Modulares Bauelement für die Erstellung doppelt gekrümmter oder freier Tragswerkformen

Abstract

 Die Erfindung betrifft Modulares Bauelement für die Erstellung insbesondere wenigstens näherungsweise doppeltgekrümmter oder freier Tragwerksformen, aufweisend zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander bewegbare Rahmenlängsträger und mehrere, in einer Neutrallage der Rahmenlängsträgern senkrecht zu den Rahmenlängsträgern anordenbare Querträger, die im Bereich ihrer freien Enden mittels Gelenken an den Rahmenlängsträgern derart angeordnet sind, dass sich die Querträger bei einer parallelen Bewegung der Rahmenlängsträger parallel aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein modulares Bauelement für die Erstellung insbesondere wenigstens näherungsweise doppelt gekrümmter oder freier Tragwerksformen. Doppelt gekrümmte oder freie Tragwerksformen sind bekannt und eignen sich besonders, um große frei tragende Dachkonstruktionen zu errichten.

[0002] Aus der DE 44 43 769 C1 sind beispielsweise Schalentragwerke vorbekannt, welche vorgefertigte, dreiecksförmige Module umfassen. Die verwendeten dreieckigen Module weisen dabei identische Geometrien auf und werden in dreieckige Flächen eines Skeletts eingesetzt.

[0003] Aus der DE 34 18 950 A1 sind Schalentragwerke bekannt geworden, welche aus gleichartigen, dreieckigen Elementen gebildet sind.

[0004] Aus der DE 28 15 243 A1 sind Knotenpunktverbindungen und Tragwerksstäbe für Schalentragwerke bekannt geworden.

[0005] Ferner sind verschiedenartige Schalentragwerke und Netztragwerke mit ebenen Maschen, in welche vorzugsweise Glasflächen eingesetzt werden können, aus Stand der Technik vorbekannt (Schober, Hans: Die Masche mit der Glaskuppel. Netztragwerke mit ebenen Maschen. Deutsche Bauzeitung 128 (1994), Seite 152 bis 163; Schober, Hans: Geometrie-Prinzipien für wirtschaftliche und effiziente Schalentragwerke. Bautechnik 79 (2002) H.1, Seite 16 bis 24).

[0006] Die WO 2000 70 170 A1 zeigt einen faltbaren Zaun mit einer Grundschiene und einer Oberschiene, zwischen welchen Querstäbe angeordnet sind. Die Querstäbe sind dabei über Gelenke mit der Grund- bzw. Oberschiene verbunden, so dass die Oberschiene durch Parallelbewegung zur Grundschiene hingefaltet werden kann.

[0007] In der US 2005 0198 802 A1 ist ein Metallgitter beschrieben, welches Querstreben und Längsstreben aufweist, die über Gelenkzapfen in regelmäßigen Gitterpunkten miteinander verbunden sind. Dadurch kann das Gitter durch Parallelbewegung der Streben in eine gefaltete oder eine offene Position bewegt werden.

[0008] Aus der DE 809 099 B ist ein Schalungselement zum Eingießen von Beton bekannt geworden, das ein Gitterwerk von Stäben umfasst, welche an ihren Schnittpunkten derart gelenkig miteinander verbunden sind, dass sie in der Ebene des Gitterwerkes gegeneinander beweglich sind.

[0009] Die DE 10 2004 010 927 B4 zeigt schließlich eine Vorrichtung zum Erstellen von Beton-Treppen mit einer Unterkonstruktion zum Halten eines Schalungsbelages, wobei die Unterkonstruktion Querstreben aufweist, welche gelenkig zum Ausgleich von Winkeltoleranzen gehaltert sind.

[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wenigstens näherungsweise doppelt gekrümmte oder freie Tragwerksformen auf einfache Art und Weise, und dennoch kostengünstig, realisieren zu können.

[0011] Diese Aufgabe wird durch modulare Bauelemente gelöst, wie sie Gegenstand des Anspruchs 1 sind. Solche modulare Bauelemente weisen zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander bewegbare Rahmenlängsträger und mehrere, in einer Neutrallage der Rahmenlängsträger senkrecht zu den Rahmenlängsträgern anordenbare Querträger auf. Die Querträger sind dabei im Bereich ihrer freien Enden mittels Gelenken an den Rahmenträgern so angeordnet, dass sich die Querträger bei einer parallelen Bewegung der Rahmenlängsträger parallel aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. In der Neutrallage bilden folglich die Rahmenlängsträger mit den Querträgern zumindest näherungsweise ein Quadrat oder ein Rechteck. Beim Bewegen der Rahmenlängsträger aus der Neutrallage ergibt sich eine Raute beziehungsweise ein Parallelogramm. Die Querträger sind dabei an den Rahmenlängsträgern insbesondere scherengitterartig angeordnet.

