EP1785539A2 - Cellular construction for steel constructions and vehicles - Google Patents
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- EP1785539A2 EP1785539A2 EP06021818A EP06021818A EP1785539A2 EP 1785539 A2 EP1785539 A2 EP 1785539A2 EP 06021818 A EP06021818 A EP 06021818A EP 06021818 A EP06021818 A EP 06021818A EP 1785539 A2 EP1785539 A2 EP 1785539A2
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- macrocell
- base plate
- webs
- construction
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- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
- E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
- E04C2/34—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts
- E04C2/36—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts spaced apart by transversely-placed strip material, e.g. honeycomb panels
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
- B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
- B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
- B61D17/041—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures with bodies characterised by use of light metal, e.g. aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
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- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
- E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
- E04C2/08—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of metal, e.g. sheet metal
Definitions
- the present invention relates to a macrocell construction for steel and vehicle construction according to the preamble of patent claim 1.
- the method uses all particles by continuous gas flow resp. Suspending gas swirls.
- the gas-powder mixture then behaves similar to a liquid and can be transported in this form.
- dead spots of the installation, such as in corners not covered by the airflow, one applies nozzles or uses gas permeable surfaces through which gas is injected to prevent the particles from settling on the surface and at the same time closing them transport.
- Disadvantage of this method may be that the circuit of the gas used for the cyclone must be separated by filter systems from the space in which the powder is located.
- a plant equipped also offers the possibility that the gas outside the actual silo or transport system can be processed. You can, for example, there a drying undergo, so that one has no problems with moisture in the powder and the product can even dry out.
- a container is stored in the fine powder such as cement or transported, to be emptied, offers the above-described introduction of gas to transport the powder.
- the container space to be emptied has a higher pressure than the transport system or the container into which the material is to be transferred, the eddy current moves with the particles kept moving in the direction of the new container and takes the particles with it.
- the required pressures range from 0.1 to 2.5 bar, depending on the design of the system. These pressures also play a major role in the design the container.
- Silo and transport systems are therefore usually equipped with round containers.
- the round or cylindrical shape offers the best ratio between the material used (eg wall thickness) and the strength of the vessel for the resistance to internal pressure.
- the present invention now has the task of improving the design of pressurized surfaces of movable or stationary equipment and containers such that they have the same material higher flexural strength with less dead weight.
- the invention is presented by means of a cement cart.
- Figure 1 (ex. Railway carriage) are container 1 as used as structures for railroad and trucks are designed as a horizontal cylinder.
- This shape is chosen for various reasons. Among other things, the round shape is ideally suited to absorb internal pressure. Ideal would be a hexagonal cylindrical body, which is provided at the bottom with a discharge funnel. This is how the old cement cars are made.
- On a chassis consisting of bogies and carrier frame two silos are arranged in each case. Standing cylindrical silos can be closed at the bottom with a circular funnel.
- such silos are not suitable for rail or road transport, because they offer a low payload to deadweight ratio.
- the longitudinal surfaces 31 and 31 ' are in the interior of the container 1 equipped with fine-mesh filters, so-called "filter cloths". Through these filter cloths, the gas is distributed microscopically, so that you can put the Staubgut in the state of transportable gas-dust mixture. If you want to empty the container filled with Staubgut 1, you bring the drain pipe 32 (Fig 3,4) a suction line and presses through the air supply in the longitudinal surfaces 31 and 31 'air into the container. This results in the interior of container 1, an overpressure in the range of 1 - 5 bar. This overpressure is decisive for the calculation of the wall thicknesses which must be used for the cylinder part 1 and the emptying part 3 of the container 1.
- a cylindrical body with curved surfaces can satisfy a pressure with smaller wall thicknesses than a non-curved surface.
- the walls of the cylinder part 2 with the two formed as a dished bottom 4 statements can withstand the same wall thickness higher pressures than the surfaces 30, 30 ', 31 and 31' of the emptying part. 3
- the inventive idea is to use this principle of macrocell construction in steel and vehicle construction. This principle is absolutely successful in aircraft construction. In furniture construction, the longer you know it, the more you can build sturdy furniture with little weight in this way. The problem with using these systems for steel and railway construction is that such designs are very labor-intensive. Only the use of standardized systems that can be put together in welding robots brings a possible success.
- the construction of the invention is based on optimization calculations only to economically viable device.
