AT516623A4 - Verfahren zur Errichtung von stabilen Bauten aus teilweise vorgefertigten Elementen sowie Mittel zu dessen Durchführung vorzüglich auf extraterrestrischen Objekten - Google Patents

Abstract

Verfahren zur schnellen Errichtung von Gebäuden zu langem Aufenthalt, vorzüglich auf extraterrestrischen Objekten, wo Parameter, wie geringes Transportgewicht der Baustoffe, beschränkte Dimension von Fertigbauteilen, Schutz vor Partikel und -Strahlungseinwirkung besondere Thermoisulation und Aufrechterhaltung einer atembaren Atmosphäre im Gebäude gefordert sind. Zur Errichtung wird primär ein ein kurzes Metallrohr im Boden verankert und darüber eine dicht anliegende, vorgefertigte, gewebeverstärkte Plastikhülle gezogen. Sodann wird ein zweites Rohr, das eine Schleuse zum Aus und -Einstieg im Haus und eine Solche über dessen First, ferner eine Arbeitsplattform aufweist, gasdicht auf das untere Rohr gesetzt. Nachdem die Plastikhülle mit Luft aufgeblasen ist, wird an einer entsprechend verstärkten Stelle der Plastikhülle eine vorgefertigte Zutrittsschleuse angeflanscht. Ein Monteur kann nun das Haus betreten und auf der Arbeitsplattform stehend einen Roboter installieren. Ein am Roboterarm befestigter Arbeiter kann am Boden beginnend, in zirkulären Schichten PU­ Schaum mittels einer entsprechenden Vorrichtung auf die Plastikhülle und Zutrittsschleuse auftragen, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Eine weitere Schicht PU- Schaum welche Aluminiumplättchen enthält, wird in gleicher Weise aufgebracht. Abschließend wird das Gebäude vollkommen mit Photovoltaik -Elementen verkleidet.

Description

Verfahren zur Errichtung von stabilen Bauten aus teilweise vorgefertigten Elementen sowie Mittel zu dessen Durchführung, vorzüglich auf extraterrestrischen Objekten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches durch Kombination und Art der Anwendung von abgestimmt selektierten Materialien erlaubt, in kurzer Zeit auch große, dauerhafte Gebäude zu errichten, die den speziellen Anforderungen wie, starke Temperaturschwankungen, Fehlen einer nennenswerten Atmosphäre, damit auch einem Beschuß hochenergetischer kleiner Teilchen aus dem Weltraum ausgesetzt zu sein, sowie intensiver UV Strahlung widerstehen können.

Bis jetzt war der Aufenthalt von Menschen nach der Landung auf dem Mond zeitmäßig durch die geringe Kapazität der lebenserhaltenden Systeme limitiert.

Hingegen sind Schwerelosigkeit oder verminderte Schwerkraft nach entsprechendem Training, wie am Beispiel der Aufenthalt auf Raumstationen zu sehen ist, über lange Zeit ohne gesundheitliche Schäden, tolerierbar. Für monatelange Aufenthalte zur geologischen Explorationen, oder im Hinblick auf die Zusammenstellung von Raumschiffen, sind große Anlagen und Wohnmöglichkeiten für eine entsprechende Zahl von Beschäftigten notwendig.

Die Erforschung benachbarter Planeten durch Astronauten ist wegen der mit einem Raketenantrieb erzielbaren relativ geringen Fluggeschwindigkeit und als Folge monatelangen Reisedauer, mit extremer Belastung der Astronauten verbunden.

Durch Errichtung einer dauerhaften Basis am Mond als Servicestation und Ausgangspunkt für Reisen zu benachbarten Planeten kann die Flugdauer drastisch vermindert werden.

Da zur Überwindung der Erdanziehung die verhältnismäßig größte Menge an Treibstoff aufgewendet werden muß, bringt eine Zwischenslandung mit der letzten verbliebenen Raketenstufe am Mond, wo diese neu aufgetankt und mit einer 2 ten Raketenstufe gekoppelt werden kann, wesentliche Vorteile. Eine von der Erde zu einem Direktflug nach einem Planeten startende Rakete muß bedeutend größer sein, als eine solche, die eine Zwischenlandung am Mond ausführt. Die am Mond neu angekoppelte zweite Raketenstufe kann aufgrund der geringeren Schwerkraft des Mondes kleiner ausgeführt sein. Damit ist auch eine höhere Anfangsbeschleunigung möglich. Ein weiterer Vorteil im Bezug auf Treibstoffverbrauch ergibt sich, wenn zusätzliche Aggregate z. B. Ionenstrahltriebwerke zur Erzielung höherer Geschwindigkeit erst am Mond eingebaut werden.

