AT506902B1 - Verfahren zur herstellung einer schale - Google Patents

Abstract

Ein kosten- und materialgünstiges Verfahren zur Herstellung einer Schale ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:- Einmessen einer Grundfläche (12) auf einer Arbeitsfläche (15), vorzugsweise einer ebenen Arbeitsfläche (15), wobei die Grundfläche (12) größer ist als der Grundriss der Schale (10) und mindestens die Ausmaße der auf die Arbeitsfläche übertragenen Oberfläche der Schale (10) aufweist;- Auflegen eines aufblasbaren Pneus (11) auf die Grundfläche (12);- Anordnen von den die Schale (10) bildenden Flächentragwerkelementen (13) auf dem Pneu(11);- Anordnen von flexiblen Zuggliedern in radialer Richtung (24') in zueinander fluchtenden Hohlräumen (26) der Flächentragwerkelemente (13), wobei die Hohlräume (26) sich in Richtung einer Krümmung der Schale (10) erstrecken;- Anordnen zumindest eines flexiblen Zugglieds in Umfangsrichtung (24) in Hohlräumen (26) der Flächentragwerkselemente (13), wobei sich die Zugglieder in radialer Richtung (24') mit dem zumindest einen Zugglied in Umfangsrichtung (24) im Wesentlichen orthogonal überkreuzen;- Bildung der Schale (10) durch Aufblasen des Pneus (11) unter Zugbelastung des zumindest einen Zuggliedes in Umfangsrichtung (24) sowie der Zugglieder in radialer Richtung (24'), wodurch die Fugen geschlossen werden und die Flächentragwerkelemente (13) sich entlang ihrer Ränder bzw. Kanten berühren und- Niederhalten eines einen Stützrand der Schale (10) bildenden Randes der Flächentragwerkelemente (13) auf der Arbeitsfläche (15) während des Aufblasens.

Description

österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15

Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SCHALE

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schale aus Flächentragwerkelementen sowie eine danach hergestellte Schale.

[0002] Besonders geeignet für die Herstellung von räumlich gekrümmten Schalen sind Werkstoffe, die sich gießen lassen, wie z.B. Stahlbeton, Kunststoffe und Wasser bzw. Eis.

[0003] Schalen aus den genannten Werkstoffen sind Flächentragwerke, die zum Beispiel als Überdachung für Ausstellungshallen oder Veranstaltungshallen verwendet werden können.

[0004] Zusätzlich zu dem genannten Einsatzgebiet von Schalen zur Überdachung von großen Flächen können räumlich gekrümmte Schalen aus Holz auch als Schalung zur Formung von Hohlräumen in massiven Betonkonstruktionen, beispielsweise in Staudämmen, eingesetzt werden.

[0005] Schalentragwerke zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei geeigneter Form und Lagerung Lasten überwiegend durch Membrankräfte abtragen. Dies führt zu einer äußerst günstigen Materialausnutzung und geringem Materialverbrauch. Den Ersparnissen beim Materialverbrauch stehen aber erhöhte Lohnkosten für die Herstellung räumlich gekrümmter Schalungen entgegen. Ausgeführte Schalentragwerke, wie sie beispielsweise in „Räumliche Dachtragwerke - Konstruktion und Ausführung" von Hermann Rühle, Band 1, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin, 1969, S. 177, 248, 256 und „Heinz Isler - Schalen" von Ekkehard Ramm und Eberhard Schunk (Hrsg.), Karl Krämer Verlag, Stuttgart, 1986, S. 51, 68, 70, 77 beschrieben sind, weisen in der Regel komplizierte, räumlich gekrümmte Schalungen aus Holz und/oder Stahl auf.

[0006] Weil die Herstellung und der Einsatz von Gussformen und pneumatischen Schalungen sehr teuer sind, wurden zweifach räumlich gekrümmte Flächentragwerke aus Stäben gebaut. Bei Fachwerkkuppeln wird die kontinuierliche Fläche der Schale durch Stäbe aus Stahl oder Holz ersetzt, die polygonal die gekrümmte Schalenfläche annähern.

[0007] Räumlich gekrümmte Flächentragwerke werden als Schalen bezeichnet, wenn die Fläche ein Kontinuum darstellt - im Unterschied zu den genannten Fachwerkkuppeln nicht durch einzelne Stäbe gebildet wird.

[0008] Die Fläche einer räumlich gekrümmten Schale kann auch aus einem nicht gießfähigen Werkstoff wie beispielsweise Holz bestehen. In AT 410 342 wird ein Werkstoffverbund aus biegesteifen, ebenen Holzplatten vorgeschlagen, die die Zuschnittform eines Dreiecks oder Vierecks aufweisen und entlang benachbarter Kanten gelenkig verbunden sind. Die Gelenkverbindung entlang der Kanten wird durch ein einseitiges Aufkleben eines textilen Gewebes oder einer biegsamen Membran hergestellt. Die Herstellung einer räumlich gekrümmten Schale nach diesem Verfahren erfordert das Anheben von einzelnen Punkten des Werkstoffverbundes. Die bei dem Hebevorgang auftretenden Zugkräfte müssen von den Klebeverbindungen in den Gelenken aufgenommen werden. Wegen der eingeschränkten Tragfähigkeit von geklebten Verbindungen ist die Herstellung von Schalen nach diesem Verfahren auf kleine Spannweiten beschränkt.

