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Elementiertes Leichtbaukonstruktionssystem, insbesondere für Flächentragwerke.
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Die Erfindung betrifft ein elementiertes Leichtbaukonstruktionssystem,
insbesondere für Flächentragwerke, mit Tragelementen zur Bildung einer tragenden
Primärkonstruktion und mit ausfachenden Mitteln in Form von flächig tragenden Leichtbauelementen
als Sekundärkonstruktion zur Ausfüllung von Zwischenräumen oder zur Verkleidung
der Primorkonstruktion .
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Die zunehmenden Aktivitäten der Freizeitgestaltung sowie der bestehende
Trend, einfache Bauten ohne Hilfe von Fachleuten in Eigenarbeit zu erstellen, machen
ein elementiertes Konstruktionssystem wünschenswert, das aus sehr wenigen leichten
und einfach zu produzierenden Standardelementen besteht und mit dem sich ohne nachträgliche
Bearbeitung und ohne besondere Hilfsmittel einfache Gebäude bzw. Gebäudeteile erstellen
lassen. Die Erfindung befaßt sich mit diesem Problem und soll zum einfachen Erstellen
von Wänden, Überdachungen, Decken und Raumhüllen-beliebiger Polyederform dienen.
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Es sind mit Folien oder beschichteten Geweben bezogene Leichtbauplatten
aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Polyurethanschaum oder Holzspanplatten
bekannt (vgl. die Wandelemente des deutschen Pavillons auf der EXPO Osoka, 1970,
siehe Bauwelt 1970 Heft 40 Seite 1492 ff), die für Verkleidungen bzw. zur Ausfachung
von
Primärtragwerken verwendet werden. Ferner sind Leichtbauelemente
der eingangs genannten Art in Form von mit Luft aufgeblasenen und damit pneumatisch
stabilisierten Kissenelementen aus Folien oder beschichteten Geweben bekannt ( vgl.
Frei Otto "Zugbeanspruchte Konstruktionen" Band 1, Seite 106 ff, Berlin 1962).
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In beiden Fällen dienen die Leichtbauelemente jeweils als Sekundärkonstruktion
zur Ausfüllung von Zwischenräumen oder, genauer gesagt, Feldern von Primärkonstruktionen
oder zu deren Verkleidung und müssen mit zusatzlichen Befestigungs- und Dichtungsteilen
an diesen befestigt werden. Für den Fall, daß diese Leichtbauelemente unter anderen
Winkeln als 900 oder 1800 zusammentreffen, benötigen sie für kraftschlUssige Verbindungen
besondere aufwendige Verbindungsmittel und/oder einen besonderen Zuschnitt bzw.
eine besondere Randausbildung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elementiertes Leichtbaukonstruktionssystem
der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, ohne Fachkräfte und im
Eigenbau ohne besondere Hilfsmittel einfache Gebäude oder Gebäudeteile einschließlich
Dächer zu erstellen und mit einem Baukastensystem die Vielzahl der nach Aufbau,
Form und Funktion verschiedenen Leichtbauelemenie der bekannten elementierten Konstruktionssysteme
zu vermindern.
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In Lösung dieser Aufgabe ist das elementierte Leichtbaukonstruktionssystem
der eingangs genannten Art dodurch gekennzeichnet, daß die Leichtbauelemente zugleich
als die Tragelemente der Primärkonstruktion ausgebildet sind mit entsprechend tragenden,
biegesteifen Rändern, welche gelenkige Anschlußmittel zur unmittelbaren, zugleich
die Primärkonstruktion bildenden Verbindung unter unterschiedlich möglichen Anschlußwinkeln
aufweisen.