Obwohl auch schon jetzt größere Einrichtungen im Weltraum wie z. B. das „space-lab" von Menschen im Schutzanzug zusammengebaut wurden, so ist die aufgewendete Zeit und die Belastung der Arbeiter sehr groß. Es ist daher eine Aufgabenstellung weniger belastende Arbeitsbedingungen zu schaffen. Nach dem im Folgenden am Beispiel „Bauhütte" beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Errichtung von Bauten, wird man sich in diesen ohne Raumanzug, gleichsam unter irdischen Bedingungen lange Zeit aufhalten können. Eine weitere Aufgabenstellung ist, die Errichtung der Bauten rasch und kostengünstig durchzuführen. Wesentliche Voraussetzungen sind leichte, auf der Erde vorgefertigte Bauteile und Baumittel sowie eine notwendige Zahl von Arbeitern am Mond zum Einsatz zu bringen.

Als erster Schritt muß bei einem Bauvorhaben, besonders abseits einer Infrastruktur, für die Installation einer Energieversorgung und Errichtung einer „Bauhütte" gesorgt werden, wobei deren Fertigung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen, und hier als Beispiel beschrieben werden soll. Diese „Bauhütte" ist als Langzeitunterkunft gedacht, die Ausstattung und Innenraumaufteilung ist nicht Gegenstand des Verfahren und kann je nach Bedarf erfolgen.

Bei der Errichtung großer Gebäude nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man entweder zuerst einen Einzelraum schaffen, der nachträglich in Kompartimente aufgeteilt wird, oder es werden die einzelnen vorgefertigten Kompartimente über Schleusentüren vereinigt.

Nachdem im prospektierten Gebiet ein geeigneter ebener Platz mit geringer Mondstaubbedeckung und im besten Fall mit möglicher Wassergewinnung gefunden ist, wird eine „Erste

Photovoltaikanlage" errichtet, sodass elektrisch betriebene Maschinen eingesetzt werden können. Es wird sodann im festen Mondboden ein Loch mit etwas mehr als 130 cm Durchmesser, mit von der Festigkeit des Vorgefundenen Gesteins abhängiger Tiefe von 60-80 cm, ausgehoben.

Hierauf wird ein Leichtmetallrohr, vorzüglich aus einer Al-Ti Legierung von 130 cm Durchmesser mit einer Wandstärke von 6 mm senkrecht so eingesetzt, dass der Oberrand des Leichtmetallrohres etwa 60 cm über den Mondboden ragt. Dieses weist am oberen Ende innen eine 3 mm tiefe und 200 mm lange Ausnehmung auf. Das untere Ende des Leichtmetallrohres ist gasdicht verschlossen. Ferner sind eine isolierte Durchführung für elektrische Leitungen, sowie zwei absperrbare Rohransätze für die Be und -Entlüftung gasdicht einschraubbar. Das Leichtmetallrohr wird sodann mit Montageschaum im Boden stabil eingebunden. Eine vorher mit Kunststoffplatten begrenzte Fläche von 140 m2 wird zuerst mit Ausgleichsmasse beschichtet, sodann werden auf diese Unterlage stabile Dämmplatten fugendicht verlegt.

Als nächster Schritt wird dem Verfahren gemäß, eine aus plastifiziertem Gewebe gefertigte Hülle, die im expandiertem Zustand ein Volumen von 300 m3 und eine igluähnliche Form aufweist, in welche ein mit Folie verschlossener Rahmen zur Ankopplung von einer vorgefertigten Schleuseneinheit integriert ist, weiters ein absperrbares Rohrstücke zur Luftzufuhr und ferner Durchführungen für elektrische Leitungen besitzt, sowie im Zentrum der Hülle korrespondierend, in deren Boden und -Deckenbereich zwei, mit Dichtlippen versehene Öffnungen von 130 cm Durchmesser aufweisen, über das zentrale im Boden verankerte Leichtmetallrohr gezogen.

