(19) |
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(11) |
EP 1 206 605 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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02.06.2004 Patentblatt 2004/23 |
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Anmeldetag: 09.08.2000 |
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2000/007728 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2001/014654 (01.03.2001 Gazette 2001/09) |
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(54) |
WANDELBARES TRAGWERK MIT ZELLENARTIGEM AUFBAU BESTEHEND AUS MINDESTENS EINER ZUSAMMENKLAPPBAREN
TRAGWERKSZELLE
VARIABLE SUPPORT STRUCTURE WITH A MODULAR CONSTRUCTION, CONSISTING OF AT LEAST ONE
COLLAPSIBLE STRUCTURAL MODULE
OSSATURE PORTEUSE TRANSPORTABLE A STRUCTURE MODULAIRE CONSTITUEE D'AU MOINS UN MODULE
PLIABLE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
(30) |
Priorität: |
25.08.1999 DE 19940169
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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22.05.2002 Patentblatt 2002/21 |
(73) |
Patentinhaber: Rückert, Gerhard C. |
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74076 Heilbronn (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Rückert, Gerhard C.
74076 Heilbronn (DE)
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(74) |
Vertreter: Crazzolara, Helmut, Dr. et al |
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Patentanwälte Bartels & Partner,
Lange Strasse 51 70174 Stuttgart 70174 Stuttgart (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
WO-A-93/13284 US-A- 4 947 884
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WO-A-94/23162
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- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 348 (M-1630), 30. Juni 1994 (1994-06-30) &
JP 06 087497 A (TOSHIBA CORP), 29. März 1994 (1994-03-29)
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein wandelbares Tragwerk mit zellenartigem Aufbau.
[0002] Aus der nächstkommenden WO 93/13284 ist ein gattungsgemäßes Tragwerk bekannt, für
dessen Tragwerkszelle ebenfalls Knoten einer ersten, zweiten und dritten Knotenmenge
gemäß dem Patentanspruch 1 definiert werden können. Wie aus der Fig. 1A dieses Dokuments
ersichtlich, ist ein Knoten der dritten Knotenmenge, der Eckknoten einer Tragwerkszelle
ist und im Inneren des Tragwerks angeordnet ist, durch ein im wesentlichen nur Zugkräfte
übertragendes Verbindungselement ausschließlich mit Knoten der zweiten Knotenmenge
verbunden, und außerdem mit Knoten der ersten Knotenmenge über Zug- und Druckkräfte
übertragende Stäbe verbunden. Ein weiterer Knoten der dritten Knotenmenge, der Eckknoten
einer Tragwerkszelle ist und außen am Tragwerk angeordnet ist, ist mit mehreren Knoten
der ersten Knotenmenge durch ein im wesentlichen nur Zugkräfte übertragendes Verbindungselement
verbunden, gleichzeitig aber mit denselben Knoten der ersten Knotenmenge über Zug-
und Druckkräfte übertragende Stäbe verbunden.
[0003] Aus der US 4,947,884 ist ein Tragwerk für ein zusammenklappbares Zelt bekannt, bei
dem ein Zeltdach durch eine Dachstruktur getragen wird, wobei zwischen dem zentrischen
obersten Knoten und den oberen Eckpunkten des Tragwerks Seile gespannt sind, welche
das Zeltdach tragen. Dabei treten an dem zentrischen obersten Knoten keine Kräfte
auf, die über die Seile an die oberen Eckpunkte abgeleitet werden könnten.
[0004] Aus der US 4,580,375 ist ein Tragwerk bekannt, bei dem der mindestens eine Knoten
der dritten Knotenmenge mit den vier Eckknoten der ersten Knotenmenge durch vier Stäbe
verbunden ist, die in dem Knoten der dritten Knotenmenge gelenkig miteinander verbunden
sind. In entsprechender Weise sind die Eckknoten der zweiten Knotenmenge durch vier
Stäbe mit einem weiteren Knoten der dritten Knotenmenge verbunden. Die von dem einen
und dem weiteren Knoten der dritten Knotenmenge zu benachbarten Eckknoten der ersten
und zweiten Knotenmenge hinführenden Stäbe sind über Kreuz drehbar miteinander verbunden
und bilden jeweils eine innerhalb der Tragwerkszelle angeordnete innere Schere. Die
benachbarten Eckknoten der ersten und zweiten Knotenmenge sind mit benachbarten Eckknoten
der zweiten bzw. ersten Knotenmenge einer benachbarten Ecke durch eine Führungseinrichtung
in Form von paarweise über Kreuz drehbar miteinander verbundenen Stäben unter Bildung
von äußeren Scheren verbunden, d. h. in ihrer Position zueinander festgelegt. Die
Ausbildung der inneren Scheren ist konstruktiv ungünstig, erfordert einen erhöhten
fertigungstechnischen Aufwand und schränkt die Funktionalität der Tragwerkszelle sowie
die von ihr bildbaren Formen ein.
[0005] Die US 5,230,196 zeigt ein Tragwerk mit mindestens einer Tragwerkszelle, bei der
Knoten einer ersten Knotenmenge mit Knoten einer zweiten Knotenmenge über sogenannte
äußere Stabscheren miteinander verbunden sind. Die einander benachbarten Knoten der
ersten Knotenmenge sind jeweils durch ein entlang des Randes der Tragwerkszelle verlaufendes
Stahlseil miteinander verbunden. Um ein Verwickeln der Stahlseile ineinander zu verhindern,
insbesondere im zusammengeklappten Zustand des Tragwerks, sind die entlang des Randes
der Tragwerkszelle verlaufenden Stahlseile etwa mittig durch Seilhaltemittel mit jeweils
einem Stab nahe dem Gelenkpunkt der äußeren Stabscheren verbunden. Die diagonal einander
gegenüberliegenden Knoten der zweiten Knotenmenge der Tragwerkszelle sind über Stahlseile
miteinander verbunden, wobei im Kreuzungspunkt keine Verknüpfung der Stahlseile erfolgt
und der Kreuzungspunkt somit keinen Knoten der Tragwerkszelle bildet.
[0006] Die DE 196 51 444 A1 zeigt ein Bauteil aus einem Fachwerkträgersystem mit mindestens
einem mittig angeordneten, einen Raum abschließenden Glaselement, bei dem auf gegenüberliegenden
Seiten mit dem Glaselement verbundene Zugelemente angeordnet sind, wodurch das Glaselement
unter Druck gesetzt ist und damit das üblicherweise ungenutzte Tragpotential des Baustoffes
Glas genutzt wird.
[0007] Die DE 32 22 475 A1 zeigt einen ausfahrbaren Mastaufbau mit offenem Rahmen, der drei
Hauptträgerholme aufweist, die bei ausgefahrenem Mast parallel zueinander liegen und
drei Ebenen definieren. Die Holme sind zwischen zwei Dreieckrahmenelementen jeweils
durch zwei Stangen gebildet, die an ihrer Verbindungsstelle gelenkig miteinander und
an ihrem anderen Ende gelenkig mit einem Punkt eines Dreieckrahmenelementes verbunden
sind. Die Schwenkgelenke sind so angeordnet, daß jedes Stangenpaar sich in einer der
drei Ebenen verschwenkt. Dadurch ragen die Stangen nicht in den Innenraum des Mastaufbaus
hinein. Ein Verschwenken der Stangen bei Auftreten von Biegebelastungen des Mastaufbaus
ist dadurch ebenfalls verhindert. Spanndrähte sind zwischen den nicht aufeinander
ausgerichteten Scheitelpunkten benachbarter Dreieckrahmenelemente angeordnet und verlaufen
in den durch die Hauptträgerholme definierten Ebenen. Die Seile sind in ihren Schnittpunkten
nicht miteinander verbunden und bilden demzufolge an ihrem Kreuzungspunkt keine Knoten
des Mastaufbaus.
