DE10104651A1 - Membrane building structure comprises layers sandwiching spacers deep-drawn in mesh material used in e.g. solar cells - Google Patents

Membrane building structure comprises layers sandwiching spacers deep-drawn in mesh material used in e.g. solar cells

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Abstract

Layers (1, 2) and sandwich spacers (4), the latter formed from a reinforced planar structure (3) of mesh material. This is shaped by deep-drawing at right angles to the surface, forming projections (4) defining spacing. An independent claim is included for a method of solar heat recovery by passing a fluid, especially a liquid, and preferably water, through an interspace of the membrane structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauwerk mit einer als Membrantragwerk ausgebildeten Außenhaut nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a building with an outer skin designed as a membrane supporting structure according to the preamble of claim 1.

Derartige Bauwerke sind insbesondere seit den bahnbrechenden Arbeiten von Frei Otto zwischen 1960 und 1980 einem breiten Publikum bekannt. Ein Beispiel für ein derartiges Bauwerk ist das Zeltdach des Olympiastadions in München. Eine Zusammenfassung einschlägiger Techniken zur Herstellung derartiger Bauwerke mit ihren Vor- und Nachteilen sowie der Berechnungsmethoden für die Konstruktion solcher Bauwerke findet sich im DE- Buch Zugbeanspruchte Konstruktionen von Frei Otto, Verlag Ullstein GmbH, Frankfurt/Main, Berlin, 1962. Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung wird auf den Inhalt dieses Werks verwiesen.Such structures have been in particular since the pioneering work of Frei Otto known to a wide audience between 1960 and 1980. An example of such Bauwerk is the tent roof of the Olympic Stadium in Munich. A summary relevant techniques for the production of such structures with their advantages and disadvantages and the calculation methods for the construction of such structures can be found in the DE- Book tensile structures by Frei Otto, Verlag Ullstein GmbH, Frankfurt / Main, Berlin, 1962. For a better understanding of the background of the present Invention is referred to the content of this work.

Eine besondere Ausgestaltung eines derartigen Bauwerks, welches mit einer als Membrantragwerk ausgebildeten Außenhaut versehen ist, besteht darin, daß die Membran eine erste und eine zweite Deckschicht aufweist, welche im konstanten Abstand zueinander angeordnet sind. Die Konstanz dieses Abstands wird dadurch erzielt, daß in dem Raum zwischen beiden Deckschichten eine Vielzahl von Abstandshaltern in regelmäßiger Struktur angeordnet und mit beiden Deckschichten verbunden sind. Diese Abstandshalter sind, wie es auch das im Betreff genannte Werk von Frei Otto lehrt, beispielsweise textile Fäden. Aufgrund der Materialeigenschaften der Deckschichten und der textilen Fäden ist die Konstruktion nur stabil, wenn mit einem Überdruck gearbeitet wird, die Konstruktion also beispielsweise aufgeblasen wird. Die Luft muß hierbei sowohl in den Raum zwischen den beiden Deckschichten eingepreßt werden als auch in das Innere des Bauwerks selbst, um das Membrantragwerk gegen sein eigenes Gewicht zu halten. Aufgrund der nur auf Zug beanspruchbaren Fäden, welche die beiden Deckschichten zusammenhalten und deren konstanten Abstand gewährleisten, ist es unabdingbar, daß der Raum zwischen den beiden Deckschichten mit Druckluft beaufschlagt wird. A special embodiment of such a building, which with a Membrane support trained outer skin is that the membrane has a first and a second cover layer, which are at a constant distance from one another are arranged. The constancy of this distance is achieved in that in the room a large number of spacers between the two cover layers in a regular structure arranged and connected to both cover layers. These spacers are like it Frei Otto's work mentioned in the subject also teaches, for example textile threads. Due to the material properties of the cover layers and the textile threads, the Construction only stable when working with overpressure, i.e. the construction for example inflated. The air must be in the space between the two cover layers are pressed in as well as in the interior of the building itself, in order to To hold the membrane structure against its own weight. Because of only on train resilient threads that hold the two cover layers together and their Ensure constant distance, it is imperative that the space between the two Compressed air is applied to the top layers.  

