer part with a corresponding inner contour and can be clamped with this.
  • the inner part has a stepped central bore in which the end of the drawbar is clamped.
  • the frictional connections tend to uncertainties due to fluctuating friction conditions and bias. Vibratory wear is possible.
  • An anchorage for high performance fiber composite wires is known from EP 0 710 313 B1.
  • Adhesive surfaces must be available for bonding and potting anchors. These adhesive surfaces can lead to installation space problems. For a fiber composite rod with a diameter of 12 mm, the necessary adhesive length is about 500 to 700 mm.
  • an anchoring for carbon fiber composite wires is also known.
  • a positive connection is realized by elastic spreading of a longitudinally split fiber composite rod. While the splitting of the rod end constitutes a pre-damage, the elastic spreading of the rod segments leads to an additional bending load in these segments.
  • the object is to provide an easy to manufacture and easy to install arrangement, which consists of inexpensive produced fiber composite semi-finished products (eg pultruded rods) and easy-to-install metallic force application elements by means of a safe and reproducible method with the ends of the Drawbar can be connected.
  • the system of drawbar and arrangement should ensure a high connection strength.
  • the object of the invention is achieved by an arrangement with the features mentioned in claim 1. Furthermore, the object is achieved by a method with the method steps mentioned in claim 3. Advantageous embodiments and variants are the subject of dependent subclaims.
  • the adapted funnel contour of the KEE also favors a flow path that is appropriate for the flow of force, so that excess stresses at the transition from the metallic to the fiber composite material are minimized.
  • conventional joining techniques such as thread, bolt or joint connection
  • the force introduction element is connected to the adjacent load-bearing structure. The respective connection technique is taken into account in the design of the load introduction element.
  • the profile of the bar semi-finished product can vary depending on the application.
  • the shape of the load introduction element must be matched to this profile.
  • rods with a circular cross-section and rotationally symmetrical force introduction elements offer themselves for simple production.
  • a mounting device is suitable, the u. a. consists of a heating station and three linear actuators.
  • the heating station causes this heating of the rod end.
  • the linear drives each push a force introduction element, introduce an expansion body and actuate a mold for the re-formation of the rod end.
  • the mechanical deformation energy can be used for variants of the mounting device z. B. with pneumatic, hydraulic or electromechanical drives or manually applied.
  • the heating of the rod end can be done directly by heat radiation or convection or with a special heating tool by heat conduction.
  • the rod end can be heated indirectly by heat conduction.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive arrangement with pull rod and mounted force introduction element and pressed-expansion body
  • Fig. 2 is an illustration for illustrating the method using a metallic spreader
  • Fig. 3 is an illustration for illustrating the method using a spreader made of reinforced thermoplastic
  • Fig. 4 is a schematic representation of a mounting device
  • Fig. 1 is a longitudinal section through the force application zone of the drawbar system is shown with mounted force introduction element, wherein the geometry of the individual components is clear.
  • the end of the pull rod 1 is spread in a cup-shaped manner and is enclosed by the force introduction element.
  • the force introduction element 2 has a continuous cavity with a variable cross section. In the area of the bar entry, the cross section of the cavity corresponds to the cross section of the undeformed draw bar 1. At the other end, the cavity has an enlarged inner cross section, which corresponds approximately to two to four times the bar cross section. In between there is a transition area, which converts the two cross sections into each other. Because of the ease of manufacture, a design with circular cross sections is advantageous.
  • the inner contour of the force introduction element is thus approximately funnel-shaped.
  • the expansion body 3 is designed so that the resulting annular space between the expansion body 3 and the force introduction element 2 has a cross-sectional surface area which corresponds approximately to the cross-sectional area of the undeformed tie rod 1.
  • the cup-shaped end of the tie rod 1 then fills this annular space completely at primarily axial fiber orientation.
  • the force transmission is made possible for example via an external thread on the force introduction element 2.