[0009] Um die Kosten für den Bau räumlich gekrümmter Schalungen zu sparen, sind auch pneumatische Schalungen bekannt geworden. Schalen in Kugelform oder in Zylinderform und Schalen mit mehr oder weniger geringfügigen Abwandlungen dieser Grundformen können auf diese Weise hergestellt werden, siehe z.B. „Kuppelbau mit pneumatischer Schalung" von Franz Derflinger, in „Beton- und Stahlbetonbau", Jahrgang 1983, Heft 11, Seite 299 bis 302.

[0010] Um die Form einer pneumatischen Schalung zu verändern, wird in der DE 35 00 153 vorgeschlagen, auf der Oberfläche der pneumatischen Schalung radial verlaufende Seile anzuordnen, die gegen die pneumatische Schalung vorgespannt sind. Mit der pneumatischen Schalung gemäß DE 35 00 153 wird die Krümmung der Schalung in der Nähe der Seile örtlich er- 1/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 höht, was günstig für die Stabilität der auf dieser Schalung herzustellenden Schale ist.

[0011] Aufwändig bei pneumatischen Schalungen, wie beispielsweise in der US 3,462,521 gezeigt wird, ist die Herstellung des Pneus aus Zuschnitten. Nachteilig ist, dass das Aufbringen des Baustoffs der Schale in dünnen Schichten, z.B. durch Spritzbeton, erfolgen muss, weil die Tragfähigkeit des Pneus für gleichmäßig verteilte Lasten zwar hoch ist, örtliche Lasten aber zu großen Verschiebungen führen.

[0012] Weil das Aufbringen des Spritzbetons auf den Pneu zur Herstellung einer Betonschale oder das Aufspritzen von Wasser auf den Pneu zur Herstellung einer Eisschale ein aufwändiger Herstellungsvorgang ist, ist in der EP 1 706 553 vorgeschlagen worden, eine Platte aus gießfähigem Material wie z.B. Beton oder Wasser bzw. Eis auf einer ebenen Arbeitsfläche herzustellen und die Platte anschließend durch das Aufblasen eines Pneus und das Anspannen von Spanngliedern in eine Schale umzuformen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass ein zweites weiches Material in der Platte eingelegt sein muss, das sich während des Umformungsprozesses von der Platte zur Schale plastisch verformt, aber in der endgültigen Schale verbleibt. Nachteilig ist weiterhin, dass die Krümmung der mit diesem Verfahren herzustellenden Schale begrenzt ist.

[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer gekrümmten Schale ohne den Aufbau einer räumlich gekrümmten Schalung und des dazugehörigen Lehrgerüste und ohne den aufwändigen Herstellungsvorgang des Aufspritzens von Baustoff auf eine pneumatische Schalung zu ermöglichen, das nicht auf kleine Spannweiten und Krümmungen begrenzt ist und bei dem kein plastisch verformtes Material in der endgültigen Schale verbleibt.

[0014] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: [0015] - Einmessen einer Grundfläche auf einer Arbeitsfläche, vorzugsweise einer ebenen

Arbeitsfläche, wobei die Grundfläche größer ist als der Grundriss der Schale und mindestens die Ausmaße der auf die Arbeitsfläche übertragenen Oberfläche der Schale aufweist; [0016] - Auflegen eines aufblasbaren Pneus auf die Grundfläche; [0017] - Anordnen von den die Schale bildenden Flächentragwerkelementen auf dem Pneu; [0018] - Anordnen von flexiblen Zuggliedern in radialer Richtung in zueinander fluchtenden

Hohlräumen der Flächentragwerkelemente, wobei die Hohlräume sich in Richtung einer Krümmung der Schale erstrecken; [0019] - Anordnen zumindest eines flexiblen Zugglieds in Umfangsrichtung in Hohlräumen der

Flächentragwerkselemente, wobei sich die Zugglieder in radialer Richtung mit dem zumindest einen Zugglied in Umfangsrichtung im Wesentlichen orthogonal überkreuzen; [0020] - Bildung der Schale durch Aufblasen des Pneus unter Zugbelastung des zumindest einen Zuggliedes in Umfangsrichtung sowie der Zugglieder in radialer Richtung, wodurch die Fugen geschlossen werden und die Flächentragwerkelemente sich entlang ihrer Ränder bzw. Kanten berühren und [0021] - Niederhalten eines einen Stützrand der Schale bildenden Randes der Flächentrag werkelemente auf der Arbeitsfläche während des Aufblasens.

[0022] Das Niederhalten eines einen Stützrand der Schale bildenden Randes kann auf unterschiedliche Weise bewerkstelligt werden, beispielsweise mittels einer Auflast und/oder durch ein Verankern mindestens eines Zuggliedes in der Arbeitsfläche und/oder durch Führen mindestens eines Zuggliedes in einer Schiene, die vorzugsweise in der Arbeitsfläche angeordnet ist und/oder mit Hilfe einer Hilfskonstruktion, die ein Ausweichen des Randes nach oben verhindert.

[0023] Beim Aufwölben der Flächentragwerkelemente bilden sich Fugen. Diese werden vor- 2/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 zugsweise mit einem aushärtenden Vergussmaterial verfällt, wodurch eine hohe Stabilität der so gebildeten Schale sichergestellt ist.

[0024] Vorzugsweise wird zusätzlich mindestens ein Zugglied nach Aushärten des Vergussmaterials vorgespannt.

[0025] Zweckmäßig werden Flächentragwerkelemente aus Beton, Stahlbeton, Faserbeton, textilbewährtem Beton, Kunststoff, Holz, Stahl, Aluminium, Glas oder Eis gebildet und weiters werden zweckmäßig Zugglieder aus Spanndrahtlitzen, Monolitzen, Edelstahlseilen, Edelstahllitzen oder aus faserverstärktem Kunststoff gebildet.

