DE19638658A1 - Vorrichtung zur druckstoßabsorbierenden Befestigung eines Flächenelementes an einem Wandelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur druckstoßabsor­ bierenden Befestigung eines Flächenelementes an einem Wande­ lement mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Pa­ tentanspruches 1. Unter dem Begriff Flächenelement werden Ab­ deckungen, Riegel, Tore, Zwischenwände und dgl. verstanden, die im Normalbetrieb der Abschirmung oder Zugangsmöglichkeit zu einem Raum dienen, der durch Wandelemente, insbesondere durch unbewegliche Bauelemente begrenzt wird. Das Flächenele­ ment oder ein an diesem angeordnetes Halteteil soll nach der Lehre des Oberbegriffs überlappend an der der druckstoßbela­ steten Seite abgewandten Außenseite des Wandelementes anlie­ gen, das Wandelement sowie das Flächenelement oder das daran angeordnete Halteteil weisen ferner miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen auf, die von einem langgestreckten Befe­ stigungs- oder Verbindungselement durchsetzt sind.

In explosions- oder verpuffungsgefährdeten Räumlichkeiten ist es erforderlich, bei Druck- und Stoßbeanspruchungen dafür zu sorgen, daß miteinander verbundene flächige Teile ihre räum­ liche Sollage beibehalten und insbesondere nicht unkontrol­ liert weggeschleudert werden. Dabei kann es nämlich zur Be­ schädigung von empfindlichen Anlagen und Bauteilen kommen, die in solchen Räumen untergebracht sind. Insbesondere ist der hochsensible Bereich von Chemieanlagen und Kraftwerken, insbesondere auch der Kernkraftwerksbereich angesprochen, in dem extrem hohe Sicherheitsanforderungen gelten.

Im Industrie- und Forschungsanlagenbau werden eine Vielzahl von flächigen Abdeckungen, Toren, Zwischenwänden und derglei­ chen angeboten, die auf die im Oberbegriff beschriebene über­ lappende Weise an Wänden befestigt sind. Dazu dienen beim Stand der Technik herkömmliche Befestigungs- und Verbindungs­ mittel in Form von Bolzen, Schrauben, Nieten und dergleichen, die in der Regel so dimensioniert sind, daß im Falle von auf­ tretenden Druck- oder Stoßbelastungen ein sicherer Halt der Befestigungsmittel gewährleistet ist und die Belastungen starr aufgenommen werden. Dies führt dazu, daß die Quer­ schnitte der verwendeten Befestigungsmittel zweckmäßigerweise relativ groß sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß an ihr befestigte Flächenteile unter Druck- und Stoßbeanspruchungen sicher in ihrer Position ge­ halten werden und nur kontrollierten, geringfügigen Bewegun­ gen unterliegen, wobei eine Belastung der Flächenelemente selbst reduziert wird. Diese Aufgabe wird durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 ist vorgesehen, daß das Befestigungselement mindestens einen elastisch dehn­ baren, das Flächenelement nach Abbau der Druckstoßbelastung im wesentlichen in seine Ursprungslage zurückführenden ersten Abschnitt sowie mindestens einen zweiten, plastisch dehnbaren Abschnitt aufweist, der dann wirksam wird, wenn der minde­ stens eine elastische Abschnitt unter der Belastung des Druckstoßes seine Endanschlagstellung erreicht hat.

Als Kern der Erfindung wird es angesehen, zwei miteinander verbundene Elemente in das Befestigungselement zu integrie­ ren, wobei das erste Element lediglich elastisch wirksam
wird und in jeden Fall für eine exakte Rückstellung des Flä­ chenelements in seiner Ursprungslage sorgt. Falls aber der elastische Bereich des ersten Elements oder der erste Ab­ schnitts nicht mehr ausreichend ist, um die Druckstoßbela­ stung vollständig aufzufangen, wird das zweite Element bzw. der zweite Abschnitt wirksam, der sich unter besonders star­ ken Druckstößen zusätzlich plastisch verformt und damit ein Brechen oder Lösen der Befestigungselemente von dem Flä­ chenelement oder Wandelement vermeidet.