[0012] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich doppelt gekrümmte oder freie Tragwerksformen wenigstens näherungsweise aus insbesondere ebenen Vierecken mit jeweils gegenüberliegenden gleich langen Seitenlängen bilden lassen. Je nach Lage des jeweiligen Vierecks in der zu bildenden Form oder Fläche ist lediglich dessen Maschenwinkel unterschiedlich; die Seitenlängen sind jedoch gleich. Mit dem erfindungsgemäßen Bauelement können folglich Maschen mit unterschiedlichen Maschenwinkeln aufgrund des entsprechenden parallelen Verschiebens der Rahmenlängsträger realisiert werden. Durch Aneinanderordnen der Bauelemente können quasi beliebige doppelt gekrümmte oder freie Tragwerksformen, die aus ebenen Viereckselementen bestehen und beispielsweise als Translationsfläche generiert wurden, zumindest facettenartig angenähert werden.

[0013] Die erfindungsgemäßen Module können dabei als Schalungselemente dienen oder selbst Teil der Schale sein. Sie können auch als nichttragende Verkleidungselemente ausgebildet sein.

[0014] Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Rahmenlängsträgern zwei Rahmenquerträger am jeweiligen modularen Bauelement vorgesehen sind, die jeweils im Bereich der freien Enden der Rahmenlängsträger mittels Gelenken an den Rahmenlängsträgern angeordnet sind. Die die Rahmenlängsträger verbindenden Rahmenquerträger sind dabei in der Neutrallage senkrecht zu den Rahmenlängsträgern angeordnet. Insofern ergeben sich durch Vorsehen von Rahmenlängsträgern und Rahmenquerträgern umseitig geschlossene, viereckige Bauelemente, die in der Neutrallage ein Rechteck und bei Bewegen der Rahmenlängsträger aus der Neutrallage Parallelogramme mit unterschiedlichen Maschenwinkeln bilden.

[0015] Vorteilhafterweise sind wenigstens einige Gelenke als Drehgelenke ausgebildet, die lediglich ein Bewegen der Querträger in einer oder parallel zu einer von den Rahmenlängsträgern gebildeten Ebene ermöglichen. Sollten sämtliche vorzusehenden Gelenke als derartige Drehgelenke mit einem Freiheitsgrad ausgebildet sein, so kann das Bauelement als ebenes Bauelement Verwendung finden, welches unterschiedliche Maschenwinkel vorsehen kann.

[0016] Die vorzusehenden Drehgelenke können dabei jeweils einen Gelenkzapfen umfassen, der senkrecht zu einer von den Rahmenlängsträgern gebildeten Ebene verläuft. Die Zapfen können dabei als separate Teile ausgebildet sein. Denkbar ist ebenfalls, dass die Zapfen längsträgerseitig oder querträgerseitig vorgesehen sind.

[0017] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rahmenlängsträger nicht nur parallel zueinander, sondern auch in eine wenigstens geringfügig windschiefe Lage bewegbar sind, wobei die Querträger aufgrund der Bewegung der Rahmenlängsträger die Rahmenlängsträger jeweils entlang einer wenigstens weitgehend geraden Linien verbinden. Nehmen die Rahmenlängsträger eine windschiefe Lage ein, verwindet sich das Bauelement. Ein derart verwundenes Viereck definiert ein hyperbolisches Paraboloid. Jedes hyperbolische Paraboloid kann mit Geraden erzeugenden gebildet werden, welche die gegenüberliegenden Seiten gerade verbinden. Die Querträger bilden dabei die das hyperbolische Paraboloid erzeugenden Geraden. Das Vorsehen derartiger Bauelemente hat den Vorteil, dass damit freie Tragwerksformen realisiert werden können.

[0018] Bei einem derartigen Bauelement ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass wenigstens einige Gelenke als Kugelgelenke ausgebildet sind, die ein Bewegen um einen Gelenkpunkt in alle Raumrichtungen ermöglichen. Der Begriff "Kugelgelenk" soll dabei nicht auf Gelenke beschränkt sein, welche tatsächlich eine Kugel umfassen. Der Begriff "Kugelgelenk" soll vielmehr funktional zu verstehen sein, nämlich dahingehend, dass Gelenke damit gemeint sind, welche eine Bewegung um einen Gelenkpunkt in mindestens zwei Raumrichtungen ermöglichen.

[0019] Allerdings können die Kugelgelenke tatsächlich jeweils ein Kugelelement umfassen, das wenigstens abschnittweise zwischen dem jeweiligen Rahmenlängsträger und dem zugehörigen Querträger oder Rahmenquerträger angeordnet ist.

[0020] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Rahmenlängsträger und die Rahmenquerträger jeweils mit Kugelgelenken miteinander verbunden sind, wobei die Querträger verdrehweich ausgebildet sind und mittels ebenen Drehgelenken an den Rahmenlängsträgern angeordnet sind. Ein derartiges Bauelement weist aufgrund des Vorsehens der Drehgelenke einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf. Durch die verdrehweiche Ausbildung der Querträger können die Rahmenlängsträger beziehungsweise die Rahmenquerträger dennoch in eine jeweils windschiefe Lage bewegt werden, so dass ein Verwinden des Bauelements möglich ist.

[0021] Die Bauelemente können nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nicht nur Querträger, sondern auch an den Querträgern und/oder an den Rahmenquerträgern Längsträger vorsehen, die in der Neutrallage senkrecht zu den Querträgern und/oder parallel zu den Rahmenlängsträgern angeordnet sind. Durch Vorsehen derartiger Längsträger kann das Modul insgesamt stabiler ausgebildet werden. Zudem wird eine geschlossenere Oberfläche des Bauelements erzielt.