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In vorteilhafter Verwirklichung dieses Erfindungsprinzips werden zweckmäßigerweise
diese Leichtbauelemente in an sich bekannter Weise als kissenförmige Bauelemente
ausgebildet mit einer elastischen Außenhaut, die durch ein einen zum äußeren Umgebungsdruck
unterschiedlichen, vorzugsweise größeren Innendruck erzeugendes inneres Medium unter
Zuvorspannung gehalten ist. Insbesondere eignen sich hierfür Leichtbauelemente nach
der deutschen Patentanmeldung P 22 03 077.9-25 desselben Anmelders, die - ausgehend
von den vorgenannten Merkmalen - im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, daß
eine innere Abstutzkonstruktion durch ein in seinen Hauptausdehnungsrichtungen über
seine Ränder die Außenhaut abstützendes und zudem quer zu seinen Hauptausdehnungsri
chtungen flächig tragendes Flächentragwerk gebildet ist.
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Hierbei liegt der Gedanke zugrunde, die Aufgabe als Flächentragwerk
nicht allein der Außenhaut des Kissens zu überlassen, sondern hierzu, und zwar mindestens
als zusätzliche Sicherung, z. B. gegen übermäßige Dachlasten oder als Mitträger
von isolierenden FUllschichten, innerhalb des Kissens die zur Aufnahme der Zugspannungen
der Außenhaut dienende Abstützkonstruktion heranzuziehen, so daß die Vorspannung
der Außenhaut entsprechend geringer sein kann. Bei geringeren Zugspannungen kann
aber die innere Abstützkonstruktion entsprechend schwächer ausgebildet werden, was
wiederum das Gewicht des Leichtbauelementes verringert, ein Faktor, der zu einer
weiteren Verringerung der notwendigen Vorspannung führen kann. Hinzu kommt, daß
bei Ausbildung der inneren Abstutzkonstruktion in Form eines Flächentragwerks, insbesondere
einer Platte, von selbst ein Gebilde erhalten wird, das diese Abstützfunktion wesentlich
besser und unter wesentlich besserer Aufnahme von Biege- und Knick- bzw. Beulbelastungen
erfüllt als bei bekannten Bauarten, bei denen eine sternförmige innere Abstützkonstruktion
allein zur Aufnahme der Zugspannungen aus einem Randseil dient.
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Dabei ist besonders günstig, daß nach dieser früheren Patentanmeldung
die Leichtbauelemente ohne zusätzliche Verblendung, Beschichtung oder Unterstutzung
und ohne Hinzufügen weiterer andersartiger Teile sowohl die Funktion der wetterbeständigen
Außenhaut als auch die Funktionen der Wärmedämmung und der Standfestigkeit übernehmen.
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Die Verbindungsorgone können aus Klammern bestehen. In wesentlicher
Ausgestaltung der Erfindung sind die Ränder der Leichtbauelemente aber mit einfachen
Steck/Dreh-VerschlUssen versehen.
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Durch das erfindungsgemäße Bauprinzip ergeben sich folgende wesentliche
Vorteile - zusätzliche tragende Konstruktionselemente wie z. B. StUtzen, Binder,
Pfetten, Sprossen sind zum Erreichen der Standfestigkeit des Gebäudes nicht erforderlich;
- der Zusammenschluß der Leichtbauelemente ist unter beliebigen Winkeln kroftschlüssig
möglich; die Ränder der Leichtbauelemente können z. B.