[0008] Die DD 259 651 A1 zeigt ein zerlegbares, leichtes räumliches Tragwerk, das aus zwei
Pyramiden besteht, deren Spitzen gegenläufig verschiebbar an einem Führungsstück angeordnet
sind. Die zwischen der durch Knoten einer ersten bzw. zweiten Knotenmenge gebildeten
Grundfläche und der durch einen Knoten der dritten Knotenmenge gebildeten Spitze einer
jeden Pyramide liegenden Seitenkanten sind Druckglieder. Sowohl zwischen den Eckpunkten
der Grundfläche einer jeden Pyramide als auch zwischen den sich gegenüberliegenden
Eckpunkten der Grundflächen beider Pyramiden sind Zugglieder angeordnet.
[0009] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Tragwerk mit mindestens einer Tragwerkszelle,
insbesondere ein wandelbares Tragwerk mit zellenartigem Aufbau bestehend aus mindestens
einer Tragwerkszelle, bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik
überwindet. Insbesondere soll das Tragwerk konstruktiv und funktional verbessert sowie
fertigungstechnisch vereinfacht sein und gleichzeitig eine große Formenvielfalt ermöglichen.
[0010] Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Tragwerk gelöst. Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
[0011] Die beschriebene Erfindung findet Anwendung bei mobilen wie auch bei ortsfesten,
aber temporären Tragwerken ebenso wie bei der Ausführung von permanenten Tragwerken
in Segmentbauweise. Der Aufwand für.Transport, Lagerung, Errichtung und Abbau ist
minimal, wogegen die Freiheit in der Formgestaltung groß ist. Die baustatischen Eigenschaften
sind besonders vorteilhaft. Es kommen Anwendungen für Pavillons, Zelte, Unterstände,
Notunterkünfte, Rüst- und Schalungssysteme ebenso in Frage wie Anwendungen in der
Luft- und Raumfahrttechnik, beispielsweise für Antennen und Masten, bei der Ausbildung
von Möbelstücken oder für Gegenstände des Spiel- und Freizeitbereichs, wie beispielsweise
Drachen. Ortsfeste, aber temporäre Anwendungen sind z. B. die Überdachung von Sport-
und Freizeitanlagen, öffentlichen Plätzen, Terrassen oder Innenräumen. Permanente
Tragwerke können durch die Verbindung mehrerer einzeln aufgespannter Module, die ihrerseits
wieder aus mehreren Tragwerkszellen bestehen können, beispielsweise durch Einhängen
mittels eines Krans, sehr rationell errichtet werden.
[0012] Der mindestens eine Knoten der dritten Knotenmenge ist mit mindestens zwei Knoten
der ersten und/oder zweiten Knotenmenge, vorzugsweise mit drei, vier oder allen Knoten
der ersten und/oder zweiten Knotenmenge der Tragwerkszelle, durch ein im wesentlichen
nur Zugkräfte übertragendes Verbindungselement verbunden. Diese leiten bei Belastung
des Tragwerks durch Nutz- und/oder Eigenlast die auftretenden Zugkräfte von dem Knoten
der dritten Knotenmenge an die Knoten der ersten und/oder zweiten Knotenmenge ab.
Vorzugsweise ist der Knoten der dritten Knotenmenge äquidistant zu den mit ihm verbundenen
oder zu allen Knoten der ersten und/oder zweiten Knotenmenge. Die Eckknoten der ersten
Knotenmenge bilden eine erste, beispielsweise obere Begrenzungsfläche des Tragwerks
und sind von den zugehörigen Eckknoten der zweiten Knotenmenge, die eine zweite, beispielsweise
untere Begrenzungsfläche des Tragwerks bilden, in der Regel in vertikaler Richtung
beabstandet. Die im wesentlichen Zugkräfte übertragenden Verbindungselemente sind
an den jeweiligen Knoten festgelegt, insbesondere angelenkt, und sind beispielsweise
aus jeweils zwei parallel verlaufenden Drähten oder Seilen aus Stahl oder einem sonstigen
geeigneten Werkstoff gebildet.
Der mindestens eine Knoten der dritten Knotenmenge liegt unterhalb des untersten Eckknoten
der ersten Knotenmenge, mit dem er verbunden ist.
[0013] Ein Knoten der dritten Knotenmenge ist mit mindestens einem, vorzugsweise mit drei,
vier oder allen Knoten der zweiten Knotenmenge durch ein Druck- und Zugkräfte übertragendes
Verbindungselement verbunden. Vorzugsweise ist dieser Knoten der dritten Knotenmenge
äquidistant zu den mit ihm verbundenen oder zu allen Knoten der zweiten Knotenmenge.
Über ihn werden die bei Belastung des Tragwerks auftretenden Kräfte im wesentlichen
als Druckkräfte zu den Knoten der zweiten Knotenmenge abgeführt, von denen in der
Regel ein Teil auf einem Auflager des Tragwerks aufliegt. Die Zug- und Druckkräfte
übertragenden Verbindungselemente sind an den jeweiligen Knoten angelenkt und insbesondere
durch Stäbe aus Aluminium oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff gebildet. Grundsätzlich
gilt, daß die verwendeten Werkstoffe bei ausreichender Belastbarkeit eine möglichst
geringe Masse aufweisen. Die Knoten der dritten Knotenmenge sind in der Regel innerhalb
oder am Rand des von den Eckknoten aufgespannten Zellenraumes, vorzugsweise jedenfalls
innerhalb einer von den Eckknoten begrenzten Fläche angeordnet.
[0014] Die jeweiligen Knoten der ersten und zweiten Knotenmenge können entweder mit einem
gemeinsamen Knoten der dritten Knotenmenge verbunden sein oder die mindestens zwei
Eckknoten der ersten und/oder zweiten Knotenmenge sind mit einem ersten Knoten der
dritten Knotenmenge verbunden und der mindestens eine Eckknoten der zweiten Knotenmenge
ist mit einem zweiten Knoten der dritten Knotenmenge verbunden, wobei vorzugsweise
der erste Knoten der dritten Knotenmenge durch ein Zug- und Druckkräfte übertragendes
Verbindungselement mit dem zweiten Knoten der dritten Knotenmenge verbunden ist. Dadurch
werden die im Inneren einer Tragwerkszelle auftretenden Kräfte im wesentlichen oder
ausschließlich als Druckkräfte auf die Eckkhoten der zweiten Knotenmenge abgeleitet
und als Zugkräfte auf die Knoten der ersten Knotenmenge abgeleitet.
[0015] In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung bilden die.von den Knoten der ersten
und zweiten Knotenmenge gebildeten Flächen jeweils eine Ebene. Dabei können, insbesondere
in einem ausgefahrenen.Zustand der Tragwerkszelle, alle Knoten der zweiten Knotenmenge
und der Knoten der dritten Knotenmenge, der mit mindestens zwei Knoten der ersten
und/oder zweiten Knotenmenge verbunden ist, in einer Ebene liegen und/oder alle Knoten
der ersten Knotenmenge und der Knoten der dritten Knotenmenge, der mit mindestens
einem Knoten der zweiten Knotenmenge verbunden ist, in einer Ebene liegen. Dadurch
ergeben sich eine konstruktiv und funktional vorteilhafte, plane erste und/oder zweite,
beispielsweise obere und untere, Begrenzungsfläche der Tragwerkszelle bzw. des Tragwerks.
In entsprechender Weise können diese Flächen aber auch beispielsweise mindestens einen
Teil einer Kugelschale oder einer Mantelfläche eines Kreiszylinders bilden. Ebene,
ein- und zweiseitig gekrümmte Tragwerkszellen sind zu einem Tragwerk mit komplexer
Form kombinierbar.
[0016] Ein Knoten der ersten Knotenmenge einer insbesondere am äußeren Umfang des Tragwerks
angeordneten Ecke ist mit einem Knoten der zweiten Knotenmenge einer insbesondere
am äußeren Umfang des Tragwerks angeordneten benachbarten Ecke und ein Knoten der
zweiten Knotenmenge der Ecke ist mit einem Knoten der ersten Knotenmenge der benachbarten
Ecke durch über Kreuz drehbar miteinander verbundene und Zug- und Druckkräfte übertragende
Elemente verbindbar. Die dadurch gebildeten äußeren Scheren der Tragwerkszelle bzw.
des Tragwerks bilden eine Führungseinrichtung, welche die Position der miteinander
verbundenen Knoten zueinander festlegt, und bilden zusammen mit den Verbindungen zu
den Knoten der dritten Knotenmenge eine baustatisch sehr vorteilhafte dreieckförmige
Ausfachung der Tragwerkszelle. Alternative Führungseinrichtungen, welche die entsprechenden
Knoten in zugehörigen Steuerbahnen führen, sind möglich.