- a base plate 10 On a base plate 10 ( Figure 5) longitudinal webs 11 and transverse webs 12 are secured by welding, soldering, gluing or other means. Longitudinal webs 11 and transverse webs 12 are also mutually connected to each other at the interfaces by corresponding means. As shown in Figure 5, the longitudinal webs 11 and the transverse webs 12 on the side facing away from the base plate, elevations 15. Now, if the base plate 10 in the aforementioned sense with the longitudinal webs 11 and the transverse webs 12 is firmly connected, is a cover plate 13 brought over the base plate 10 with the webs 11,12, which is provided with recesses 16.
- the elevations 15 and the recesses 16 meet in such a way that the elevations 15 fit into the recesses 16.
- the cover plate 13 is now possibly directly on the basis of the longitudinal and transverse webs 11,12, the projections 15 fit into the recesses 16 and can now be connected to the edges of the recesses 16 by means of gluing, soldering, welding or other means.
- the base plate 10 with the longitudinal webs 11, the transverse webs 12 and the cover plate 13 form a solid macro-cell construction, the d with small plate thickness the individual sheets, which can apply very large resistance to vertical pressure load for base plate 10, cover plate 13 and webs 11,12.
- I 6 Resistance torque solid material
- I 7 Resistance torque honeycomb construction
- F 6 Cross section of the solid body
- F 7 Cross section of the honeycomb construction
- Thickness h 2 according to FIG. 6
- the solid material has a cross-sectional area F6 of 896 mm 2 with a height h 2 of 35.8 mm.
- the thickness d of the base plate 10, the longitudinal webs 11, the transverse webs 12 and the cover plate 13 may well be different. With the thickness of the cover plate 13 and the base plate 10 most weight can be saved. The thickness is optimally between 3mm and 6mm.
- the distance x between the longitudinal webs 11 is between 100mm and 500mm.
- the distance y between the transverse webs 12 may also be in the range between 100mm and 500mm.
- the distances x and y can be the same, resulting in a square macrocell construction; but they can also be different depending on the situation.
- this geometric arrangement of the strength-related situation adapted.
- the macrocell construction can not be constructed theoretically isolated, but will adapt to the structural parts involved. In order to find the right dimensions, mathematical models have to be produced which show the different loads and allow an optimization.
- the sheet thicknesses of base plate d G and cover plate d D play mainly the resistance values against bending over the respective distance x resp. y a role.
- Figure 5 shows one way in which the macrocell construction can be constructed.
- the elevations 15 of the longitudinal struts 11 and the transverse struts 12 fit into the recesses of the cover plate 13. This type of construction is necessary if the macrocell construction is to be connected by welding.
- base plate 10, Lekssstreben 11 and cross struts 12 together weld together, as the lower part of Figure 5 shows. If this part is then joined together with the cover plate 13, the elevations 15 can be welded to the cover plate 13 in the recesses 16.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Makrozellenkonstruktion für den Stahl- und Fahrzeugbau gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a macrocell construction for steel and vehicle construction according to the preamble of
Im allgemeinen Stahl- und Behälterbau spielt das Gewicht eines Bauwerkes selten eine grosse Rolle. Im Kraftwerkbau ist man im Gegenteil froh, dass die in Stahl gefertigten Bauteile nicht nur eine gute Festigkeit, sondern auch noch ein ansehnliches Gewicht haben. In einer Wirtschaftswelt, in der die Arbeit teuerer ist als das Material geht der Trend dahin, dass man dort robust baut, wo man dadurch Arbeitszeit einsparen kann. So ist erklärbar, weshalb die feinen Fachwerkkonstruktionen wie sie im späten 19ten und frühen 20sten Jahrhundert für Eisenbahnbrücken und Aussichtstürme verwendet wurden, durch Konstruktionen mit schweren Trägern abgelöst wurden.In general steel and tank construction, the weight of a structure rarely plays a major role. In power plant construction, on the contrary, one is happy that the components made of steel not only have good strength, but also a considerable weight. In a business world where work is more expensive than materials, the trend is one of building robustly where working time can be saved. This explains why the fine truss constructions used in the late 19th and early 20th centuries for railway bridges and observation towers were replaced by heavy-girder constructions.
Aus der Lehre der Statik ist bekannt, dass man entweder mittels konstruktiven Mitteln oder durch grössere Materialstärke das Widerstandsmoment gegen Biegung verbessern kann. In Gebieten in denen das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt, also z.B. im Fahrzeugbau, für Möbel und im Flugzeugbau werden daher seit einiger Zeit Waben- und Sandwichkonstruktionen eingesetzt.It is known from the teaching of statics that one can improve the moment of resistance to bending either by constructive means or by greater material thickness. In areas where weight plays a decisive role, eg in the Vehicle construction, for furniture and in aircraft therefore honeycomb and sandwich constructions are used for some time.