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nach der oben genannten anderen Patentanmeldung zusammen mit den
Verbindungsorgonen ohne Schwierigkeiten so ausgebildet werden, daß diese beliebigen
Anschlußwinkel ohne weiteres gebildet werden können; - infolge der Einfachheit des
Systems können mit diesen Bauelementen mit Hilfskräften und ohne zusätzliche Hilfsmittel
Gebäude einfocher Art zusammengesetzt werden, wozu die erfindungsgemäßen einfachen
Steck/Dreh-Verschlüsse wesentlich beitragen; - z. B. bereits mit 5 Standardelementformen
lassen sich über 200 verschiedene halbreguläre kuppelförmige polyedrische Gebäudeformen
errichten. Bei unregelmäßigen Formen oder Mehrfachkombinationen halbregulärer Polyederteile
lassen sich unendlich viele verschiedene Formen damit erzeugen; - zur Montage sind
weder besondere Hilfsmittel noch Fachkenntnisse erforderlich, so daß die Konstruktionen
im "Eigenbau" erstellt werden können, zumal die Bauelemente ein geringes Gewicht
aufweisen. Die Steck/Dreh-Verbindung kann durch eine z. B. 900-DRhung geschlossen
werden, so daß sich eine kraftschlüssige Verbindung allein mit Hilfe eines Hebels
oder Schraubenschlüssels erreichen läßt;
- die Leichtbauelemente
lassen sich ebenso leicht auswechseln, abbauen und umbauen, wobei sich die erforderliche
tragende Primärkonstruktion stets automatisch ergibt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteil e der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 im schematischen senkrechten Querschnitt ein aus
vier erfindungsgemäßen Leichtbauelementen erstelltes Gebäude, Fig. 2 in vergrößerter
Darstellung einen Querschnitt durch einen Teil von zwei benachbarten erfindungsgemäßen
Leichtbauelementen, die durch Verbindungsorgane miteinander verbinden sind, Fig.
3 in derselben Darstellung eine andere Ausführungsart, Fig. 3a eine perspektivische
Darstellung des Randrohres einer der beiden Leichtbauelemente nach Fig. 3 mit eingebrachtem
Verbindungsorgan, Fig. 4 in derselben Darstellung wie Fig. 2 eine dritte Austhrungsart
und Fig. 5 in derselben Darstellung wie Fig. 2 eine vierte Ausführungsart.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist jedes kissenförmige
Leichtbauelement 1 einen geschlossenen Rahmen aus umlaufenden Randelementen 2 in
Form von Rohren, vorzugsweise aus Metall,auf, der mit dem entsprechenden Rahmen
bzw. den Randelementen ades benachbarten Leichtbauelementes 1 ueber schematisch
dargestellte Verbindungsorgane 3 verbunden wird. Darüber befindet sich eine vorgespannte
Außenhaut 4, die durch Folien, beschichtete Vliese oder beschichtete Gewebe gebildet
wird und das Bauelement allseits wetterfest umhüllt. Der Kern bzw.die Füllung besteht
aus einem inneren Flächentragwerk 5 und Schaumstoff 6, der das den Innendruck erzeugende
Medium bildet, durch das die Außenhaut 4 unter Zugvorspannung gehalten ist. Die
Außenhaut 4 ist in dem notwendigen Ausmaß elastisch.
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Das innere Flächentragwerk 5 stützt in seinen Hauptausdehnungsrichtungen
über seine Ränder 7 den aus den Randelementen 2 gebildeten Rahmen und damit die
Außenhaut 4 ab. Zudem trägt es quer zu seinen Hauptausdehnungsrichtungen in Pfeilrichtung
8 als Flächentragwerk, so daß es Dachlosten in dieser Richtung flächig mitträgt
und in der eingangs beschriebenen Weise die Vorspannung der Außenhaut 4 entsprechend
geringer gehalten werden kann. Entsprechend dieser AbstUtzung ist das innere Flächentragwerk
5 in den Rahmen 2 fest eingespannt, wodurch der vom Flächentragwerk 5 getragene
Anteil an den in Pfeilrichtung 8 aufgebrachten Belastungskräften auf den Rahmen
2 und damit auf das benachbarte Leichtbauelement übertragen wird. Dies ist ein wesentliche
r Faktor, damit die Leichtbauelemente analog den Tragelementen einer tragenden Primärkonstruktion
wirken können.