Die Notwendigkeit der Verwendung von Druckluft hat den Nachteil, daß das Bauwerk ohne Druckluftzufuhr aufgrund seines eigenen Gewichts in sich zusammenfällt, da eine ständige Druckluftzufuhr für die Stabilität des Bauwerks erforderlich ist.The necessity of using compressed air has the disadvantage that the building is without Compressed air supply collapses due to its own weight as a constant Compressed air supply is required for the stability of the structure.

Es besteht daher die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Bauwerk so weiter zu bilden, daß auch ohne Druckluft eine ausreichende Stabilität gewährleistet wird und der Raum zwischen den beiden Deckschichten sinnvoll genutzt werden kann.There is therefore the task of further developing a generic building so that Sufficient stability is guaranteed without compressed air and the space between the both cover layers can be used sensibly.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Eine besonders geeignete Nutzung des Raums zwischen den beiden Deckschichten besteht in einem Verfahren zur solaren Wärmegewinnung bei einem derartigen Bauwerk und ist Gegenstand des Anspruchs 8. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung eines an sich bekannten flächenförmigen Sandwichformkörpers zur Herstellung einer Außenhaut für das Membrantragwerk eines Erfindungsgemäßen Bauwerks.This object is achieved with the characterizing features of claim 1. Advantageous refinements can be found in the subclaims. A special one suitable use of the space between the two cover layers is one Process for solar heat generation in such a structure and is the subject of claim 8. The invention also relates to the use of one per se known sheet-like sandwich molded body for producing an outer skin for the Membrane structure of a building according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:An embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. These show:

Fig. 1 eine perspektifische Ansicht eines flächenförmigen Sandwichformkörpers zur Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a perspektifische view of a sheet-like sandwich molding for practicing the present invention;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten, verformten Sandwichform­ körper. Fig. 2 shows a cross section through the deformed sandwich mold body shown in Fig. 1.

Bevor im einzelnen auf das Ausführungbeispiel eingegangen wird, ist darauf hinzuweisen, daß derartige Sandwichformkörper als solche bekannt sind, insbesondere aus den Schriften EP 0 158 234 B1 und EP 0 250 005 B1. In diesen Schriften ist jedoch nur der flächenförmige Sandwichformkörper als solcher beschrieben; Anwendungsbeispiele beziehen sich, sofern sie überhaupt gegeben werden, ausschließlich auf Einsätze in Fahr- oder Flugzeugen, beispielsweise als Fußbodenplatte für Flugzeuge. Die Verwendung eines derartigen Sandwichformkörpers im erfindungsgemäßen Sinne zur Herstellung eines Bauwerks beziehungsweise ein Bauwerk, bei dem dieser Formkörper erfindungsgemäß verwendet wird, sind in den genannten Druckschriften nicht beschrieben und auch nicht nahegelegt. Before going into the execution example in detail, it should be pointed out that such sandwich moldings are known as such, especially from the writings EP 0 158 234 B1 and EP 0 250 005 B1. In these writings, however, only the flat one is Sandwich moldings described as such; Application examples refer if they be given at all, only for use in vehicles or aircraft, for example as a floor plate for aircraft. The use of such Sandwich molded body in the sense of the invention for the production of a building or a building in which this molded body is used according to the invention, are not described in the publications mentioned and are also not suggested.  