Vorteilhafterweise liegen das elastische und das plastische Element in Längsrichtung des Befestigungselements hinterein­ ander, wobei in Weiterbildung der Erfindung das elastische Element ein Federelement ist, insbesondere eine Schraubenfe­ der, die koaxial zum langgestreckten Befestigungselement ver­ läuft. Das plastische Element ist vorteilhafterweise ein langgestreckter, bolzenartiger Stab, der die Durchgangsboh­ rungen und das als Schraubenfeder ausgebildete elastische Element durchsetzt, wobei die Schraubenfeder nach Art eines Federtopfes auf der Innenseite des Wandelements angeordnet ist und von einem Kopf des Stabes in Richtung des Wandele­ ments beaufschlagt wird. Dadurch ergibt sich eine leicht zu montierende und räumlich vorteilhafte, platzsparende Bauwei­ se. Der bolzenartige Stab weist einen zur plastischen Verfor­ mung vorgesehenen gesonderten Abschnitt auf, der auch als Verjüngung des Stabquerschnitts ausgebildet sein kann oder aber auch ein gesondertes Material mit erhöhter Plastizität aufweist. Die Materialeigenschaften des elastischen Elements und die des plastischen Elements sind so gewählt, daß eine plastische Verformung des plastischen Elements erst dann ein­ setzt, wenn die Verformung des elastischen Elements einen zu­ lässigen Maximalendanschlagwert erreicht hat, mit anderen Worten, die als Druckelement ausgebildete Feder auf Block ge­ fahren ist.

Falls das Flächenelement und das Wandelement im Überdeckungs­ bereich einen L-förmigen Querschnitt aufweisen und im Über­ deckungsbereich ein flächiger Kontaktbereich zwischen Flä­ chenelement und Wandelement durch ein stufenartiges Übergrei­ fen des oder der L-Schenkel gebildet wird, ist eine gegensei­ tige Führung der unter Druckstoßbelastung sich relativ zuein­ ander bewegenden Elemente gewährleistet, so daß die Bolzen nicht auf Scherung belastet werden, sondern nur entlang ihrer Längsachse.

Auf einfache Weise läßt sich auch eine Anzeigevorrichtung an dem plastischen Element vorsehen, durch die angezeigt wird, wenn eine plastische Verformung des plastischen Elements stattgefunden hat und das Element damit auszutauschen ist. Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise eine mechanisch betätigte Nase sein, die im Falle einer Verlängerung des pla­ stischen Elements in einer Anzeigeausnehmung sichtbar wird oder eine solche durchgreift.

Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Druckstoßabsorbierenden Be­ festigung eines Flächenelements an einem Wandele­ ment in Ruhestellung;

Fig. 2a eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Druckanstieg;

Fig. 2b eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 beim Abfangen einer kurzzeitigen Maximalbeanspruchung durch linear elastisches Verhalten des elastischen Elements;

Fig. 2c Abfangen der Bewegung des Flächenelements unter Ausnutzung auch des elasto-plastischen Arbeits­ vermögens des plastischen Elements;

Fig. 3 ein Last-Zeit-Diagramm zur Darstellung der wäh­ rend eines Druckanstiegs auftretenden Lastvertei­ lung.