[0026] Als Vergussmaterial hat sich Zementmörtel, Kunstharz, Kunststoff oder Wasser bewährt.

[0027] Damit die Flächentragwerkelemente beim Aufwölben zur Schale an ihren gegenseitig zur Anlage gelangenden Rändern nicht beschädigt werden, werden sie zweckmäßig an diesen Rändern mit einem Kantenschutz versehen.

[0028] Dieser Kantenschutz kann zweckmäßig bei einem Flächentragwerkelement als Nut und bei einem benachbarten Flächentragwerkelement als in diese Nut eingreifende Feder ausgebildet sein.

[0029] Gemäß einer bevorzugten Variante wird der Pneu aus zwei übereinanderliegenden Folien mit einem dazwischenliegenden Vlies gebildet, wobei die übereinanderliegenden Folien an ihren Rändern dicht miteinander verbunden werden und eine Gaseinleitrichtung an einer Folie vorgesehen wird.

[0030] Die Folien bestehen zweckmäßig aus Polyvinylchlorid oder Polyethylen in allen denkbaren Varianten.

[0031] Eine größere Sicherheit beim Aufwölben der Flächentragwerkelemente gegen Verkippen ergibt sich, wenn Flächentragwerkelemente mit mindestens zwei Hohlräumen zur Aufnahme von jeweils einem Zugglied versehen werden.

[0032] Vorzugsweise sind die Hohlräume von Hüllrohren gebildet, in die Zugglieder eingefädelt werden.

[0033] Eine gute Anpassung an eine gekrümmte Schale durch Flächentragwerkselemente ergibt sich, wenn mindestens ein Flächentragwerkelement vor dem Aufblasen des Pneus eingeschnitten wird, wobei der Schnitt von der Oberfläche bis in die Nähe mindestens eines Zuggliedes geführt wird und etwa quer zu dem Zugglied in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet wird.

[0034] Ein bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen von die Schale bildenden Flächentragwerkelementen auf dem Pneu durch Aufgießen eines die Flächentragwerkelemente bildenden gießfähigen Materials, wie Beton, Kunststoff oder Wasser bewerkstelligt wird, wobei die Grundfläche mit einer umlaufenden Randschalung zur Einfassung des gießfähigen Materials versehen wird, und wobei weiters nach dem Erhärten des gießfähigen Materials die Flächentragwerkelemente durch Entfernen eines Teils des gießfähigen, erhärteten Materials zur Bildung von Freiräumen zwischen den Flächentragwerkelementen gebildet werden.

[0035] Eine Variante des zuletzt beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Einschneiden des erhärteten, gießfähigen Materials sich etwa quer zu den Freiräumen erstreckende Fugen, die sich von der Oberfläche der Flächentragwerkelemente bis in die Nähe mindestens eines Zuggliedes erstrecken, wobei während des Aufblasens des Pneus die Flächentragwerkelemente an den Fugen in Einzelteile brechen gelassen werden.

[0036] Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schale ist durch die Kombination nachfolgender Merkmale gekennzeichnet: [0037] - eine Mehrzahl von aneinandergereihten Flächentragwerkelementen, in deren Inneren mindestens ein sich in Richtung der Krümmung erstreckendes Zugglied in Umfangs- 3/21 [0038 [0038 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 richtung sowie zumindest jeweils ein Zugglied in radialer Richtung vorgesehen sind, - wobei die Flächentragwerkelemente einander an den zum Krümmungsmittelpunkt gerichteten Rändern bzw. Kanten berühren und an [0039 [0040 [0041 näher [0042 - den vom Krümmungsmittelpunkt weggerichteten Rändern bzw. Kanten unter Bildung von etwa keilförmigen Spalten auseinanderklaffen, - und wobei diese Spalten mit einem aushärtendem Vergussmaterial verfällt sind.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert.

Es zeigen [0043

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Platte 14 aus Flächentragwerkelementen 13, die zu einer Zylinderschale 8 umgeformt wird.

[0044] Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie ll-ll der Fig. 1.

[0045] Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Schnitt nach Abschluss des Umformungsprozes ses.

[0046 [0047 [0048 [0049 [0050 [0051 [0052 [0053 [0054 [0055 [0056 [0057 [0058 [0059 [0060 [0061

Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15 Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18 Fig. 19 eine Draufsicht auf eine Platte 14 aus Flächentragwerkelementen 13, die zu einer Kugelschale 9 umgeformt wird, wobei der Übersichtlichkeit halber die Grundfläche 12 und der Pneu 11 nicht dargestellt sind. einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4. einen Schnitt längs der Linie Vl-Vl der Fig. 4. einen Schnitt längs der Linie Vll-Vll der Fig. 9. einen der Fig. 7 entsprechenden Schnitt nach dem Verfüllen der Fugen 20 mit einem Vergussmaterial 21. eine Fig. 7 entsprechende Draufsicht auf die Kugelschale 9 nach Abschluss des Umformungsprozesses. eine Ansicht der Kugelschale 9 nach Abschluss des Umformungsprozesses. einen der Fig. 7 entsprechenden Schnitt mit einer Ausführungsvariante für den Pneu 11. einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt mit einem in einer Schiene 30 beweglichen geführten Zugglied 24. einen der Fig. 7 entsprechenden Schnitt mit einem in einer Schiene 30 beweglichen geführten Zugglied 24. eine Draufsicht auf eine Platte 14 aus gießfähigem Material 22, die zu einer Kugelschale 9 umgeformt wird. einen Schnitt längs der Linie XV-XV der Fig. 14. eine Draufsicht auf eine Platte 14 aus Flächentragwerkelementen 13, die zu einer Kugelschale 9 umgeformt wird, wobei der Übersichtlichkeit halber die Grundfläche 12 und der Pneu 11 nicht dargestellt sind. einen Schnitt längs der Linie XVII-XVII der Fig. 16. einen Schnitt längs der Linie XVIII-XVIII der Fig. 16. einen der Fig. 18 entsprechenden Schnitt nach Abschluss des Umformungsprozesses.