Der in den Figuren gezeigte flächenförmige Sandwichformkörper besteht aus einer oberen Deckschicht 1 und einer unteren Deckschicht 2. Die Deckschichten 1 und 2 weisen an jeder Stelle des Formkörpers konstanten Abstand auf und sind aus einem festen Material, beispielsweise aus einer Polymermembran. Die Polymermembranen können beispielsweise aus Polyester bestehen, welches ein- oder beidseitig mit Polyvinylchlorid beschichtet ist. Alternativ hierzu kann die Deckschicht auch aus Polytetrafluorethylen bestehen und ein Flächengebilde aus Glasfasern enthalten. In der Fig. 1 sind die einzelnen Schichten teilweise geschnitten, um einen besseren Einblick in den Sandwichformkörper zu erhalten.The sheet-like shaped sandwich body shown in the figures consists of an upper cover layer 1 and a lower cover layer 2 . The cover layers 1 and 2 have a constant spacing at every point on the shaped body and are made of a solid material, for example a polymer membrane. The polymer membranes can consist, for example, of polyester which is coated on one or both sides with polyvinyl chloride. As an alternative to this, the cover layer can also consist of polytetrafluoroethylene and contain a flat structure made of glass fibers. In Fig. 1, the individual layers are partially cut to get a better view of the sandwich molding.

Zwischen den beiden Deckschichten 1 und 2 befindet sich der Kern des Sandwichformkörpers in Form eines regelmäßig verformten Flächengebildes 3. Dieses Flächengebilde 3 weist eine Vielzahl regelmäßig angeordneter Näpfchen 4 auf, welche durch Verformen des mit Kunstharz versehenen Flächengebildes 3 entstanden sind. Durch diese Verformung (auch als "tiefziehen" bekannt) sind Flächen 6 entstanden, die parallel zur ursprünglichen Ebene 5 des Flächengebildes und auch parallel zu den Deckschichten 1 und 2 verlaufen. Die Bindungsflächen zwischen den festen Deckschichten und dem leichten Kernmaterial sind die Berührungsflächen zwischen der oberen festen Deckschicht 1 und der Fläche 6 der Näpfchen 4 des Flächengebildes auf der einen Seite, und auf der anderen Seite sind es die Berührungsflächen zwischen der festen Deckschicht 2 und der verbliebenen Restfläche 5 des Flächengebildes. Die Deckschichten 1 und 2 sind mit dem Flächengebilde 3 verklebt oder verschmolzen oder auf andere Weise fest verbunden.The core of the sandwich molding is in the form of a regularly deformed sheet 3 between the two cover layers 1 and 2 . This fabric 3 has a multiplicity of regularly arranged cups 4 , which are formed by deforming the fabric 3 provided with synthetic resin. This deformation (also known as "deep drawing") has resulted in surfaces 6 which run parallel to the original plane 5 of the fabric and also parallel to the cover layers 1 and 2 . The bond surfaces between the solid cover layers and the light core material are the contact surfaces between the upper solid cover layer 1 and the surface 6 of the cups 4 of the fabric on one side, and on the other side it is the contact surfaces between the solid cover layer 2 and the remaining one Remaining area 5 of the fabric. The cover layers 1 and 2 are glued or fused to the fabric 3 or firmly connected in some other way.

Durch diese Konstruktion, die im Detail in den obengenannten Druckschriften dargestellt ist, wird ein konstanter Abstand zwischen oberer und unterer Deckschicht 2 erzielt. Im Unterschied zu dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik aus dem Bauwesen, sind die Abstandshalter (Näpfchen 6) bei der erfindungsgemäßen Konstruktion nicht nur auf Zug sondern auch auf Druck belastbar. Der gesamte Sandwichformkörper ist ein steifes und stabiles Element; dennoch bleibt er auf großer Fläche verformbar, beispielsweise verbiegbar und kann damit als Außenhaut für ein Membrantragwerk eingesetzt werden.This construction, which is shown in detail in the above-mentioned documents, ensures a constant distance between the upper and lower cover layers 2 . In contrast to the state of the art in civil engineering mentioned in the introduction to the description, the spacers (cups 6 ) in the construction according to the invention can be loaded not only under tension but also under pressure. The entire sandwich molding is a stiff and stable element; nevertheless, it remains deformable over a large area, for example bendable, and can thus be used as an outer skin for a membrane structure.