  • the expansion body 3 may consist of metallic material or of the rod material. If the expansion body like the rod made of fiber-reinforced thermoplastic, so there is an additional cohesive connection between spreader 4 and rod end 1 (Fig.l, single drawing B).
  • FIG. 2 show, by way of example and schematically, essential stages of the forming process during the use of a metallic expansion body 3.
  • the drawbar 1 is secured in a non-positive manner in a device by means of clamping jaws 21 against axial displacement.
  • a linearly driven carriage 17 carries a radiator 14, which is heated with a heating element 15.
  • the force introduction element 2 is received by the radiator 14 and is coaxial to the rod 1 can be fed.
  • the expansion body 3 and the upsetting tool 6 are also linearly driven and can be fed coaxially to Zustange 1.
  • the expansion body 3 is first inserted into the force introduction element 2 with a low pre-load F SKI in order to center the expansion body 3 in the force introduction element 2.
  • the force introduction element 2 is heated by the heating cartridge 15 to a temperature slightly above the softening temperature of the processed thermoplastic matrix.
  • the force introduction element 2 is pushed as shown in FIG. 2 (B) with the feed force F KEEI over the end of the tie rod, wherein the rod end meets the centered entrained expansion body.
  • the expansion body gives way a little further as the KEE advances, so that the annular space between the force introduction element and the expanding mandrel is released for the inflow of the thermally plasticized rod material.
  • the rod material projecting beyond the expansion body is recompressed and put together by the compression tool with the compression force Fwzi. While the advancing force of the expansion body Fs K2 and the compression force Fwzi are maintained, the joining zone is pre-stretched by a low preload force F JCEE2 on the force introduction element, so that fibers can orient themselves in the direction of the stress. After cooling the system, the force introduction element is released from the radiator and the clamping device can be opened.
  • FIG. 3 schematically show essential stages of the method according to the invention when using a
  • Spreader 4 made of fiber-reinforced thermoplastic.
  • a metallic auxiliary spreader mandrel 22 is used, which takes over the centering and Sp Dretzbergergabe.
  • the projecting beyond the fiber-thermoplastic expansion body 4 bar material is applied after renewed thermal plastication with the upsetting tool and compacted. Through the renewed heat input of the expanding mandrel welded to the rod material.
  • FIG. 4 schematically shows an exemplary embodiment of a mounting device for producing drawbar systems from a fiber composite rod and metallic force introduction elements.
  • the force introduction elements 2, spreader 3 and compression tool 6 are by three pneumatic cylinder actuators 8; 10; 13 actuated.
  • the Sp SaintSON 5 is guided concentrically by the upsetting tool and the associated pneumatic cylinder.
  • the pneumatic actuators 8; 10 for spreader and compression tool and the heating module 14; 15 are mounted on a carriage 18 which is linearly guided on the base 19.
  • the feed of the carriage is performed by the pneumatic actuator 13.
  • the necessary after the centering return stroke of the expanding mandrel 3 or 22 can be defined by a remindhubbegrenzung 16. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verankern von faserverstärkten Zugstangen (1), umfassend ein Krafteinleitungselement (2) und einen in das Krafteinleitungselement (2) einsetzbaren Spreizkörper, die durch Formschluss mit einem Ende der Zugstange verbunden sind. Dabei ist die Zugstange (1) im Krafteinleitungsbereich vom Spreizkörper radial aufgeweitet und die radiale Aufweitung hinter dem Spreizkörper zusammengeführt, verdichtet und konsolidiert, so dass der Spreizkörper und die Zugstange (1) formschlüssig verbunden sind, das Krafteinleitungselement (2) eine trichterähnliche Innenkontur aufweist, mit der die vom Spreizkörper hervorgerufene Vergrößerung des Endes der Zugstange (1) formschlüssig ist. Zur Erfindung gehört auch Verfahren zur Herstellung der Verbindung.