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Weitere Einzelheiten des Aufbaues der Leichtbauelemente 1 ergeben
sich aus der deutschen Patentanmeldung P 22 03 077.9-25 desselben Anmelders. Das
innere Flächentragwerk 5 kann dabei aus einer Platte bestehen, die im Kisseninneren
entsprechend im Rahmen 2 eingespannt ist, in Pfeilrichtung 8 flächig trägt und über
ihre Ränder 7 den Rahmen 2 abstützt.
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In Fig. 2 - 5 ist das Innere 5/6 der Leichtbauelemente 1 jeweils nur
schematisch als ein Körper dargestellt. Bei-allen Ausführungsurten sind als Randelemente
2 des rundum geschlossenen Rahmens Rohre angewendet, deren Rohrinneres 14 zur Aufnahme
und zum Festsetzen der Verbindungsorgane 3 dienen kann. Bei den Ausführungsarten
nach Fig. 2, 4 und 5 erstreckt sich die Außenhaut 4 rund um die Außenseite der Randelemente
2,' während sie bei der Ausführungsart nach Fig. 3 nur die Füllung 5/6 des Leichtbauelementes
umschließt, die sich an der Innenseite der Randelemente 2 abstützt.
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Bei der Ausführungsart nach Fig. 2 sind die Verbindungsorgane 3 durch
zwei Klammerhälften 15, 16 gebildet, die jeweils etwa keilförmigen Querschnitt haben
und in Fig. 2 einerseits von unten und andererseits von oben auf die jeweiligen
Randelemente 2 der beiden benachbarten Leichtbauelemente aufgesetzt und durch Schrauben
17 miteinander verbunden sind.
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Dabei umfassen sie die rohrförmigen Randelemente 2 um mehr als 180°,
so daß sie diese formschlüssig hintergreifen und eine zug-und druckfeste Verbindung
herstellen. Dabei können diese Klammerhälften 15, 16 auch in Form von leistenförmigen
Stücken ausgebildet sein, die gleichzeitig zur Abdichtung dienen und auch über mehrere
Leichtbauelemente hinweglaufen können.
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Bei der Ausführungsart nach Fig. 3, 3a weisen die rohrförmigen Randelemente
2 schlitzförmige Einfilhrungsöffnungen 18 auf, die jeweils etwa quer zur Längsachse
der Randelemente 2 verlaufen und zum Einführen und Festsetzen von Verbindungsorganen
3 im Pohrinneren 14 dienen. Das Verbindungsorgan 3 ist hier doppelt-T-förmig mit
einem Mittelsteg 19 und einem Querbalken 20 an jedem Ende ( Fig. 3a). Diese beiden
Querbalken 20 bilden an beiden Ende des Verbindungsorganes 3 hakenförmig abstehende
Fortsätze 21, die durch Verdrehen um eine que r zur Längsachse des Randelementes
2 liegende Achse, d.h. um die Längsachse des Mittelstegs 19, in ihre festgesetzte
Stellung bringbar sind.
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Zu diesem Zweck wird das Verbindungsorgan 3 zweier nebeneinander gehaltener
Leichtbauelemente 1 in einer Stellung, in der die beiden Querbalken 20 mit der Ausrichtung
der schlitzartigen Einführöffnungen 18 fluchten, in diese eingeführt und dann um
900 gedreht.
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Der Mittelsteg 19 weist ein Ansatzmittel zum Ansatz eines Verdrehwerkzeugs
auf, z. B.
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einen Vierkant zum Ansatz eines Schraubenschlüssels oder bei breiterer
Gestaltung des Mittelstes 19 ein Loch zum Durchstecken eines Hebels.
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Von oben und unten in Fig. 3 sind im Querschnitt etwa keilförmige
Zwischenstücke 22, 23 aufgesetzt, die ihrerseits in nicht näher dargestellter Weise
miteinander verbunden sind und zur Abdichtung und/oder Verkeilung der beiden Leichtbauelemente
bzw. zur Erzeugung von Gegendruck für die durch die Verbindungsorgane 3 geschaffene
Zugverbindung dienen. Dabei wirken diese ZwischenstUcke 22, 23 justierend. Das untere
Zwischenstück 22 weist eine Öffnung 24 auf zum Eingriff eines Werkzeugs zwecks Drehung
des Verbindungsorgans 3 um 900 zur Montage und Demontage mit Hilfe eines Schraubenschlüssels,
einer Hebelstange oder dergl.