[0022] Die Querträger und/oder die Längsträger können dabei in einer Ebene liegen. Die Ebene ist insbesondere in der Neutrallage gerade; bei verwundenem Bauelement ist diese Ebene dann insbesondere zur Bildung eines hyperbolischen Paraboloids entsprechend gekrümmt. Die Längsträger können aber auch ober- oder unterhalb der Querträger liegen.

[0023] Vorteilhafterweise sind die Rahmenlängsträger und/oder die Rahmenquerträger als Hohlrahmen ausgebildet. Die Querträger als auch die Längsträger können insbesondere als Planken ausgebildet sein, die beispielsweise aus Holz oder aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein können. Die Längsträger können zur Unterstützung der Querträgerplanken auch wie die Rahmenlängsträger ausgebildet sein, mit gelenkigem Anschluss zum Rahmenquerträger.

[0024] Um ein geeignetes gegenseitiges Befestigen der Bauelemente in einer gemeinsamen Ebene zur Realisierung der gekrümmten Fläche beziehungsweise der Freiform zu ermöglichen, ist denkbar, dass die einzelnen Bauelemente an den Rahmenlängsträgern und/oder Rahmenquerträgern Anbindungsmittel zur Befestigung eines entsprechenden Bauelements vorsehen, so dass insgesamt mehrere modulare Bauelemente miteinander verbunden werden können. Dabei ist auch denkbar, dass die Anbindungsmittel als separate Bauteile vorgesehen sind. Die einzelnen Bauelemente können insbesondere auch nur an den Eckbereichen über vorzugsweise Formstücke gegenseitig miteinander befestigt sein, wobei zwischen den einzelnen Bauelementen dabei Fugen vorgesehen sein können. Die Formstücke können dabei an den Rahmenlängsträgern und/oder Rahmenquerträgern oder aber auch als separate Bauteile vorgesehen sein. Insbesondere dann, wenn die Rahmenträger in eine windschiefe Lage bewegbar sind, ist vorteilhaft, wenn zwischen den Längs-oder Querträgern der einzelnen Bauelemente Fugen vorgesehen sind, welche ein Verdrehen der im Querschnitt rechteckig ausgebildeten Längsträger ermöglichen. Durch Bereitstellen einer entsprechenden Fuge kann folglich ein Verdrehen der im Querschnitt insbesondere rechteckig auszubildenden Rahmenträgern möglich sein. Die einzelnen Bauelemente können dabei insbesondere über Verbindungselemente, die in den jeweiligen Ecken angreifen, miteinander verbunden sein. Die Verbindungselemente können dabei als Formstücke oder Knotenelemente ausgebildet sein.

[0025] Um eine geschlossene Oberfläche zu erhalten, ist denkbar, dass an, auf und/oder zwischen den Längs- oder Querträgern eine Abdeckung zur Abdeckung oder zum Ausfüllen der zwischen den Querträgern oder Längsträgern liegenden Zwischenräumen vorgesehen ist. Die Abdeckung kann dabei insbesondere einzelne Abschnitte vorsehen, die an oder zwischen den Längs- oder Querträgern angeordnet sind und welche ein Bewegen der Rahmenlängsträger, und damit auch der Quer- oder Längsträger zulassen. Ferner ist denkbar, dass die Abdeckung als großflächiges Element sich über das gesamte Bauelement und/oder über mehrere, die jeweilige Fläche bildenden Bauelemente erstreckt.

[0026] Die Erfindung betrifft auch ein Bausystem mit wenigstens zwei erfindungsgemäßen Bauelementen und mit Anbindungsmitteln zur Befestigung von benachbarten Bauelementen aneinander zur Erstellung insbesondere wenigstens näherungsweise doppeltgekrümmter oder freier Tragwerksformen. Dabei ist denkbar, dass die Bauelemente jeweils Anbindungsmittel zur Befestigung von benachbarten Bauelementen aneinander umfassen. Die Anbindungsmittel können dabei lösbar oder unlösbar mit den Bauelementen verbunden sein.

[0027] Die Erfindung betrifft auch eine Gussform für gießfähige Bauwerkstoffe, insbesondere für Beton, die aus wenigstens einem und insbesondere mehreren erfindungsgemäßen modularen Bauelementen gebildet ist. Bauelemente, die dabei nebeneinander angeordnet sind, bilden die zu gießende Fläche, die insbesondere eine zweifach gekrümmte oder auch eine Freiformfläche sein kann. Die Module bilden dabei zusammen mit der Abdeckung eine geschlossene Oberfläche, auf welche der gießfähige Bauwerkstoff gegossen werden kann. Nach dem Aushärten des Bauwerkstoffs kann die Gussform dann insbesondere entfernt werden. Denkbar ist ebenfalls, dass es sich bei der Gussform um eine verlorene Gussform handelt.

[0028] Die Erfindung betrifft außerdem ein Flächentragwerk, das gebildet ist aus insbesondere mehreren erfindungsgemäßen modularen Bauelementen. Das Flächentragwerk bildet folglich eine insbesondere zweifach gekrümmte Oberfläche oder eine Freiformfläche, die durch nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Module realisiert ist.