[0017] Vorzugsweise weisen die zu den Auflagern des Tragwerks hinführenden Zug- und Druckkräfte
übertragenden Verbindungselemente eine größere Belastbarkeit, insbesondere einen größeren
Durchmesser, auf als die übrigen Verbindungselemente der Führungseinrichtung, da über
sie größere Kräfte übertragen werden müssen. Soweit die von den Knoten aufgespannte
Fläche eine Ebene sein soll, sind die über Kreuz drehbar miteinander verbundenen Verbindungselemente
zentrisch, d. h. mittig in Bezug auf ihre Längsrichtung miteinander verbunden. Soweit
die von den Knoten aufgespannte Fläche eine Krümmung aufweisen soll, sind die über
Kreuz drehbar miteinander verbundenen Verbindungselemente exzentrisch, d. h. außerhalb
ihrer Mitte in Längsrichtung, miteinander verbünden.
[0018] Die Ausdehnung des Tragwerks ist veränderbar, insbesondere ist das Tragwerk bzw.
die Tragwerkszelle ein- und ausfahrbar.
Die Ausdehnung des Tragwerks ist durch eine Betätigungseinrichtung einstellbar, die
Ausfahr- und Einfahrmittel aufweist, insbesondere ein Ausziehseil und ein Einziehseil,
die in den jeweiligen Knoten über Umlenkmittel geführt sind und vorzugsweise an einem
gemeinsamen Knoten feststellbar betätigbar sind. Beispielsweise kann an dem gemeinsamen
Knoten eine motorisch angetriebene Winde angeordnet sein, die das Ausfahren und Einfahren
des Tragwerks betätigt. Das Aus- und Einfahren des Tragwerks erfolgt eigenspannungsfrei,
d. h. in jedem beliebigen Zustand während des Aus- und Einfahrens treten vorzugsweise
lediglich die durch die Eigenlast und gegebenenfalls eine Nutzlast verursachten Beanspruchungen
in dem Tragwerk auf. Darüber hinaus ist das Tragwerk vorzugsweise mittels der Betätigungseinrichtung
derart mit einer Vorspannung beaufschlagbar, daß es in einem belasteten Zustand eine
vorgebbare Form einnimmt. Diese Vorspannung kann beispielsweise durch Klemmen des
Ausziehseils bei gleichzeitigem Beaufschlagen des Einziehseils mit einer Zugkraft
und anschließendem Feststellen bzw. Klemmen des Einziehseils erfolgen.
[0019] Das Ausziehseil ist in den jeweiligen Knoten über Umlenkmittel, beispielsweise Umlenkrollen
oder Umlenksättel, mit vorzugsweise zwei unterschiedlichen Umlenkradien geführt. Dort,
wo das Ausziehseil entlang eines Verbindungselements einer Schere geführt ist, verläuft
es zwischen den beiden die Schere bildenden Verbindungselementen. Durch die unterschiedlichen
Umlenkradien der Umlenkmittel ist das Ausziehseil an den Scherengelenken vorbeigeführt.
[0020] Die Zug- und Druckkräfte übertragenden Verbindungselemente sind an ihren Enden durch
horizontal und quer zu ihrer Längsachse angeordnete Drehgelenke mit den jeweiligen
Knoten verbunden. Bei der möglichen exzentrischen Anordnung der Scherengelenke ist
das Tragwerk ohne Einführen von Eigenspannungen im Verlauf des Aus- und Einfahrens
beispielsweise als Kugelschalenelement ausführbar.
Die Verbindungselemente der dabei aus der vertikalen Ebene geneigten Scherenpaare
sowie die mit Knoten der zweiten und dritten Knotenmenge verbundenen Verbindungselemente
erfordern in der Regel, an den an ihrem Anfang und Ende gelegenen Knotenanschlüssen,
einen weiteren rotatorischen Freiheitsgrad, der beispielsweise durch zwei aufeinanderfolgende
Drehgelenke mit zueinander orthogonalen Drehachsen bereitstellbar ist.
[0021] Die Knoten der ersten und/oder zweiten Knotenmenge sind, vorzugsweise unter Einschluß
der Knoten der dritten Knotenmenge, mit einer Membran derart verbindbar, daß dadurch
eine mindestens partiell geschlossene Oberfläche der ersten bzw. zweiten Fläche gebildet
ist. Werden sowohl die Knoten des oberen als auch des unteren Knotennetzes mit einer
durchgehenden Membran verbunden, so entsteht eine mit einem inneren Skelett verstärkte
Kissenkonstruktion. Dabei kann die Betätigungseinrichtung zur Veränderung der Ausdehnung
des Tragwerks alternativ oder ergänzend zu dem Ausziehseil und Einziehseil durch die
Pneumatik des Kissens ausgebildet sein. Im eingefahrenen Zustand ist die Membran vorzugsweise
im Innern des Tragwerks zusammengefaltet.
[0022] Insbesondere die Knoten der ersten Knotenmenge und der mindestens eine Knoten der
dritten Knotenmenge, die mit den Knoten der zweiten Knotenmenge durch Zug- und Druckkräfte
übertragende Verbindungselemente verbunden sind, können mit mindestens einem vorzugsweise
dreieckförmigen Plattenelement derart verbunden werden, daß dadurch eine mindestens
partiell geschlossene Oberfläche der ersten Fläche gebildet ist. Die durch die Masse
der Plattenelemente bedingte Belastung des Tragwerks ist durch eine Überhöhung im
unbelasteten Zustand kompensierbar. Die Plattenelemente sind vorzugsweise so anzuordnen,
daß zumindest ein Teil davon die Knoten der dritten Knotenmenge benachbarter Tragwerkszellen
miteinander verbindet. Durch die Verbundwirkung von Tragwerk und Plattenelementen
ist die Tragfähigkeit des Tragwerks weiter erhöht, insbesondere wirken die Plattenelemente
wie weitere Zug- und Druckkräfte übertragende Verbindungselemente.
[0023] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
mehrere Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den
Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder
in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
- Fig. 1
- zeigt ein Tragwerk bestehend aus 2 x 2 Tragwerkszellen im eingefahrenen Zustand,
- Fig. 2
- zeigt das Tragwerk der Fig. 1 in einem teilweise ausgefahrenen Zustand,
- Fig. 3
- zeigt das Tragwerk im vollständig ausgefahrenen Zustand,
- Fig. 4
- zeigt die zu den Auflagern hinführenden Verbindungselemente der Führungseinrichtung,
- Fig. 5
- zeigt die im wesentlichen nur Zugkräfte übertragenden Verbindungselemente,
- Fig. 6
- zeigt den Verlauf des Ausziehseils,
- Fig. 7
- zeigt den Verlauf des Einziehseils,
- Fig. 8
- zeigt die von den Knoten der ersten bzw. dritten Knotenmenge aufgespannte obere Ebene,
- Fig. 9
- zeigt die von den Knoten der zweiten bzw. dritten Knotenmenge aufgespannte untere
Ebene,
- Fig. 10
- zeigt eine Eindeckung des Tragwerks mit dreieckförmigen Plattenelementen,
- Fig. 11
- zeigt eine alternative Ausführungsform,
- Fig. 12
- zeigt beispielhaft ein Scherengelenk, und
- Fig. 13
- zeigt beispielhaft die Anlenkung der Verbindungselemente.
[0024] Die Fig. 1 zeigt ein Tragwerk 90 bestehend aus 2 x 2 Tragwerkszellen 91, 92, 93,
94 im eingefahrenen Zustand, in dem das Tragwerk 90 kompakt, leicht zu transportieren
und zu lagern ist. Das Tragwerk 90 hat in diesem Zustand in der vertikalen Z-Richtung
die größte Ausdehnung.