Auf das Leichtmetallrohr wird ein Zweites mit einer Länge von 6,8 m gesetzt, welches genau in die Ausnehmung des im Boden Eingebauten paßt. Dieses Leichtmetallrohr weist in etwa 20 cm Abstand vom bodennahen Ende gemessen, eine Schleusenöffnung die einer Person im Raumanzug den Durchtritt erlaubt; eine zweite gleichartige Schleusenöffnung befindet sich in 4,5 m vom bodennahen Leichtmetallrohrende gemessen. Knapp unter der oberen Schleuse ist eine zirkulär um das Leichtmetallrohr angeordnete Plattform mit 1,1 m Breite angeschweißt, die als Arbeitsstandplatz dient. Weiters ist im Abstand von 2,2 m über der Plattform ein, um das Leichtmetallrohr mittels Motor drehbarer Ring aus Verbundwerkstoff mit einem integrierten Manipulator angebracht, der um 360 Grad um das Leichtmetallrohr bewegt werden kann. Mit der von Raumstationen bekannten Technologie kann der Manipulator so bewegt werden, dass ein Arbeiter alle an der Außenseite der „Bauhütte" erforderlichen Arbeiten durchführen kann.

Im Leichtmetallrohr kann eine darin befindliche Person über ein Rohr und Ventilsystem den Luftdruck über und unter dem, wie ein Kolben funktionierenden Boden steuern und sich damit auf und-abwärts bewegen.

Ein ebenfalls mit der Wand des Leichtmetallrohres fest verbundenes Rohr, in welchem elektrische Leitungen verlegt sind, dient als Führung für den beweglichen Boden. Das Belüftungsrohr und das Kabelrohr werden durch die, das obere Leichtmetallrohr abschließende Platte geführt.

Nachdem der Bodenteil der Hülle am Rand mit den Dämmplatten am Boden verklebt ist, wird die Hülle nach Anschluß an eine Regeleinheit, welche mit den mit flüssiger Luft gefüllten Stahlflaschen verbunden ist soweit aufgeblasen, dass wie konstruktiv vorgegeben, ihr oberster Bereich 1,5 m unter der Plattform am Leichtmetallrohr liegt. Für das Aufblasen der Hülle werden etwa 240 kg verflüssigte Luft benötigt.

Als Nächstes wird die Schleuseneinheit, welche aus einem Rohr von 2,0 m lichter Weite mit zwei Türen besteht, an den an der Hülle befestigten Rahmen angeflanscht und sodann die, den Rahmen verschließende Folien entfernt. Jetzt kann die Hülle, welche die Innenseite der „Bauhütte" darstellt, betreten werden. Zum Schutz für den Hüllenboden wird dieser mit Hartschaumstoffplatten ausgelegt. Sodann werden die Stromkabelverbindungen zwischen der „ersten Photovoltaikanlage" und dem zentralen Leichtmetallrohr hergestellt Weiter werden elektronische Kontroll und -Regelsysteme für Luftdruck und Stromversorgung in der Bauhütte installiert. Gleichzeitig kann verfahrensgemäß mit der Stabilisierung der Hülle durch schichtweises Aufbringen von PU-Bauschaum, der auf gute Haftfähigkeit auf der Hülle abgestimmt ist, begonnen werden. Dazu wird eine flexible Schlauchleitung vom Dosieraggregat zu einem Arbeiter, welcher mit dem Manipulator verbunden ist, hochgezogen. Dieser beginnt von der Basis her jeweils durch Umrundung der Hülle auf diese eine etwa 20 cm starke Schichte von Bauschaum aufzutragen. Es folgen einige gleiche Arbeitsgänge, sodass die Hülle in Folge mit einer etwa 1,0 m dicken stabilen Bauschaumschichte überzogen ist. Für die Anbringung dieser Schicht werden 180 Liter Polyurethan Ausgangsmaterial benötigt.

Abschließend wird eine etwa 20 cm starke Schichte PU-Bauschaum aufgetragen, der zusätzlich feine Aluminiumblättchen in Suspension enthält. Dadurch wird ein erhöhter Schutz gegen Strahlung und Beschuß durch kleine Partikel aus dem Weltraum erzielt. Die „Bauhütte" weist nach dem Aushärten des Bauschaumes genügend Tragfestigkeit auf, um mit Photovoltaikelementen verkleidet zu werden, die als,,zweite Photovoltaikanlage" neben der Stromgewinnung auch einen weiteren wichtigen Schutz des PU-Bauschaumes vor der zerstörenden Einwirkung des Sonnenlichtes bieten.

