DE4322066A1 - Selbsttragende Baustruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttragende Baustruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Selbsttragende Baustrukturen, die aus Quadersteinen bestehen, haben den Nachteil, daß sie einerseits schwergewichtig sind und daß sie andererseits in be­ stimmten Richtungen ein geringes Widerstandsmoment ha­ ben. Das geringe Widerstandsmoment ist auf die durch­ gehenden geradlinien Fugen zwischen den Quadersteinen zurückzuführen.

Eine Baustruktur, die aus einer Vielzahl von Bauelemen­ ten besteht, die zu einem dreidimensionalen Modell von großer Festigkeit zusammengefügt sind, ist aus DE 35 36 996 A1 bekannt. Die bekannte Baustruktur ist aus Polyedern zusammengesetzt, deren Ecken abgestumpft sind. In den abgestumpften Polyederecken sind Einsteck­ löcher zur Aufnahme von elastischen Eckverbindungs­ stücken vorgesehen. Nachteilig ist, daß sich die Eck­ verbindungsstücke nur relativ schwer in die Einsteck­ löcher der Polyeder einfügen lassen. So müssen die ela­ stischen Arme der Verbindungsstücke verbogen werden, um die Arme in die Aussparungen der benachbarten Polyeder einstecken zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbst­ tragende Baustruktur zu schaffen, die eine große Stabi­ lität hat und relativ leicht aufzubauen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die Bauelemente, aus denen die erfindungsgemäße Bau­ struktur zusammengesetzt ist, sind Flächenelemente, die an ihren Kanten Wulste aufweisen. Die Verbindungsteile sind mit entsprechend geformten, hinterschnittenen Nu­ ten versehen, in denen die Wulste der Flächenelemente sitzen. Die Verbindungsteile umschließen die Wulste der Flächenelemente und halten die Flächenelemente fest zusammen. Mit den Flächenelementen und Verbindungstei­ len lassen sich zwei- oder dreidimensionale Strukturen auf einfache Weise aufbauen.

Die Verbindungsteile sind vorteilhafterweise als zylin­ drische Körper ausgebildet, wobei die Nuten in den Man­ telflächen der Zylinderkörper vorgesehen und umfangs­ mäßig verteilt in Längsrichtung der Körper angeordnet sind.

Um die Verbindungsteile seitlich auf die Flächenelemen­ te aufschieben bzw. von diesen abziehen zu können, sind die Ecken der Flächenelemente vorteilhafterweise bogen­ förmig ausgeschnitten und die Nuten sind an den Stirn­ flächen der Verbindungsteile offen. Die bogenförmigen Ausschnitte der benachbarten Flächenelemente der Bau­ struktur ergänzen sich zu einer im wesentlichen kreis­ förmigen Ausnehmung, die ein seitliches Aufschieben bzw. Abziehen von Verbindungsteilen erlaubt. Die Flä­ chen- bzw. Raumstruktur kann so auf einfache Weise auf­ gebaut oder erweitert werden.

Die Flächenelemente sind vorzugsweise als dreieckförmi­ ge oder quadratische Körper ausgebildet. Zur Material­ ersparnis können die Flächenelemente mit Ausnehmungen versehen werden, ohne daß die aus den Flächenelementen zusammengesetzte Baustruktur wesentlich an Stabilität verliert. Mit den dreieckförmigen und rechteckförmigen Flächenelementen lassen sich Bausteine in Form von drei- oder vierseitigen Pyramiden schaffen, deren Kan­ ten sämtlich die gleiche Länge haben. Diese Bausteine können dann ihrerseits mit den Verbindungsteilen zu einer größeren dreidimensionalen Struktur zusammenge­ fügt werden. Es entsteht eine dreidimensionale Bau­ struktur von großer Festigkeit mit einer Vielzahl von Kanten, die entlang der Außenfläche verlaufen und einer Vielzahl von Kanten, die räumlich diagonal zur Außen­ fläche verlaufen. Die Flächenelemente können aber auch zu würfelförmigen Bausteinen verbunden werden, mit de­ nen sich umfangreichere Strukturen aufbauen lassen.