Die Ausdehnung in den horizontalen X- und Y-Richtungen ist minimiert. Die oberen Knoten
114 bis 121 und 126 (Fig. 3) der ersten Knotenmenge liegen ebenso in einer Ebene wie
die unteren Knoten 101 bis 108 und 113 (Fig. 3) der zweiten Knotenmenge. Die Knoten
109 bis 112 und 122 bis 125 (Fig. 3) der dritten Knotenmenge sind im eingefahrenen
Zustand in vertikaler Richtung zwischen den Knoten der ersten und zweiten Knotenmenge
und im Zentrum ihrer jeweiligen Tragwerkszelle angeordnet. Die Tragwerkszelle 91 ist
im Ausführungsbeispiel in der Draufsicht viereckig, sie könnte aber ebenso drei- oder
vieleckig sein. Das Tragwerk kann durch eine beliebige, auch dreidimensionale Anordnung
von n x m (n, m natürliche Zahlen) Tragwerkszellen gebildet sein.
[0025] Die Fig. 2 zeigt das Tragwerk 90 der Fig. 1 in einem teilweise ausgefahrenen Zustand.
Der Abstand der Knoten 114 bis 121 und 126 (Fig. 3) der ersten Knotenmenge und der
Knoten 101 bis 108 und 113 (Fig. 3) der zweiten Knotenmenge hat sich in Z-Richtung
verringert und in X- und Y-Richtung vergrößert. Nachfolgend ist beispielhaft der Aufbau
und die Kinematik einer Tragwerkszelle 91 beschrieben. Die Knoten 114, 115, 126 und
121 bilden die vier Eckknoten der ersten Knotenmenge einer in der Draufsicht quadratischen
Tragwerkszelle 91. Deckungsgleich hierzu bilden die Knoten 101, 102, 113 und 108 die
vier Eckknoten der zweiten Knotenmenge. Ein Knoten 109 der dritten Knotenmenge ist
jeweils über zwei parallel zueinander verlaufende und im wesentlichen nur Zugspannungen
übertragende Stahlseile 39, 41, 43, 45 mit den Knoten 114, 115, 113, 121 der ersten
und zweiten Knotenmenge verbunden. Ein weiterer Knoten 122 der dritten Knotenmenge,
der von den Knoten 101, 102, 113, 108 der zweiten Knotenmenge gleich beabstandet ist,
ist mit diesen über jeweils einen Zug- und Druckkräfte übertragenden Aluminiumstab
40, 42, 44, 46 verbunden. Die beiden Knoten 109, 122 der dritten Knotenmenge sind
durch einen Zug- und Druckkräfte übertragenden Aluminiumstab 11, der im dargestellten
Ausführungsbeispiel vertikal in Z-Richtung ausgerichtet ist, miteinander verbunden.
Im dargestellten Zustand befindet sich der vertikale Aluminiumstab 11 im Zentrum des
von der Tragwerkszelle 91 aufgespannten Raumes.
[0026] In entsprechender Weise sind die Tragwerkszellen 92, 93, 94 aufgebaut. Benachbarte
Tragwerkszellen 91, 92, 93, 94 weisen gemeinsame Eckknoten auf. In der dargestellten
2 x 2-Anordnung der Tragwerkszellen 91 bis 94 sind die zentrischen Knoten 113, 126
gemeinsame Knoten aller Tragwerkszellen 91 bis 94.
[0027] In der dargestellten Ausführungsform sind alle Knoten der ersten und zweiten Knotenmenge
durch eine Führungseinrichtung in Form von inneren und äußeren Scheren in ihrer Position
zueinander zwangsläufig veränderbar festgelegt. Die inneren und äußeren Scheren dienen
der Ab- bzw. Weiterleitung der auf die Knoten einwirkenden Kräfte. Der Eckknoten 114
der ersten Knotenmenge ist mit dem Eckknoten 102 der zweiten Knotenmenge einer benachbarten
Ecke und der Eckknoten 101 der zweiten Knotenmenge ist mit dem Eckknoten 115 der ersten
Knotenmenge der benachbarten Ecke durch über Kreuz drehbar miteinander verbundene
und Zug- und Druckkräfte übertragende Aluminiumstäbe 15 bzw. 16 verbunden. In entsprechender
Weise bilden die weiteren Aluminiumstäbe 17, 18; 19, 20; 21, 22; 23, 24; 25, 26; 27,
28; 29, 30 paarweise äußere Scheren des Tragwerks 90. Durch diese Scheren ist die
Position der Knoten der ersten und zweiten Knotenmenge beim Verändern der Ausdehnung
des Tragwerks 90 zueinander veränderbar festgelegt.
[0028] Darüber hinaus weist das Tragwerk 90 noch die sogenannten inneren Scheren auf, die
ebenfalls durch über Kreuz miteinander drehbar verbundene Aluminiumstabpaare 31, 32;
33, 34; 35, 36; 37, 38 gebildet sind. Die Scherengelenke sind in der dargestellten
Ausführungsform jeweils in der Mitte der Stäbe angeordnet. Bei exzentrischer Anordnung
der Scherengelenke in den Knoten 127 bis 138 ist das Tragwerk, unter Beibehaltung
der generellen Topologie und ohne eine Einführung von Eigenspannungen im Verlauf des
Ein- und Ausfahrens, als Zylinder- oder Kugelschale ausführbar. Die Stäbe der dabei
aus der vertikalen Ebene geneigten Scherenpaare sowie die mit Knoten der zweiten und
dritten Knotenmenge verbundenen Verbindungselemente erfordern in der Regel, an den
Knotenanschlüssen an ihrem Anfang und Ende, einen weiteren rotatorischen Freiheitsgrad,
der beispielsweise durch zwei aufeinanderfolgende Drehgelenke mit zueinander orthogonalen
Drehachsen bereitstellbar ist. Bei der Realisierung einer Kugelschale entfallen vorzugsweise
die inneren Scherengelenke an den Knoten 135 bis 138, wobei in diesem Fall die Verbindungselemente
31, 33, 35, 37 als im wesentlichen nur Zugspannungen übertragende Verbindungselemente
31', 33', 35', 37', beispielsweise Seile, ausbildbar sind (Fig. 11).
[0029] Die im wesentlichen nur Zugspannungen übertragenden Verbindungselemente 3 bis 6 sind
als Stahlseile ausgeführt und üben Zugkräfte auf die mit ihnen verbundenen Knoten
102, 104, 106, 108, 113 der zweiten Knotenmenge aus. In den Ecken des Tragwerks 90
sind an den Eckknoten 101; 103, 105, 107 der zweiten Knotenmenge im wesentlichen Druckkräfte
übertragende Verbindungselemente in Form von Aluminiumstäben als sogenannte Eckständer
7, 8, 9, 10 angeordnet. Im aufgespannten Zustand des Tragwerks 90 besteht ein Kontaktstoß
zwischen den Eckständern 7, 8, 9, 10 und den zugehörigen Eckknoten 114, 116, 118,
120 der ersten Knotenmenge.
[0030] Die Stäbe der Scheren und die zu den Knoten 109 bis 112 und 122 bis 125 der dritten
Knotenmenge führenden Verbindungselemente, exklusive der Stäbe 11, 12, 13, 14, sind
an ihren Enden durch je ein Drehgelenk mit horizontal und quer zur Längsachse verlaufender
Drehachse mit je einem Knoten der ersten, zweiten bzw. dritten Knotenmenge verbunden.
Die beiden Stäbe einer Schere sind zusätzlich an ihrem Kreuzungspunkt, den Knoten
127 bis 138, durch je ein Drehgelenk mit horizontal und quer zur Längsachse verlaufender
Drehachse miteinander verbunden. Die im wesentlichen nur Zugkräfte übertragenden Verbindungselemente
3 bis 6 sind an ihren Enden durch je ein Drehgelenk mit horizontal und quer zur Längsachse
verlaufender Drehachse mit Knoten der zweiten Knotenmenge verbunden.