Dem Erfinder stellte sich nun ein neues Problem beim Bau eines Zementtransportwagens. Transport, Aufbewahrung und Umladen von Staubgut stellt grosse Anforderungen an die dafür verwendeten Geräte, Behälter und Siloanlagen. Die Ursache liegt darin, dass feinpulvrige Substanzen leicht zur Brückenbildung und zum Festbacken neigen. Je nach Oberflächenstruktur der einzelnen Partikel kann dies zu extrem starken Ballungen der Partikel führen. Dieses Phänomen beobachtet man in Behältern, Leitungen sowie Transport- und Siloanlagen. Die Gefahr des Zusammenbackens der Partikel ist schon für absolut trockene Pulver in solchen Anlagen gross. Die Tendenz zu Ballungen hängt jedoch ebenso von der Feuchtigkeit des Gasstroms ab, der für den Transport resp. die Wirbelungen verwendet wird.The inventor now faced a new problem in the construction of a cement trolley. Transportation, storage and reloading of dust material places great demands on the equipment, containers and silo systems used for this purpose. The reason is that finely powdered substances tend easily to bridging and caking. Depending on the surface structure of the individual particles, this can lead to extremely strong agglomerations of the particles. This phenomenon is observed in containers, pipes and transport and silo systems. The risk of caking of the particles is already great for absolutely dry powders in such plants. However, the tendency to agglomeration also depends on the moisture of the gas stream, which resp. the whirling is used.
Es gibt viele Methoden dem Problem der Ballungstendenz zu begegnen. Bei weniger leichten oder grösseren Partikeln genügt das Einbringen von Bewegung indem man z.B den Behälter schüttelt oder die Behälterwand mit sogenannten Vibratoren durch stetiges Klopfen in Bewegung hält. Für feines Pulver genügt dies nicht, im Gegenteil, mechanische Erschütterung über die Behälterwand mag die bereits leicht ballenden Partikel sogar noch zu verfestigen, so dass sie überhaupt nicht mehr gelockert und bewegt werden können.There are many ways to deal with the problem of population. For less light or larger particles, the introduction of movement is sufficient, for example, by shaking the container or the container wall with so-called vibrators by continuous tapping in Keeps moving. For fine powder this is not enough, on the contrary, mechanical vibration over the container wall may even solidify the already slightly balling particles, so that they can no longer be loosened and moved.
Für Zement bedient man sich der Methode alle Partikel durch stetigen Gasstrom resp. Gaswirbelungen in Schwebe zu versetzen. Das Gas-Pulver Gemisch verhält sich dann ähnlich wie eine Flüssigkeit und kann in dieser Form transportiert werden. An "toten Stellen, der Anlage, wie z.B. in Ecken die vom Luftstrom nicht erfasst werden, bringt man Düsen an oder verwendet gasdurchlässige Flächen, durch die Gas eingeblasen wird, um die Partikel daran zu hindern, sich an der Fläche festzusetzen und sie gleichzeitig zu transportieren.For cement, the method uses all particles by continuous gas flow resp. Suspending gas swirls. The gas-powder mixture then behaves similar to a liquid and can be transported in this form. At "dead spots" of the installation, such as in corners not covered by the airflow, one applies nozzles or uses gas permeable surfaces through which gas is injected to prevent the particles from settling on the surface and at the same time closing them transport.
Eine weitere Möglichkeit bestände darin, die Flächen die mit den Partikeln in Kontakt kommen so zu behandeln, dass die Partikel keine Möglichkeit haben sich an der Oberfläche festzusetzen. Diese Eigenschaft erfüllt zum Beispiel das als Teflon bekannte Polytetrafluorethylen (Kurzzeichen PTFE). Durch Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Nanotechnologie wurden und werden ständig neue Möglichkeiten eröffnet, Oberflächen mit genau der "Intelligenz" auszurüsten, dass die für die Anwendung gewünschten Eigenschaften erbracht werden.Another possibility would be to treat the surfaces that come in contact with the particles in such a way that the particles have no opportunity to attach themselves to the surface. This property meets, for example, the polytetrafluoroethylene known as Teflon (abbreviation PTFE). Development work in the field of nanotechnology has been and continues to be new Possibilities to equip surfaces with just the "intelligence" that the desired properties for the application are provided.
