DE102008063292A1

DE102008063292A1 - Dachanordnung mit Oberlichtern

Info

Publication number: DE102008063292A1
Application number: DE200810063292
Authority: DE
Inventors: Christian Thomas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Eine Dachanordnung für ein Gebäude besitzt einer tragende Konstruktion (10), eine thermische Hülle und transparente oder transluzente Bereiche (30) zur Versorgung des Innenraums des Gebäudes mit Tageslicht in Form von Oberlichtern. Die tragende Konstruktion ist ein Raumfachwerk (10) aus Stäben (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18). Die thermische Hülle weist eine Glasfläche (30) auf. Das Raumfachwerk (10) ist außerhalb der thermischen Hülle des Gebäudes angeordnet. Das Raumfachwerk (10) ist mit beschattenden Flächenelementen (21, 22, 23, 24, 25) ausgestattet, die einfallendes Licht aus nicht gewünschten Himmelsrichtungen ausblenden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dachanordnung für ein Gebäude, mit einer tragenden Konstruktion, mit einer thermischen Hülle, und mit transparenten Bereichen zur Versorgung des Innenraums des Gebäudes mit Tageslicht in Form von Oberlichtern.
Großflächige Dachfenster, meist als Oberlichter bezeichnet, werden unter Anderem im Industriebau eingesetzt, um Gebäude und insbesondere Hallen mit Tageslicht zu versorgen. Eine Versorgung mit Tageslicht wird gegenüber reinem Kunstlicht in vielen Fällen bevorzugt, da das Frequenzspektrum den menschlichen Gewohnheiten näher liegt und damit tendenziell ein angenehmeres Arbeiten und Befinden ermöglicht. Wenn eine Halle in einem Gebäude auf seiner Oberseite mit der Umgebung in optischen Kontakt gebracht werden kann, weil keine anderen Geschosse oder Dächer dazwischen liegen, so wird dies mit Oberlichtern gerne genutzt.
Häufig werden die Dächer derartiger Industriebauten als sogenannte Sheddächer ausgebildet. Sheddächer zeichnen sich durch das mehrfache Anordnen kleinerer satteldachartiger Aufbauten parallel hintereinander aus. Dadurch bleibt die Dachhöhe insgesamt relativ gering, was in vielen Fällen erwünscht ist. Jedes satteldachartige Element besitzt dabei zwei Seiten, deren Neigung unterschiedlich groß ist.
Eine Seite eines jeden satteldachartiges Elements wird dabei häufig in Glas ausgeführt, um dadurch die gewünschten Oberlichter zu bilden und die gewünschte gleichmäßige und gute Versorgung der Innenräume der Industriegebäude mit Tageslicht sicher zu stellen.
Ein weiteres Ziel dabei ist es insbesondere, dieses Tageslicht möglichst blendfrei in die Innenräume zu leiten. Aus diesem Grunde wird bei den Sheddächern die Glasseite auf die von der Sonne abgewandte Seite des satteldachartigen Aufbaus gesetzt. In Mitteleuropa und anderen Regionen der nördlichen Hemisphäre ist dies die nach Norden gerichtete Seite eines derartigen Aufbaus.
Das Licht wird dabei nicht nur zu einem großen Teil der Zeit blendfrei, es können auch Schlagschatten weitgehend vermieden werden.
Sheddächer sind bereits seit Langem bekannt. Ein entsprechender Aufbau wird etwa in der CH-PS 333 095 und der CH-PS 338 950 oder auch in der AT-PS 346 041 beschrieben.
Ein genereller Nachteil der Sheddächer besteht darin, dass sich hinter jedem einzelnen Shedmodul Regenwasser sammelt und relativ kompliziert abgeführt werden muss. Die Räume in den Shedmodulen können in der Praxis nicht genutzt werden, da sie zu verwinkelt und direkt unter der Decke angeordnet sind. Trotzdem müssen diese Räume in den Sheds, also in den satteldachartigen Modulen, durch die Heizung bedient werden.
Voraussetzung für einen optimalen Aufbau derartiger Sheddächer ist dabei, dass die Industriegebäude nach Norden ausgerichtet sind oder bei ihrem Bau überhaupt nach Norden ausgerichtet werden können. Im Industriebau wird eine solche blendfreie Oberlichtung auch als Nordshed-Bedachung bezeichnet. Dies ist technisch sinnvoll nur dann möglich, wenn das gesamte Gebäude in einer Nord-/Süd-Achse ausgerichtet ist. Ist dies nicht der Fall, so ist es nicht möglich, die Glasfläche in den Sheddächern so auszurichten, dass sie stets von der Sonne abgewandt sind. Es wird dann je nach der konkreten Ausrichtung des Sheddachs entweder Vormittags oder aber Nachmittags direktes Sonnenlicht in die Glasfronten und damit in den Innenraum der Gebäude einfallen.