[0031] Das Ausziehseil 1 und Einziehseil 2 ist an einem Knoten festgelegt und verläuft über
in die Knoten integrierte Umlenkrollen und/oder Umlenksättel durch das Tragwerk 90
bis zu einem vorzugsweise eine Feststellklemme aufweisenden Austrittspunkt aus dem
Tragwerk 90. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ausziehseil 1 an dem Knoten
101 festgelegt und läuft mit seinen Abschnitten 1a bis 1n über die Knoten 115-102-126-113-119-106-118-104-117-113-126-108
und 121 zurück zum Knoten 101 und ist dort aus dem Tragwerk 90 herausgeführt wie in
der Fig. 6 dargestellt. Das Einziehseil 2 ist ebenfalls am Knoten 101 festgelegt und
läuft mit seinen Abschnitten 2a bis 2d über die Knoten 103-105 und 107 zurück zum
Knoten 101 und ist dort ebenfalls aus dem Tragwerk 90 herausgeführt, wie in der Fig.
7 dargestellt.
[0032] Zur einstellbaren Veränderung des Tragwerks 90 wird bei geöffnetem Zustand der Klemmen
der sich in dem Tragwerk 90 befindliche Anteil des Ausziehseils 1 bzw. Einziehseils
2 mittels einer mit jeweils dem losen Ende der Seile verbundenen Winde variiert. Bei
einer Verkürzung des Ausziehseils 1 wird, bei gleichzeitiger Verlängerung des Einziehseils
2, das Tragwerk ausgefahren. Sofern die mit den Knoten 109 bis 112 der dritten Knotenmenge
verbundenen Seile 39, 41, ..., 69 in Bezug zur Geometrie im aufgespannten Zustand
verkürzt eingebaut sind, werden sie durch das Ausfahren des Tragwerks 90 gedehnt.
Dies bewirkt eine baustatisch vorteilhafte Vorspannung der mit den Knoten 109 bis
112 und 122 bis 125 der dritten Knotenmenge verbundenen Verbindungselemente. In entsprechender
Weise wird bei einer Verkürzung des Einziehseils 2 und gleichzeitiger Verlängerung
des Ausziehseils 1 die Konstruktion eingefahren. Wird im ausgefahrenen Zustand, bei
geklemmtem Zustand des Ausziehseils 1, das Einziehseil 2 unter Zugspannung gesetzt
bzw. eingezogen, so wird dadurch das Tragwerk 90 vorgespannt, insbesondere im dargestellten
Ausführungsbeispiel konvex überhöht. Das Tragwerk 90 kann dadurch, entsprechend der
aufzunehmenden Nutzlast bzw. den zulässigen Verformungen, bereits beim Ausfahren oder
während des späteren Gebrauchs ein- bzw. nachgestellt werden.
[0033] Die Fig. 3 zeigt das Tragwerk 90 im vollständig ausgefahrenen Zustand. Der Knoten
101 ist dabei mit einem festen (nicht dargestellten) Auflager des Tragwerks 90 verbunden,
während die Knoten 103, 105, 107 auf (nicht dargestellten) Gleitlagern aufliegen.
Im vollständig ausgefahrenen Zustand liegen alle Knoten 114 bis 121 und 126 der ersten
Knotenmenge sowie die mit den Knoten der zweiten Knotenmenge verbundenen Knoten 122
bis 125 der dritten Knotenmenge in einer ersten oberen Ebene. Entsprechend liegen
alle Knoten 101 bis 108 und 113 der zweiten Knotenmenge und die mit den Knoten der
ersten Knotenmenge verbundenen Knoten 109 bis 112 der dritten Knotenmenge in einer
zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene verläuft und unterhalb dieser angeordnet
ist.
[0034] Die Fig. 4 zeigt die zu den Auflagern hinführenden Verbindungselemente 16, 17, 20,
21, 24, 25, 28, 29, 32, 34, 36, 38 der äußeren und inneren Scheren. Diese weisen eine
höhere Belastbarkeit, insbesondere einen größeren Querschnitt auf als die mit ihnen
über Kreuz drehbar verbundenen Verbindungselemente.
[0035] Die Fig. 5 zeigt die im wesentlichen nur Zugkräfte übertragenden Verbindungselemente
3 bis 6 und 39, 41, ..., 69. Dabei sind die mit den Knoten 109 bis 112 der dritten
Knotenmenge verbundenen Verbindungselemente 39, 41, ..., 69 als zweigeteilte Stahlseile
ausgeführt, durch welche die sie kreuzenden und Zug- und Druckkräfte übertragenden
Verbindungselemente 40, 42, ..., 70 hindurchgeführt sind.
[0036] Bei Weglassung der Eckständer 7 bis 10 und der Integration der die im wesentlichen
nur Zugkräfte übertragende Verbindungselemente bildenden Seile 39, 41, ..., 69 in
Ein- und/oder Ausziehseilen ist das Tragwerk in ebener wie auch in ein- und zweifach
gekrümmter Form durch eine Variation der Längen der sich im Tragwerk befindlichen
Anteile der Einund Ausziehseile kontinuierlich, d. h. in jedem Zustand zwischen dem
vollständig ausgefahrenen und vollständig eingefahrenen Zustand; versteifbar.
[0037] Die Fig. 8 zeigt die von den Knoten 114 bis 126 der ersten bzw. dritten Knotenmenge
aufgespannte obere Ebene, wogegen die Fig. 9 die von den Knoten 101 bis 113 der zweiten
bzw. dritten Knotenmenge aufgespannte untere Ebene zeigt.
[0038] Die Fig. 10 zeigt eine Eindeckung des vollständig ausgefahrenen Tragwerks 90 mit
dreieckförmigen Plattenelementen 201 bis 216. Diese stützen sich jeweils auf drei
Knoten der ersten bzw. dritten Knotenmenge ab. Die durch die Masse dieser Plattenelemente
bedingte Durchbiegung des Tragwerks 90 kann durch die vorstehend beschriebene Vorspannung
bzw. Überhöhung kompensiert werden. Die Plattenelemente 202, 205, 208, 211 und 213
bis 216 verbinden jeweils in vorteilhafter Weise die Knoten 122, 123; 123, 124; 124,
125; 125, 122 der dritten Knotenmenge von benachbarten Tragwerkszellen 91 bis 94 und
wirken insbesondere wie weitere, Zug- und Druckkräfte übertragende Verbindungselemente.
[0039] Die Fig. 11 zeigt eine alternative Ausführungsform einer 2 x 2-Anordnung von Tragwerkszellen
in einem Tragwerk, welches in X- und Y-Richtung eine Krümmung aufweist, die u. a.
durch Auflösung der inneren Scheren und durch Ersatz der Züg- und Druckkräfte übertragenden
Verbindungselemente 31, 33, 35, 37 durch die im wesentlichen nur Zugkräfte übertragenden
Seile 31', 33', 35', 37' ermöglicht ist. Soweit das Tragwerk nur einseitig gekrümmt
sein soll, ist eine derartige Auflösung der inneren Scheren nicht erforderlich.
[0040] Die Fig. 12 zeigt beispielhaft ein Scherengelenk, durch welches die beiden Zug- und
Druckkräfte übertragenden Verbindungselemente 15, 16 über Kreuz drehbar miteinander
verbunden sind. Der Stab 16 führt dabei, wie in der Fig. 3 ersichtlich, zum Knoten
101 am Auflagerpunkt des Tragwerks 90 und weist daher einen größeren Durchmesser auf.
Zwischen den Stäben 15, 16 ist das Ausziehseil 1 hindurchgeführt, welches aufgrund
der unterschiedlichen Durchmesser der in den Knoten 101, 115 angeordneten Umlenkmittel
am Gelenkkörper 127' des Knotens 127 vorbeigeführt ist oder jedenfalls ohne das Tragwerk
ungünstig belastende Umlenkkraft an diesem anliegt.