Die Flächen der Vorrichtungen in Silo- und Transportanlagen zu behandeln löst jedoch nur Teile des Problems. Das Pulver setzt sich nicht mehr an den Flächen fest, kann jedoch noch immer ballen. Das ständige "in Schwebe halten" des Gas-Pulver-Gemisches ist in dieser Hinsicht viel effektiver. Wenn Ecken, Nischen und Leitungen durch die Gaswirbelung erfasst werden, kann sich das Pulver nicht mehr absetzen und es gibt auch keinen Anlass wie z.B. die Schwerkraft, welche die Partikel durch einen von aussen einwirkenden Effekt zusammen bringen würde.However, treating the surfaces of the devices in silo and transport facilities only solves parts of the problem. The powder no longer settles on the surfaces, but it can still bale. The constant "floating" of the gas-powder mixture is much more effective in this regard. When corners, niches and pipes are caught by the fluidization of the gas, the powder can no longer settle and there is no cause, such as, e.g. the gravitational force that would bring the particles together through an external effect.
Nachteil dieser Methode mag sein, dass der Kreislauf des zur Wirbelung eingesetzten Gases durch Filteranlagen vom Raum in dem sich das Pulver befindet getrennt sein muss. Anderseits bietet eine solchermassen ausgerüstete Anlage auch die Möglichkeit, dass das Gas ausserhalb der eigentlichen Silo- oder Transportanlage aufbereitet werden kann. Man kann es dort z.B. einer Trocknung unterziehen, so dass man keine Probleme mit Feuchtigkeit im Pulver hat und das Produkt sogar noch nachtrocknen kann.Disadvantage of this method may be that the circuit of the gas used for the cyclone must be separated by filter systems from the space in which the powder is located. On the other hand, such a plant equipped also offers the possibility that the gas outside the actual silo or transport system can be processed. You can, for example, there a drying undergo, so that one has no problems with moisture in the powder and the product can even dry out.
Feuchtigkeit erhöht die Gefahr der Ballung der Partikel und ist deshalb absolut unerwünscht.Moisture increases the risk of agglomeration of the particles and is therefore absolutely undesirable.
Einen weiteren Einfluss auf die Ablagerung von Partikeln hat die in solchen Anlagen immer vorhandene elektrostatische Aufladung der Partikel. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auf dieses Thema jedoch nicht eingegangen. Es wird vorausgesetzt, dass die mit Gaswirbelungen ausgerüsteten Anlagen mit Einrichtungen versehen sind, die Gefahren von elektrostatischer Aufladung und Anziehungskräfen wirkungsvoll begegnen.Another influence on the deposition of particles has always present in such systems electrostatic charging of the particles. However, this topic is not discussed in the context of the present invention. It is assumed that the installations equipped with gas vortexing are equipped with facilities that effectively counteract the risks of electrostatic charge and attractions.
Wenn nun ein Behälter in dem feines Pulver wie z.B. Zement aufbewahrt oder transportiert wird, entleert werden soll, bietet sich das oben beschriebene Einbringen von Gas zum Transport des Pulvers an. Wenn der zu leerende Behälterraum einen höheren Druck aufweist als die Transportanlage respektive der Behälter in den das Material überführt werden soll, bewegt sich der Wirbelstrom mit den in Bewegung gehaltenen Partikeln in der Richtung des neuen Behälters und nimmt die Partikel mit. Die dafür notwendigen Drücke bewegen sich im Bereich von 0,1 bis 2.5 bar je nach Auslegung der Anlage. Diese Drücke spielen denn auch eine grosse Rolle bei der Auslegung der Behälter. Silo- und Transportanlagen sind deshalb meist mit runden Behältern ausgerüstet. Die runde oder zylindrische Form bietet für die Festigkeit gegen Innendruck das beste Verhältnis zwischen eingesetztem Material (z.B. Wandstärken) und der Erreichten Festigkeit des Gefässes.Now, if a container is stored in the fine powder such as cement or transported, to be emptied, offers the above-described introduction of gas to transport the powder. If the container space to be emptied has a higher pressure than the transport system or the container into which the material is to be transferred, the eddy current moves with the particles kept moving in the direction of the new container and takes the particles with it. The required pressures range from 0.1 to 2.5 bar, depending on the design of the system. These pressures also play a major role in the design the container. Silo and transport systems are therefore usually equipped with round containers. The round or cylindrical shape offers the best ratio between the material used (eg wall thickness) and the strength of the vessel for the resistance to internal pressure.