[0062] Fig. 20 zwei Flächentragwerkelemente 13 mit einer Nut 35 bzw. einer Feder 36. 4/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 [0063] Fig. 21 eine Nut 35 - Feder 36 - Verbindung zwischen zwei Flächentragwerkelementen 13.

[0064] Fig. 22 eine Nut 35 - Feder 36 - Verbindung zwischen zwei Flächentragwerkelementen 13 nach dem Umformungsprozess.

[0065] Im Folgenden wird auf die Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 Bezug genommen.

[0066] Das erste Beispiel erläutert die Herstellung einer Zylinderschale 8 bzw. eines Zylinderschalenabschnitts. Im ersten Schritt wird ein aus zwei übereinanderliegenden Folien, die randseitig dicht verbunden sind, gebildeter Pneu 11 auf der Arbeitsfläche 15 ausgebreitet. Als Material für den Pneu können beispielsweise Folien aus Polyvinylchlorid oder Polyethylen in allen Varianten angewendet werden. Zwischen den Folien des Pneus 11 ist vorteilhaft ein Vlies 40 angeordnet.

[0067] Anschließend werden vorgefertigte Flächentragwerkelemente 13, die vorweg mit Hohlräumen 26 ausgestattet worden sind, auf dem Pneu 11 in Position gebracht. Durch die Hohlräume werden Zugglieder 24' geführt und an den Enden mit einer Verankerung 27 versehen. Die Länge der Zugglieder 24' muss derart gewählt werden, sodass durch die Längenänderungen während des Umformungsprozesses, das heißt beim Aufwölben der Flächentragwerkelemente 13 die gewünschte Spannung in den Zuggliedern 24 entsteht, wobei die Verankerungen 27 an den Enden der Flächentragwerkelemente 13 zur Anlage gelangen.

[0068] Im zweiten Schritt wird der Pneu 11 aufgeblasen, zum Beispiel durch Einblasen der Luft über die Zuleitung 37 und das Ventil 38 in der unteren Folie des Pneus 11, wodurch die ebene Platte 14 aus Flächentragwerkelementen 13 zu einer Zylinderschale 8 umgeformt wird. Während des Umformungsprozesses öffnen sich die Fugen 20 zwischen den Flächentragwerkelementen 13 während die Flächentragwerkelemente 13 selbst keine Verkrümmung oder sonstige Verformung erfahren. Der Pneu 11 wird somit durch die Zugglieder 24' sowie die Flächentragwerkelemente 13 in Form gebracht.

[0069] Um dies zu erreichen, muss mindestens ein Flächentragwerkelement 13 am Boden gehalten werden. Bei der Zylinderschale 8 ist es notwendig die äußeren Ränder der Randelemente unverschieblich zu halten. Zu diesem Zweck werden auf der einen Seite der Zylinderschale 8 die Zugglieder 24' in der Arbeitsfläche mit einem Anker 32 verankert. Auf der anderen Seite der Zylinderschale 8 wird eine Hilfskonstruktion 31 angeordnet, die die Verschiebung in vertikaler Richtung verhindert.

[0070] Die hoch beanspruchten Kanten der Flächentragwerkelemente 13 können mit einem Kantenschutz 28 versehen werden. Als Kantenschutz können einerseits Materialien mit einer hohen Festigkeit wie etwa Stahl sowie weiche Materialien wie etwas Schaumstoff aus extrudiertem Polystyrol angewendet werden. Eine weitere Möglichkeit um die Kantenpressungen zu reduzieren und ein sicheres Abrollen der Flächentragwerkelemente 13 aneinander zu gewährleisten, ist das Abrunden oder Abfasen der Kanten.

[0071] Nach dem vollständigen Aufblasen des Pneus 11 werden im dritten Schritt die Fugen 20 zwischen den Flächentragwerkelementen vergossen. Nach dem Erhärten des Vergussmaterials 21 werden die Zugglieder 24' vorgespannt und anschließend der Luftdruck im Pneu 11 abgelassen.

[0072] Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf eine Platte aus 14 Flächentragwerkelementen 13, die mit 7 Zuggliedern 24', die sich in Hohlräumen 26 befinden, zusammengehalten werden. Ein Schnitt dieser Draufsicht entlang der Linie ll-ll ist in Fig. 2 dargestellt. Neben der Hilfskonstruktion 31, die einen Rand der Zylinderschale vertikal unverschieblich hält, ist auch die Verankerung 32 der Zugglieder 24' in der Arbeitsfläche schematisch dargestellt. Fig. 3 zeigt den Fig. 2 entsprechenden Schnitt nach Abschluss des Umformungsprozesses von einer ebenen Platte 14 zu einer Zylinderschale 8 durch Aufblasen des Pneus 11. Es ist zu erkennen, dass sich die Fugen 20 zwischen den Flächentragwerkelementen öffnen, wodurch die Zugglieder 24' angespannt werden. 5/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 [0073] Der unaufgeblasene Pneu 11 ist aus zwei aufeinander liegenden Folien gebildet, die an ihren Rändern dicht miteinander verbunden sind. Diese Folien können beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid bestehen. Zwischen diesen beiden Folien befindet sich eine gas- und flüssigkeitsdurchlässige Schicht, die aus einem Vlies und/oder einem textilen Flächengebilde, Gewebe, Gestricke oder Gewirke besteht.