[0029] Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer verschiedene Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.

[0030] Es zeigen:

Figur 1a

den Grundriss einer aus einzelnen, ebenen Vierecken gebildeten doppelt gekrümmten Fläche;

Figur 1b

die perspektivische Ansicht der Fläche gemäß Figur 1a;

Figur 2

ein als Rechteck ausgebildetes Viereck der Fläche gemäß Figur 1;

Figur 3

ein als Parallelogramm ausgebildetes Viereck der Fläche gemäß Figur 1;

Figur 4

ein erfindungsgemäßes Bauelement in der Neutrallage;

Figur 5

das Bauelement gemäß Figur 4 in einer ausgelenkten Lage;

Figur 6

einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4;

Figur 7

ein zweites erfindungsgemäßes Bauelement in Neutrallage;

Figur 8

das Bauelement gemäß Figur 7 in ausgelenkter Lage;

Figur 9

einen vergrößerten Ausschnitt des Bauelements gemäß Figur 7;

Figur 10a und 10b

ein weiteres erfindungsgemäßes Bauelement mit zusätzlichen Längsträgern in Neutrallage und ausgelenkter Lage;

Figur 11a und 11b

ein weiteres erfindungsgemäßes Bauelement in Neutrallage und ausgelenkter Lage;

Figur 12a und 12b

ein weiteres erfindungsgemäßes Bauelement in Neutrallage und ausgelenkter Lage;

Figur 13

einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Bauelement;

Figur 14

einen Ausschnitt aus einem anderen erfindungsgemäßen Bauelement;

Figur 15

einen Schnitt durch zwei benachbarte Querträger eines erfindungsgemäßen Bauelements;

Figur 16

einen Schnitt durch zwei benachbarte Querträger einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements;

Figur 17

ein erfindungsgemäßes Bauelement mit Halteverstrebungen;

Figur 18

eine aus erfindungsgemäßen Bauelementen hergestellte annäherungsweise doppelt gekrümmte Fläche;

Figur 19

ein weiteres, verwindbares erfindungsgemäßes Bauelement;

Figur 20

das Bauelement gemäß Figur 19 in verwundenem Zustand;

Figur 21

ein aus vier geraden Seiten gebildetes hyperbolisches Paraboloid;

Figur 22

eine aus erfindungsgemäßen Bauelementen gebildete Freiform im Grundriss;

Figur 23

die Freiform gemäß Figur 22 in perspektivischer Ansicht;

Figur 24

einen Ausschnitt des Eckbereichs des erfindungsgemäßen Bauelements gemäß Figur 19 in perspektivischer Ansicht;

Figur 25

den Ausschnitt gemäß Figur 24 im Längsschnitt; und

Figur 26

einen weiteren Ausschnitt des Bauelements gemäß Figur 19.

[0031] In der Figur 1a ist der Grundriss einer facettenartig angenäherten doppelt gekrümmten Fläche dargestellt. Figur 1b zeigt die perspektivische Ansicht auf die Fläche gemäß Figur 1a. Wie aus Figur 1a und 1b deutlich wird, wird die Fläche durch die Aneinanderreihung von einzelnen ebenen, viereckigen Elementen 10 gebildet. Exemplarisch ist im mittleren Bereich der Fläche ein erstes Element 10.1 sowie im Randbereich der Fläche ein zweites Element 10.2 hervorgehoben dargestellt.

[0032] Sämtliche viereckigen Elemente sehen gleich lange, parallel zueinander angeordnete Seitenlängen, die in Figur 2 und 3 mit s1 und s2 bezeichnet sind, vor. Die einzelnen Elemente 10 bilden dabei Maschen der in Figur 1a und Figur 1b dargestellten Fläche. Je nach Lage der Elemente 10 in der Fläche sehen die einzelnen Elemente 10 unterschiedliche Maschenwinkel vor, die in Figur 2 und 3 mit α1 und α2 bezeichnet sind.

[0033] Das in der Figur 2 dargestellte Element 10.1 weist eine rechteckige Form auf, die jeweils einander gegenüberliegend Seitenlängen s1 und s2 mit jeweils gleicher Länge vorsieht.

[0034] Das in der Figur 3 dargestellte Element 10.2 weist den Seitenlängen s1 und s2 des Elements 10.1 entsprechende Seitenlängen s1 und s2 auf, wobei zwischen den Seitenlängen s1 und s2 kein rechter Winkel α1 vorhanden ist, sondern ein stumpfer Winkel α2. Je nach Lage der Elemente 10 in der in der Figur 1a und 1b gezeigten Form sind folglich unterschiedliche Maschenwinkel α für einzelne Elemente 10 vorzusehen.

[0035] Auf dieser Erkenntnis aufbauend stellt die Erfindung modulare Bauelemente 12 gemäß Figur 4 und 5 zur Bildung der einzelnen Elemente 10 der in Figur 1a und Figur 1b gezeigten Fläche zur Verfügung. Zur Realisierung eines jeden Elements 10 ist folglich ein Bauelement 12 vorgesehen. Durch Aneinanderreihen beziehungsweise nebeneinander Anordnen der einzelnen modularen Bauelemente 12 kann folglich die in Figur 1a und Figur 1b dargestellte Form realisiert werden.