Wenn man nun aber aus Platzspargründen und aus Gründen des optimalen Materialflusses auch die Ecken eines zur Verfügung stehenden Volumens nutzen will, kommt man nicht darum herum, gegebene Profile auszunützen und auch eckige Behältnisse zu bauen die auch nicht gekrümmte Wände aufweisen. Das ist an sich kein Problem, wenn das Gewicht solcher Anlagen keine Rolle spielt. Man wählt einfach grosse Wandstärken, welche die erforderlichen Biegefestigkeiten auweisen. Für stationäre Anlagen werden oft Anlageteile aus armiertem Beton eingesetzt. Für den Transport auf der Strasse oder Schiene ist das Gewicht jedoch ein entscheidender Faktor für die Rentabilität des Gerätes. Je mehr Eigengewicht ein Eisenbahnwagen oder ein Lastwagen hat, desto weniger Nutzlast kann er laden. Man sucht deshalb nach Konstruktionen, die gerade Flächen mit wenig Gewicht und grosser Druckfestigkeit bieten.But if you want to use the corners of an available volume for reasons of space saving and for reasons of optimal material flow, you can not get around to exploit given profiles and also to build square containers that also have not curved walls. This is not a problem in itself, if the weight of such systems does not matter. You simply choose large wall thicknesses, which demonstrate the required bending strength. For stationary systems, plant components made of reinforced concrete are often used. For road or rail transport, however, weight is a deciding factor in the profitability of the device. The more dead weight a railroad car or a truck has, the less payload it can load. Therefore, one is looking for constructions that offer straight surfaces with low weight and high compressive strength.
Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe die Konstruktion von Druckbeaufschlagten Flächen beweglicher oder stationärer Anlagen und Behälter derart zu verbessern, dass sie bei gleichem Material höhere Biegefestigkeit bei weniger Eigengewicht aufweisen.The present invention now has the task of improving the design of pressurized surfaces of movable or stationary equipment and containers such that they have the same material higher flexural strength with less dead weight.
Diese Aufgabe löst eine Makrozellenkonstruktion für den Stahlbau mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere erfindungsgemässe Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.This object is achieved by a macrocell structure for steel construction with the features of
In der Zeichnung zeigt:
- Fig 1
- Ansicht eines Eisenbahnwagens für den Zementtransport.
- Fig 2
- Schnitt durch ein Zementsilo
- Fig 3
- Ansicht eines Zementsilos zu einem Eisenbahnwagen
- Fig 4
- Ansicht eines Zementsilos zu einem Eisenbahnwagen von unten.
- Fig 5
- Aufbau der Makrozellenkonstruktion.
- Fig 6
- Querschnitt eines Balkens.
- Fig 7
- Querschnitt eines Eisenträgers.
- Fig. 1
- View of a railroad car for cement transportation.
- Fig. 2
- Cut through a cement silo
- Fig. 3
- View of a cement silo to a railroad car
- Fig. 4
- View of a cement silo to a railroad car from below.
- Fig. 5
- Structure of macrocell construction.
- Fig. 6
- Cross section of a beam.
- Fig. 7
- Cross section of an iron carrier.
Die Figuren stellen bevorzugte Ausführungsvorschläge dar, welche in der nachfolgenden Beschreibung als Beispiele erläutert werden.The figures represent preferred embodiments, which will be explained in the following description as examples.