Die Errichtung eines Bauwerks unter Verwendung derartiger, nebeneinander liegender und miteinander verbundener, beispielsweise verschweißter Sandwichformkörper erfolgt in an sich bekannter Weise. Es wird lediglich die bisherige, meist einlagige Außenhaut durch den Sandwichformkörper ersetzt. Hiermit lassen sich Bauwerke verschiedenster Geometrien erzeugen, und zwar sowohl geschlossene als auch offene Bauwerke. Ein Luftdruck zur Erzielung der Stabilität des Bauwerks ist weder in dessen Inneren noch im Raum zwischen den beiden Deckschichten erforderlich. Durch die steife Konstruktion wird der konstante Abstand zwischen den beiden Deckschichten 1 und 2 an jeder Stelle gewährleistet.The construction of a building using such sandwich moldings lying next to one another and connected to one another, for example welded, is carried out in a manner known per se. Only the previous, mostly single-layer outer skin is replaced by the sandwich molding. With this, structures of various geometries can be created, both closed and open structures. An air pressure to achieve the stability of the structure is not necessary neither in its interior nor in the space between the two cover layers. The rigid construction ensures the constant distance between the two cover layers 1 and 2 at every point.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur solaren Wärmegewinnung bei einem wie oben beschrieben erstellten Bauwerk. Hierzu wird durch den Raum zwischen den beiden Deckschichten 1 und 2 ein Fluid, also entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit geleitet. Vorzugsweise wird Wasser verwendet, da dieses eine hohe Wärmekapazität aufweist und ein eventuelles Ausdringen unproblematisch ist. Das Wasser wird mit Hilfe einer Pumpe oder im Thermosiphonprinzip durch den Raum zwischen den beiden Deckschichten geleitet. Es erwärmt sich insbesondere bei Sonneneinstrahlung stark und kann anschließend einem Wärmeaustauscher zugeführt oder unmittelbar als Brauchwasser benutzt werden. Dieses Verfahren ist bei einer erfindungsgemäßen Außenhaut möglich, da der Abstand zwischen der beiden Deckschichten 1 und 2 sowohl bei Zug- als auch bei Druckbelastung konstant bleibt. Durch Anwendung dieses Verfahrens nutzt man die Außenhaut des Bauwerks gleichzeitig als integrierten Wärmekollektor. Besonders vorteilhaft bei der netzartigen Struktur ist hierbei, daß das Wasser beim Durchströmen nicht nur zwischen den Abstandshaltern hindurchströmen kann, sondern, aufgrund ihrer netzartigen oder perforierten Struktur, auch durch diese selbst.A particularly preferred embodiment of the invention consists in a method for solar heat generation in a building constructed as described above. For this purpose, a fluid, ie either a gas or a liquid, is passed through the space between the two cover layers 1 and 2 . Water is preferably used, since it has a high heat capacity and a possible escape is not a problem. The water is conducted through the space between the two cover layers using a pump or using the thermosiphon principle. It heats up particularly when exposed to sunlight and can then be fed to a heat exchanger or used directly as process water. This method is possible with an outer skin according to the invention, since the distance between the two cover layers 1 and 2 remains constant both under tensile and compressive loads. By using this method, the outer skin of the building is also used as an integrated heat collector. It is particularly advantageous in the case of the net-like structure that the water cannot only flow through between the spacers when it flows through, but also, due to its net-like or perforated structure, also through them.

Alternativ kann in den Raum zwischen den beiden Deckschichten 1 und 2 auch ein anderes, flüssiges oder viskoses Material eingepreßt werden, um das Bauwerk dauerhaft zu stabilisieren, beispielsweise ein Ton, insbesondere Bentonit. Wird ein Material verwendet, in welchem Phasenübergänge durch Änderungen des PH-Wertes oder der Temperatur erzeugt werden können, kann man das Material flüssig oder viskos in den Zwischenraum einpressen und anschließend erstarren lassen.Alternatively, another liquid or viscous material can be pressed into the space between the two cover layers 1 and 2 in order to stabilize the structure permanently, for example a clay, in particular bentonite. If a material is used in which phase transitions can be generated by changes in the pH or the temperature, the material can be pressed into the space in a liquid or viscous manner and then allowed to solidify.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung eines an sich bekannten Sandwichformkörpers zur Herstellung eines Bauwerks wobei - wir oben beschrieben - eine Vielzahl von Sandwichformkörpern seitlich miteinander verbunden werden, um die Außenhaut eines Membrantragwerks zu bilden.The invention finally relates to the use of a known Sandwich molded body for the production of a structure where - as described above - one Variety of sandwich moldings are laterally connected to each other To form the outer skin of a membrane structure.