[0074] Als zweites Beispiel wird der Umformungsprozess einer ebenen Platte 14 aus Flächentragwerkelementen 13 zu einer Kugelschale 9 (Halbkugel) beschrieben. Hierbei wird auf Fig. 4 bis Fig. 13 Bezug genommen. Bei einer Halbkugel handelt es sich - wie bei allen zweifach gekrümmten Flächen - um eine nicht abwickelbare Fläche. Somit müssen die einzelnen Flächentragwerkelemente 13 in Größe und Form der Endform der Schale 10 angepasst werden.

[0075] Im ersten Schritt werden die Flächentragwerkelemente 13 auf den Pneu 11, welcher sich auf der Arbeitsfläche 15 befindet, aufgelegt. Anschließend werden die Zugglieder 24 sowie 24' durch die Hohlräume 26 geführt. Bei diesem Beispiel einer Kugelschale wurden pro Flächentragwerkelement 13 zwei radiale Zugglieder 24' sowie zwei weitere Zugglieder 24 in Ringrichtung angeordnet.

[0076] Im zweiten Schritt wird der Pneu 11 aufgeblasen. Der Umfang der Schale verkürzt sich während des Umformungsprozesses ständig bis sich schließlich die Flächentragwerkelemente 13 in Ringrichtung, das heißt Umfangsrichtung, berühren und somit eine Kugelschale 9 entsteht. Das äußere sich in Umfangsrichtung erstreckende Zugglied 24 wird mittels einer Spannvorrichtung 39 während des Aufblasens des Pneus 11 verkürzt.

[0077] Um das Abheben der gesamten Schale zu verhindern, werden an den Randelementen Auflasten 17 angebracht. Die in diesem Beispiel dargestellten Auflasten bestehen aus einem dichten Material, beispielsweise Stahl. Die Fixierung dieser Auflasten ist in den Fig. 4 bis Fig. 11 jedoch nicht dargestellt.

[0078] Im dritten Schritt werden die Fugen 20 zwischen den Flächentragwerkelementen mit einem Vergussmaterial 21 vergossen und die Zugglieder vorgespannt, wodurch die Schale als monolithische, vorgespannte Tragstruktur wirken kann.

[0079] Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Platte 14 aus Flächentragwerkelementen 13, die zu einer Kugelschale 9 umgeformt wird. In Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 und Fig. 5 sind die Flächentragwerkelement 13, die Zugglieder 24 bzw. 24' in den Hohlräumen 26 sowie die Auflasten 17 zu sehen.

[0080] Ein Detail mit einem Schnitt durch zwei Flächentragwerkelemente 13 und eine Fuge 20 zwischen diesen Elementen zeigt die Fig. 6. Das Zugglied 24' befindet sich in einem Hohlraum im Flächentragwerkelement 26, der durch ein Hüllrohr 25 gebildet wird.

[0081] Geeignete Ausführungsformen für die Zugglieder 24 bzw. 24' sind beispielsweise Spanndrahtlitzen, Monolitzen, Edelstahlseile, EdelstahHitzen oder Drähte aus faserverstärkten Kunststoffen. Die Enden der Zugglieder 24 bzw. 24' müssen der Zuggliedart entsprechend verankert werden.

[0082] Bei Verwendung von Beton als gießfähiges Material 22 zur Herstellung der Flächentragwerkelemente 13 können die in Fig. 6 dargestellten Hohlräume 26 beispielsweise durch Einlegen von Hüllrohren 25 vor oder während des Betoniervorganges geformt werden.

[0083] Die Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Kugelschale nach dem Umformungsprozess.

[0084] Fig. 8 zeigt wie Fig. 7 einen Schnitt durch die Kugelschale nach dem Umformungsprozess, wobei die Fugen 20 durch ein Vergussmaterial 21 verfällt wurden. Als Vergussmaterial 21 kann je nach Material der Schale beispielsweise Zementmörtel, Kunstharz, Kunststoff oder Wasser bzw. Eis verwendet werden.

[0085] In Fig. 9 ist eine Draufsicht auf die Kugelschale nach Abschluss des Umformungsprozesses dargestellt. In der Zeichnung sind die Flächentragwerkelemente 13 sowie die Auflasten 17 dargestellt. Die Zugglieder 24 bzw. 24' und Hüllrohre 25 werden nicht dargestellt. 6/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 [0086] Fig. 10 zeigt eine Ansicht der Kugelschale nach Abschluss des Umformungsprozesses. Auch in dieser Zeichnung sind die Zugglieder 24 bzw. 24' und Hüllrohre 25 nicht dargestellt.

[0087] In den Fig. 3, Fig. 7 und Fig. 8 wurden jeweils Pneus 11 abgebildet, die sich der Kugelschale perfekt anpassen. Um einen derartigen Pneu zu erhalten, muss ein genauer Zuschnitt angefertigt werden. Außerdem können Pneus, die eine doppelte Krümmung aufweisen, nur gefaltet auf die Arbeitsfläche 15 aufgelegt werden. Eine andere Ausführungsart des Pneus 11 ist in Fig. 11 dargestellt. Der Pneu kann beispielsweise aus zwei konzentrischen Kreisen bestehen, die an den Kanten zusammengeklebt sind. Mit dieser Form ist es möglich den Pneu ungefaltet und somit völlig eben auf der Arbeitsfläche 15 auszubreiten. Nach dem Aufblasen dieses Pneus ist jedoch nicht an allen Stellen ein Kontakt zwischen dem Pneu 11 und den Flächentragwerkelementen 13 vorhanden.

