DE2040085A1 - Vorrichtung und Verfahren fuer vorgespannte Elemente - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

HERBERT CORLISS B¹ISGHER, Wellesley, Mass. / V. St. A. HERBERO? CORLISS FISCHER JR., Wellesley,Mass./V.St. A.

Vorrichtung und Verfahren für vorgespannte Elemente

Die Erfindung bezieht sich auf neue vorgespannte Elemente und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Um ein Bauteil mit vorverdichteten Eigenschaften zu erhalten, ist es bereits seit langem bekannt, daß ein Vorspannen verwendet werden kann, um die Zugfestigkeit und die Biegefestigkeit des Teils zu vergrößern. Beispielsweise besitzt Beton oder ein gegossener Stein, die vorzugsweise aus Portlandzement, einem Zuschla-gstoff und Wasser hergestellt sind, eine große Festigkeit gegenüber Kompressionen. Leider ist jedoch Beton anfällig gegenüber

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Zug, der bewirkt, daß er brüchig wird und einer Riß- und Bruchbildung unterliegt, wenn er unerwarteten Zugbelastungen ausgesetzt wird, wie sie beispielsweise häufig bei der Bearbeitung und dem Zusammensetzen von vorgegos^- senen Betonelementen vor und während der Errichtung eines Gebäudes auftreten.

Es wurden bereits zwei Wege eingeschlagen, um die Anfälligkeit des Betons gegenüber Zug zu überwinden; der eine Weg sieht ein Armieren, der andere ein Vorverdichten durch Vorspannen vor.

Das Armieren besitzt jedoch den offensichtlichen Nachteil, daß es dem Beton noch erlaubt, bei Zugbelastung Risse zu bilden, obwohl im allgemeinen die Eiseneinlage dauernd die gebrochenen Stücke zusammenhält. Dies beruht darauf, daß die Eisenarmierung sich dehnen muß, wenn sie die Last aufnimmt, aber da die Dehnung größer ist, als daß ihr der umhüllende Beton widerstehen könnte, bricht er unter der Belastung.

Das Vorspannen ist weitgehend eine Art Vorverdichtung des Betonelements in den Bereichen, in denen Zugbelastungen erwartet werden. Wenn eine ausreichende Vorverdichtung in dem Betonelement eingespeichert ist, werden bei der be*- rechneten Belastung keine Zugbeanspruchungen auftreten. Unter diesen Bedingungen verliert der Beton, der unter Kompression steht, seine Brüch-igkeit und wird ein flexibles und federndes Material. Ein vorgespanntes Betonelement verliert einiges von seiner Vorverdichtung, wenn es eine Belastung aufnimmt, so daß die tatsächlichen Kompressionsbeanspruchungen, wenn die Belastung größer wird, wenigstens bis zu der berechneten Belastung reaziert werden.

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Mit anderen relativ festen, d.h. relativ inkompressiblen Materialien, wie beispielsweise Metall, synthetische Plastiken, einschließlich Fiber-Glas-Harzzusammensetzungen, ist ebenfalls ein Vorspannen bekannt, um die Zugfestigkeiten zu vergrößern; dies ist insbesondere anwendbar insoweit, als es die Biegebeanspruchung von Baueinzelteilen betrifft.

In der Praxis wird ein Vorspannen des Betons auf zwei Arten erreicht, nämlich durch ein nachträgliches Spannen und durch ein Vorspannen. In dem einen Fall wird ein Eisenstab oder Seil gespannt, um den Beton zu verdichten. Ein nachträgliches Spannen wird dadurch erreicht, daß in dem.Betonelement ein Hohlraum gegossen wird und, nachdem der Beton sich gesetzt hat, ein Eisenstab oder Seil durch die Öffnung eingebracht und gespannt wird, um den Beton zu verdichten? hierbei werden die Spannelemente freistehend an denEnden des Hohlraums belassen. Beim Vorspannen wird ein Stahlseil beispielsweise durch hydraulische Winden oder Endverankerungen gespannt und der Beton um das Eisen herumgegossen, während das Seil unter Spannung gehalten wird. Nach dem Trocknen verbindet sich der Beton mit dem Eisen wegen der Aussparungen in ihm, so daß die Endverankerungen abgetrennt werden können und das Eisen unter Spannung bleibt, um den umgebenden Beton unter Kompression zu halten und auf diese Weise vorzuspannen.

Obwohl das letztgenannte Verfahren des Vorspannens mit beträchtlichem Erfolg über mehr als ein Jahrzehnt verwendet wurde, besitzt es doch eine Anzahl Nachteile.

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Vom St-andpunkt der Qualität aus, insbesondere um die Rißbildung bei vorgegossenen Betonelementen zu steuern, ist es meist schwierig, einen optimalen Grad der Vorspannung zu erreichen, da die Ausdehnung des Eisens gering ist (beispielsweise dehnt sich ein unbeschichtetes Seil von 1,25 cm Durchmesser und einer A.S.T.M. Güte 7 nur um 1,9 cm auf 3 m bei einem Zug von 1o 2oo kp). Einen optimalen Grad von Vorspannung zu erzielen, ist auch deshalb schwierig, weil das Eisen in dem Betonelement rutscht und sich daher schon bei niedrigeren Zugbeanspruchungen als vorausgesehen eine Rißbildung ergibt. Da es auch notwendig ist, Stahlseile in der Größenordnung von ungefähr 1,27 cm Durchmesser zu verwenden, um ein ausreichendes Haften an dem Beton zu erreichen und um die Spannung ir] dem Stahl im Hinblick auf die Druckfestigkeit des Betons auszugleichen, kann eine Verteilung der Vorspannung über der Querschnittsfläche des Elements bei Verwendung von Vielfachstahlseilen nicht erreicht werden, außer bei sehr großen Elementen. Obendrein liegen die Enden der vorgespannten Stahlelemente notwendigerweise offen an der Außenfläche des Elements.

Weiterhin ist vom Standpunkt der Verwendbarkeit ein derartiges Vorspannen nur auf Beton mit einer relativ hohen Festigkeit beschränkt; es kann beispielsweise nicht für einen Schaumbeton mit geringem Gewicht und niedriger Festigkeit verwendet werden, wie er im allgemeinen bei Elementen zur Gebäudeverkleidung verwendet wird. Dies beruht auf der geringen Ausdehnung des Stahls sogar bei hohen Zugbelastungen und darauf, daß der Schaumbeton unmög-

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lieh mit einem Stahlstab oder Kabel geringen Durchmessers abbindet. Hierdurch wird es unmöglich, ein mit Siahl vorgespanntes Element geringen Zugs vorzusehen und es an Beton geringer Festigkeit anzugleichen.

Wegen der Schwierigkeiten bei der Herstellung der Elemente wird eine teure Einrichtung benötigt, um den bei Stahl benötigten hohen Zug zu erzeugen und während der Zeit zu erhalten, die notwendig ist, bis der Beton getrocknet ist, Aus diesem Grund können daher vorgespannte Betonelemente wirtschaftlich nur an zentralen Stellen hergestellt werden und an die Bausbeilen gebracht werden. Die Größen und Konfigurationen sind aber durch die Kosten und durch die verfügbare Einrichtung begrenzt, insbesondere wenn nur wenige spezielle Betonelemente möglich sind.