[0036] Die einzelnen Bauelemente 12 sehen dabei, wie aus Figur 4 und 5 deutlich wird, zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander bewegbare Rahmenlängsträger 14, 16 auf. Ferner sind bei dem in Figur 4 und 5 gezeigten Bauelement 12 insgesamt fünf Querträger 18 vorgesehen, die in einer Neutrallage des Bauelements 12, wie es in Figur 4 dargestellt ist, senkrecht zu den Rahmenlängsträgern 14 und 15 verlaufend angeordnet sind. Die einzelnen Querträger 18 sind dabei über Gelenke 20 im Bereich ihrer freien Enden 22 an den Rahmenlängsträgern 14, 16 angeordnet. Aufgrund des Vorsehens der Gelenke 20 können die beiden Rahmenlängsträger 14, 16 parallel zueinander bewegt werden, wobei aufgrund der parallelen Bewegung der Rahmenlängsträger 14, 16 die jeweils benachbarten Querträger 18, die beispielsweise als Planken ausgebildet sein können, aufeinander zu beziehungsweise voneinander weg bewegt werden. In der Figur 5 ist ein ausgelenkter Zustand der Rahmenlängsträger 14, 16 dargestellt, bei dem die einzelnen Querträger 18 nahezu aneinander anliegen. Das in Figur 4 in der Neutrallage dargestellte Bauelement 12 entspricht folglich dem Element 10.1. Das Bauelement 12, wie es in Figur 5 ausgelenkt dargestellt ist, entspricht einem Parallelogramm gemäß dem Element 10.2, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Folglich kann die in Figur 1a und Figur 1b beispielhaft dargestellte Tragwerksform durch das Vorsehen von Bauelementen 12, wie sie in Figur 4 und 5 dargestellt sind, realisiert werden.

[0037] Der in Figur 6 dargestellte vergrößerte Ausschnitt des Bauelements 12 zeigt einen Teil des Rahmenlängsträgers 16 mit zwei über ebenen Drehgelenke 20 daran angeordneten Querträgern 18. Wie aus Figur 6 deutlich wird, weist der Abstand jeweils benachbarter Drehgelenke 20 den Wert b auf, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Querträgern 18 den Wert z aufweist, wobei für z gilt: z = b(1-sin(α)). Um einen maximalen Maschenwinkel von 110° zu erreichen, können beispielsweise b= 150 mm und z = 9 mm gewählt werden.

[0038] Figuren 7 und 8 zeigen ein weiteres modulares Bauelement 24, das sich von dem Bauelement 12, wie es in Figuren 4 und 5 dargestellt ist, dadurch unterscheidet, dass nicht nur Rahmenlängsträger 14, 16, vorgesehen sind, sondern auch Rahmenquerträger 26 und 28. Aufgrund den Rahmenquerträgern 26, 28 wird eine erhöhte Stabilität des Bauelements 24 gegenüber dem Bauelement 12 erreicht.

[0039] Wie aus dem in Figur 9 dargestellten Ausschnitt des Bauelements 24 deutlich wird, sind nicht nur zwischen den Rahmenelementen 16 und 14 und den Querträgern 18 Drehgelenke 20 vorgesehen, sondern ist zudem auch zwischen den Rahmenlängsträgern 16 und den Rahmenquerträgern 26. Im Bereich der freien Enden der Rahmenquerträger 26, 28 beziehungsweise der Rahmenlängsträger 14, 16 jeweils ein Drehgelenk 30 vorgesehen. Die Drehgelenke 20 sowie die Drehgelenke 30 können jeweils einen senkrecht zur von den Rahmenlängsträgern 14, 16 aufgespannten Ebene verlaufenden Lagerzapfen 32 vorsehen. Der Lagerzapfen 32, entlang dessen Mittellängsachse die jeweilige Drehachse verläuft, kann dabei rahmenlängsträgerseitig angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass der jeweilige Lagerzapfen rahmenquerträgerseitig oder querträgerseitig angeordnet ist. Wie aus Figur 9 deutlich wird, können insbesondere die Rahmenquerträger 26, 28 in der Ebene der Rahmenlängsträger 14, 16 liegen. Die Rahmenquerträger 26, 28 sowie die Rahmenlängsträger 14, 16 können dabei insbesondere als Vierkanthohlprofile oder auch andere Profile ausgebildet sein. Im Bereich des jeweiligen Drehgelenks 30 können die Rahmenlängsträger auf der Innenseite eine Aufnahmeaussparung 34 vorsehen, in welche die freien Enden der Rahmenquerträger 26, 28 eingreifen.

[0040] Ferner kann vorgesehen sein, wie ebenfalls aus Figur 9 hervorgeht, dass die einzelnen Querträger 18 auf der Oberseite der Rahmenlängsträger 14, 16 angeordnet sind. Alternativ ist allerdings ebenfalls denkbar, dass die Querträger 18 ebenfalls in der von den Rahmenlängsträgern 14, 16 aufgespannten Ebene liegen und ähnlich den Rahmenquerträgern 26, 28, wie in Figur 9 dargestellt, in rahmenlängsträgerseitige Aufnahmeaussparungen eingreifen.