Geschieht dies, ist der Blendschutz zu den entsprechenden Tageszeiten nicht mehr gegeben.
Um dies zu vermeiden, kann versucht werden, mit flexiblen Lamellen oder vorziehbaren Vorhängen eine Blendfreiheit zu erreichen. Dies ist problematisch, da Beschattungselemente, die außerhalb einer Glasfront angeordnet sind, automatisch den Witterungseinflüssen unterliegen und somit gegenüber Beschädigungen und Verwitterung geschützt werden müssen, während Beschattungselemente, die ähnlich Vorhängen und Gardinen auf der Innenseite der Glasfront angeordnet werden, durch die Sonneneinstrahlung aufgeheizt werden und einen unerwünschten Wärmeeintrag im Gebäude hervorrufen.
Als Blendschutz für Glasfronten allgemein ohne besondere Bezugnahme auf Sheddächer schlägt beispielsweise die DE 199 40 106 A1 vor, die Außenseiten von Glasfronten mit einem Tuch überziehbar zu gestalten, das auf einer Welle aufrollbar ist und über die Glasfläche gezogen werden kann. Dies ist für großflächige Industriegebäude allerdings unpraktikabel und teuer und darüber hinaus auch auf bestimmte Witterungsverhältnisse beschränkt, die das Tuch nicht angreifen und beschädigen können.
Aus der DE 199 29 138 A1 ist eine Konzeption für eine Sonnenschutz-Jalousie-Anlage zur entblendeten Lichtumlenkung bekannt, die nicht mit einem aufrollbaren Tuch, sondern mit Lamellenkombinationen unterschiedlicher Art arbeitet. Dies kann jedoch ebenfalls zu ähnlichen Komplikationen führen und bedarf der Einrichtung von Lamellensteuerungsanlagen, die tageszeitabhängig und witterungsabhängig die Lamellen steuern.
Ein weiterer Blendschutz mittels Lamellen ist auch aus der DE 20 2006 020 308 U1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung wäre es demgegenüber, eine Beschattungsmöglichkeit für ein Oberlicht vorzuschlagen, das eine möglichst blendfreie Versorgung von Gebäuden und Hallen durch Oberlichter ermöglicht, wobei eine möglichst wenig anfällige Konzeption bevorzugt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Dachanordnung dadurch gelöst, dass die tragende Konstruktion ein Raumfachwerk aus Stäben ist, dass die thermische Hülle eine Glasfläche aufweist, dass das Raumfachwerk außerhalb der thermischen Hülle des Gebäudes angeordnet ist, und dass das Raumfachwerk mit beschattenden Flächenelementen ausgestattet ist, die einfallendes Licht aus nicht gewünschten Himmelsrichtungen ausblenden.
Die Erfindung geht also davon ab, die Glasflächen des Oberlichts wie bei herkömmlichen Sheddächern in viele kleine Einzelflächen zu unterteilen und flächenparallel, jedoch in verschiedenen Ebenen zueinander anzuordnen.
Stattdessen ist die Oberlichtfläche zugleich die gesamte Dachfläche des zugehörigen Gebäudes oder kann dies zumindest sein, wenn aus anderen, etwa architektonischen oder räumlichen Gründen eine Unterteilung der Gesamtfläche gleichwohl geboten erscheint.
Erfindungsgemäß wird die Oberseite des obersten Geschosses des Gebäudes, welches Obergeschoss durch das Oberlicht auch mit Tageslicht versorgt werden soll, nach oben durch eine Glasfläche oder jedenfalls eine transparente Fläche abgeschlossen.
Oberhalb dieser Glasfläche oder transparenten oder transluzenten Fläche befindet sich ein tragendes räumliches Fachwerk. An diesem Raumfachwerk kann auch beispielsweise mittels Punkthaltern das Glas fixiert werden.
Das Glas bildet also eine thermische Hülle für das Gebäude, während das tragende Fachwerk und die weiteren, noch im Folgenden erörterten Elemente sich außerhalb der thermischen Hülle befinden. Es gibt also anders als bei herkömmlichen Sheddächern keine winkligen, im Dachaufbau eingeschlossenen Räume in den einzelnen Shedelementen, die noch unterhalb der thermischen Hülle liegen und geheizt werden müssen, obwohl sie auf Grund ihres geometrischen Zuschnitts im Regelfall keinerlei Zweck dienen können.