[0088] Eine weitere Variante einzelne Flächentragwerkelemente 13 an der Arbeitsfläche 15 zu halten ist in Fig. 12 und Fig. 13 dargestellt. Die Zugglieder 24' sind in einer Schiene 30, welche in der Arbeitsfläche 15 verankert ist, beweglich geführt. Die Schiene muss derart ausgebildet sein, dass die Verkürzung des Umfanges während des Umformungsprozesses ungehindert stattfinden kann.

[0089] Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 14 bis Fig. 18 dargestellt. Auch bei diesem Beispiel soll eine ebene Platte 14 zu einer Kugelschale 9 umgeformt werden. Bei der Herstellung wird im ersten Schritt ein Pneu 11 auf der Arbeitsfläche 15 aufgebreitet, anschließend wird eine Randabschalung 23 entlang des Umfanges 18 der Platte angebracht. Diese Randabschalung 23 kann beispielsweise aus Beton oder Holz bestehen und muss mindestens dieselbe Höhe wie die Plattenstärke aufweisen.

[0090] Anschließend wird ein gießfähiges Material 22 auf die Grundfläche 12, welche von der Randabschalung 23 begrenzt wird, aufgebracht. Das Material wird schichtenweise eingebaut bis die gewünschte Plattenstärke erreicht ist. Für dieses Beispiel ist der Werkstoff Wasser bzw. Eis besonders gut geeignet; es können jedoch auch andere gießfähige Materialien 22 wie etwa Beton oder Kunststoff zur Anwendung kommen.

[0091] Die Hohlräume 26 für die Zugglieder 24' befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel im unteren Bereich des Plattenquerschnitts, wie in Fig. 15, Fig. 17 und Fig. 18 zu erkennen ist.

[0092] Um den Hohlraum 26 in Ringrichtung, welcher sich am äußeren Rand der Kugelschale befindet, herzustellen, müssen Hüllrohre 25 gewählt werden, die beim Entfernen des überschüssigen Materials in Radialrichtung durchtrennt und entfernt werden können.

[0093] Nach dem Entfernen des Materials in Radialrichtung kann das Zugglied 24' in Radialrichtung durch die Hüllrohre 25 in den Flächentragwerkelementen 13 geführt werden.

[0094] Das Platzieren der Hüllrohre 25 kann während des Aufbringens des gießfähigen Materials 22 erfolgen. Dazu werden beispielsweise die ersten Zentimeter des Materials eingebaut und anschließend werden die Hüllrohre 25 in Position gebracht. Hüllrohre 25, die dem Druck des gießfähigen Materials 22 nicht standhalten, müssen ausgesteift werden; dies kann auch durch die Zugglieder 24' erfolgen, wodurch das Durchführen der Zugglieder 24' durch die Hüllrohre 25 als weiterer Arbeitsschritt entfallen kann.

[0095] Nach dem Erhärten des gießfähigen Materials 22 werden jene Teile des Materials entfernt, die bei der Umformung von einer ebenen Platte 14 zu einer nicht abwickelbaren Kugelschale 9 überschüssig sind. Bei einer Schale aus Eis kann das überschüssige Material beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahlen oder durch Einschneiden und hündisches Herauslösen entfernt werden. Somit entstehen Fugen 33 durch Entfernen des überschüssigen Materials 23 in Radialrichtung. Um einzelne Flächentragwerkelemente 13 herzustellen, werden außerdem tangentiale Fugen 34, die Sollbruchstellen darstellen, hergestellt. Bei diesem Beispiel weisen die Fugen 34 in Ringrichtung zwischen den Fugen 33 einen geraden Verlauf auf.

[0096] Als nächster Schritt wird der Pneu 11 aufgeblasen, wodurch es zu dem Umformungsprozess kommt. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Beispielen entstehen bei diesem Bei- 7/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 spiel die einzelnen Flächentragwerkelemente durch Brechen des erhärteten gießfähigen Materials 22 entlang der Fugen 34, die Sollbruchstellen darstellen (vgl. Fig. 19).

[0097] Das Zugglied 24 in Ringrichtung, welches sich am äußeren Rand der Kugelschale befindet, dient der Aufnahme des Horizontalschubs der Kugelschale im Endzustand. Dieses Zugglied 24 kann nach Abschluss des Umformungsprozesses und nach dem Vergießen der Fugen eingeführt werden. Sobald der Luftdruck des Pneus abgesenkt wird, wird der Horizontalschub, der von dem Ringzugglied aufgenommen werden muss, wirksam.

[0098] In diesem Ausführungsbeispiel wird das Zugglied 24 in Ringrichtung bereits vor dem Umformungsprozess eingebaut; Das Anspannen ist jedoch erst nach dem Umformungsprozess notwendig.

[0099] Das Hüllrohr 25, in dem sich dieses Zugglied 24 befindet, erfährt während des Umformungsprozesses eine Stauchung. Somit muss entweder ein Material für das Hüllrohr 25 verwendet werden, das diese Stauchungen mitmachen kann oder das Hüllrohr 25 wird in den Fugen 33 entfernt.

[00100] Nach dem Umformungsprozess können die Fugen 33 vergossen und die Zugglieder 24 bzw. 24' angespannt und anschließend der Pneu 11 entfernt werden.