Die Erfindung wird mittels eines Zementwagens vorgestellt. Wie in Fig 1 (Bsp. Eisenbahnwagen) dargestellt sind Behälter 1 wie sie als Aufbauten für Eisenbahn- und Lastwagen verwendet werden als liegende Zylinder ausgebildet. Diese Form wird aus verschiedenen Gründen gewählt. Unter anderm ist die runde Form bestens geeignet Innendruck aufzunehmen. Ideal wäre also ein sekrecht stehender zylindrischer Körper, der unten mit einem Auslauftrichter versehen ist. So sind denn auch die alten Zementwagen ausgebildet. Auf einem aus Drehgestellen und Trägerrahmen bestehenden Fahrgestell sind jeweils zwei stehende Silos angeordnet. Stehende zylindrische Silos können unten mit einem Kreisrunden Trichter abgeschlossen werden. Solche Silos eignen sich aber nicht für Bahn- oder Strassentransport, weil sie ein schlechtes Verhältnis Nutzlast zu Eigengewicht bieten.The invention is presented by means of a cement cart. As shown in Figure 1 (ex. Railway carriage) are
Man wählt, dem Profil von Tunnels, Schiene und/oder Strasse angepasst, liegende Zylinder als Silo. Um nun ebenfalls die Wirkung der Schwerkraft für das Entleeren nutzen zu können, müssen Auslauftrichter am zylindrischen Körper unten angeordnet sein (Fig 2). Man öffnet den zylindrischen Teil tangential und erhält auf diese Weise einen Entleerungsteil 3 der notwendiger Weise mit Flächen ausgestattet ist, die nicht gekrümmt sind. Um die vollständige Entleerung zu ermöglichen laufen zwei Seitenflächen 30, 30' tangential vom Behälter 1 weg (Fig 4) und zwei Längsflächen 31, 31' laufen von derselben Schnittstelle der Tangente am Behälterteil 2, an den Kanten der Seitenflächen 30, 30' einem Entleerungsteil 3 (Fig 3) in Form eines viereckigen Trichters, auf die Entleerungsrohre 32 zu.You choose, adapted to the profile of tunnels, rail and / or road, lying cylinder as a silo. In order now also to be able to use the effect of gravity for emptying, discharge funnels must be arranged on the cylindrical body at the bottom (FIG. 2). One opens the cylindrical part tangentially and receives in this way an emptying
Die Längsflächen 31 und 31' sind im innern des Behälters 1 mit feinmaschigen Filtern, sogenannten "Filtertüchern" ausgerüstet. Durch diese Filtertücher wird das Gas mikroskopisch verteilt, so dass man das Staubgut in den Zustand des transportfähigen Gas-Staub-Gemischs versetzen kann. Will man den mit Staubgut gefüllten Behälter 1 leeren, bringt man am Entleerungsrohr 32 (Fig 3,4) eine Saugleitung an und drückt durch die Luftzuführung in den Längsflächen 31 und 31' Luft in den Behälter. Dadurch entsteht im Innenraum von Behälter 1 ein Überdruck im Bereich von 1 - 5 bar. Dieser Überdruck ist massgebend für die Berechnung der Wandstärken die für den Zylinderteil 1 und den Entleerungsteil 3 des Behälters 1 verwendet werden müssen.The
Ein zylindrischer Körper mit gekrümmten Flächen kann einem Druck mit kleineren Wandstärken genügen als eine nicht gekrümmte Fläche. Die Wände des Zylinderteils 2 mit den beiden als Klöpperboden 4 ausgebildeten Abschlüssen kann bei gleicher Wandstärke höheren Drücken standhalten als die Flächen 30, 30', 31 und 31' des Entleerungsteils 3.A cylindrical body with curved surfaces can satisfy a pressure with smaller wall thicknesses than a non-curved surface. The walls of the
Für Behälter 1, die für Bahn- oder Strassentransport verwendet werden, ergibt sich daraus ein Gewichtsproblem. Je dicker die metallenen Flächen, desto schwerer der Behälter. Nun ist aber das Gesamtgewicht eines LKWs oder eines Eisenbahnwagens durch Vorschriften oder Wirtschaftlichkeitsfaktoren gegeben. Je mehr Nutzlast in einen Behälter geladen werden kann, ohne das Gesamtgewicht zu überschreiten desto wirtschaftlicher kann das Gerät eingesetzt werden. Daher ist klar, dass man für Behälter für den Strassen- oder Schienetransport den Materialanteil so klein wie möglich halten möchte um das Eigengewicht zu reduzieren. Im Eisenbahnbau spielt allerdings der Preis der Geräte wie auch das Eigengewicht des leeren Wagens eine wichtige Rolle. Herkömmlicher Stahl ist deshalb das richtige Material, mit dem man die Optimale Grösse von Eigengewicht, Nutzlast und Kosten für einen solchen Wagen anstrebt.For
Die erfinderische Idee besteht darin, dieses Prinzip der Makrozellenkonstruktion im Stahl- und Fahrzeugbau einzusetzen. Dieses Prinzip ist absolut erfolgreich im Flugzeugbau verwirklicht. Im Möbelbau kennt man es je länger je mehr, können doch auf diese Weise stabile Möbel mit wenig Eigengewicht gebaut werden. Das Problem diese Systeme anzuwenden besteht für den Stahl- und Eisenbahnbau darin, dass solche Konstruktionen sehr arbeitsintensiv sind. Erst der Einsatz standardisierter Systeme die in Schweissrobotern zusammengestellt werden können, bringt einen möglichen Erfolg.The inventive idea is to use this principle of macrocell construction in steel and vehicle construction. This principle is absolutely successful in aircraft construction. In furniture construction, the longer you know it, the more you can build sturdy furniture with little weight in this way. The problem with using these systems for steel and railway construction is that such designs are very labor-intensive. Only the use of standardized systems that can be put together in welding robots brings a possible success.