Bei dem im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausformungsbeispiel der Erfindung, werden die Durchführung der Errichtung der „Bauhütte", sowie dafür notwendige Einrichtungen anhand von 3 Figuren gezeigt. Diese werden in schematischer Darstellungen nur in ihrer Position wiedergegeben wie z.B. die Entspannungsanlage für flüssige Luft, die sowohl zum Aufblasen der Plastikhülle, als auch als Atemgasquelle in der „Bauhütte" dient. Wichtige Voraussetzungen zur Errichtung der „Bauhütte", wie Installation einer „ersten Photovoltaikanlage" zum Betrieb von Maschinen, oder Beleuchtungseinrichtungen sind nicht Gegenstand der Erfindung.und werden nicht gezeigt.

In Fig.l ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren errichtete Bauhütte (22) in perspektivischer Schrägansicht dargestellt, nähmlich der Bauhütte (22) mit einer Eingangschleuse (23), einem zentralen Leichtmetallrohr (lb), einer Ausstiegschleuse (2b), einer Arbeitsplattform (19), einer Abschlußplatte (24), einem darauf montiertem Roboterantrieb(16) mit einem Manipulator (18), sowie einem Entlüftungsventil (17) zum Druckausgleich im zentralen Leichtmetallrohr (lb). Weiters ist eine Basis (6) für die Bauhütte (22) skizzierd.

Die Fig. 2 zeigt einen zentralen Schnitt durch die Bauhütte (22) und einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Leichtmetallrohr (la) und (lb).

Dieses hat mehrere Funktionen: 1. Führung einer Plastikhülle (7) bei deren Expansion. 2. Stabilisierung des Gebäudeteiles. (22) 3. Gleitfläche für einen beweglichen Boden (13), der einen Arbeiter zu den Schleusen (2a),(2b) transportieren kann. 4. Basis für die Plattform (19),.welche als Standfäche für einen oder mehrere Arbeiter dienen kann. 5. Träger für den Roboterantrieb (16) und Manipulator (18)

Das untere Leichtmetallrohr (la)ist mit einem Montageschaum (9) im Mondboden (4) befestigt.Darauf ist passgenau das obere Leichtmetallrohr (lb) eingesetzt, welches Gasdicht mit einer Platte (24) abgeschlossen ist.Im unteren Leichtmetallrohr (la) sind drei Durchführungen vorhanden. Eine Durchführung (12) dient zum Anschluss an ein Rohr (12a), welches durch die Platte (24) zu dem elektrisch gesteuerten Entlüftungsventil (17) führt, dass zum Druckausgleich mit Außen dient, wenn jemand z.B. durch die obere Schleusenöffnung (2b), die Plattform (19) betreten möchte. Eine Durchführung (11), dient im Verein mit der Durchführung (12), zur Steuerung der Druckverhältnisse unter und über einem Boden (13) im zusammengesetzten Leichtmetallrohr (la) und (lb). Eine Durchführung (3), zusammen mit einem Kabelrohr (3a) enthält die Leitungen zur Versorgung des Roboterantriebes (16). Über die bodennahe Schleusenöffnung (2a), kann das Leichtmetallrohr (lb) betreten oder verlassen werden.

Der kolbenartig ausgebildete Boden (13), kann durch geregelte Drückunterschiede im Leichtmetallrohr (lb), auf und - abbewegt werden und dient somit als Lift, wobei die fest mit der Innenwand des Leichtmetallrohres (lb), verbundenen Rohre (12a) und (3a) als Führung für den Boden (13), dienen.

Der Manipulator (18), an welchem ein Arbeiter gehalten werden kann, kann in drei Koordinatenrichtungen und um 360 Grad um das Leichtmetallrohr (lb), geführt werden. Diese Funktion ist erforderlich, sowohl bei der Errichtung der Bauhütte (22), als auch später bei Reparaturarbeiten an deren Außenseite.

Die gasdicht verschraubbare Platte (24), ist Basis für den Roboterantrieb (16), des Manipulators(18).

Die über ein Rohr (8), mit einer Luftexpansionsanlage (8a) verbundene Plastikhülle (7), schließt gasdicht vermittels von Dichtlippen (15) , (15a) , an den Leichtmetallrohrverbund bestehend aus den Leichtmetallrohren (la) und (lb).

Große Stabilität erlangt die „Bauhütt" (22) durch das Aufträgen einer 1,0 m starken PU-Schaumschicht (20).

Eine zweite, darüber aufgetragene etwa 0,2 m starke, mit feinen Aluminiumplättchen versehene PU-Schaumschicht (21), soll Schutz vor Strahleneinwirkung und hochenergetischen Partikeln aus dem Weltraum bieten.