Andere Materialien, wie beispielsweise synthetische, organische, plastische Materialien, sind in ähnlicher Weise durch Einschließen in gespannte, relativ undehnbare Elemente vorgespannt worden. Sie unterliegen aber alle den oben aufgeführtenSchwierigkeiten, nämlich der praktischen Schwierigkeit, ein optimales Vorspannen zu erreichen aufgrund der geringen Ausdehnung der vorzuspannenden Elemente, sogar wenn sie unter hohem Zug stehen. Hieraus ergibt sich auch, daß sie nicht verwendbar sind, insbesondere nicht mit Elementen geringer Festigkeit und speziell mit Materialien geringen Gewichts, wie beispielsweise Holz und Plastik.

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Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, neue vorgespannte Elemente und Verfahren zu ihrer Herstellung vorzusehen, die nicht den oben angeführten Schwierigkeiten unterliegen. Weiterhin ist es gemäß der Erfindung möglich, leichte Elemente geringer Festigkeit vorzuspannen ebenso wie die Zugbelastungen über den Querschnitt des Elements zu verteilen, und dies sogar bei Materialien geringer Festigkeit. Darüber hinaus ist es gemäß der Erfindung möglich, die armierten Seile in den Elementen zu verdecken, so daß sie nicht an der Oberfläche freiliegen.

Eine weitere Aufgabe gemäß der Erfindung besteht darin, den Gebrauch von mit Metall vorgespannten Elementen zu vermeiden, da bei derartigenElementen die bekannten Elektrolyt- und Korrosionsprobleme auftreten.

Dies wird dadurch erreicht, daß als Vorspannele^nte Materialien einer Klasse einzigartig brauchbar sind, die seit langem für andere Verwendungszwecke bekannt sind, aber niemals praktisch als Vorspannelemente in Betracht gezogen wurden. Diese Materialien enthalten bekannte synthetische, organische, plastische Polymere, wie Nylon, Polypropylene und Polyester, vorzugsweise in Form von hochelastischen, vielfasrigen, gedrehten oder ungedrehten Seilen von mäßiger Zugfestigkeit, verglichen mit Stahl; sie sind aber einzigartig geeignet, um hohe Druckkräfte zu erzeugen, die auf ihrer wiedergewinnbaren Spannung oder Dehnung von 1o bis 2o % aufwärts beruhen, wobei sie für ein progressives Anwachsen des Zuges bis zu ihrer Zerreißspannung an der Elastizitätsgrenze vorgesehen sind.

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Es wurde herausgefunden, daß derartige vielfasrige Seile, wenn sie auf wenigstens 5 bis 1o % ihrer beständigen Länge im entspannten Zustand gespannt werden, was ebensoviel \\/ie 80 bis 9-O °/o ihrer Elastizitätsgrenze bei Bruch bedeutet, mit relativ festen Materialien, insbesondere leichten Materialien, wie Leichtmetall, Plastik, Holz etc., kombiniert werden können, die geeignet sind, um das gespannte Seil auf einer relativ festen Länge von mindestens 5 bis "Io % der Ausdehnung zu erhalten, insbesondere bei einer weiteren Ausdehnung, um nicht gebräuchliche, leichte, vorgespannte Elemente und Artikel zu liefern. Beispielsweise können Stränge solcher Seile verwendet werden, die in der Größenordnung von mindestens 7oo' bis 1o5o kg/cm

bis auf mehr als 35oo kg/cm (an der Basis des Strangquerschnitts) belastet werden, wobei die Stränge selbst bei einer Reißfestigkeit von 4- bis 1o g pro Denier, ausgestattet sein können, was äquivalent einem JFaserquersclinittz
her ist.

2 scliiiittzug von ungefähr 42oo bis 1o 5oo kg/cm oder holm Gegensatz zu der allgemeinen Meinung, daß Zugkräfte eines solchen gespannten Seils, das zur Erzeugung der erforderlichen Druckkräfte notwendig ist, so schnell mit der Zeit abnehmen., daß sie für relativ dauerhafte vorgespannte Elemente unbrauchbar sind, haben Versuche ergeben, daß nach einem anfänglichen Spannungsabfall von 5 bis 1o #, welcher innerhalb weniger Minuten auftritt, ein weiterer Abfall anscheinend annähernd konstant mit dem Logarithmus über der Zeit ist und sehr

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niedrig bleibt, so daß Nylon beispielsweise anscheinend mehr als zwei Drittel seines Anfangszugs zur Erzeugung der Druckkräfte noch nach 1oo Jahren behalten wird.Durch Vorspannen eines relativ festen Materials durch solch ein Seil, das bei wenigstens 5 bis 1o ^Ausdehnung und vorzugsweise unter einem Zug von wenigstens 1o bis 2o % seiner äußersten Reißfestigkeit, bei einer Spannung von wenigstens 55oo kg/cm (Faserbasis) und vorzugsweise höher gehalten wird, kann eine große Variationsmöglichkeit von vorgespannten Bauelementen gemäß der Erfindung vorgesehen werden.

Der angegebene Abfallfaktor kann durch Teste bestimmt werden, in denen die Fasern des zu testenden Materials an den Klemmen eines Spannprüfgeräts befestigt werden, so daß die ungespannte, freie Länge des Versuchsstücks vor der Anlegung einer Kraft 25,4- cm beträgt. Das Versuchsstück wird dann um einen Betrag von 2,5 cm pro Minute gespannt, um entweder ein Anwachsen in der Länge auf 15 % zu erreichen oder eine Länge zu erreichen, die 1 % weniger ist als die Ausdehnung beim Reißen, was aber immer geringer ist. Eine Minute, nachdem die Fasern gespannt worden sind auf die gewünschte Länge, wird die gesamte Spannung an den Fasern aufgezeichnet. Die Fasern werden dann in dem Prüfgerät in dem gespannten Zustand etwa 4-000 Minuten ungestört gelassen. Der Spannwert nach dieser Zeitdauer wird dann gemessen und aufgezeichnet.

Gemäß der Erfindung ist ein Spannelement mit einem relativ festen, inkompressiblen Körper und einer Spannvorrichtung vorgesehen, die synthetische, organische,

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plastische Pasern enthält, die eine wiederherstellbare Dehnung von wenigstens 5 % und eine Spannfestigkeit von

wenigstens 7°o kg/cm enthält, wobei die Spannvorrichtung bei einer relativ festen Länge in enger Verbindung mit dem Körper bei mindestens 5 $ Ausdehnung und unter einem Zug von wenigstens 1o % der äußersten Reißfestigkeit gehalten wird, um den Körper zu verdichten.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Lieferung eines Spannelements vorgesehen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch ein Spannendes Elements mit ™ einer synthetischen, organischen, plastischen Faser, die auf eine Länge von wenigstens 5 # mehr als die Ausgangslänge in entspanntem Zustand dehnbar ist und die Tendenz hat, einen wesentlichen Teil einer derartigen Ausdehnung wieder herzustellen, durch Anlegen einer Kraft an die Paser, um die Faser auf einen Betrag von wenigstens 5 % mehr als die Ausgangslänge in entspanntem Zustand auszudehnen, und durch Fixieren der Faser bei ihrer gedehnten Länge, -wobei die Faser unter Spannung gehalten wird, um das Element für eine Zeitdauer von mehr als einem Jahr mit einer bestimmten Kiaft zu spannen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung inVerbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Draufsicht und einen Querschnitt eines innen vorgespannten Bauelements gemäß der Erfindung;