[0041] In Figur 9 ist zudem angedeutet, dass an den Querträgern 18 Abdeckstreifen 36 vorgesehen sein können, die den Zwischenraum z zwischen den einzelnen Querträgern 18 abdecken. Die Abdeckstreifen 36 können dabei entlang einer Längsseite 38 an einem Querträger 18 befestigt sein, so dass die der Längsseite 38 abgewandte Längsseite 40 einen benachbarten Querträger wenigstens bedingt abdeckt.

[0042] Insgesamt kann hierdurch eine wenigstens weitgehend geschlossene Oberfläche des Bauelements 24 erreicht werden. Es können auch dünne Platten, die entsprechend der Elementformen 10.1 und 10.2 zugeschnitten sind, als kontinuierliche Abdeckung verwendet werden.

[0043] Andererseits ist denkbar, dass anstelle der Abdeckstreifen 36 eine Abdeckfolie verwendet wird, die nach dem Verbauen der einzelnen Bauelemente insbesondere über mehrere Bauelemente gespannt wird (vergleiche dazu auch Figur 16).

[0044] In den Figuren 10, 11 und 12 sind weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Bauelementen 42 jeweils in der Neutrallage sowie in ausgelenkter Lage dargestellt, wobei zusätzlich zu den Querträgern 18 in der Neutrallage senkrecht dazu verlaufende Längsträger 44 vorgesehen sind. Die Längsträger 44 können dabei an wenigstens zwei Querträgern mittels Drehgelenken angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass die einzelnen Längsträger 44 über Drehgelenke an den Rahmenquerträgern 26, 28 befestigt sind. Die Ausführungsform gemäß Figur 10 weist insgesamt fünf Längsträger 44 vor. Die Ausführungsform gemäß Figur 11 lediglich drei. Die Ausführungsform gemäß Figur 12 sieht nur einen Längsträger 44 vor. Die Längsträger können dabei ober- oder unterhalb der Querträger liegen.

[0045] In den Figuren 13 und 14 sind zwei unterschiedliche Varianten dargestellt, wie die Drehgelenke 20, mit denen die Querträger 18 an den Rahmenlängsträgern 14, 16 angeordnet sein können, ausgebildet sein können. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 13 besteht der jeweilige Rahmenlängsträger aus zwei parallel zueinander angeordneten Leisten 50, wobei die freien Enden 22 der Querträger 18 in einen zwischen den Leisten 50 vorhandenen Zwischenraum eingreifen. Die Drehgelenke 20 umfassen dabei, wie bereits in Figur 4 angedeutet, einen Gelenkzapfen 32, der an den Leisten 50 befestigt ist.

[0046] Bei der Ausführungsform gemäß Figur 14 besteht der jeweilige Rahmenlängsträger aus lediglich einer Leiste 50, auf deren Unter- beziehungsweise Oberseite die Querträger 18 mittels Drehgelenken 20 angeordnet sind.

[0047] Aus dem Schnitt gemäß Figur 15 wird deutlich, dass der Zwischenraum zwischen zwei Querträgern 18 mit einem insbesondere elastisches Element 52 aufgefüllt sein kann. Das Element 52 kann dabei insbesondere hohl sein und so ausgebildet sein, dass ein Bewegen der Rahmenlängsträger 14, 16 trotz Vorhandenseins des Elements 52 möglich ist, und dass dennoch der Zwischenraum in sämtlichen möglichen Auslenkungen des jeweiligen Rahmenelements durch das elastische Element 52 vollständig verschlossen ist. Um ein Herausfallen des Elements 52 zu verhindern, weist es an seiner Ober- und Unterseite die jeweils benachbarten Querträger 18 wenigstens bedingt übergreifende Halteabschnitte 53 auf.

[0048] Bei einer anderen Ausführungsform, so wie sie in Figur 16 dargestellt ist, ist auf der Ober- beziehungsweise Unterseite der Querträger 18 ein Abdeckelement in Form einer Folie oder einer biegsamen Platte 54 vorgesehen, welche nicht nur den Zwischenraum zwischen den Querträgern 18, sondern auch die Querträger 18 als solche abdeckt. Die dünne Platte 54 kann auch entsprechend der Elementformen zugeschnitten sein und eine geschlossene Oberfläche bilden.

[0049] Nachdem das jeweilige Bauelement in die entsprechende Baulage gebracht wurde, kann es, wie in Figur 17 dargestellt ist, mittels Halteverstrebungen 56, die insbesondere wenigstens weitgehend diagonal verlaufen und an den Rahmenträgern angreifen, in seiner jeweiligen Auslenklage fixiert werden. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Formstabilität beziehungsweise ein schubsteifes Bauelement.

[0050] Bei zweifach gekrümmten Formen, wie beispielsweise in Figur 18 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Bauelemente mittels Trägern, die in Figur 18 mit dem Bezugszeichen 58 angedeutet sind, die jeweils dieselbe Form und insbesondere die Form der Erzeugenden aufweisen, gehalten werden. Für den Fall, dass die Bauelemente als Schalungen für insbesondere Beton dienen, können die Träger 58 lediglich während des Gießvorganges beziehungsweise des Aushärtens des Betons vorgesehen sein. Nach dem Aushärten des Betons können die Träger 58 entfernt werden. Die einzelnen Bauelemente können während des Gießvorgangs auch nur an den vier Ecken abgestützt werden beziehungsweise miteinander verbunden sein.