Claims (8)

1. Bauwerk mit einer als Membrantragwerk ausgebildeten Außenhaut, dessen Membran eine erste und eine zweite Deckschicht (2) aufweist, welche in konstantem Abstand zur ersten Deckschicht (1) angeordnet ist, und in dem Raum zwischen beiden Deckschichten eine Vielzahl von Abstandshaltern (4) in regelmäßiger Struktur angeordnet und mit beiden Deckschichten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Deckschichten zusammen mit den Abstandshaltern (4) eine Sandwichstruktur ergeben und die Abstandshalter (4) als versteiftes Flächengebilde (3) aus Maschenware ausgebildet sind, in welchem z. B. durch Tiefziehen senkrecht aus dessen Fläche hervorstehende, den Abstand definierende Verformungen (4) hergestellt sind.1. Structure with an outer skin designed as a membrane supporting structure, the membrane of which has a first and a second cover layer ( 2 ), which is arranged at a constant distance from the first cover layer ( 1 ), and in the space between the two cover layers a plurality of spacers ( 4 ) arranged in a regular structure and connected to both cover layers, characterized in that both cover layers together with the spacers ( 4 ) result in a sandwich structure and the spacers ( 4 ) are designed as stiffened flat structures ( 3 ) made of knitted fabric, in which z. B. protruding from the surface, the distance-defining deformations ( 4 ) are produced by deep drawing. 2. Bauwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Deckschicht als Polymer-Verbundmembrane, insbesondere aus mit Polyvinylchlorid beschichteten Polyesterfasern oder mit Polytetrafluorethylen beschichteten Glasfasern ausgebildet ist.2. Building according to one of the preceding claims, characterized in that at least one top layer as a polymer composite membrane, in particular with Polyvinyl chloride coated polyester fibers or with polytetrafluoroethylene coated glass fibers is formed. 3. Bauwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Raum zwischen den Deckschichten eine Flüssigkeit befindet.3. Building according to one of the preceding claims, characterized in that there is a liquid in the space between the cover layers. 4. Bauwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist.4. Building according to claim 4, characterized in that the liquid is water. 5. Bauwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Innenraum des Bauwerks zugewandte Deckschicht mindestens ein Sprinklerventil aufweist, welches den Raum zwischen den Deckschichten mit dem Innenraum des Bauwerks verbindet.5. Building according to claim 5, characterized in that the interior of the Building facing surface layer has at least one sprinkler valve, which connects the space between the cover layers with the interior of the building. 6. Bauwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Bentonit ist.6. Structure according to claim 4, characterized in that the liquid bentonite is. 7. Verfahren zur solaren Wärmegewinnung bei einem Bauwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den die Abstandshalter (4) beinhaltenden Raum zwischen den Deckschichten ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser geleitet wird, welches sich hierbei erwärmt.7. A method for solar heat generation in a building according to one of the preceding claims, characterized in that a fluid, in particular a liquid, in particular water, is passed through the space containing the spacers ( 4 ), which heats up. 8. Verwendung eines flächenförmigen Sandwichformkörpers aus zwei äußeren festen Deckschichten, die über einen Kern aus leichtem und weniger steifem Material verbunden sind wobei das Kernmaterial aus mindestens einem vorgeformten, versteiften Flächengebilde (3) aus Maschenware besteht, als Außenhaut für das Membrantragwerk eines Bauwerks.8. Use of a sheet-like sandwich molded body made of two outer solid cover layers, which are connected by a core made of light and less stiff material, the core material consisting of at least one pre-formed, stiffened flat structure ( 3 ) made of knitted fabric, as the outer skin for the membrane structure of a building.
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