Description

Anordnung und Verfahren zur Verankerung von faserverstärkten Zugstangen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verankern von faserverstärkten Zugstangen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer Zugstange und Verankerungsmitteln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Die Erfindung dient der werkstoff- und kraftfiussgerechten Anbringung eines metallischen Krafteinleitungselements an Zugstreben, Zugstangen, Zugankern und Zugstäben sowie Wanten und Stagen (im folgenden zusammengefasst: „Zugstangen") aus lang- und endlosfaserverstärktem Thermoplast. Das Krafteinleitungselement ist dabei das für die Verankerung der Zugstange entscheidende Bindeglied zur weiteren lasttragenden Struktur bzw. zu einem Fundament.
Auf Grund der problematischen Krafteinleitung in Faserverbundstangen werden vorwiegend Stahlstangen als Zugstangen verwendet. In Bereichen, bei denen Leichtbau, Korrosionsbeständigkeit oder elektrische Isolationswirkung von entscheidender Bedeutung sind, sind verschiedene Lösungen für die Verankerung von Faserverbundstangen bekannt.
Kunststoffstangen mit axialer Endlosfaserverstärkung, die zum Beispiel durch Pultrusion hergestellt werden können, besitzen ausgezeichnete Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften. Das technische Problem besteht darin, Zugkräfte werkstoffgerecht und kraftflussgerecht in solche Zugstangen einzuleiten.
In Michaeli, Wegener: Einführung in die Technologie der Faserverbundwerkstoffe, Kap. 6: Verbindungstechnik ist die Fertigung von Zugstangen als Endlosschlaufe beschrieben. Hierbei bildet die Zugstange eine Schlaufe um einen Bolzen zur Krafteinleitung. Die Schlaufe kann als einfache Schlaufe, als Doppelschlaufe oder geteilte Schlaufe ausgebildet sein.
Die Fertigung von Endlosschlaufen aus Faserverbundwerkstoff ist sehr aufwendig, da zur Formgebung ein u. U. sehr langes Werkzeug benötigt wird. Für jede Zugstangenlänge wird ein Werkzeug benötigt. Aus EP 0 001 235 Al ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Ende einer Zugstange und einem Krafteinleitungselement bekannt. Das Krafteinleitungselement besteht aus einem inneren konusförmigen Teil, das in ein äußeres Teil mit entsprechender Innenkontur eingesetzt und mit diesem verspannbar ist. Der innere Teil weist eine abgestufte zentrische Bohrung auf, in der das Ende der Zugstange geklemmt ist.
Die kraftschlüssigen Verbindungen neigen zu Unsicherheiten durch schwankende Reibverhältnisse und Vorspannung. Schwingreib verschleiß ist möglich.
Aus der DE 39 42 535 Al ist eine stoffschlüssige Verbindung (Klebeverbindung und Vergussverankerung) zum Befestigen einer Zugstange in einem Krafteinleitungselement bekannt.
In der DE 100 10 564 Cl ist eine Kombination von Stoff- und Kraftschluss bildender Verbindung (konische Vergußverankerungen) zwischen Zugstange und Krafteinleitungselement beschrieben.
Eine Verankerung für Hochleistungsfaserverbundwerkstoff-Drähte ist aus EP 0 710 313 Bl bekannt.
Für Verklebungen und Vergussverankerungen muss eine ausreichende Klebefläche verfügbar sein. Diese Klebeflächen können zu Bauraumproblemen führen. Für einen Faserverbundstab mit einem Durchmesser von 12 mm beträgt die notwendige Klebelänge etwa 500 bis 700 mm.