[0041] Die Fig. 13 zeigt beispielhaft die Anlenkung der Verbindungselemente an den gemeinsamen
Knoten 104, 117 der benachbarten Tragwerkszellen 92, 93. Die Stäbe 19, 20; 21, 22
der äußeren Scheren sind ebenso wie die Stäbe 33, 34 der inneren Schere und die inneren
Streben 52, 58 mit jeweils einem, einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweisenden Gelenk
an den Knoten 104 bzw. 117 angelenkt. Die von den Verbindungselementen auf die Knoten
eingeleiteten Momente und horizontalen Kraftkomponenten heben sich, bei der dargestellten
Anordnung der Stabanschlüsse, weitestgehend gegenseitig auf. Die zu den Knoten der
dritten Knotenmenge führenden, doppelt ausgeführten und zwischen sich jeweils die
innere Strebe 52 bzw. 58 kreuzend aufnehmenden Seile 51 bzw. 57 sind ebenfalls an
dem Knoten 117 mit einem rotatorischen Freiheitsgrad angelenkt.
Das Ausziehseil 1 verläuft nahezu parallel zum Stab 22 vom Knoten 118 kommend um die
am Knoten 104 angelenkte Umlenkrolle 1' mit größerem Durchmesser zur am Knoten 117
angelenkten Umlenkrolle 1" mit kleinerem Durchmesser und weiter nahezu parallel zum
Stab 33 zum Knoten 113.
1. Wandelbares Tragwerk mit zellenartigem Aufbau aufweisend mindestens eine zusammenklappbare
Tragwerkszelle (91), die begrenzt ist von Knoten (114, 115, 126, 121) einer ersten
Knotenmenge, die Eckknoten der Tragwerkszelle (91) sind und in einer ersten Fläche
liegen, und von Knoten (101, 102, 113, 108) einer zweiten Knotenmenge, die Eckknoten
der Tragwerkszelle (91) sind und in einer zweiten Fläche liegen, und mit mindestens
einem Knoten (109, 122) einer dritten Knotenmenge, der außerhalb der ersten Fläche
liegt, wobei mindestens ein Teil der Knoten der ersten und zweiten Knotenmenge durch
eine Führungseinrichtung in seiner Position zueinander festlegbar, insbesondere miteinander
verbindbar, ist, wobei ein Knoten (109) der dritten Knotenmenge mit mindestens einem
Knoten (114, 115, 121) der ersten Knotenmenge und mit mindestens einem weiteren Knoten
(113) der ersten oder zweiten Knotenmenge verbunden ist und alle diese Verbindungen
zwischen dem einen Knoten (109) der dritten Knotenmenge und dem mindestens einen Knoten
(114, 115, 121) der ersten Knotenmenge und dem mindestens einen weiteren Knoten (113)
der ersten oder zweiten Knotenmenge ausschließlich durch ein im wesentlichen nur Zugkräfte
übertragendes Verbindungselement (39, 41, 43, 45) realisiert sind, wobei der eine
Knoten (109) der dritten Knotenmenge unterhalb des untersten Eckknotens (114, 115,
121) der ersten Knotenmenge, mit dem er verbunden ist, angeordnet ist, und wobei die
bei Belastung des Tragwerks durch Nutz- und/oder Eigenlast auftretenden Kräfte als
Zugkräfte über das im wesentlichen nur Zugkräfte übertragende Verbindungselement (39,
41, 43, 45) von dem Knoten (109) der dritten Knotenmenge an den mindestens einen Knoten
(114, 115, 121) der ersten Knotenmenge und an den mindestens einen weiteren Knoten
(113) der ersten oder zweiten Knotenmenge ableitbar sind.
2. Tragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Knoten (122) der dritten Knotenmenge mit mindestens einem Knoten (101, 102, 113,
108) der zweiten Knotenmenge durch ein Zug- und Druckkräfte übertragendes Verbindungselement
(40, 42, 44, 46) verbunden ist.
3. Tragwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Knoten (114, 115, 121) der ersten Knotenmenge und der mindestens
eine weitere Knoten (113) der ersten oder zweiten Knotenmenge und der mindestens eine
Knoten (101, 102, 113, 108) der zweiten Knotenmenge mit einem gemeinsamen Knoten der
dritten Knotenmenge verbunden sind.
4. Tragwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Knoten (114, 115, 121) der ersten Knotenmenge und der mindestens
eine weitere Knoten (113) der ersten oder zweiten Knotenmenge mit einem ersten Knoten
(109) der dritten Knotenmenge und der mindestens eine Knoten (101, 102, 113, 108)
der zweiten Knotenmenge mit einem zweiten Knoten (122) der dritten Knoten menge verbunden
sind, und daß der erste Knoten (109) der dritten Knotenmenge durch ein Druck- und
Zugkräfte übertragendes Verbindungselement (11) mit dem zweiten Knoten (122) der dritten
Knotenmenge verbunden ist.
5. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Fläche eine Ebene ist.
6. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Knoten (101, 102, 113, 108) der zweiten Knotenmenge und der Knoten (109) der
dritten Knotenmenge, der mit mindestens einem Knoten (114, 115, 121) der ersten Knotenmenge
und mit mindestens einem weiteren Knoten (113) der ersten oder zweiten Knotenmenge
durch ein im wesentlichen nur Zugkräfte übertragendes Verbindungselement (39, 41,
43, 45) verbunden ist, in einer Ebene liegen.
7. Tragwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Knoten (114, 115, 126, 121) der ersten Knotenmenge und der Knoten (122) der
dritten Knotenmenge, der mit mindestens einem Knoten (101, 102, 113, 108) der zweiten
Knotenmenge durch ein Zug- und Druckkräfte übertragendes Verbindungselement (40, 42,
44, 46) verbunden ist, in einer Ebene liegen.
8. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung Führungsmittel aufweist und daß mindestens ein Knoten (114)
der ersten Knotenmenge einer insbesondere am äußeren Umfang des Tragwerks angeordneten
Ecke der Tragwerkszelle (91) mit einem Knoten (102) der zweiten Knotenmenge einer
insbesondere am äußeren Umfang des Tragwerks angeordneten benachbarten Ecke der Tragwerkszelle
(91) und ein Knoten (101) der zweiten Knotenmenge der Ecke mit einem Knoten (115)
der ersten Knotenmenge der benachbarten Ecke durch die Führungsmittel miteinander
verbunden sind.
9. Tragwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel über Kreuz drehbar miteinander verbundene und Zug- und Druckkräfte
übertragende Verbindungselemente (15, 16) aufweisen.
10. Tragwerk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Auflagern des Tragwerks führenden Zug- und Druckkräfte übertragenden Verbindungselemente
(16, 32, 17, 20, 34, 21, 24, 36, 25, 28, 38, 29) eine größere Belastbarkeit, insbesondere
einen größeren Durchmesser, aufweisen als die übrigen Verbindungselemente (15, 31,
18, 19, 33, 22, 23, 35, 26, 27, 37, 30) der Führungsmittel.
11. Tragwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der paarweise über Kreuz drehbar miteinander verbundenen und
Zug- und Druckkräfte übertragenden Verbindungselemente (15, 16; 17, 18; bis 37, 38)
außerhalb ihrer Mitte in Längsrichtung miteinander verbunden sind.
12. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tragwerkszellen (91, 92, 93, 94) nebeneinander angeordnet sind und daß benachbarte
Tragwerkszellen gemeinsame Knoten aufweisen.
13. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Tragwerkszelle (91) bzw. des Tragwerks (90) durch eine Betätigungseinrichtung
einstellbar ist.
14. Tragwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung Ausfahr- und Einfahrmittel aufweist, insbesondere ein
Ausziehseil (1) und ein Einziehseil (2), die in den jeweiligen Knoten über Umlenkmittel
geführt sind und vorzugsweise an einem gemeinsamen Knoten (101) feststellbar betätigbar
sind.
15. Tragwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausziehseil (1) in den jeweiligen Knoten über Umlenkmittel, insbesondere Umlenkrollen
oder Umlenksättel, mit mindestens zwei unterschiedlichen Umlenkradien geführt ist.