Fig. 3 und 4 eine Seitenansicht und einen Querschnitt eines außen vorgespannten Bauelements gemäß der Erfindung;

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Fig. 5 ein typisches Endprodukt, das das Bauelement gemäß Fig. 5 und 4 verwendet;

Fig. 6 ein innen vorgespanntes, rohrförmiges Bauelement^

Fig. 7 und 8 eine isometrische und teilweise aufgebrochene Darstellung eines festen Bauelements, das außen in zwei Richtungen gemäß der Erfindung vorgespannt ist;

Fig. 9 und 10 eine isometrische, teilweise aufgebrochene Darstellung und eine Endansicht eines Druckbehälters,der außen in zwei Richtungen gemäß der Erfindung vorgespannt ist;

Fig. 11 einen Querschnitt eines außen vorgespannten Rohrs gemäß der Erfindung; und

Fig. 12 und 13 eine End- und Seitenansicht, die teilweise aufgebrochen ist, eines außen vorgespannten Schleifrades gemäß der Erfindung.

Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen nach cter Erfindung sind verdichtete Bauelemente vorgesehen, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, wobei die Elemente aus herkömmlichem festen Material, wie beispielsweise Metall, Plastik, Beton, Holz etc·, mittels eines inneren oder äußeren Faserspannseils verdichtet sind; hierbei können sie sich, wie es bei hochelastischen Dehnungen möglich ist, in der Größenordnung von wenigstens 5 bis 1o % relativ zu dem Material, das vorgespannt wird, ändern und zwar mit einem Abfallbetrag von nicht mehr als

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einem Drittel über eine Zeitdauer von Jahren, wobei derartige Seile eine Ausdehnung von ungefähr 5 his Ίο % gegenüber ihrer Grundlänge in entspanntem Zustand erhalten und vorzugsweise unter einemDruck von wenigstens 1o bis 2o % ihrer äußersten Reißfestigkeit bei einem Zug von we-

— 2
nigstens 55oo kg/cm (an der Faserbasis) und vorzugsweise höher stellen. Das Material, das vorgespannt wird, ist in einem festen, nicht nachgebenden Zustand, d.h. es ist relaitiv inkompressibel, wenn. Verdichtungskräfte durch das Spannseil angelegt werden; hierbei befindet sich das stark angespannte Seil in engem Kontakt mit dem festen Körper und wird dadurch auf relativ bestimmter Länge gehalten, so daß es dauernd seine Verdichtungskraft aufrecht erhält, um das Element bei einem relativ niedrigeiiAbfallbetrag vorzuspannen. Die Verwendung von nichtmetallischen Faserspannseilen gemäß der Erfindung vermeidet die Elektrolyt- und Korrosionsprobleme bei Metall und besitzt noch weitere Vorteile, wie weiter unten ausgeführt.wird.

Eine Vielzahl elastischer, organischer, plastischer Seile kann gemäß der Erfindung verwendet werden einschließlich solcher organischer, plastischer Materialien, wie Nylon, Polypropylen und Polyester, ebenso wie andere, wobei sie vorzugsweise in vielfasrigen, ungedrehten oder verdrehten Konfigurationen wie beispielsweise in Verbindung mit Strängen oder Strähnen verwendet werden. Derartige Seile besitzen gewöhnlich eine hohe Spannfestigkeit mit einem hohen Betrag an elastisch wiederherstellbarer Dehnung, die wiederholt bleibt, nachdem das Seil genügend oft gespannt worden ist, um eine relativ stabile Länge in ent-

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spanntein Zustand, zu erreichen. Beispielsweise besitzt ein rlylonstrang, ein bevorzup:tes Spannseil gemäß der Erfin-

2 dung, eine Reißfestigkeit von ungefähr 25oo kg/cm (an der Querschnxttsbasis des Stranges) bei ungefähr ^o fo Dehnung Jenseits seiner festen Länge; es kann ebenso auf So bis 9o % seiner äußersten Reißdehnung gedehnt werden, um eine Spannung zu liefern, die zur Erzeugung und Vorspannung von Druckkräften in einer Größe von ungefähr 21 oo kg/cm bei einer Ausdehnung von ungefähr 4-o ^c/o verwendbar ist. Aufgrund unserer Versuche und Berechnungen wird ein derartiger Hylonstrang, wenn er bei einer relativ festen Dehnung von 4-0 % durch ein festes Element,das vorgespannt wird, gehalten wird, sogar noch nach 1oo Jahren eine Vorspannverdichtungskraft von 14oo kg/cm'" besitzen. Als weiteres Beispiel ist ein Polyestervielfasergarn (DuPont "DACRON" Type 68) mit einer Reißfestigkeit von

ο
9»5 g/den (11 7oo kg/cm ) bei 13,7 % Dehnung ebensogut

2 verwendbar, insbesondere bei Spannungen über 35°° kg/cm ; es bleibt wenigstens zwei Drittel der angelegten Spannung über eine Zeitdauer von Jahren erhalten. Derartige Materialien sind sehr brauchbar als Vorspannelemente, insbesondere zur Vorspannung relativ leichter, fester Elemente, wie beispielsweise Holz, Aluminium, Plastik, Glas etc., ebenso wie für hohle Elemente und Artikel, wie beispielsweise Schleifräder, Druckbehälter, Röhren etc., die sehr schwierig vorzuspannen sind mit einem Material, wie beispielsweise Stahl, da die hohe Spannfestigkeit des Stahls es notwendig macht, extrem schmale Vorspannelemente zu verwenden, die wiederum schwierig anzuordnen und zu kontrollieren sind. Mit den viel geringeren Spannfestigkeiten und den vergrößerten Dehnungen der Spannmaterialien gemäß

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der Erfindung können.viel größere und sogar leichter zu
kontrollierende Spannelemente vorteilhaft verwendet werden; im Unterschied zu Stahl mit seiner Maximalausdehnung von 1 Ms 2 % ergibt sich mit den Vorspannmaterialien gemäß der Erfindung sogar eine 1o?&Lge Abnahme in ihrer festenSpannlänge entweder durch einAbgleiten oder durch eine Deformation des Bauteils, wobei nur ungefähr ein 1obiger Verlust bei der angelegten Verdichtungskraft auftritt.

Polyester und Polypropylenstränge besitzen eine etwas geringere Reißfestigkeit bei Ausdehnungen, die"ungefähr die Hälfte von NyInn betragen; sie sind aber trotzdem in Verbindung mit der Erfindung gut verwendbar. Andere plastische Materialien mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften sind ebenfalls verwendbar.