Die zunächst in Fig. 1 detailliert dargestellte Vorrichtung 1 dient zur druckstoßabsorbierenden Befestigung eines Flächenelements 2 an einem Wandelement 3, wobei das Wandelement 3 beispielsweise ein unbewegliches Bauelement sein kann und das Flächenelement 2 eine Abdeckung oder dgl. .
Das Flächenelement 2 liegt an einer der druckstoßbelasteten Seite 4 abgewandten Fläche 5 an. Die einander zugewandten ab­ gewandten Fläche 5 des Wandelements 3 und Flächenelements 2 weisen miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen 6 auf, die von einem langgestreckten Befestigungselement 7 durchsetzt sind. Das Befestigungselement 7 weist nun mindestens einen elastisch dehnbaren, das Flächenelement 2 nach Abbau der Druckstoßbelastung im wesentlichen wieder in seine Ursprungs­ lage zurückführenden ersten Abschnitt in Form eines elasti­ schen Elements 8 sowie mindestens einen zweiten, plastisch dehnbaren Abschnitt in Form eines plastischen Elements 9 auf, wobei das plastische Element 9 dann wirksam wird, wenn das elastische Element 8 unter Belastung des Druckstoßes seine Endanschlagstellung erreicht hat.

Das elastische Element 8 ist ein Federelement in Form einer auf Druck belastbaren Schraubenfeder 10, die koaxial zum langgestreckten Befestigungselement 7 verläuft. Das plasti­ sche Element 9 ist als bolzenartiger Stab 11 ausgebildet, der die Durchgangsbohrungen 6 ebenso wie die Schraubenfeder 10 durchsetzt. Die Schraubenfeder 10 ist in einem Gehäuse 12 nach Art eines Federtopfes auf der druckstoßbelasteten Seite 4 des Wandelements 3 angeordnet. Sie wird von einem Kopf 15 des bolzenartigen Stabes 11 in Richtung des Wandelements 3 auf Druck beaufschlagt.

Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß das Flächenelement 2 und das Wandelement 3 im Überdeckungsbereich 20 einen etwa L-förmigen Querschnitt aufweisen und mit ihren L-Schenkeln 21, 22 im Bereich der Fläche 5 unter dem Druck der Schraubenfeder 10 aneinanderliegen.

Nachfolgend wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Bei Kräften, die kleiner sind als die zur Komprimierung der Schraubenfeder 10 notwendigen Kraft bleiben das Flächenele­ ment 2 und das Wandelement 3 noch in ihrer Ausgangslage (Fig. 2a). Bei höheren Kräften wird die Schraubenfeder 10 kompri­ miert, so daß das Flächenelement 2 gegenüber dem Wandelement 3 um eine Strecke X₁ ausgelenkt wird.

In Fig. 2b ist die Schraubenfeder 10 bereits auf Block gefahren und nicht mehr in der Lage, eine weitere Aus­ lenkung des Flächenelements 2 gegenüber dem Wandelement 3 zu­ zulassen. Bei weiter einwirkenden Kräften wird nun das pla­ stische Element 9 wirksam und erlaubt eine weitere Auslenkung des Flächenelements 2 gegenüber dem Wandelement 3 um eine Strecke X₂. Sobald die Druckstoßbelastung wieder abgenommen hat, wird die Schraubenfeder 10 das Flächenelement 2 wieder in seine Ursprungslage relativ zum Wandelement 3 zurückfüh­ ren. Infolge der Dehnung des plastischen Elements 9 um die Strecke X₂ (siehe Fig. 2) wird aber der Kopf 30 der Schrauben­ feder 10 um die Strecke X₂ weiter aus dem Gehäuse 12 hinaus­ stehen und ist somit in der Lage, als Anzeigevorrichtung zu wirken.

Das Last-Zeit-Diagramm gemäß Fig. 3 beschreibt einen Druckauf­ bau während einer Detonation in einem Raum, der von Wandungen begrenzt ist. Zunächst steigt der Druck auf einen Maximalwert an, der durch den Peak 40 dargestellt ist. Nach dem Peak 40 nimmt der Druck etwas ab, aber das Flächenelement 2 unter­ liegt weiterhin einer durch den Impuls aufgebrachten Bewe­ gung.