16. Tragwerk nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Betätigungseinrichtung das Tragwerk (90) mit einer Vorspannung beaufschlagbar
ist und dadurch in einem belasteten Zustand eine vorgebbare Form einnimmt.
17. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Knoten (114 bis 121, 126) der ersten Knotenmenge und/oder
der Knoten (101 bis 108, 113) der zweiten Knotenmenge und/oder der Knoten (109 bis
112, 122 bis 125) der dritten Knotenmenge mit einer Membran derart verbindbar sind,
daß dadurch eine mindestens partiell geschlossene Oberfläche der ersten bzw. zweiten
Fläche gebildet ist.
18. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Knoten (114 bis 121, 126) der ersten Knotenmenge und mindestens
ein Teil der Knoten (122 bis 125) der dritten Knotenmenge mit mindestens einem, vorzugsweise
dreieckigen Plattenelement (201 bis 216) derart verbindbar sind, daß dadurch eine
mindestens partiell geschlossene Oberfläche der ersten Fläche gebildet ist.
19. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zug- und Druckkräfte übertragenden Verbindungselemente an den jeweiligen Knoten
angelenkt sind und insbesondere durch Stäbe aus Aluminium gebildet sind.
20. Tragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen Zugkräfte übertragenden Verbindungselemente an den jeweiligen
Knoten festgelegt, insbesondere angelenkt, sind und mindestens zum Teil durch jeweils
zwei parallel verlaufende Drähte oder Seile aus Stahl gebildet sind.
1. Variable support structure having a cellular construction comprising at least one
collapsible support structure cell (91) which is bounded by joints (114, 115, 126,
121) of a first joint set, which are corner joints of the support structure cell (91)
and lie in a first surface, and by joints (101, 102, 113, 108) of a second joint set,
which are comer joints of the support structure cell (91) and lie in a second surface,
and with at least one joint (109, 122) of a third joint set, which joint (109) lies
outside the first surface, wherein at least some of the joints of the first and second
joint set are fixable in their position relative to one another, especially are connectable
to one another, by a guide mechanism, wherein one joint (109) of the third joint set
is connected to at least one joint (114, 115, 121) of the first joint set and to at
least one further joint (113) of the first or second joint set, and all of those connections
between the one joint (109) of the third joint set and the at least one joint (114,
115, 121) of the first joint set and the at least one further joint (113) of the first
or second joint set are implemented exclusively by a connecting element (39, 41, 43,
45) that transmits substantially only tension forces, wherein the one joint (109)
of the third joint set is arranged below the lowermost corner joint (114, 115, 121)
of the first joint set, to which corner joint it is connected, and wherein the forces
that occur upon loading of the support structure by a service load and/or by its own
weight can be transmitted away as tension forces from the joint (109) of the third
joint set to the at least one joint (114, 115, 121) of the first joint set and to
the at least one further joint (113) of the first or second joint set via the connecting element (39, 41, 43, 45) that transmits substantially only tension
forces.
2. Support structure according to claim 1, characterised in that one joint (122) of the third joint set is connected to at least one joint (101, 102,
113, 108) of the second joint set by a connecting element (40, 42, 44, 46) that transmits
tension and compression forces.
3. Support structure according to claim 2, characterised in that the at least one joint (114, 115, 121) of the first joint set and the at least one
further joint (113) of the first or second joint set and the at least one joint (101,
102, 113, 108) of the second joint set are connected to a common joint of the third
joint set.
4. Support structure according to claim 2, characterised in that the at least one joint (114, 115, 121) of the first joint set and the at least one
further joint (113) of the first or second joint set are connected to a first joint
(109) of the third joint set, and the at least one joint (101, 102, 113, 108) of the
second joint set is connected to a second joint (122) of the third joint set, and
in that the first joint (109) of the third joint set is connected to the second joint (122)
of the third joint set by a connecting element (11) that transmits compression and
tension forces.
5. Support structure according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the first and/or second surface is a plane.
6. Support structure according to any one of claims 1 to 5, characterised in that all the joints (101, 102, 113, 108) of the second joint set and the joint (109) of
the third joint set, which joint (109) is connected to at least one joint (114, 115,
121) of the first joint set and to at least one further joint (113) of the first or
second joint set by a connecting element (39, 41, 43, 45) that transmits substantially
only tension forces, lie in one plane.
7. Support structure according to any one of claims 2 to 6, characterised in that all of the joints (114, 115, 126, 121) of the first joint set and the joint (122)
of the third joint set, which joint (122) is connected to at least one joint (101,
102, 113, 108) of the second joint set by a connecting element (40, 42, 44, 46) that
transmits tension and compression forces, lie in one plane.
8. Support structure according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the guide mechanism has guide means, and in that at least one joint (114) of the first joint set of a corner of the support structure
cell (91) arranged especially at the outer periphery of the support structure is connected
by the guide means to a joint (102) of the second joint set of a neighbouring corner
of the support structure cell (91) arranged especially at the outer periphery of the
support structure, and a joint (101) of the second joint set of the corner is connected
by the guide means to a joint (115) of the first joint set of the neighbouring corner.
9. Support structure according to claim 8, characterised in that the guide means have connecting elements (15, 16) that transmit tension and compression
forces and that are pivotally connected to each other cross-wise.
10. Support structure according to claim 8 or 9, characterised in that the connecting elements (16, 32, 17, 20, 34, 21, 24, 36, 25, 28, 38, 29) that transmit
tension and compression forces and that lead to supports of the support structure
have a greater loading capacity, especially a larger diameter, than the remaining
connecting elements (15, 31, 18, 19, 33, 22, 23, 35, 26, 27, 37, 30) of the guide
means.
11. Support structure according to claim 9 or 10, characterised in that at least some of the connecting elements (15, 16; 17, 18; to 37, 38) that in pairs
are pivotally connected to each other cross-wise and that transmit tension and compression
forces are connected to each other outside their middle in the longitudinal direction.
12. Support structure according to any one of claims 1 to 11, characterised in that plural support structure cells (91, 92, 93, 94) are arranged next to one another,
and in that neighbouring support structure cells have common joints.
13. Support structure according to any one of claims 1 to 12, characterised in that the expansion of the support structure cell (91) or the support structure (90) is
adjustable by an operating arrangement.
14. Support structure according to claim 13, characterised in that the operating arrangement has extension and retraction means, especially an extension
cable (1) and a retraction cable (2), which are guided in the respective joints over
deflection means and are preferably fixably operable at a common joint (101).
15. Support structure according to claim 14, characterised in that the extension cable (1) is guided in the respective joints over deflection means,
especially deflection rollers or deflection saddles, having at least two different
deflection radii.
16. Support structure according to claim 14 or 15, characterised in that the support structure (90) can have a pre-stress applied to it by means of the operating
arrangement, and thereby assumes a predeterminable shape in a loaded state.
17. Support structure according to any one of claims 1 to 16, characterised in that at least some of the joints (114 to 121, 126) of the first joint set and/or of the
joints (101 to 108, 113) of the second joint set and/or of the joints (109 to 112,
122 to 125) of the third joint set are connectable to a membrane in such a manner
that an at least partially closed top face of the first and/or second surface is thereby
formed.
18. Support structure according to any one of claims 1 to 17, characterised in that at least some of the joints (114 to 121, 126) of the first joint set and at least
some of the joints (122 to 125) of the third joint set are connectable to at least
one, preferably triangular, panel element (201 to 216) in such a manner that an at
least partially closed top face of the first surface is thereby formed.
19. Support structure according to any one of claims 1 to 18, characterised in that the connecting elements that transmit tension and compression forces are articulated
to the respective joints and are formed especially by rods of aluminium..
20. Support structure according to any one of claims 1 to 19, characterised in that the connecting elements that transmit substantially tension forces are fastened to,
especially articulated to, the respective joints, and are at least partially formed
by in each case two parallel-extending wires or cables of steel.