Die der Erfindung zugrunde liegende Konstruktion wird durch Optimierungsberechnungen erst zur wirtschaftlich sinnvollen Vorrichtung. Auf einer Grundplatte 10 (Fig 5) werden Längsstege 11 und Querstege 12 mittels Schweissen, Löten, Kleben oder andern Mitteln befestigt. Längsstege 11 und Querstege 12 werden ebenfalls gegenseitig an den Schnittstellen miteinander durch entsprechende Mittel verbunden. Wie in Fig 5 dargestellt, weisen die Längsstege 11 und die Querstege 12 auf der, der Grundplatte abgewendeten Seite, Erhebungen 15 auf. Wenn nun die Grundplatte 10 in vorgenannten Sinne mit den Längsstegen 11 und den Querstegen 12 fest verbunden ist, Wird eine Deckplatte 13 über die Grundplatte 10 mit den Stegen 11,12 gebracht, welche mit Aussparungen 16 versehen ist. Die Erhebungen 15 und die Aussparungen 16 treffen sich dahingehend, dass die Erhebungen 15 in die Aussparungen 16 passen. Die Deckplatte 13 liegt nun evtl. direkt auf der Basis der Längs- und Querstege 11,12 auf, die Erhebungen 15 passen in die Aussparungen 16 und können nun mit den Rändern der Aussparungen 16 mittels Kleben, Löten, Schweissen oder andern Mitteln verbunden werden.The construction of the invention is based on optimization calculations only to economically viable device. On a base plate 10 (Figure 5)
Wenn die Makrozellenkonstruktion mittels Löten oder Kleben zusammengefügt wird, kann ohne Erhebungen 15 vorgegangen werden. Längsstege 11 und Querstege 12 weisen dann dieselbe durchgehende Höhe auf und werden miteinander in den Schnittstellen 14 verbunden. Die der Deckplatte 13 und der Grundplatte 10 zugewandten Flächen werden sodann mit Lot oder Klebstoff versehen. Dann wird das so hergestellte "Gitter" zwischen Grundplatte 10 und Deckplatte 13 eingefügt. Als letzter Prozess weden dann alle Teile durch Druck und Temperatur wie ein Sandwich miteinander verbunden.If the macrocell construction is joined together by means of soldering or gluing, it is possible to proceed without
Die Grundplatte 10 mit den Längsstegen 11, den Querstegen 12 und der Deckplatte 13 bilden eine feste Makrozellenkonstruktion, die bei kleiner Blechstärke d der einzelnen Bleche, die für Grundplatte 10, Deckplatte 13 und Stege 11,12 sehr grosse Widerstandskraft gegen senkrechte Druckbelastung aufbringen kann. Ein praktisches Beispiel dokumentiert die Gewichtsersparnis (Fig 6 und Fig7):
Der für die Berechnung gültige Satz von Steiner ist für die Makrozellenkonstruktion massgebend:
Vollmaterial wie in Fig 6 dargestellt müsste somit die Dicke h2 haben. Um dasselbe Widerstandsmoment, also I6 = I7 zu erreichen ergibt sich folgende Rechnung:
Aus dieser Formel ergibt sich die folgende Rechnung:
Bei gleicher Festigkeit gegen Druck ergeben sich folgende Querschnittsverhältnisse:With the same strength against pressure, the following aspect ratios result:
Die Makrozellenkonstruktion hat eine Querschnittsfläche F7 aller drei Elemente (Fig 7) von 344 mm2 bei einer Bauhöhe von h3 = 44mm.The macrocell construction has a cross-sectional area F 7 of all three elements (FIG. 7) of 344 mm 2 with a height of h 3 = 44 mm.
Das Vollmaterial hat eine Querschnittsfläche F6 von 896 mm2 bei einer Bauhöhe h2 von 35.8mm. Die Makrozellenkonstruktion benötigt also
des Gewichts der Vollmaterial Version bei gleicher Festigkeit.The solid material has a cross-sectional area F6 of 896 mm 2 with a height h 2 of 35.8 mm. The macrocell construction is needed
the weight of the solid material version with the same strength.