Jedes Verbindungsteil ist vorteilhafterweise mit drei Paaren einander gegenüberliegender Nuten versehen, so daß sich an jedem Verbindungselement mehrere in unter­ schiedliche Richtungen weisende Flächenelemente anbringen lassen und die verschiedensten Baustrukturen geschaffen werden können.

Die Wulste der Flächenelemente bzw. die Nuten der Ver­ bindungsteile weisen vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Wenn die Öffnung der hinterschnittenen Nuten eine größere Breite als die Dicke der Flächenele­ mente haben, können die in der Nut sitzenden Flächen­ elemente geringfügig verschwenkt werden. Es lassen sich auf diese Weise nicht nur ebene, sondern auch gekrümmte Flächenstrukturen schaffen. Die Wulste der Flächenele­ mente bzw. die Nuten der Verbindungsteile können aber auch mit rechteckförmigem oder ovalem Querschnitt aus­ gebildet sein. Dann sitzen die Flächenelemente drehfest in den Verbindungsteilen, so daß ebene Strukturen von großer Festigkeit aufgebaut werden können.

Die Flächenelemente und Verbindungsteile bestehen zweckmäßigerweise aus Kunststoff. Sie können in großer Stückzahl kostengünstig im Spritzgußverfahren herge­ stellt werden. Als Verbindungsteile eignen sich auch Aluminium-Strangprofile.

Bei komplexeren Baustrukturen, die eine besonders große Festigkeit aufweisen sollen, können die Flächenelemente und Verbindungsteile miteinander verklebt werden. So­ fern die Teile aus Kunststoff bestehen, ist es vorteil­ haft, Flächenelemente und Verbindungsteile miteinander zu verschweißen. Die Baustruktur mit ihren seitlich an den einzelnen Flächenelementen angeordneten Verbin­ dungsteilen kann auch als Spann- und Wickelkern dienen. Die textilen Verstärkungsfasern zur Verspannung der Baustruktur können durch die freiliegenden Nuten der Verbindungsteile gezogen werden. Es ist ferner möglich, die Oberfläche der Baustruktur mit einem Epoxidharz oder Polyesterharz zu beschichten.

Die erfindungsgemäße Baustruktur kann im Großbehälter- oder Filterbau eingesetzt werden. Mit der Baustruktur können aber auch Wände und/oder Überdachungen geschaf­ fen werden. Darüber hinaus kann die Baustruktur die Form von Möbeln haben, z. B. die Form eines Tisches oder eines Sitzmöbels.

Die Größe der Flächenelemente und Verbindungsteile richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsgebiet. Für Baukonstruktionen wird man großformatige Flächenelemen­ te wählen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen verschiedene Ausführungsformen der Flächenelemente und Verbindungsteile sowie verschiedene Ausführungsbei­ spiele für Baustrukturen erläutert, die mit den Fläche­ nelementen und Verbindungsteilen geschaffen werden kön­ nen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein dreieckförmiges Flächenelement der Baustruktur in der Draufsicht,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 ein Verbindungsteil der Baustruktur in der Seitenansicht,

Fig. 4 das Verbindungsteil in der Ansicht aus der Richtung des Pfeils IV von Fig. 3,

Fig. 5 das auf ein Flächenelement aufgeschobe­ ne Verbindungsteil in teilweise ge­ schnittener Darstellung,

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer zweidimen­ sionalen Baustruktur, die aus einer Vielzahl von dreieckförmigen Flächenele­ menten zusammengesetzt ist,

Fig. 7 einen Ausschnitt aus einer Baustruktur, die mit einer textilen Verstärkungsfaser umspannt ist,

Fig. 8 ein quadratisches Flächenelement und

Fig. 9 einen Ausschnitt aus einer dreidimen­ sionalen Baustruktur.

Fig. 1 zeigt eines der Flächenelemente 1, aus denen sich die Baustruktur zusammensetzt, in der Draufsicht.