Aus der CH 693 102 A5 ist weiterhin eine Verankerung für Kohlenstofffaserverbunddrähte bekannt. Hierbei wird ein Formschluss durch elastisches Aufspreizen eines längs aufgespaltenen Faserverbundstabes realisiert. Während die Aufspaltung des Stangenendes eine Vorschädigung darstellt, führt die elastische Spreizung der Stangensegmente zu einer zusätzlichen Biegebelastung in diesen Segmenten. Die Aufgabe besteht darin, eine einfach herstellbare und leicht zu montierende Anordnung zur Verfügung zu stellen, die aus preiswert produziertem Faserverbundhalbzeug (z. B. pultrudierten Stangen) und aus einfach anzubringenden metallischen Krafteinleitungselementen besteht, die mittels eines sicheren und reproduzierbaren Verfahren mit den Enden der Zugstange verbunden werden können. Das System aus Zugstange und Anordnung soll dabei eine hohe Verbindungsfestigkeit gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Anordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 3 genannten Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Durch die Verwendung von Faserverbundstangen mit thermoplastischer Matrix wird eine weitreichende Warmumformbarkeit dieser Stangen gewährleistet. Durch einen warmumformtechnisch erzeugten Formschluss werden die Zugstangen aus faserverstärktem Thermoplast an den Enden mit einem metallischen Krafteinleitungselement (KEE) verbunden. Dafür wird ein Spreizkörper zwischen die Verstärkungsfasern am Stangenende eingeschoben, wobei das Stangenende aufgeweitet und damit der Querschnitt an dieser Stelle vergrößert wird. Hinter dem Spreizkörper wird das Stangenmaterial wieder zusammengeführt, verdichtet und neu konsolidiert, so dass der Spreizkörper formschlüssig und u. U. auch stoffschlüssig in das Stangenende eingebettet ist. Die entstandene Aufdickung am Stangenende findet formschlüssig Halt in einer etwa trichterförmigen Innenkontur eines metallischen Krafteinleitungselements.
Durch die erzeugte Verdickung am Stangenende entsteht ein Formschluss zwischen Faserverbundstange und Lasteinleitungselement, durch die schmelzflüssige Matrix kann zusätzlich ein Stoffschluss entstehen. Die angepasste Trichterkontur des KEE begünstigt auch einen kraftflussgerechten Faserverlauf, so dass Spannungsüberhöhungen am Übergang vom metallischen zum Faserverbundwerkstoff minimiert werden. Mit konventionellen Verbindungstechniken wie etwa Gewinde-, Bolzen- oder Gelenkanschluss wird das Krafteinleitungselement mit der angrenzenden lastragenden Struktur verbunden. Die jeweilige Verbindungstechnik wird bei der Gestaltung des Lasteinleitungselements berücksichtigt.
Das Profil des Stangenhalbzeugs kann anwendungsspezifisch variieren. Die Gestalt des Lasteinleitungselements muss auf dieses Profil abgestimmt sein. Für die einfache Fertigung bieten sich jedoch Stangen mit Kreisquerschnitt und rotationssymmetrische Krafteinleitungselemente an.
Durch einen ausreichenden Faservolumenanteil können störende thermoplasttypische Kriech-, Setz- und Quelleffekte unterdrückt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Montagevorrichtung geeignet, die u. a. aus einer Heizstation sowie aus drei Linearantrieben besteht. Die Heizstation bewirkt hierbei eine Erwärmung des Stangenendes. Die Linearantriebe schieben jeweils ein Krafteinleitungselement auf, führen einen Spreizkörper ein und betätigen ein Formwerkzeug für die Neuformung des Stangenendes.
Die mechanische Umformenergie kann für Varianten der Montagevorrichtung z. B. mit pneumatischen, hydraulischen oder elektromechanischen Antrieben oder manuell aufgebracht werden.
Die Erwärmung des Stangenendes kann direkt durch Wärmestrahlung oder Konvektion erfolgen oder mit einem speziellen Heizwerkzeug durch Wärmeleitung. Durch Erwärmung des Lasteinleitungselements oder Spreizelements z. B. durch Induktionsheizung kann durch Wärmeleitung auch das Stangenende indirekt erwärmt werden.