1. Ossature porteuse avec une structure cellulaire, comportant au moins une cellule d'ossature
porteuse (91) qui est limitée par quatre noeuds (114, 115, 126, 121) d'un premier
ensemble de noeuds qui sont les noeuds des coins de la cellule d'ossature porteuse
(91) et qui se trouvent dans une première surface, et par des noeuds (101, 102, 113,
108) d'un deuxième ensemble de noeuds qui sont les noeuds des coins de la cellule
d'ossature porteuse (91) et qui se trouvent dans une deuxième surface, avec au moins
un noeud (109, 122) d'un troisième ensemble de noeuds, qui se trouve en dehors de
la première surface, sachant qu'au moins une partie des noeuds du premier et du deuxième
ensemble de noeuds peuvent être fixés dans leurs positions les uns par rapport aux
autres par un dispositif de guidage, en particulier peuvent être reliés, sachant qu'un
noeud (109) du troisième ensemble de noeuds est relié à au moins un noeud (114, 115,
121) du premier ensemble de noeuds et à au moins un autre noeud (113) du premier ou
du deuxième ensemble de noeuds, et que toutes ces liaisons entre l'un noeud (109)
du troisième ensemble de noeuds et le au moins un noeud (114, 115, 121) du premier
ensemble de noeuds et le au moins un autre noeud (113) du premier ou du deuxième ensemble
de noeuds sont réalisées exclusivement par un élément de liaison (39, 41, 43, 45)
ne transmettant essentiellement que des forces de traction, sachant que l'un noeud
(109) du troisième ensemble de noeuds est disposé en dessous du noeud de coin (114,
115, 121) le plus bas du premier ensemble de noeuds, auquel il est relié, et sachant
que les forces apparaissant lors d'une sollicitation de l'ossature porteuse par une
charge utile et/ou par la charge propre peuvent être détournées comme forces de traction
par l'intermédiaire de l'élément de liaison (39, 41, 43, 45), ne transmettant essentiellement
que des forces de traction, du noeud (109) du troisième ensemble de noeuds à l'au
moins un noeud (114, 115) du premier ensemble de noeuds et à l'au moins un autre noeud
(113) du premier ou du deuxième ensemble de noeuds.
2. Ossature porteuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un noeud (122) du troisième ensemble de noeuds est relié à au moins un noeud (101,
102, 113, 108) du deuxième ensemble de noeuds par un élément de liaison (40, 42, 44,
46) transmettant des forces de traction et de poussée.
3. Ossature porteuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le au moins un noeud (114, 115, 121) du premier ensemble de noeuds et le au moins
un autre noeud (113) du premier ou du deuxième ensemble de noeuds et le au moins un
noeud (101, 102, 113, 108) du deuxième ensemble de noeuds sont reliés à un noeud commun
du troisième ensemble de noeuds.
4. Ossature porteuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le au moins un noeud (114, 115, 121) du premier ensemble de noeuds et le au moins
un autre noeud (113) du premier ou du deuxième ensemble de noeuds sont reliés à un
premier noeud (109) du troisième ensemble de noeuds et en ce que le au moins un noeud (101, 102, 113, 108) du deuxième ensemble de noeuds est relié
à un deuxième noeud (122) du troisième ensemble de noeuds, et en ce que le premier noeud (109) du troisième ensemble de noeuds est relié par un élément de
liaison (11) transmettant des forces de traction et de poussée au deuxième noeud (122)
du troisième ensemble de noeuds.
5. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la première et/ou la deuxième surface sont des plans/est un plan.
6. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que tous les noeuds (101, 102, 113, 108) du deuxième ensemble de noeuds et le noeud (109)
du troisième ensemble de noeuds, qui est relié à au moins un noeud (114, 115, 121)
du premier ensemble de noeuds et à au moins un autre noeud (113) du premier ou deuxième
ensemble de noeuds par un élément de liaison (39, 41, 43, 45) ne transmettant essentiellement
que des forces de traction, se trouvent dans un plan.
7. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que tous les noeuds (114, 115, 126, 121) du premier ensemble de noeuds et le noeud (122)
du troisième ensemble de noeuds, qui est relié à au moins un noeud (101, 102, 113,
108) du deuxième ensemble de noeuds par un élément de liaison (40, 42, 44, 46) transmettant
des forces de traction et de poussée, se trouvent dans un plan.
8. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le dispositif de guidage comporte des moyens de guidage et en ce que sont reliés ensemble par des moyens de guidage au moins un noeud (114) du premier
ensemble de noeuds d'un coin de la cellule d'ossature porteuse (91) disposé en particulier
à la périphérie extérieure de l'ossature porteuse à un noeud (102) du deuxième ensemble
de noeuds d'un noeud voisin de la cellule d'ossature porteuse (91), disposé en particulier
à la périphérie extérieure de l'ossature porteuse, et un noeud (101) du deuxième ensemble
de noeuds à un noeud (115) du premier ensemble de noeuds du coin voisin.
9. Ossature porteuse selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de guidage sont reliés ensemble en croix de manière mobile en rotation
et comportent des éléments de liaison (15, 16) qui transmettent des forces de traction
et de poussée.
10. Ossature porteuse selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les éléments de liaison (16, 32, 17, 20, 34, 21, 24, 36, 25, 28, 38, 29) qui transmettent
les forces de traction et de poussée aux appuis de l'ossature porteuse présentent
une plus grande capacité de charge, en particulier un plus grand diamètre que les
autres éléments de liaison (15, 31, 18, 19, 33, 22, 23, 35, 26, 27, 37, 30) des moyens
de guidage.
11. Ossature porteuse selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'au moins une partie des éléments de liaison (15, 16, 17, 18 ; jusqu'à 37, 38) reliés
ensemble en croix de manière mobile en rotation et transmettant des forces de traction
et de poussée sont reliés ensemble en dehors de leur milieu dans le sens de la longueur.
12. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que plusieurs cellules d'ossature porteuse (91, 92, 93, 94) sont disposées les unes à
côté des autres et en ce que des cellules d'ossature porteuse voisines comportent des noeuds communs.
13. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'extension des cellules d'ossature porteuse (91), respectivement de l'ossature porteuse
(90) est réglable par un dispositif d'actionnement.
14. Ossature porteuse selon la revendication 13, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement comporte des moyens de déploiement et de rétraction,
en particulier un câble de déploiement (1) et un câble de rétraction (2) qui sont
guidés dans le noeud respectif par-dessus des moyens de renvoi et peuvent être actionnés
de préférence et immobilisés sur un noeud (101) commun.
15. Ossature porteuse selon la revendication 14, caractérisée en ce que le câble de déploiement (1) est guidé dans le noeud respectif par-dessus des moyens
de renvoi, en particulier des poulies de renvoi ou des sellettes de renvoi, avec au
moins deux rayons de renvoi différents.
16. Ossature porteuse selon la revendication 14 ou 15, caractérisée en ce qu'au moyen du dispositif d'actionnement, l'ossature porteuse (90) peut être soumise
à une précharge et prend par cela dans un état chargé une forme prédéfinissable.
17. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce qu'au moins une partie des noeuds (114 à 121, 126) du premier ensemble de noeuds et/ou
des noeuds (109 à 112, 122 à125) du troisième ensemble de noeuds peuvent être reliés
par une membrane de telle sorte que par là, une surface au moins partiellement fermée
de la première, respectivement de la deuxième surface est formée.
18. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'au moins une partie des noeuds (114 à 121, 126) du premier ensemble de noeuds et moins
une partie des noeuds (122 à 125) du troisième ensemble de noeuds peuvent être reliés
par au moins un élément en forme de plaque (201 à 216), de préférence triangulaire,
de telle sorte que par là, une surface au moins partiellement fermée de la première
surface est formée.
19. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que les éléments de liaison transmettant les forces de traction et de poussée sont articulés
aux noeuds respectifs et sont formés en particulier par des barreaux en aluminium.
20. Ossature porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que les éléments de liaison qui transmettent essentiellement des forces de traction sont
fixés, en particulier articulés aux noeuds respectifs, et sont formés chacun au moins
en partie par deux fils ou câbles métalliques en acier s'étendant parallèlement.