Ist die Schraubenfeder 10 auf Block gefahren (nach dem Peak), übernimmt das plastische Element 9 den statischen Lastanteil unter Ausnutzung seines elastischen und elastoplastischen Ar­ beitsvermögens. Der in Fig. 3 dargestellte Druckaufbau stellt eine dynamische Beanspruchung der flächigen Elemente (Flächenelement 2, Wandelement 3) im Millisekundenbereich dar.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur druckstoßabsorbierenden Befestigung ei­ nes Flächenelements (2) an einem Wandelement (3), insbesonde­ re einem unbeweglichen Bauelement, wobei das Flächenelement (2) oder ein an diesem angeordnetes Halteteil an einem der druckstoßbelasteten Seite (4) abgewandten Fläche (5) des Wan­ delementes (3) überlappend anliegt und das Wandelement (3) sowie das Flächenelement (2) und/oder das Halteteil miteinan­ der fluchtende Durchgangsbohrungen (6) aufweisen, die von ei­ nem langgestreckten Befestigungselement (7) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Befesti­ gungselement (7) mindestens einen elastisch dehnbaren, das Flächenelement (2) nach Abbau der Druckstoßbelastung im we­ sentlichen in seine Ursprungslage zurückführenden ersten Ab­ schnitt (elastisches Element 8) sowie mindestens einen zwei­ ten, plastisch dehnbaren Abschnitt (plastisches Element 9) aufweist, der dann wirksam wird, wenn der mindestens eine elastische Abschnitt unter der Belastung des Druckstoßes sei­ ne Endanschlagstellung erreicht hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß das minde­ stens eine elastische (8) und das mindestens eine plastische Element (9) des Befestigungselementes (7) in Längserstrec­ kungsrichtung des Befestigungselementes (7) hintereinander­ liegen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elasti­ sches Element ein Federelement, insbesondere eine Schrauben­ feder (10) vorgesehen ist, die koaxial zum langgestreckten Befestigungselement (7) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das plasti­ sche Element ein langgestreckter, bolzenartiger Stab (11) ist, der die Durchgangsbohrungen (6) durchsetzt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bolzenar­ tige Stab (11) das als Schraubenfeder (10) ausgebildete ela­ stische Element durchsetzt, wobei die Schraubenfeder (10) in einem Gehäuse (12) nach Art eines Federtopfes auf der Seite (4) des Wandelements (3) angeordnet ist und von einem Kopf (15) des Stabes (11) in Richtung des Wandelements (3) beauf­ schlagt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (11) einem zur plastischen Verformung vorgesehen gesonderten Ab­ schnitt (plastisches Element 9) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesonder­ te Abschnitt (plastisches Element 9) als Verjüngung des Stab­ querschnitts ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesonder­ te Abschnitt (plastisches Element 9) aus einem zum sonstigen Material des Stabes (11) unterschiedlichen Material mit er­ höhter Plastizität besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ver­ formung des elastischen (8) und plastischen Elementes (9) aufzuwendenden Kräfte derart bemessen sind, daß eine plasti­ sche Verformung des plastischen Elementes (9) erst dann ein­ setzt, wenn die Verformung des elastischen Elementes (8) ei­ nen zulässigen Maximal-Endanschlagswert erreicht hat.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zulässige maximale Verformungsweg (Dehnung) des plastischen Elementes (9) kleiner ist als der zulässige maximale Verformungsweg des elastischen Elementes (8)

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flä­ chenelement (2) und/oder das Wandelement (3) im Überdeckungs­ bereich einen L-förmigen Querschnitt aufweisen und mit den L-Schenkeln (21, 22) im Bereich der Fläche (5) aneinanderlie­ gen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flä­ chenelement (2) und das Wandelement (3) bei Ausführung der druckstoßausgelösten Relativbewegung durch Führungselemente aneinander geführt sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeige­ vorrichtung vorgesehen ist, die eine Verformung des plasti­ schen Elementes (9) signalisiert.