Zur Anfertigung von Zugstangen aus faserverstärktem Kunststoff kann aufpreiswertes pultrudiertes Faserverbundhalbzeug in Standardlängen zugegriffen werden. Die Metallteile sind geometrisch einfach und damit preiswert. Die Montagezeit ist sehr kurz. Die individuelle Länge der Zugstange entsteht durch geeignetes Ablängen des Halbzeugs und Positionieren der Lasteinleitungselemente, daraus ergibt sich eine besondere Flexibilität in der Fertigung unterschiedlicher Längen. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausfuhrungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Zugstange und montiertem Krafteinleitungselement und eingepresstem Spreizkörper
Fig. 2 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens unter Verwendung eines metallischen Spreizkörper
Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens unter Verwendung eines Spreizkörper aus verstärktem Thermoplast
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Montagevorrichtung
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Krafteinleitungszone des Zugstangensystems mit montiertem Krafteinleitungselement dargestellt, wobei die Geometrie der einzelnen Komponenten deutlich wird. Das Ende der Zugstange 1 ist kelchförmig aufgespreizt und wird vom Krafteinleitungselement umschlossen. Das Krafteinleitungselement 2 besitzt eine durchgehende Kavität mit variablem Querschnitt. Im Bereich des Stangeneintritts entspricht der Querschnitt der Kavität dem Querschnitt der unverformten Zugstange 1. Am anderen Ende weist die Kavität einen vergrößerten Innenquerschnitt auf, der etwa dem zwei- bis vierfachen Stangenquerschnitt entspricht. Dazwischen befindet sich ein Übergangsbereich, der die beiden Querschnitte ineinander überführt. Wegen der einfachen Fertigung ist eine Gestaltung mit Kreisquerschnitten vorteilhaft. Die Innenkontur des Krafteinleitungselement ist somit etwa trichterförmig.
Der Spreizkörper 3 ist so gestaltet, dass der sich ergebende Ringraum zwischen Spreizkörper 3 und Krafteinleitungselement 2 einen Querschnittsflächeninhalt aufweist, der etwa dem Querschnittsflächeninhalt der unverformten Zugstange 1 entspricht. Das kelchartig geformte Ende der Zugstange 1 füllt dann bei vornehmlich axialer Faserorientierung diesen Ringraum vollständig aus.
Die Kraftweiterleitung wird beispielsweise über ein Außengewinde auf dem Krafteinleitungselement 2 ermöglicht. Der Spreizkörper 3 kann aus metallischem Werkstoff oder aus dem Stangenwerkstoff bestehen. Wird der Spreizkörper wie die Stange aus faserverstärktem Thermoplast hergestellt, so ergibt sich eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung zwischen Spreizkörper 4 und Stangenende 1 (Fig.l, Einzelzeichnung B).
Die in Fig. 2 dargestellten Einzelzeichnungen (A, B, C) zeigen beispielhaft und schematisch wesentliche Stufen des umformtechnischen Fügeprozesses bei Verwendung eines metallischen Spreizkörpers 3. Die Zugstange 1 wird hierbei kraftschlüssig in einer Vorrichtung mittels Spannbacken 21 gegen axiales Verschieben gesichert. Ein lineargetriebener Schlitten 17 trägt einen Heizkörper 14, der mit einer Heizpatrone 15 beheizbar ist. Das Krafteinleitungselement 2 wird vom Heizkörper 14 aufgenommen und ist koaxial der Stange 1 zuführbar. Der Spreizkörper 3 und das Stauchwerkzeug 6 sind ebenfalls lineargetrieben und koaxial zur Zustange 1 zuführbar.