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Diese Zwischenstücke 22, 23 sind zweckmäßigerweise leistenförmig ausgebildet
und können auch über mehrere Leichtbauelemente hinweglaufen. Dabei kann eine entsprechende
Flexibilität von vornherein vorgesehen sein.
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Während bei der Ausführungsart nach Fig. 3, 3a die schlitzförmigen
Einfükrschlitze 18 und die Querbalken 20 des Verbindungsorgans 3 gleich gerichtet
sind, sind sie bei der Ausführungsart nach Fig. 4 im Winkel von etwa 900 versetzt
zueinander gerichtet, und zwar verläuft der jeweilige Einführschlitz des einen Leichtbauelements
etwa parallel zur Längsachse dessen Randelements,während der Einführschlitz des
anderen Leichtbauelements etwa quer zur Längsachse dessen jeweiligen Randelements
verläuft. Zweckmäßigerweise wechseln dabei entlang des Randelements jedes Leichtbauelements
parallel und querlaufende Einführschlitze. derart, daß an jeder Verbindungsstelle
in der gewünschten Weise eine parallel loufender Einführschlitze gegenüber einem
querlaufenden Einführschlitz zu liegen kommt, ganz gleich, mit welcher Randseite
die Leichtbauelemente einander zugeordnet werden.
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Bei dieser Ausführungsart nach Fig. 4 ist am einen Ende des Mittelsteges
19 des Verbindungsorganes 3 ein Querbalken 20 nach Fig. 3, 3a ausgebildet, während
am anderen Ende der Querbalken die Form einer das Rohrinnere 14 zu einem wesentlichen
Teil ausftillenden Scheibe 25 hat, die um etwa 900 zum gegenüberliegenden Querbalken
20 versetzt ausgerichtet ist. Es ist auch möglich, daß beide Querbalken in Form
einer solchen Scheibe 25 ausgebildet sind, so daß durch die formschlüssige Ausfüllung
des Rohrinneren 14 eine zug- und druckfeste Verbindung zwischen den beiden Leichtbauelementen
erhalten wird. Zusätzlich sind noch ZwischenstUcke 22, 23 wie nach Fig. 3, 3a mit
den dort erläuterten Funktionen vorgesehen.
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Bei der AusfUhrungsart nach Fig. 5 sind die beiden in das jeweilige
Randelement 2 zweier benachbarter Leichtbauelemente greifenden Enden der Verbindungsorgane
3 gelenkig miteinander verbunden. Zu diesem Zweck ist der Mittelsteg 19 des Verbindungsorgans
3 geteilt und mit Scharnieraugen versehen, die durch einen Scharnierstift 26 miteinander
verbunden sind. Die Einführschlitze 18 erstrecken sich bei dieser Ausführungsart
jeweils gleichgerichtet etwa parallel zur Längsachse der rohrförmigen Randelemente
2. An den geteilten Mittelsteg 19 schließen sich nach außen wiederum gleichgerichtete
Querbalken 20 nach dem Prinzip der Fig. 3, 3a an, die jedoch nach dem Prinzip der
Fig. 4 in Form einer Scheibe 25 gestaltet sind, die einen wesentlichen Teil des
Rohrinneren 14 ausfüllt.