[0051] Insgesamt können die einzelnen modular zusammensetzbaren Bauelemente entweder direkt als Elemente einer zu bildenden Schale Verwendung finden. Andererseits ist denkbar, dass die einzelnen Elemente als Schalungselemente beziehungsweise Gussformen für gießfähige Bauwerkstoffe, wie insbesondere Beton, ausgebildet sind.

[0052] Das in den Figuren 19 und 20 dargestellte Bauelement 60 unterscheidet sich von dem in den vorhergehenden Figuren beschriebenen Bauelementen dadurch, dass es derart ausgebildet ist, dass die einander gegenüberliegenden Rahmenlängsträger 14, 16 nicht nur parallel zueinander bewegbar sind, sondern auch in eine gegenseitige windschiefe Lage gebracht werden können. Dadurch ergibt sich, wie aus Figur 20 deutlich wird, eine Verwindung des Bauelements 60. Die einzelnen Querträger 18 verbinden dabei die Rahmenlängsträger 14, 16 jeweils entlang einer wenigstens weitgehend geraden Linie. Damit ergibt sich die Form eines hyperbolischen Paraboloides. Werden zu den Querträgern 18 entsprechend den in den Figuren 10, 11 und 12 gezeigten Bauelementen zusätzlich Längsträger 44 vorgesehen, so ergibt sich eine Ausbildung des Bauelements 16, wie sie in Figur 21 angedeutet ist.

[0053] Mit derartigen Bauelementen 60 können insbesondere freie, aus verwundenen Viereckselementen bestehende Tragwerksformen, wie sie in Figur 22 und 23 beispielhaft dargestellt sind, realisiert werden. Die Tragwerksform wird dabei, entsprechend der Form gemäß Figur 1a und 1b, in viereckige Elemente 10 eingeteilt, die einander gegenüberliegende, gleich lange Seitenlängen s1 und s2 vorsehen. Durch Verwendung der nicht ebenen, sondern eine parabolisch ausgebildete Oberfläche aufweisenden Bauelemente 60 können derartige Freiformflächen wenigstens näherungsweise realisiert werden. Die Bauelemente 60 können dabei, wie bereits erwähnt, zum einen als Elemente eines Flächentragwerks Verwendung finden. Zum anderen ist denkbar, dass sie als Schaltungselemente beziehungsweise Gussformen für gießfähige Bauwerkstoffe eingesetzt werden.

[0054] In den Figuren 24 und 25 sind die Eckbereiche des Bauelements 60 ausschnittsweise dargestellt. Anders als beim Bauelement 12 ist beim Bauelement 60 ein Kugelgelenk 62 zwischen dem jeweiligen Rahmenlängsträger 14, 16 und dem jeweiligen Rahmenquerträger 26, 28 vorgesehen. Das Kugelgelenk 62 umfasst dabei eine Kugel 64, deren einen Hemisphäre abschnittsweise am freien Ende eines Rahmenquerträgers 26, 28 und deren anderen Hemisphäre Abschnittsweise am jeweiligen Rahmenlängsträger 14, 16 anliegt. Insofern können sich die Rahmenlängsträger 14, 16 bezüglich den Rahmenquerträgern 26, 28 um den jeweiligen Mittelpunkt der jeweiligen Kugel 64 in alle Richtungen wenigstens bedingt bewegen. Aufgrund des Vorsehens der Kugelgelenke 62 in den Eckbereichen des Bauelements 60 kann eine Verwindung des Bauelements 60 auf einfache Art und Weise ermöglicht werden.

[0055] Dabei können, wie in Figur 26 angedeutet, die vorzusehenden Querträger 18 mit Drehgelenken 20, wie sie in Figur 9 dargestellt sind, an den Rahmenlängsträgern befestigt sein. Um dennoch ein Verwinden des Bauelements 60 zu ermöglichen, sind die Querträger verdrehweich auszubilden. Andernfalls müssen die Querträger mit Gelenken, die Verdrehungen in beiden Richtungen zulassen, an den Rahmenlängsträger angeschlossen werden.

[0056] Mehrere nebeneinander anzuordnende Bauelemente 60 werden insbesondere über Knotenelemente miteinander befestigt, wobei die Knotenelemente in den jeweiligen Ecken der Bauelemente 60 angreifen. Die Knotenelemente sind dabei derart ausgebildet, dass zwischen den Bauelementen, sofern sie sich in einer geraden Ebene befinden, eine geringfügige Fuge vorgesehen ist. Werden die Bauelemente verformt beziehungsweise verwunden, so werden die Rahmenlängsträger beziehungsweise die Rahmenquerträger geringfügig verdreht, wobei für diese Verdrehung Bauraum zwischen den nebeneinander liegenden Rahmenlängsträgern beziehungsweise Rahmenquerträgern bereitzustellen ist. Insofern ist vorteilhaft, wenn in den Figuren nicht dargestellte Knotenelemente zum gegenseitigen Verbinden von Bauelementen 60 so ausgebildet sind, dass zwischen den Bauelementen 60 genügend Bauraum vorgesehen ist, der einen geringfügige Verdrehung der Rahmenlängs- oder Rahmenquerträger ermöglicht.