Gemäß dem Verfahren wird entsprechend Fig. 2 (A) zunächst der Spreizkörper 3 mit einer niedrigen Vorkraft FSKI in das Krafteinleitungselement 2 eingeschoben, um den Spreizkörper 3 im Krafteinleitungselement 2 zu zentrieren. Das Krafteinleitungselement 2 wird durch die Heizpatrone 15 auf eine Temperatur etwas oberhalb der Erweichungstemperatur der verarbeiteten Thermoplastmatrix erwärmt. Das Krafteinleitungselement 2 wird gemäß Fig. 2 (B) mit der Vorschubkraft FKEEI über das Ende der Zugstange geschoben, wobei das Stangenende auf den zentrierten mitgeführten Spreizkörper trifft. Der Spreizkörper weicht beim weiteren Vorschieben des KEE etwas zurück, so dass der Ringraum zwischen Krafteinleitungselement und Spreizdorn für das Einfließen des thermisch plastifizierten Stangenmaterials freigegeben wird. Spreizkörper und Krafteinleitungselement werden dann synchron mit VKEEI = vsκ2 weiter vorgeschoben, so dass ausreichend plastifiziertes Stangenmaterial über den Spreizkörper hinaussteht.
Um den Spreizkörper formschlüssig einzufassen, wird entsprechend Fig. 2 (C ) das über den Spreizkörper hinausstehende Stangenmaterial durch das Stauchwerkzeug mit der Stauchkraft Fwzi neu verdichtet und angelegt. Während die Vorschubkraft des Spreizkörpers FsK2 sowie die Stauchkraft Fwzi gehalten werden, wird durch eine niedrige Vorspannkraft FJCEE2 auf das Krafteinleitungselement die Fügezone vorgestreckt, so dass sich Fasern in Richtung der Beanspruchung orientieren können. Nach dem Abkühlen des Systems wird das Krafteinleitungselement vom Heizkörper gelöst und die Klemmvorrichtung kann geöffnet werden.
Die in Fig. 3 dargestellten Einzelzeichnungen (A, B, C) zeigen schematisch wesentliche Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung eines
Spreizkörpers 4 aus faserverstärktem Thermoplast.
Es wird zunächst gemäße Fig. 3 (A) ein metallischer Hilfsspreizdorn 22 eingesetzt, der die Zentrier- und Spreizaufgabe übernimmt.
Nach dem Aufspreizen des Stangenendes wird entsprechend Fig. 3 (B) bei gehaltener
Spreizkörpervorschubkraft Fsκ2 die Fügezone mit der niedrigen Vorspannkraft FKEE2 vorgestreckt und abgekühlt.
Nach dem Abkühlen des Systems wird der Hilfsspreizkörper 22 entfernt und der
Spreizkörper aus faserverstärktem Thermoplast entsprechend Fig. 3 (C ) eingesetzt.
Das über den Faser-Thermoplast-Spreizkörper 4 hinausstehende Stangenmaterial wird nach erneutem thermischen Plastifizieren mit dem Stauchwerkzeug angelegt und verdichtet. Durch den erneuten Wärmeeintrag verschweißt dabei der Spreizdorn mit dem Stangenmaterial.
In der Fig. 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Montagevorrichtung zum Herstellen von Zugstangensystemen aus einer Faserverbundstange und metallischen Krafteinleitungselementen dargestellt. Das Krafteinleitungselementen 2, Spreizkörper 3 und Stauchwerkzeug 6 werden durch drei Pneumatikzylinderantriebe 8; 10; 13 betätigt. Der Spreizkörperträger 5 ist konzentrisch durch das Stauchwerkzeug und den zugehörigen Pneumatikzylinder geführt. Die Pneumatikantriebe 8; 10 für Spreizkörper und Stauchwerkzeug sowie das Heizmodul 14; 15 sind auf einen Schlitten 18 montiert, der auf der Basis 19 lineargeführt ist 17. Der Vorschub des Schlittens wird durch den Pneumatikantrieb 13 ausgeführt. Der nach dem Zentriervorgang notwendige Rückhub des Spreizdorns 3 oder 22 ist durch eine Rückhubbegrenzung 16 definierbar. Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Verankern von faserverstärkten Zugstangen (1), umfassend ein Krafteinleitungselement (2) und einen in das Krafteinleitungselement (2) einsetzbaren Spreizkörper, die durch Formschluss mit einem Ende der Zugstange verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (1) im Krafteinleitungsbereich vom Spreizkörper radial aufgeweitet und die radiale Aufweitung hinter dem Spreizkörper zusammengeführt, verdichtet und konsolidiert ist, so dass der Spreizkörper und die Zugstange (1) formschlüssig verbunden sind, das Krafteinleitungselement (2) eine trichterähnliche Innenkontur aufweist, mit der die vom Spreizkörper hervorgerufene Vergrößerung des Endes der Zugstange (1) formschlüssig ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizkörper aus verstärktem Thermoplast besteht und durch Abstimmung auf den Matrixwerkstoff der Zugstange (1) ein Stoffschluss zwischen Spreizkörper und Zugstange (1) besteht.
3. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer faserverstärkten Zugstangen (1) und Verankerungsmitteln, welche aus einem Krafteinleitungselement (2) und einen in das Krafteinleitungselement (2) einsetzbaren Spreizkörper bestehen, die durch Formschluss mit einem Ende der Zugstange (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Zugstange (1) gehalten und auf Erweichungstemperatur gebracht wird, der Spreizkörper mit seiner Spitze zusammen mit dem Krafteinleitungselement (2) auf das Ende der Zugstange (1) axial zugeführt und der Spreizkörper zentrisch eingepresst wird, wobei das radial verdrängte Material der Zugstange (1) in einen Raum zwischen der Außenkontur des Spreizkörpers und der Innenkontur des
Krafteinleitungselementes (2) abgeleitet, und das abgeleitete Material hinter dem Spreizkörper zusammengeführt und konsolidiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement (2) auf eine Temperatur etwas oberhalb der Erweichungstemperatur erwärmt wird und durch das erwärmte Krafteinleitungselement (2) die Erweichung des Endes der Zugstange (1) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizkörper zu Beginn der Vorschubbewegung im mitgeführten trichterförmigen Krafteinleitungselement (2) zentriert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizkörper beim weiteren Vorschieben des Krafteinleitungselementes (2) zurückweicht, so dass der Raum zwischen Krafteinleitungselement (2) und Spreizkörper für das Einfließen des thermisch plastifizierten Stangenmaterials freigegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur formschlüssigen Einbettung des Spreizkörpers das über den Spreizkörper hinausstehende aufgespreizte Stangenmaterial durch ein Stauchwerkzeug (6) zusammengeführt, verdichtet und konsolidiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während die Vorschubkraft Fsκ2 auf den Spreizkörpers sowie die Stauchkraft FWzi gehalten werden, durch eine niedrige Vorspannkraft FKEE2 auf das Krafteinleitungselement (2) die Fügezone vorgestreckt wird, so dass sich Fasern in Richtung der Beanspruchung orientieren können.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abkühlen des Krafteinleitungselementes (2) die Haltekraft für das Stangenende gelöst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Spreizkörpers (4) auf Thermoplastbasis zunächst ein temperaturbeständiger Hilfsspreizkörper (22) mit dem Krafteinleitungselement (2) auf das Ende der Zugstange (1) zugeführt und das Stangenmaterial in den sich bildenden Raum verdrängt wird, der Hilfsspreizkörper gegen einen Spreizkörper (4) aus verstärktem Thermoplast getauscht und anschließend der Spreizkörper (4) vom verdrängten und überstehenden Stangenmaterial eingefasst wird.
PCT/DE2005/001350 2004-07-28 2005-07-27 Anordnung und verfahren zur verankerung von faserverstärkten zugstangen Ceased WO2006012876A1 (de)

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DE200410038082 DE102004038082B4 (de) 2004-07-28 2004-07-28 Verankerung von faserverstärkten Zugstangen
DE102004038082.1 2004-07-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006012876A1 true WO2006012876A1 (de) 2006-02-09

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