Die vollständige Bedeckung mit Photovoltaikpaneelen (22a), bringt neben der Energiegewinnung weiteren Schutz vor Sonneneinstrahlung und der damit verbundenen starken Erwärmung. In Fig 2 wird auch die Ausführung einer Basis für die „Bauhütte" gezeigt, indem der Mondboden (4), mit einer Schicht Ausgleichsmaterial (5), belegt wird, darauf Dämmplatten (6) verlegt sind, weiters die an den Rändern an den Dämmplatten (6),fixierte Plastikhülle (7). Zum Schutz der Plastikhülle wird der Innenraum der Bauhütte mit Hartschaumstoffplatten (10) ausgelegt.

Die Fig.3 zeigt in der Ansicht A einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich Boden - Leichtmetallrohr(la). Es sind dargestellt das im Mondboden (5), mittels Montageschaum (9) fixierte Leichtmetallrohr (la), sowie dessen Verbindung mit dem Leichtmetallrohr (lb), weiters das Entlüftungsrohr (12a), sowie die Durchführung (12), durch das Leichtmetalrohr (la), durch welche die Verbindung zum Entlüftungsrohr (12a), hergestellt wird.

Eine zweite Rohrdurchführung (11), durch das Leichtmetallrohr (la) ermöglicht den Anschluß an ein Belüftungsrohr (11a). Das Belüftungsrohr (11a) und das Entlüftungsrohr (12a), sind an eine hier nicht gezeigte, in der „Bauhütte" (22) befindlichen Steuerungsvorrichtung zur Regulation der Druckverhältnisse im Leichtmetallrohr. (la) , (lb), angeschlossen. Weiter ist eine Führungsbuchse (12b) im beweglichen Boden (13) angegeben.

Die Hülle (7) weist eine, mit ihr verschweißt Dichtung (15) zum Leichtmetallrohr auf (la). Weiter sind in der Ansicht A der Mondboden (4), die Ausgleichsschicht (5), der Dämmplattenbelag (6) und die innerhalb der Hülle (7), verlegten Hartschaummatten (10), dargestellt.

Claims (5)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur schnellen Errichtung, eines dauerhaften Gebäudes, hier als Bauhütte (22) bezeichnet, insbesondere geplant für den extraterrestrischen Bereich, am Beispiel Mond gezeigt, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgefertigte gewebeverstärkte Hülle (7), welche im expandierten Zustandschon die Form der Bauhütte (22) aufweist, zuerst über ein zentrales, im Boden (4) verankertes Leichtmetallrohr (la), gezogen wird. Sodann wird in einem zweiten Schritt, das Leichtmetallrohr (lb) mit den Einrichtungen, Schleusen (2a), (2b), dem Boden (13), dem Entlüftungsrohr (12a), dem Kabelrohr (3a) und der Arbeitsplattform (19) , gasdicht auf das Leichtmetallrohr (la), aufgesetzt. Die Hülle (7) wird sodann durch expandierte flüssige Luft vollkommen aufgeblasen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlußstelle für die Zutrittsschleuse (23), an der Hülle (7), nähmlich ein Rahmen aus Verbundwerkstoff, während des Aufblasens mit einer Folie verschlossen ist. Nach Anflanschen der vorgefertigten Zutrittsschleuse (23), wird diese Folie entfernt, sodass die Bauhütte (22), betreten werden kann. Nach Anschluß der Steuerungsvorrichtung zur Herstellung der geeigneten Druckverhältnisse im Leichtmetallrohr (la), (lb) kann ein Monteur vermittels des gasdruckbewegten Bodens (13), die Arbeitsplattform betreten und den Manipulator (18), zusammen mit dem Roboterantrieb (16), anbringen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein, am Manipulator befestigter Arbeiter mittels eines Schlauches, aus einem Vorratsbehälter das PU-Gemisch in zirkulären Schichten, von der Basis der Bauhütte (22) beginnend aufbringt, und diesen Vorgang wiederholt, bis eine 1,0 m starke PU-Schaum-Schichte (20) entstanden ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2, und 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht von PU-Schaum (21) aufgebracht wird, der feine Aluminiumplättchen in Suspension enthält.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, und 4 dadurch gekennzeichnet, dass zum notwendigen Schutz vor der intensiven Sonneneinstrahlung abschirmende Elemente (22a) über der PU- Schaumschicht (21) angebracht sind.