Dabei ist Vollmaterialversion mit h2 = 35.8mm Dicke nur 18.6% oder 1/5 weniger auftragend als die Makrozellenkonstruktion mit h3 = 44mm.Solid material version with h 2 = 35.8mm thickness is only 18.6% or 1/5 less effective than the macrocell construction with h 3 = 44mm.
Wie oben erwähnt ist diese Tatsache bei der Konstruktion von Flugzeugen und Möbeln schon längst bekannt. Im herkömmlichen Stahlbau wurden diese wirtschaftlich begründeten Rechnungen bislang nicht gemacht. Eine besondere Bedeutung hat diese Makrozellenkonstruktion im Eisenbahnbau und in Anwendungen, die eine Optimierung von Eigengewicht, Kosten und Nutzlast erfordern.As mentioned above, this fact has long been known in the construction of aircraft and furniture. In conventional steel construction, these economically justified calculations have not been made so far. Of particular importance is this macrocell construction in railway construction and in applications that require an optimization of dead weight, costs and payload.
Die Dicke d der Grundplatte 10, der Längsstege 11, der Querstege 12 und der Deckplatte 13 können durchaus verschieden sein. Mit der Dicke der Deckplatte 13 und der Grundplatte 10 kann am meisten Gewicht eingespart werden. Die Dicke liegt optimalerweise zwischen 3mm und 6mm.The thickness d of the
Die Distanz x zwischen den Längsstegen 11 ist zwischen 100mm und 500mm. Die Distanz y zwischen den Querstegen 12 kann ebenfalls im Bereich zwischen 100mm und 500mm betragen. Die Distanzen x und y können gleich sein, so dass eine quadratische Makrozellenkonstruktion entsteht; sie können aber auch, je nach Situation verschieden sein. Vorteilhafterweise wird diese geometrische Anordnung der festigkeitbedingten Situation angepasst. Die Makrozellenkonstruktion kann nicht theoretisch isoliert gebaut werden, sondern wird sich den damit verbundenen Konstruktiven Teilen anpassen. Um die richtigen Dimensionierungen zu finden, müssen rechnerische Modelle hergestellt werden, welche die verschiedenen Belastungen aufzeigen und eine Optimierung zulassen.The distance x between the
Wichtig für die Festigkeit der Makrozellenkonstruktion ist das jeweilige Verhältnis der Dicke der Längsstreben 11 zu deren Abstand x und die Dicke der Querstreben 12 zu deren Abstand y innerhalb der Verhältnisse 1:60 bis 1:80 liegt. Für die Blechstärken von Grundplatte dG und Deckplatte dD spielen vor allem die Widerstandswerte gegen Biegung über die jeweilige Distanz x resp. y eine Rolle.Important for the strength of the macrocell construction is the respective ratio of the thickness of the
Fig 5 zeigt eine Möglichkeit, wie die Makrozellenkonstruktion aufgebaut werden kann. Wie oben bereits beschrieben passen die Erhebungen 15 der Längsstreben 11 und der Querstreben 12 in die Aussparungen der Deckplatte 13. Diese Art der Konstruktion ist erforderlich, wenn die Makrozellenkonstruktion durch Schweissen verbunden werden soll. Man hat die Möglichkeit, Grundplatte 10, Längsstreben 11 und Querstreben 12 miteinander zusammenzuschweissen, wie der untere Teil von Fig 5 zeigt. Wenn dieser Teil dann mit der Deckplatte 13 zusammengefügt wird, können in den Aussparungen 16 die Erhebungen 15 mit der Deckplatte 13 verschweisst werden.Figure 5 shows one way in which the macrocell construction can be constructed. As already described above, the
Weitere Gewichtsersparnis kann erreichet werden indem in der Grundplatte 10, den Längsstegen 11, den Querstegen 12 und der Deckplatte 13 das Material in den vollen Flächen zwischen den Verbindungen der Teile herausgenommen wird. Die Kreuzungspunkte 14, dort wo sich die Längsstege 11 mit den Querstegen 12 treffen und alle Verbindungsstellen zwischen Grundplatte 10, Längsstegen 11 und Querstegen 12 und Deckplatte 13 müssen über die jeweilige Verbindungsstelle hinaus "T" bildende Stege aufweisen, um noch immer die Regel des Steinerschen Satzes zu erfüllen.Further weight savings can be achieved by taking out in the
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