Der genaue Aufbau eines Spanrseils gemäß der Erfindung ist in der US-Patentschrift 3 208 838 beschrieben; das Spannseil kann sich mit einem nichtfesten Material, wie beispielsweise nicht abgebundenem Beton oder Plastik,' verbinden, solange der Beton oder das plastische Material in nicht abgebundenem, nachgebenden Zustand sich befindet,

es .
wobei/gewöhnlich in eine geeignete Form gegossen wirdoder sich in der Form verdichtet₉ in der die Spannseile gehalten sind. Danach geht der nicht feste Körper in festen
Zustand über und die Spannseile ziehen sich dann zusammen oder ermöglichen das Zusammenziehen, um das Element zu
verdichten. Oder aber das Spannseil wird in gespanntem
Zustand außen an ein festes Element angelegt^ damit es

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zusammen mit dem Spannseil in engeren Kontakt aufgrund der Verdichtung gespannt wird, so daß sich das gespannte Armierungselement größenmäßig ändert, um ein derartiges Element aufgrund der Verdichtung zu spannen.

Die Spannung des Spannseils kann, nachdem der bisher nicht feste Körper sich ausreichend gesetzt hat, auf Temperaturbasis durchgeführt werden. Beispielsweise wird wie in der herkömmlichen Praxis das Trocknen von vorgegossenen Betonelementen durch Erwärmung der Form durchgeführt, die den Beton enthält. Durch Anwendung der Erfindung kann ein Spannseil ausgewählt werden, in welchem ein größerer Teil seiner Kontraktion bei einer passenden Temperatur auftritt , unter welcher das Betontrocknen anfangs für ein tatsächliches Setzen und Verbinden mit dem Spannseil ausgeführt werden kann und über welcher das Spannseil sich mit Spannung zusammenziehen und so das Betonelement verdichten wird.

In Verbindung mit der Erfindung kann Beton verwendet werden, der aus Portlandzement hergestellt ist und zusammen mit einer Vielzahl der bekannten Zuschlagstoffe verwendet wird, nicht nur dem üblichen Sand, Kies oder Steinzuschlagstoffe, sondern auch leichte Zuschlagstoffe, wie gebrannter Ton, expandierte Hochofenschlacke, Bimsstein etc., ebenso wie Luft- und Schaumbeton.

In Fig. 1 und 2 ist ein Standardbetontestelement (A.S.T.M.) dargestellt, das im allgemeinen mit 1o bezeichnet ist und gemäß der Erfindung hergestellt ist. Insbesondere hat ein

ρ solches Testmuster einen Querschnitt von 38,7 cm und eine

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Länge von 5?»^ cm und ist durch Einschluß von Spannelementen 12, 14, 16, 18 in normalem Portlandzement hergestellt worden mit einer Verdichtungsfestigkeit im Bereich von j>5o bis 42o kg/cm , wie er allgemein bekannt ist und beispielsweise in Design and Control of Concrete Mixtures, 1Oth Ed., veröffentlicht durch die Portland Cement Association (1952) beschrieben ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Spannelemente 12, 14, 16, 10 sind vielfasrige, aufschrumpfbare Polyesterfasern mit einer wiederherstellbaren Spannung von ungefähr 1o $, wobei ungefähr eine 1o#ige Schrumpfung bei ■Erhitzung auf eine Temperatur von ungefähr Joo⁰ auftritt. Dies kann durch Einlagern solcher -!Fasern in !Form von Strängen vorgenommen werden, die zv/eckmäßigerweise in nicht abgebundenen Zementkörpern angeordnet sind, wobei sich dann der Zement bei einer niedrigeren Temperatur setzt, als sie nötig ist, um eine tatsächliche Schrumpfung der Polyesterfasern zu bewirken. Danach wird der Betonkörper auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend hoch ist, um das Schrumpfen der Polyesterfasern zu bewirken. Ein auf diese Weise hergestelltes Testexemplar hatte eine Bruchfestigkeit, die annähernd zweimal so groß war v;ie die eines Kontrollexemplars ohne solche Fasern und hat eine sehr wünschenswerteRißkontrollcharakteri-■stik'aufgewiesen, ■ wobei die Risse, die vor dem Bruch erschienen sind, wieder beseitigt werden konnten durch eine Entlastung des Probestücks. Andere schrumpfbare Fasern als Polyester können ebensogut verwendet werden; derartige Fasern können dann in Form von Kabeh ebenso v/ie in Form von Strängen angeordnet sein.

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Vorverdichtete Bauteile können ebenso hergestellt werden durch Verwendung von organischen, plastischen Vielfaserseilen in Form von Kabeln, wie sie oben beschrieben worden sind, welche wenigstens eine 5- bis 1o#ige Dehnung und eine Elastizität unter Zug von wenigstens 1o bis 2o# ihrer äußerstenBruchfestigkeit besitzen. Diese kann durch Einspannen eines oder mehrerer solcher Kabel beispielswetse aus liylon durchgeführt werden. Jedes dieser Kabel ist dann durch geeignete Einspannköpfe 2o gehalten, wie sie in Fig. 6 dargestellt und zusammen mit dieser Figur beschrieben werden; die gespannten Kabel werden dann mit Beton oder einem anderen nicht abgebundenen, plastischen Körper vergossen, wobei die Kabel während des Abbindens des Materials unter Zug gehalten sind. Nachdem der Beton abgebunden hat, kann die Spannung auf den Kabeln freigegeben werden, um den Beton zu verdichten; hierzu können dann die Enden der Kabel abgetrennt werden. Nylonkabel sind für eine derartige Anwendung besonders geeignet, und zwar nicht nur wegen ihrer großen Dehnbarkeit und der hohen Verdichtungskräfte, die durch sie erzeugt werden können, sondern auch weil sie chemisch mit dem Beton reagieren, was eine besonders feste Bindung ergibt.

Als weitere Modifikation eines innen verspannten, verdichteten Bauelements gemäß den Fig. 1 und 2 kann ein Körper 1o, der ohne Rücksicht auf das feste Material, aus dem er besteht, gemäß der Erfindung dadurch gespannt ■werden, daß die Kabel 12, 14-, 16, 18 durch geeignete Öffnungen eingeführt sind und daß die Kabel auf eine Spannung gebracht sind, die wenigstens gleich 5 bis 1o# über ihrer Grundlänge in entspanntem Zustand liegt und die sich

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unter einem Druck von wenigstens 5 bis Io % ihrer äußersten Bruchfestigkeit befinden. Die Kabel können dann auf einer bestimmten Länge relativ zu dem Körper 1 ο durch Einklemmstücke 2 ο gehalten werden.

In H¹Ig. 3 und 4- ist ein außen verspanntes Bauelement gemäß der Erfindung dargestellt, in dem ein fester Körper 25, beispielsweise aus Metall, Holz oder Plastik, durch ein gespanntes Seil 27 gespannt ist, das herumgewunden ist und beispielsweise die Form eines endlosen Kabels, eines Stranges oder eines vielfach gewundenen "Vielfaserseils besitzt. Wie bereits vorher beschrieben, wird das Seil 27 aus einem dehnbaren Material um mindestens 5 bis 1o % über seine Grundlänge im entspannten Zustand hinaus vorgespannt und befindet sich unter einem Zug von mindestens 1o bis 2o % seiner Bruchspannung» Wenn es für eine Anwendung erforderlich ist, braucht das Seil 27 nicht um den Körper 25 herumgeschlungen zu sein, sondern es kann auch auf einer oder beiden Seiten hinausragen, wobei dann die benachbarten Enden durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Einklemmstücke 2o„ befestigt sind.