Das Flächenelement 1 hat die Form eines gleichschenke­ ligen Dreiecks, dessen Ecken 3 bogenförmig ausgeschnit­ ten sind. Die Kanten 5 des Flächenelements sind mit einem Wulst 7 versehen, der eine kreisförmigen Quer­ schnitt hat (Fig. 2). Das Flächenelement 1 ist als Spritzgußteil aus Kunststoff gefertigt.

Fig. 3 zeigt eines der Verbindungsteile 9 der Baustruk­ tur in der Seitenansicht. Das Verbindungsteil 9 ist als zylindrischer Körper ausgebildet, der an seiner Mantel­ fläche 11 mit längs laufenden hinterschnittenen Nuten 13 versehen ist, die an den Stirnseiten des Zylinderkör­ pers offen sind (Fig. 4). Die Nuten 13 weisen einen halbkreisförmigen Nutgrund 15 auf und werden nach oben hin schmaler. Sie sind so bemessen, daß die Verbin­ dungsteile 9 seitlich auf die Flächenelemente 1 aufge­ schoben bzw. von diesen abgezogen werden können. Die wulstformigen Kanten der Flächenelemente 1 bilden zu­ sammen mit den Nuten 13 der Verbindungsteile 9 eine Schwalbenschwanzverbindungen, die erhebliche Kräfte aufnehmen kann.

Das Verbindungsteil weist drei Paare von einander ge­ genüberliegenden Nuten 13, 13′ und 13′′ auf, so daß mit dem Verbindungsteil insgesamt sechs Flächenelemente miteinander verbunden werden können. Die Winkel zwi­ schen den einzelnen Nuten sind so bemessen, daß sich mit den dreieckförmigen Flächenelementen 1 und den Ver­ bindungsteilen 9 drei- oder vierseitige Pyramiden auf­ bauen lassen. Der Winkel zwischen den in Fig. 4 mit den Bezugszeichen 13 und 13′′ versehenen Nuten beträgt 70,52°, während der Winkel zwischen den Nuten 13 und 13′ bzw. 13′ und 13′′ 54,74° beträgt.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung der Nut 13 des Verbindungsteils 9 größer als die Dicke des Flächenelements 1, so daß das Flächenele­ ment in der Nut 13 eine leichte Schwenkbewegung ausüben kann. Die mit den Verbindungsteilen 9 miteinander ver­ bundenen Flächenelemente lassen sich somit zu einer gekrümmten Flächenstruktur zusammensetzen.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer zweidimensiona­ len Baustruktur in der Draufsicht, die aus einer Viel­ zahl von dreieckförmigen Flächenelementen 1 besteht, die mit den Verbindungsteilen 9 miteinander verbunden sind. Jeweils ein Verbindungsteil hält die benachbarten Flächenelemente zusammen. Die bogenförmigen Ausschnitte an den Ecken 3 der Flächenelemente 1 ergänzen sich zu einer im wesentlichen kreisförmigen Aussparung 15, de­ ren Durchmesser größer als die Länge der Verbindungs­ teile 9 ist. Die Verbindungsteile 9 können somit seit­ lich auf die Wulste 7 der Flächenelemente 1 aufgescho­ ben bzw. von diesen abgezogen werden. Auf diese Weise kann die Flächenstruktur leicht erweitert oder in ihrer Form verändert werden. Bei der in Fig. 6 dargestellten ebenen Baustruktur wird nur jeweils ein Nutpaar 13′ der Verbindungsteile benötigt. Die übrigen Nuten 13, 13′′ bleiben frei. Um die Flächenstruktur zu einer Raum­ struktur auszubauen, werden weitere Flächenelemente 1 in die freiliegenden Nuten 13, 13′′ eingeschoben. Um die Stabilität der Konstruktion noch weiter zu erhöhen, kann die Baustruktur mit einer textilen Verstärkungs­ faser 17 umspannt werden. Die textile Verstärkungsfaser wird durch die freiliegenden Nuten 13, 13′′ der Verbin­ dungsteile 9 gezogen (Fig. 7).