[00101] Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf eine Platte 14 aus gießfähigem Material 22. Das gießfähige Material 22 wird auf der gesamten kreisrunden Platte 14 verteilt. Neben den Zuggliedern 24' ist in Fig. 14 auch die Randabschalung 23 entlang des Umfanges 18 der Platte 14 sowie in der Mitte der Platte zu erkennen. Die Randabschalung 23 entlang des Umfangs 18 erfüllt mehrere Funktionen. Einerseits dient sie als Schalung für das gießfähige Material 22, andererseits kann das Gewicht der Randabschalung 23 genutzt werden, um den Rand der Schale beim Umformungsprozess auf der Arbeitsfläche 15 zu halten. Die Randabschalung 23 in der Mitte muss schlanker und leichter gewählt werden, da diese sich beim Umformungsprozess zusammen mit den Flächentragwerkelementen 13 heben muss.

[00102] Fig. 15 zeigt einen Schnitt der Draufsicht entlang der Linie XV-XV, wodurch die Rand-abschalungen 23 sowie die Zugglieder 24' im Schnitt zu sehen sind. Um das Zugglied 24' nicht durch das Herstellen der Fugen 34, die Sollbruchstellen darstellen, zu beschädigen und gleichzeitig eine ausreichend tiefe Fuge hersteilen zu können, wird das Zugglied 24' im unteren Bereich der Platte 14 geführt.

[00103] Fig. 16 zeigt eine Draufsicht auf eine Platte 14 aus gießfähigem Material 22, wobei im Gegensatz zu Fig. 14, die Grenzen der Flächentragwerkelemente 13 bereits definiert sind. Ein Flächentragwerkelement 13 wird durch zwei Arten an Fugen begrenzt. In Radialrichtung entstehen Fugen bzw. Freiräume 33 durch Entfernen des überschüssigen Materials und in Ringrichtung werden Einschnitte hergestellt, wodurch Fugen 34, die eine Sollbruchstelle darstellen, hergestellt werden.

[00104] Fig. 17 und Fig. 18 zeigen die radialen Freiräume bzw. Ring- Fugen im Detail. Die radialen Freiräume 33 in Fig. 17 werden bis zum Pneu 11 geführt. Die Breite der Freiräume 33 ergibt sich aus der Verkürzung des Umfanges 18 während des Umformungsprozesses. Die Fugen in Ringrichtung, die in Fig. 18 zu erkennen sind, werden durch Einschneiden des gießfähigen und bereits erhärteten Materials 22 erzeugt. Da diese Fugen die Zugglieder kreuzen, können sie nicht bis zur Arbeitsfläche 15 geführt werden. Um jedoch diese Fugen, die eine Sollbruchstelle darstellen, möglichst tief führen zu können, werden die Zugglieder 24 bzw. 24' im unteren Teil des Querschnitts angeordnet.

[00105] In den Fig. 20, Fig. 21 und Fig. 22 ist eine alternative Ausführungsform eines Kantenschutzes dargestellt. In den Fugen zwischen den Flächentragwerkelementen 13 wird eine Nut-Feder - Verbindung ausgebildet. Fig. 20 zeigt zwei Flächentragwerkelemente bevor sie in die richtige Position gebracht wurden. Ein Flächentragwerkelement ist mit einer kreisrunden Nut 35 und das benachbarte Element mit einer dazupassenden kreisrunden Feder 36 ausgestattet. In der Fig. 21 wurden die beiden Flächentragwerkelemente zusammengeführt, sodass sich die Feder 36 in die Nut 35 legt. Außerdem wurde das Zugglied 24' durch das Hüllrohr 25 geführt. 8/21

Claims (20)

1. österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15 Die Fig. 22 zeigt diese Nut - Feder -Verbindung nach dem Umformungsprozess. Die beiden Flächentragwerkelemente 13 können sich entlang des Nut - Feder - Systems verdrehen. Durch diese Art des Kantenschutzes kann ein einfaches Abrollen der Flächentragwerkelemente 13 gegeneinander erreicht werden. Außerdem wird durch die größere Berührungsfläche der Flächentragwerkelemente 13 die Kantenpressung verringert. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Schale (10), gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: - Einmessen einer Grundfläche (12) auf einer Arbeitsfläche (15), vorzugsweise einer ebenen Arbeitsfläche (15), wobei die Grundfläche (12) größer ist als der Grundriss der Schale (10) und mindestens die Ausmaße der auf die Arbeitsfläche übertragenen Oberfläche der Schale (10) aufweist; - Auflegen eines aufblasbaren Pneus (11) auf die Grundfläche (12); - Anordnen von den die Schale (10) bildenden Flächentragwerkelementen (13) auf dem Pneu (11); - Anordnen von flexiblen Zuggliedern in radialer Richtung (24') in zueinander fluchtenden Hohlräumen (26) der Flächentragwerkelemente (13), wobei die Hohlräume (26) sich in Richtung einer Krümmung der Schale (10) erstrecken; - Anordnen zumindest eines flexiblen Zugglieds in Umfangsrichtung (24) in Hohlräumen (26) der Flächentragwerkselemente (13), wobei sich die Zugglieder in radialer Richtung (24') mit dem zumindest einen Zugglied in Umfangsrichtung (24) im Wesentlichen orthogonal überkreuzen; - Bildung der Schale (10) durch Aufblasen des Pneus (11) unter Zugbelastung des zumindest einen Zuggliedes in Umfangsrichtung (24) sowie der Zugglieder in radialer Richtung (24'), wodurch die Fugen geschlossen werden und die Flächentragwerkelemente (13) sich entlang ihrer Ränder bzw. Kanten berühren und - Niederhalten eines einen Stützrand der Schale (10) bildenden Randes der Flächentragwerkelemente (13) auf der Arbeitsfläche (15) während des Aufblasens.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalten eines einen Stützrand der Schale (10) bildenden Randes der Flächentragwerkelemente (13) mittels einer Auflast (17) bewerkstelligt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalten eines einen Stützrand der Schale (10) bildenden Randes der Flächentragwerkelemente (13) durch ein Verankern mindestens eines Zuggliedes (24, 24') in der Arbeitsfläche (15) bewerkstelligt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalten eines einen Stützrand der Schale (10) bildenden Randes der Flächentragwerkelemente (13) durch Führen mindestens eines Zuggliedes (24, 24') in einer Schiene (30), vorzugsweise an der Arbeitsfläche (15) angeordnet, bewerkstelligt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalten eines einen Stützrand der Schale (10) bildenden Randes der Flächentragwerkelemente (13) mittels einer ein Ausweichen des Randes nach oben verhindernden Hilfskonstruktion (31) bewerkstelligt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Aufwölben der Flächentragwerkelemente (13) bildende Fugen (20) nach Bilden der Schale (10) mit einem aushärtenden Vergussmaterial (21) verfällt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zugglied (24, 24') nach Aushärten des Vergussmaterials (21) vorgespannt wird. 9/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flächentragwerkelement (13) vor dem Aufblasen des Pneus (11) eingeschnitten wird, wobei der Schnitt von der Oberfläche bis in die Nähe mindestens eines Zuggliedes (24, 24') geführt wird und etwa quer zu dem Zugglied in Umfangsrichtung (24) verlaufend angeordnet wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen von die Schale (10) bildenden Flächentragwerkelementen (13) auf dem Pneu (11) durch Aufgießen eines die Flächentragwerkelemente (13) bildenden gießfähigen Materials (22), wie Beton, Kunststoff oder Wasser bewerkstelligt wird, wobei die Grundfläche (12) mit einer umlaufenden Randschalung (23) zur Einfassung des gießfähigen Materials (22) versehen wird, und wobei weiters nach dem Erhärten des gießfähigen Materials die Flächentragwerkelemente (13) durch Entfernen eines Teils des gießfähigen, erhärteten Materials zur Bildung von Freiräumen (33) zwischen den Flächentragwerkelementen (13) gebildet werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einschneiden des erhärteten, gießfähigen Materials sich etwa quer zu den Freiräumen (33) erstreckende Fugen (34), die sich von der Oberfläche der Flächentragwerkelemente (13) bis in die Nähe mindestens eines Zuggliedes in radialer Richtung (24') erstrecken, wobei während des Aufblasens des Pneus (11) die Flächentragwerkelemente (13) an den Fugen (34) in Einzelteile brechen gelassen werden.
11. 11. Schale, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: - eine Mehrzahl von aneinandergereihten Flächentragwerkelementen (13), in deren Inneren mindestens ein sich in Richtung der Krümmung erstreckendes Zugglied (24) in Umfangsrichtung sowie zumindest jeweils ein Zugglied (24') in radialer Richtung vorgesehen sind, - wobei die Flächentragwerkelemente (13) einander an den zum Krümmungsmittelpunkt gerichteten Rändern bzw. Kanten berühren und an den vom Krümmungsmittelpunkt weggerichteten Rändern bzw. Kanten unter Bildung von etwa keilförmigen Spalten auseinanderklaffen, - und wobei diese Spalten mit einem aushärtenden Vergussmaterial (21) verfüllt sind.
12. 12. Schale nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Flächentragwerkelemente (13) aus Beton, Stahlbeton, Faserbeton, textilbewehrtem Beton, Kunststoff, Holz, Stahl, Aluminium, Glas oder Eis gebildet werden.
13. 13. Schale nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugglieder (24, 24') aus Spanndrahtlitzen, Monolitzen, Edelstahlseilen, Edelstahllitzen oder aus faserverstärktem Kunststoff gebildet werden.
14. 14. Schale nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergussmaterial (21) Zementmörtel, Kunstharz, Kunststoff oder Wasser eingesetzt wird.
15. 15. Schale nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächentragwerkelemente (13) an Rändern mit einem Kantenschutz (28, 35, 36) versehen werden.
16. 16. Schale nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an benachbarten Rändern von Flächentragwerkelementen (13) ein Kantenschutz einerseits als Nut (35) und andererseits als Feder (36) ausgebildet wird.
17. 17. Schale nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Flächentragwerkelemente (13) mit mindestens zwei Hohlräumen (26) zur Aufnahme von jeweils einem Zugglied in radialer Richtung (24') versehen werden.
18. 18. Schale nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (26) von Hüllrohren (25) gebildet werden, in die Zugglieder (24,24') eingefädelt werden. 10/21 österreichisches Patentamt AT 506 902 B1 2011-03-15
19. 19. System umfassend eine Schale nach einem der Ansprüche 11 bis 18 sowie einen aufblasbaren Pneu (11) zur Errichtung der Schale, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneu (11) aus zwei übereinanderliegenden Folien mit einem dazwischenliegenden Vlies (40) gebildet wird, wobei die übereinanderliegenden Folien an ihren Rändern dicht miteinander verbunden werden und eine Gaseinleitvorrichtung (37, 38) an einer Folie vorgesehen wird.
20. 20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die den Pneu (11) bildenden Folien aus Polyvinylchlorid oder Polyethylen bestehen. Hierzu 10 Blatt Zeichnungen 11 /21