In Fig. 5 ist ein typisches Endprodukt dargestellt, bei dem die Bauteile der Fig. 3 und 4 verwendbar sind als Seitenschienen 2^₉ 25 einer herkömmlichen Leiter mit Sprossen 26. Das Leitermaterial ist Hartholz, obwohl es ebensogut auch Aluminium sein könnte«, Das Seil 27 ist ein Nylonstrang von o_f64 cm Durchmesser, das auf 4-O % seiner Grundlänge in entspanntem Zustand ausgedehnt ist, um eine zurückbleibende ¥erdichtungskraft

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von ungefähr i>2o kg zu bilden, wobei es auf ein Drittel seiner äußersten Bruchfestigkeit belastet ist und in einer Einkerbung rings um die Seitenschienen untergebracht ist. Bei einer Vorspannung mit ungefähr 56,7 g (2 Unzen) Nylon auf jeder Seitenschiene brach eine Leiter von ^, 6m Länge, wenn sie horizontal an ihren Enden unterstützt und in der Mitte belastet v/orden ist, bei einer Belastung mit 53° kp, während hiermit verglichen eine ähnliche Leiter ohne ein Verdichtungsseil 27 schon bei einer Belastung mit 26o kp brach.

In Fig. 6 ist ein weiteres Bauteil in Form einer Aluminiumröhre 3o dargestellt, die einen Strang 32 enthält, der gemäß der Erfindung gedehnt und verspannt ist. Dieser Strang ist durch das Innere der Röhre hindurchgeführt und an seinen Enden durch bekannte Einspannelemente 2o gehalten; er besitzt ein konisches Teil 22 zur Aufnahme des offenen Endes des Vielfaserstrangs 32 und ist durch Zusammenwirken mit einer konischen Abschlußvorrichtung25 eingespannt, wobei die Abschlußvorrichtung in einer bestimmten Stellung innerhalb des Körpers 22 durch Schraubengewinde 24 gehalten ist. Das innerlich verspannte, röhrenförmige Bauteil der Fig. 6 ist auf die verschiedenste Weise als Endprodukt verwendbar, beispielsweise als Tragmasten verschiedenster Art, als Schiffsmasten und Skistöcke ebenso wie für stark verspannte und flexible Elemente, wie beispielsweise Helikopterrotorflügel.

In Fig. 7 und 8 ist ein festes Bauteil 4o dargestellt, welches in zwei Richtungen verspannt ist, nämlich in Richtung der Längsachse und senkrecht dazu in Umfang-

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richtung,um eine verbesserte Festigkeitscharakteristik mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen eine Biegeverformung vorzusehen, wobei speziell leichtes Material verwendet ist. Der feste Körper 42, welcher aus Holz, Metall, Plastik einschließlich aus Fiberglas-Harz zusammengesetzten Materialien, Beton und Glas etc., bestehen kann, besitzt eine Vielzahl verspannter, in Längsrichtung verlaiifender Stränge 44 hoher Festigkeit aus organischem, plastischen Material, vorzugsweise aus ITylon oder Polyester, die an einer oder mehreren Seiten angebracht sind und bei einer Deliming von wenigstens 5 # unter einer Spannung von mehr als 25oo kp/cm gehalten sind; hierbei sind über das Teil 42 und die Stränge verspannte, in Umfangsrichtung verlaufende Stränge 46 gewickelt, die ebenfalls bei einer Dehnung von wenig— ο tens 5 # und einer Spannung von mehr als 35o"Q kp/cnl·^ vorzugsweise in Streifenform in schraubenförmiger Konfiguration gehalten sind. Nachdem die Stränge 46 herumgewickelt und durch geeignete Kitt-el befestigt sind, können die darunterliegenden, in Längsrichtung verlaufenden Stränge 44 freigegeben und je nach Wunsch ausgetrimmt werden, wobei ihre Spannung durch die darübergewickelten Stränge 46 erhalten bleibt. DieWicklung der in umfangsrichtung verlaufenden Stränge kann am besten durch eine gleichzeitige Wicklung einer Vielzahl von Strängen bewerkstelligt werden, vorzugsweise in einer einzigen Lage in Streifenform und zwar unter einem ziem— lieh hohen Zug, um eine Spannung von über 35oo kp/cm in den fertigen Schnüren zu erzeugen.

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BADQBiSiNAL

Bauteile dieser Art besitzen ebenfalls einen großen Anwendungsbereich; beispielsweise sind derartige Teile, wenn sie auf diese Weise armiert sind, als Leiterseitenscliienen geeignet; weiterbin sind sie insbesondere für stark beanspruchte Gegenstände geeignet, wie beispielsweise Hockeystecken oder Baseballschläger, bei denen der Griffteil in der geschilderten V/eise vorteilhaft armiert sein kann.

Eine weitere Art von Gegenständen, die gemäß der Erfindung vorteilhaft so armiert sein kann, betreffen im Inneren unter Druck stehende Gegenstände, wie beispielsweise Druckbehälter, Tanks, Rohrleitungen etc.

In Fig. 9 und 1o ist ein derartiger Druckbehälter 5° dargestellt, der aus einem hohlen, zylindrischen, festen Körper 52 mit halbkugelförmigen Enden besteht, der mit einer Vielzahl darüberliegender, in Längsrichtung verlaufender Stränge an den Enden umwickelt ist; der mittlere zentrale Längsteil ist ebenfalls mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung verlaufender Stränge 56 umwickelt, ebenso wie der rechtwinkelige feste Aufbau der Fig. 7 und 8. Bei dem Druckbehälter der Fig. und 1o sind die in Längsrichtung verlaufenden Stränge vorzugsweise entlang dem Umfang und quer zu dem Kittelpunkt der halbkugelförmigen Enden verteilt, was am besten in Fig. 1o zu erkennen ist, um für eine sehr gute Armierung der Enden zu sorgen. Der Körper 5° kann aus irgendeinem gewünschten Material, v/ie beispielsweise Metall, Plastik, Beton, Glas etc., bestehen.

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BAD ORIGINAL

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erhalten, wenn gedehnte Stränge aus synthetischem, organischen,Fasermaterial um den axialen Bereich der äußeren Oberfläche eines hohlen, zylindrischen Teils gewickelt werden, wie beispielsweise einer Röhre, wobei jeder Strang eine Vielzahl von Fäden enthält und kommerziell als Garn abgesetzt wird. Wie bereits oben beschrieben, werden bedeutende Vorteile, beispielsweise eine vergrößerte Bruch- und Stoßfestigkeit sowie eine zusätzliche Widerstandsfähigkeit gegen Stoß, hierdurch erhalten. Diese Vorteile werden bei einem röhrenförmigen Körper aus irgendeinem Material erhalten, vorausgesetzt, daß es die oben erwähnten charakteristischen Eigenschaften besitzt, um widerstehen zu können, obwohl es durch die Kräfte stark deformiert ist, die auf die Wand des Rohrs durch die gedehnten Stränge ausgeübt werden. Hierdurch werden insbesondere unerwartete Ergebnisse mit Röhren aus Materialien erreicht, die aus einem flüssigen Brei bestehen, d.h. aus Mischungen von festen Partikeln oder faserförmigen Materialien und Flüssigkeiten, die, nachdem sie verarbeitet worden sind,, trocknen oder abbinden, wie beispielsweise Beton, Ton-, Asbestzement oder sogar ein Holζzellstoff» Wie bereits früher beschrieben, können die synthetischen Stränge organische j plastische, faserige Materialien enthalten,wie beispielsweise Nylon, Propylen, Polyester,, ebensogut wie andere Stoffe, vorzugsweise in Form eines Fadens oder in Form vieler Fäden von unverdrehter oder verdrehter Konfiguration«, wie beispielsweise bei den Artikeln der Fig» 7 bis 1o® Ebenso müssen die vorher aufgestellten Angaben^ daß derartige Stränge bei einer Unterbringung um ein Rohr wenigstens 5 ⁰P meiir, als es ih-