[0057] Bei allen in den Figuren dargestellten Bauelementen ist vorteilhaft, wenn sie sich im ausgelenkten Zustand transportieren lassen, so dass sie vertikal, mit geringer Bauhöhe, verladen werden können. Denkbar ist ebenfalls, die Längs- oder Querträger erst kurz vor der Endmontage der Bauelemente an den Rahmenlängs- und/oder Rahmenquerträgern anzuordnen. Dadurch können die Rahmen der Bauelemente in zusammengeklapptem Zustand, in dem die Rahmenlängsträger beziehungsweise die Rahmenquerträger nahezu aneinander anliegen, transportiert werden.

Ansprüche

1. Modulares Bauelement (12, 24, 42, 60) für die Erstellung insbesondere wenigstens näherungsweise doppeltgekrümmter oder freier Tragwerksformen, aufweisend zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander bewegbare Rahmenlängsträger (14, 16) und in einer Neutrallage der Rahmenlängsträgern (14, 16) senkrecht zu den Rahmenlängsträgern (14, 16) anordenbare Querträger (18), die im Bereich ihrer freien Enden mittels Gelenken (20) an den Rahmenlängsträgern (14, 16) derart angeordnet sind, dass sich die Querträger (18) bei einer parallelen Bewegung der Rahmenlängsträger (14, 16) parallel aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.

2. Bauelement (24, 42, 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rahmenquerträger (26, 28) vorgesehen sind, die jeweils im Bereich der freien Enden der Rahmenlängsträger (14, 16) mittels Gelenken (30, 62) an den Rahmenlängsträgern (14, 16) angeordnet sind und die beiden Rahmenlängsträger (14, 16) derart verbinden, dass sie in der Neutrallage senkrecht zu den Rahmenlängsträgern (14, 16) angeordnet sind.

3. Bauelement (12, 24, 42, 60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Gelenke (20, 30) als Drehgelenke ausgebildet sind, die lediglich ein Bewegen der Querträger (18) in einer oder parallel zu einer von den Rahmenlängsträgern (14, 16) gebildeten Ebene ermöglichen.

4. Bauelement (60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenlängsträger (14, 16) nicht nur parallel zueinander, sondern auch in eine windschiefe Lage bewegbar sind, wobei die Querträger (18) aufgrund der Bewegung der Rahmenlängsträger die Rahmenlängsträger (14, 16) jeweils entlang einer wenigstens weitegehend geraden Linie verbinden.

5. Bauelement (60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Gelenke als Kugelgelenke (62) ausgebildet sind, die ein Bewegen um einen Gelenkpunkt in alle Raumrichtungen ermöglichen.

6. Bauelement (60) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenlängsträger (14, 16) und die Rahmenquerträger (26, 28) jeweils mit Kugelgelenken (62) miteinander verbunden sind, wobei die Querträger (18) verdrehweich ausgebildet sind und mittels Drehgelenken (20) an den Rahmenlängsträger (14, 16) angeordnet sind.

7. Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Querträgern (18) und/oder den Rahmenquerträger (26, 28) Längsträger (44) angeordnet sind, die in der Neutrallage senkrecht zu den Querträgern (18) und/oder parallel zu den Rahmenlängsträgern (14, 16) angeordnet sind.

8. Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenlängsträger (14, 16) und/oder die Rahmenquerträger (26, 28) als Hohlrahmen ausgebildet sind und/oder dass die Querträger (18) und/oder die Längsträger (44) als Planken ausgebildet sind.

9. Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anbindungsmittel zur Befestigung eines dem Bauelement entsprechenden weiteren Bauelements, insbesondere an wenigstens einem Rahmenlängsträger (14, 16) und/oder Rahmenquerträger (26, 28), derart vorgesehen sind, dass mehrere Bauelemente miteinander verbunden werden können.

10. Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken von vier nebeneinander liegenden, durch eine Fuge getrennten, Bauelementen über ein Formstück miteinander verbindbar sind.

11. Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an, auf und/oder zwischen den Querträgern (18) und/oder Längsträgern (44) eine Abdeckung (52, 54) zum Ausfüllen oder zur Abdeckung der zwischen den Querträgern (18) und/oder Längsträgern (44) liegenden Zwischenräumen vorgesehen ist.

12. Bausystem mit wenigstens zwei Bauelementen (12, 24, 42, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit Anbindungsmitteln zur Befestigung von benachbarten Bauelementen aneinander zur Erstellung insbesondere wenigstens näherungsweise doppeltgekrümmter oder freier Tragwerksformen.

13. Bausystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (12, 24, 42, 60) jeweils Anbindungsmittel zur Befestigung von benachbarten Bauelementen aneinander umfassen.

14. Gussform für gießfähige Bauwerkstoffe, insbesondere für Beton, gebildet aus wenigstens einem Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 11.

15. Flächentragwerk gebildet aus wenigstens einem Bauelement (12, 24, 42, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11.

Zeichnung