Mit den unter Bezugnahme auf die in Fig. 1 beschriebe­ nen dreieckförmigen Flächenelementen 1 und den in Fig. 8 dargestellten quadratischen Flächenelementen 17 kann ein Baustein in Form einer vierseitigen Pyramide 21, deren Kanten die gleiche Länge haben, und ein Baustein in Form einer dreiseitigen Pyramide 23, deren Kanten ebenfalls die gleiche Länge haben, aufgebaut werden. Da die Kantenlänge der beiden Bausteine untereinander gleich sind, können die beiden Bausteine derart zusam­ mengefügt werden, daß jeweils eine Kante eines Bau­ steins mit einer Kante eines benachbarten Bausteins zusammenfällt.

Fig. 8 zeigt die beiden miteinander verbundenen Bau­ steintypen. Die vierseitige Pyramide 21 in Form eines Halboctaeders ist aus einem quadratischen Flächenele­ ment 19 und vier dreieckförmigen Flächenelementen 1 so zusammengesetzt, daß jeweils eine Kante der dreieckför­ migen Flächenelemente 1 mit dem Befestigungsteil 9 an dem quadratischen Flächenelement 19, das die Grundflä­ che der Pyramide bildet, befestigt ist. Die dreiseitige Pyramide 23 in Form eines Tetraeders, die den zweiten Bausteintyp bildet, ist aus vier dreieckförmigen Flä­ chenelementen 1 zusammengesetzt. Die dreiseitige und die vierseitige Pyramide 21, 23 haben ein dreieckförmi­ ges Flächenelement gemeinsam.

Die in Fig. 8 gezeigte dreidimensionale Struktur kann beliebig erweitert werden. Es können auf dieser Weise große Baustrukturen von hoher Festigkeit geschaffen werden. Für dauerhafte Strukturen empfiehlt es sich, die Flächenelemente und Verbindungsteile miteinander zu verkleben oder zu verschweißen. Es besteht auch die Möglichkeit, die gesamte Baustruktur mit einer Polye­ sterharz- oder Epoxidharzschicht zu ummanteln. Die Harzschicht kann im Handspritzverfahren auf einfache Weise aufgebracht werden.

Claims (8)

1. Selbsttragende Baustruktur aus einer Vielzahl von Bauelementen, die mit Verbindungsteilen (9) mit­ einander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente Flächenelemente (1, 19) sind, die an ihren Kanten (5) Wulste (7) aufweisen und daß die Verbindungsteile (9) jeweils mit min­ destens zwei hinterschnittenen Nuten (13, 13′, 13′′) versehen sind, die die Wulste (7) der Flächenele­ mente (1, 19) aufnehmen.

2. Baustruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbindungsteile (9) als zylindrische Körper ausgebildet sind, und daß die Nuten (13, 13′, 13′′) in den Mantelflächen (11) der Zylin­ derkörper vorgesehen und in Längsrichtung der Kör­ per angeordnet sind.

3. Baustruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flächenelemente (1, 19) als dreieckförmige oder quadratische Körper ausgebil­ det sind.

4. Baustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ecken (3) der Flä­ chenelemente (1, 19) bogenförmig ausgeschnitten und die Nuten (13, 13′, 13′′) an den Stirnflächen der Verbindungsteile (9) offen sind.

5. Baustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (9) jeweils mit drei Paaren einander gegenüberliegen­ der Nuten (13, 13′, 13′′) versehen sind.

6. Baustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (1, 19) und die Verbindungsteile (9) aus Kunststoff bestehen.

7. Baustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (1, 19) und Verbindungsteile (9) miteinander ver­ schweißt oder verklebt sind.

8. Baustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß durch die Nuten (13, 13′, 13′′) der Verbindungsteile (9) textile Verstärkungsfasern (17) zur Verspannung der Bau­ struktur gezogen sind.