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rer Grundlänge in entspannten Zustand entspricht, bei οίο
nem Zug von wenigstens ^5oo kp/cm^L (Faserbasis) gedehnt v/erden, vorhanden sein,um diese vorteilhaften Ergebniese zu erhalten.

In Fig. 11 ist ein zusammengesetzter Aufbau dargestellt, der mit dem Bezugszeichen 60 versehen ist und einen Rohrkörper 62 enthält mit einem Strang oder Garn 64, das in Richtung des Umfangs um seine Außenfläche gewickelt ist. Selbstverständlich enthält das Material, das um das Rohr gewickelt ist, einen einzelnen Strang oder viele Stränge. In Jedem Fall enthält jeder Strang plastisches Material mit einer wiederherstellbaren Dehnung von wenigstens 5 bis 1o % und mit einer Zugfestigkeit von über 7000 kp/cm^c (an der Faserbasis); das Material war auch einem ausreichenden Zug unterworfen, wenn es auf dem Umfang um den Rohrkörper gewickelt war, so daß es bei einer Unterbringung um das Rohr herum auf eine Länge von 8 % mehr, als es der Grundlänge in entspanntem Zustand entspricht,gedehnt worden war. In der speziellen Darstellung sind zwei Lagen Stränge 64 übereinandergewickelt; es ist selbstverständlich, daß die Zahl der Lagen von Strängen, die übereinandergewickelt sind, nur von den endgültig gewünschten Werten des Rohres und von der Menge des synthetischen Materials in den Lagen abhängt. Während in Fig. 11 nur ein Teil eines Rohres dargestellt ist, geht es natürlich nicht über den Rahmen derErfindung hinaus, wenn die vorteilhaften Ergebnisse auch bei ähnlichen Gegenständen durch ein Überwickeln erhalten werden, die in Verbindung mit dem Rohr ver-

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wendet werden, wie beispielsweise Kupplungen, T-Stücke und Krümmer.

Die folgende Tabelle gibt die vorteilhaften Ergebnisse an, die in Verbindung mit der Erfindung gewonnen werden können, wie sie bei dem Rohr angewendet worden sind. Obwohl spezielle Materialien, Rohrgrößen und gedehnte Stränge in diesen Beispielen hervorgehoben worden sind, dienen die angegebenen "Vorteile nur der Illustration und stellen keineswegs eine Beschränkung' der Ansprüche dai"".

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	spiel	-24-	Stoß	Hydrosta tisch nach dem Stoß	20A0085
Bei		Hydro- statisch kein Stoß	kg	kp/cm^	Bruch kein Stoß
	A-C Kanal-Röhre	kp/cm"	18,1	1%3	kg
Al.	A-C Kanal-Röhre (1 Lage) A-C Kanal-Röhre (3 Lagen)	22,5	18,1 18,1	51,3 95	1554.
5·	A-C Muffe	52,o 1o8	9,o7	28,8	249o
B1.	A-C Muffe CZ> Lagen)	56,6	9,o7	116	175o
2.	PVC Rohr +	116	45,4	46,4	517ο
C1.	PVC Rohr (1 Lage)	45	45,4	1o6,5
cL ·	PVC Rohr (3 Lagen)	112	45,4	2o4
5·	Betonrohr	169++	9,o7	o,7o
D1.	Betonrohr (5 Lagen)	9,14	9,o7	58,7	73o
2.	Tonrohr	52	3,o4	O	77I0
E1.	Tonrohr (1 Lage)	11,2	3,o4	3o,9	449
2.	Tonrohr	5o,9	3,o4	46,4	522o
	55,5		7750

+ Bruch nicht anv/endbar
++ Rohr reißt nicht

In dem Beispiel A der obigen Tabelle besteht die A-C Kanal-Röhre aus einer 2o,5 cm Asbestzementröhre eines Typs, der von Johns-Man viii e unter der Markenbezeichnung 2o,;^;2 cm Klasse I500 Kanalröhre vertrieben wird.

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In Beispiel B enthält die A-C Muffe eine 15*24- cm Asbestzementrohrmuffe eines Typs, der durch Johns-Manville unter der Markenbezeichnung 15»24- cm Klasse I50 Druckrohrmuffe vertrieben wird.

Die PVC-Röhre in Beispiel C enthält ein Polyvinylchloridrohr des !Typs, der durch Johns-Manville unter der Markenbezeichnung 11,2 kp/cm 15,24- cm PVC-Rohr vertrieben wird.

Die Betonröhre in Beispiel D stellt einen Typ dar, der durch IT. E. Concrete Pipe Co. unter der Markenbezeichnung 2o,52 cm Typ C-14--6S vertrieben wird.

Die Tonröhre in Beispiel E stellt einen Typ dar, der durch Broekway Pipe Co. unter der Markenbezeichnung 2o,52 cm C-2oo ES vertrieben wird.

In den beweglichen Beispielen der Fig. 11 ebenso wie bei den Gegenständen der Fig» ? bis 1o war dieRöhre,, die Muffe oder die anderen Gegenstände mit einem Polyesterstranggarn des Typs umwickelt, der von E. I. Du Pont De Nemours & Company als DACRON Fadengarn für industriellen Gebrauch als Typ 68, 13oo Denier, 192 Fäden hoher Festigkeit_s mit

2 einer Bruchfestigkeit von 9j5 g/den gleich 11 7oo kp/cm (an der Fadenbasis) mit einer Bruchdehnung von ungefähr 14 °ß> vertrieben wird., In den Beispielen, in denen die Zahl der Garnlagen bezeichnet ist, war jede Garnlage durch Wik» kelfasern des Garns Typ 68 um den gesamten axialen Bereich der Höhre ausgeführt, so daß etwa 13 Stränge pro Zentimeter in axialer Richtung in jeder Lage mit einer radialen

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sind

Dicke von ungefähr o,o25 cm ausgebildet/.Jeder Garnstrang bestand aus ungefähr 192 Fäden Polyesterfaser. Ein Zug von 8,16 kp (67 ^cJo der Bruchfestigkeit von 12,2 kp) war an Jeden Garnstrang angelegt worden, wenn er in Umfangsrichtung um die Außenfläche Jedes Rohrstücks oder Jeder Muffe herumgewickelt war, so daß Jeder Strang um etwa 1o # mehr, als es seiner Grundlänge in entspanntem Zustand entspricht, gedehnt war.