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Die EinfUhrschlitze 18 erstrecken sich so weit in Richtung der Längsachse,
daß die Verbindungsorgane 3 mit ihren scheibenförmigen Querbalken 20 um 900 gedreht
zu der in Fig. 5 dargestellten Stellung eingeführt werden können, worauf sie durch
ein Verdrehwerkzeug in die in Fig. 5 gezeigte Stellung gedreht werden. Es ist aber
auch möglich, daß die beiden Hälften eines solchen Verbindungsorganes schon vor
dem Zusammenbau, z. B. schon in der Fabrik, im Rohrinneren in der in Fig. 5 gezeigten
Stellung befestigt werden und der Scharnierstift 26 erst später zur Kopplung zweier
Leichtbauelemente eingesetzt wird. Auch ist es möglich, daß die Scharnieraugen des
Mittelsteges 19 an der Außenseite des jeweiligen Randelementes 2 befestigt, z. B.
angeschweißt werden.
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Durch die scheibenförmige Gestalt der Querbalken 20 bei der Ausführungsort
nach Fig 5 wird ebenfalls eine zugleich zug- und druckfeste Verbindung erhalten.
Von unten und oben aufgesetzte leistenförmige Zwischenstücke 22, 23 nach dem Prinzip
von Fig. 3 und 4 dienen wiederum zur Abdichtung und Justierung.
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Alle AusRJhrungsarten der Verbindungsorgane lassen in einem gewissen
Ausmaß eine Veränderung des Anschlußwinkels zu, und zwar bei den Bauarten nach Fig.
3 und 4 dadurch, daß mindestens einer der Einftihrschlitze 18 an jeder Verbindungsstelle
quer zur Längsachse des Randelements 2 verläuft, und bei der Bauart nach Fig. 5
durch das Scharniergelenk.
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Bei Verwendung eines solchen Gelenks kann also auf Querschlitze verzichtet
werden.
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Die gebildeten Steck/Dreh-Verschlüsse sind sehr einfach und sicher
anzubringen und zu betätigen. Dabei ist besonders günstig, daß sie im Rohrinneren
der Randelemente angreifen. Diese vorteilhaften erfindungsgemäßen Verbindungsmittel
lassen sich auch zum Anschluß von Leichtbauelementen an besondere Tragelemente von
Primorkonstruktionen verwenden oder zum Anschluß des erfindungsgemäßen Konstruktionssystems
an Fundomente, Verankerungen und dgl..Auch ist es möglich, daß an einzelnen Stellen
der Konstruktionsgebilde die Leichtbauelemente zwischen speziellen druck- und biegesteifen
oder zugbeanspruchten Tragelementen befestigt werden, um die Standfestigkeit insbesondere
bei größeren StUtz-oder Spannweiten zu erhöhen.
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Das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen element ierten Le i chtbaukonstrukt
ionssystems ist oußerordentlich groß. Dieses Baukastensystem eignet sich zum Erstellen
von: - Wänden aller Art, insbesondere von Sichtschutzwänden, Windschutzwänden, Trennwänden;
- Überdachungen und Decken aller Art, insbesondere für Abstellplätze, Haltestellen,
Innenhöfe, Sitzplätze, Spielplätze; - RaumhUllen und Gebäuden verschiedener Art,
insbesondere für Abstellräume, Ausstellungsräume, Autowaschan lagen, Baubuden, Fabrikationshallen,
Feldhäuschen, Freizeitbauten, Garagen, Gartenhouschen, Garten lauben, Gewöchshäuser,
Informationsstände, Kapellen, Kassenhäuschen,
Kleintierställe,
Kommun i kat ionszentren, Lagerräume, Marktstände, Militärunterkünfte, Notunterkünfte,
Partyzelte, Pavillons, Schwimmbäder, Spielplatzhütten, Spielräume, Verkautsstände;
- räumlichen Strukturen verschiedenster Art, z. B. als Sichtzeichen, Klettergerüste,
Spielstrukturen.
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Das erfindungsgemäße Baukastenkonstruktionssystem ist ferner im Prinzip
auch geeignet fUr bewegliche Gebilde, also zur Schaffung von Land-, Wasser- und
Luftfchrzeugen.