In dem Ausführungsbeispiel ist Jede Lage durch eine drehbare Halterung der Röhre in einer Drehbank gebildet worden. Wenn das Rohr gedreht worden ist, war eine Mehrzahl der Garnstränge einem geeigneten Zug unterworfen, so daß die Stränge auf den gewünschten Betrag gedehnt worden sind. Die Stränge sind um das Rohr in schraubenförmigen Linien herumgewickelt worden und reichen von dem einen äußeren Ende bis zu dem anderen Ende. Wenn mehrere Lagen um das Rohr herumgewickelt waren, waren sie vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die Richtung der schraubenförmigen Ausbildung in den folgenden Lagen geändert war. Die Rohre müssen eine ausreichende strukturelle Festigkeit besitzen, damit sie geeignet sind, den Kräften zu widerstehen, die durch die Stränge erzeugt werden, die um sie herumgewickelt sind. In den oben angeführten Beispielen war Jeder Strang Kräften von über 7ooo kp/cm^ (an der Faserbasis) unterworfen, wenn sie um das Bohr herumgelegt worden sind. Obwohl die Zugkraft, die bei dem Garn angewendet wurde, relativ verschieden ist bei den einzelnen synthetischen Materialien, die verwendet werden₉ und Je nach Größe der gewünschten Dehnung, hat sich ergeben, daß, um die oben angeführten vorteilhaften Ergebnisse zu erhalten, die Zugkraft über kp/cm betragen muß.

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3 Vergrößern der Rohrfestigkeit ebenso wie des inneren hydrostatischen Drucks und der Bruchfestigkeit sind ausschlaggebend und beruhen auf dem Spannungsübergang, der durch das Umwickeln stark gespannter und gedehnter Fasern gemäß der Erfindung in einem Bereich vorges-ehen ist, wo kleine schmale Bereiche des Rohrkörpers, welche normalerweise geprüft würden, besonders gut gemäß der Erfindung verfestigt sind/ so daß solche Fehlerstellen nicht mehr auftreten. Aus diesem Grund kann ein Rohr mit Mängeln, das normalerweise als Ausschuß betrachtet werden müßte, durch Anwendung der Erfindung verwendungsfähig sein.

Eine andere Art Gegenstände, welche besonders vorteilhaft gemäß der Erfindung vorgespannt werden kann, enthält Schmirgelschleifscheiben nach Art eines Hohlzylinders oder eines Bechers, welcher äußerlich gemäß der Erfindung vorgespannt sein kann, um für eine verbesserte Festigkeit zu sorgen, so daß die Scheiben bei höheren Geschwindigkeiten noch dazu mit einer vergrößerten Sicherheit gedreht werden können.

Bei Schleifscheiben ist es bekannt, daß die"Schleifleistungen im allgemeinen proportional zu der Geschwindigkeit der Scheibenoberfläche vergrößert wird, so daß es wichtig ist, eine Schleifscheibe mit höherer Geschwindigkeit für maximale Schleifleistungen zu drehen. Die maximale Scheibengeschwindigkeit ist aber durch die Scheibenfestigkeit beschränkt, da die Zentrifugalkräfte,die das Rad ohne Bruch aushalten muß, sich mit zunehmender Scheibeiigeschwindigkeit schnell vergrößern.

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—do —

In dem älteren US-Patent 3 14-1 271 sind Schleifscheibenarmierungen in Form von vorgespannten undehnbaren Glasfasern dargestellt und beschrieben, bei denen effektiv ein Vergrößern der Schleifscheibengeschwindigkeit bis zu einer gewissen Grenze möglich war; hierbei war es aber sehr vorteilhaft, zusätzliche Eigenschaften der Scheiben vorzusehen, so daß Stücke der Schleifscheiben zusammenhalten, wenn teilweise Fehler und Brüche in der Scheibe aufgetreten sind, so daß die Scheibe nicht brechen kann und Teile von ihr herumgeschleudert werden, da sich hierdurch ernsthafte Verletzungen des Bedienungspersonals ergeben können.

Wenn die vorliegende Erfindung auf Schleifscheiben nach Art eines Zylinders oder Bechers angewendet wird, stellt es nicht nur eine Verbesserung aufgrund der vergrößerten Vorspannung dar, um dadurch viel höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, sondern es stellt auch eine Verbesserung in einer vereinfachten Anordnung bei bestehenden hohlen Schleificheiben dar. In Verbindung mit anderen Materialien, die beispielsweise aus breiähnlichen Mischungen hergestellt sind, werden die Schleifscheiben gemäß der Erfindung sehr verfestigt, insoweit hiervon die Mängel betroffen sind.

In Fig. 12 und 13 ist eine Schleifscheibe 7° in Form eines Hohlzylinders oder eines Bechers dargestellt, die aus einem herkömmlichen festen Körper 72 besteht, der aus Schmirgelkörnern oder Partikeln in Verbindung mit einem Harzbindemittel zusammen mit einem Strang oder einem Garn 74· ^zu~

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sammengesetzt ist, der in Richtung des Umfangs um die äußere Oberfläche herumgewickelt ist. Wie die Röhre in Pig. 11 enthält der Strang plastisches Material mit einer wiederherstellbaren Dehnung von mindestens 5 bis

2 1o % und mit einer Zugfestigkeit von über 7ooo kp/cm ; wenn der Strang in tlmfangsrichtung um den Körper 72 herumgewickelt war, war er einem ausreichenden Zug unterworfen, so daß er bei der Unterbringung auf dem Körper auf eine Länge von ungefähr 5 "bis 1o % mehr gedehnt war, als es der Grundlänge in entspanntem Zustand entspricht. In dem speziellen Ausführungsbeispiel sind die darübergewickelten Stränge 74- dieselben, wie sie bereits in Verbindung mit Pig. 11 beschrieben sind. ·

Wenn die Vorteile, die aufgrund der Erfindung zu erreichen sind, auf hohlzylindrische oder becherförmige Schleifscheiben angewendet werden, die zylindrische oder kegelstumpfförmige - konische Außenflächen besitzen, mit einer einzigen Schicht Polyestergarn gewickelt sind und auf diese Weise, wie sie bereits in Verbindung mit den Röhren beschrieben wurde, besonders sicher sind, sind überraschend hohe Oberflächengeschwindigkeiten möglich, die doppelt so hoch sind als die bei Scheiben, die nicht gemäß der Erfindung armiert sind.

Die große Festigkeit und wiedergewinnbare Dehnung von Strängen und Seilen aus synthetischen, organischen, plastischen Fasern, die über 5° % gegenüber der Reißfestigkeit für Nylon und über 2o % für Propylen und für Polyester, wie beispielsweise DAORON, liegen, ihre große Verkürzungsfähigkeit sogar bei relativ geringen Dehnungen von

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ungefähr 1o % gegenüber der Länge in entspanntem Zustand (was auch bewiesen worden ist durch ihre unerwartet niedrige Abfallrate von nicht mehr als ungefähr einem Drittel ihrer gespannten Druckkräfte und zwar über einen Zeitraum von mehreren Jahren) haben sie sehr geeignet für eine Verwendung als vorgespannte Elemente gemacht, da ihre besonders hohen Dehnungen bei weit niedrigeren Spannungsbelastungen als bei Stahl- oder Glasfasersträngen erreicht werden. Beispielsweise kann ein 1,27 cm Nylon- oder DACRON-Seil um ungefähr 1o % gegenüber der Länge in entspanntem

α Zustand mit ungefähr 18o bis 23o kp gedehnt werden, während bei einem 1,27 cm Stahlseil eine 5-mal höhere Kraft benötigt würde, um das Stahlseil um 1 % zu dehnen. Dies macht es nicht nur möglich, einfachere und billigere Vorspannmaschinen zu verwenden, sondern gleichzeitig auch gleichmäßiger gespannte Produkte sogar bei leichtem Beton, Holz oder Aluminium zu erzeugen und die Spannung über den Elementenquerschnitt durch Verwendung von Vielfachsträngen gleichmäßig zu verteilen. In Verbindung mit dem hohen Dehnungsgrad, der bei solchen organischen, plastischen Faserseilen vorgesehen ist, stellt ein viel geringerer Schlupfgrad des Spannelementes relativ zu dem festen Körper kein. Problem dar im Unterschied zu geringen Dehnungen bei Stahl,

W WQ^ogar ein geringerer Schlupf die SpanmHftwirkung des Stahls zerstören wird. Jeder erforderliche Betrag von Vorspannung kann gemäß der Erfindung durch ein Vergrößern der Anzahl der organischen, plastischen Faserstränge erreicht werden; der Schlupf kann virtuell beseitigt werden, indem die Stränge mit einem geeigneten Klebemittel, wie beispielsweise Epoxydharz bestrichen sind, um jeden gewünschten Grad von Haftung zu liefern, um die Spannstränge in engem Kontakt mit dem Körper zu halten.

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Claims (21)

1. P atentansprüche

   ΛJ Gespanntes Element in Verbindung mit einem relativ Testen, inkompressiblen Körper und Spannmitteln, dadurch gekennz eicb.net, daß die Spannmittel synthetische, organische, plastische Pasern enthalten (12 bis 18, 27, 32, 44, 46, 54, 56, 64 oder 74) mit einer wiederherstellbaren Dehnung von wenigstens 5 % und einer Spannfestigkeit von wenigstens ungefahr 7oo kp/cm'¹, wobei die Spannmittel bei einer relativ festen Länge in enger Verbindung mit dem Körper bei wenigstens 5 $ Dehnung und unter einem Zug von wenigstens Io # der äußersten Bruchfestigkeit gehalten werden, um den Körper zu verdichten.
2. 2. Gespanntes Element gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel frei von tragenden Begrenzungen ist.
3. 3. Gespanntes Element gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel gekrümmt ist.
4. 4. Gespanntes Element gemäß Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermittel Nylon enthält mit einer wiederheiEbellbaren Dehnung von wenigstens ungefähr 5o # und einer Zugfestigkeit von wenigstens 14oo kp/cm .
5. 5. Gespanntes Element gemäß Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennz eich η et, daß das Fasermit-

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   tel Polyester enthält rait einer wiederherstellbaren Dehnung von wenigstens 2o % und einer Zugfestigkeit von wenigstens 14oo kp/cm^£

   .2
6. 6. Gespanntes Element gemäß Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermittel Polypropylen enthält mit einer wiederherstellbaren Dehnung von wenigstens 2o % und einer Zugfestigkeit von wenigstens

   ρ
   kp/cm .
7. 7. Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel nach einer bestimmten Zeitdauer die Spannung auf wenigstens zwei Drittel der Kraft erhält, die zur Dehnung erforderlich ist.
8. 8. Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Beton besteht, der Portlandzement und Zuschlagstoffe enthält, oder daß der Körper aus Holz, Aluminium, Plastik oder einer Schleifscheibe besteht, die aus Schmirgelpartikel und einem Bindemittel zusammengesetzt ist.
9. 9. Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper rohrförmig mit Innen-und Außenflächen ist, und daß das Spannmittel um die äußere Fläche des rohrförmigen Körpers gewickelt ist.
10. 10. Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der rohrförmige Körper ein Betonrohr, ein Tonrohr, ein PVC-Rohr oder ein Asbestzementrohr ist.

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11. 11. Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermittel einen Faden enthält.
12. 12. Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet _s daß das Fasermittel mehrere Fäden enthält»
13. 13. Gespanntes Element gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Fäden um die äußere Fläche in Schraubenform gewickelt sind, daß die Fäden in Schraubenform von einem äußeren Ende des rohrförmigen Körpers bis zu dem anderen Ende reichen und eine Schicht aus den Fäden bilden, und daß mehrere Schichten aus den Fäden um die äußere Fläche des rohrförmigen Körpers gewickelt sind.
14. 14· Gespanntes Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Längsachse besitzt, und daß das Fasermittel um den Körper in einer ersten Schicht in einer Richtung parallel zu der Achse und in einer zweiten Schicht senkrecht zu den Fasermitteln der ersten Schicht gewickelt ist,
15. 15· Gespanntes Element gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht über der ersten liegt.
16. 16. Verfahren zur Lieferung eines gespannten Elements, g e kennzeichnet durch die Spannung des Elements in Verbindung mit einem synthetischen, organischen, plasti-

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    sehen Fasermittel, das dehnbar ist auf eine Länge von mindestens 5 # mehr als der Länge in entspanntem Zustand, und mit einer Tendenz, einen Großteil einer solchen Dehnung wiederherzustellen, wenn eine Kraft an das Fasermittel angeregt wird, um das Fasermittel um einen Betrag von mindestens 5 % mehr als der Länge in ungespanntem Zustand zu dehnen, und durch Fixierung der Fasermittel bei einer gedehnten Länge, wobei das Fasermittel unter Zug gehalten wird, um das Element über eine Zeitdauer von mehr als einem Jahr mit einer bestimmten Kraft zu spannen.
17. 17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η

    zeichnet, daß die Kraft wenigstens 35oo kp/cm beträgt .
18. 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 171 gekenn zeichnet durch ein röhrenförmiges Element, durch eine Wicklung aus mehreren Faserschichten, um das röhrenförmige Element, und durch Wicklungen, die von einem äußeren Ende zum anderen Ende des röhrenförmigen Elements verlaufen.
19. 19· Verfahren nach Anspruch 16, I7 oder 18, gekennzeichnet durch eine Fixierung der Fasern in gedehntem Zustand, wobei die Fasern unter einem Zug von wenigstens 1o % ihrer äußersten Bruchfestigkeit gehalten werden, und durch eine Fixierung, die durch Anwendung einer Beschichtung über der blanken Oberfläche der Fasern erhalten wird.

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    _35- - 204ü085
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19j dadurch gekennz eichnet, daß das Element eine Längsachse besitzt, daß eine erste Faserschicht um dieses Element in einer Richtung parallel zu der Achse gewickelt ist, und daß eine zweite Faserschicht um das Element über die erste Schicht in Eichtung senkrecht zu den Fasern der ersten Schicht gewickelt ist.
21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 2o, dadurch gekennz eichnet, daß der Spannbetrag wenigstens zwei Drittel der Dehnungskraft behält.

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