Auch das Fachwerk selbst muss nicht gegenüber den einzelnen Glasflächen, wie bei herkömmlichen Sheddächern abgedichtet werden, sondern bei Verwendung einer einzigen, sehr großen Glasfläche entfällt jede Detail-Abdichtung abgesehen von der umlaufenden Abdichtung an den Abschlusselementen des gesamten Oberlichts.
Mit dieser Konstruktion entsteht eine nahezu optimale und gleichwohl sehr einfach zu erzielende und aufrecht zu erhaltende Wärmedämmung für den Innenraum. Unerwünschte Wärme kann weder im Sommer in das Gebäude hinein noch im Winter aus dem Gebäude herausströmen, abgesehen von der Wärmeleitung durch die Glasflächen selbst.
Das Glas selbst kann eine Fläche bilden, die nicht horizontal verläuft, sondern in einer bevorzugten Ausführungsform ein Gefälle aufweist. Dieses Gefälle kann bevorzugt durchgängig über die gesamte Fläche ausgebildet sein und zu einer der Wände oder den Hauptträgern der Primärkonstruktion des Gebäudes hin abfallen. Das Glas kann dann zugleich zum Ableiten von Regenwasser oder anderen durch die Witterung entstehenden Restwässern etwa aus Schnee über eine Rinne am Rand des Oberlichts dienen.
Durch diese Konstruktion kann eine Regenwasserabführung ohne großen Aufwand, ohne Sammelrinnen, Querführungen und dergleichen einfach durch die Glasfläche selbst bis an den Rand des Oberlichts erfolgen. Somit wird das Problem der Entwässerung von Sheddächern vollständig gelöst. Das Regenwasser kann frei unter dem Raumfachwerk mit den Verschattungselementen hindurch fließen und sammelt sich nicht mehr hinter den herkömmlichen einzelnen Sheds.
Oberhalb der Glasfläche befindet sich nun das Raumfachwerk. Dieses Raumfachwerk ist zugleich der tragende Teil oder die Tragkonstruktion des Daches des so nach oben abgedeckten Gebäudes. Dieses Raumfachwerk besteht aus einer Vielzahl noch im Folgenden beschriebener Stäbe und trägt einerseits sich selbst, andererseits die thermische Hülle aus Glas unter sich und schließlich eine Reihe von Flächenelementen, die ebenfalls noch im Folgenden beschrieben werden.
Mit einer solchen Konstruktion kann ohne Weiteres eine Konstruktionsspannweite von üblichen Haupttragwerksystemen von etwa 6 bis 9 m überbrückt werden. Durch eine geänderte Skalierung der noch im Folgenden näher beschriebenen Fachwerkstruktur lassen sich auch größere oder kleinere Konstruktionsspannweiten erzielen.
Die Erfindung trennt durch diesen Aufbau insbesondere den tragenden Aspekt eines Daches zusammen mit dem Schutz gegenüber mechanischen Beanspruchungen wie Wind oder Hagel von den thermischen Aufgaben eines Daches, also dem Bilden einer möglichst wärmedichten Hülle. Zugleich wird (anders als bei herkömmlichen Dächern mit Fenster) eine sehr reichhaltige Versorgung mit Tageslicht durch großflächige Oberlichter sichergestellt, wobei (anders als bei herkömmlichen Sheddächern) eine nahezu vollständige Vermeidung der Blendwirkung über alle Tageszeiten hinweg vorgesehen ist.
Mit der Erfindung wird eine blendfreie Belichtung des Innenraumes des Gebäudegeschosses über den gesamten Tagesverlauf an jedem Tag im Jahr ermöglicht. Gleichwohl kann in den betreffenden Räumen bei Tageslicht gearbeitet werden. Mehr noch als bei herkömmlichen Sheddächern ist es den Personen in den so belichteten Räumen möglich, durch die großflächigen Oberlichter auch tatsächlich bis in den Himmel zu sehen und so das psychisch wertvolle Gefühl zu bekommen, unter annähernd freiem Himmel zu arbeiten. Man erlebt so auch in größerem Umfange die aktuelle Witterung mit, ohne deren Nachteile (Regen, Kälte) in Kauf nehmen zu müssen.
Für spezielle Anwendungsfälle mag es auch interessant sein, dass auch von Außen ein relativ einfacher Blick in den Innenraum des Gebäudes möglich wird, wenn dies für spezielle Anwendungsfälle gewünscht sein sollte.
Von besonderem Vorteil ist es auch, dass der Blendschutz nicht nur die Funktion einer Beschattung gegenüber Sonneneinfall erfüllen kann, sondern dass er auch einen Schutz des unterhalb der thermischen Hülle liegenden Gebäudegeschosses gegenüber sommerlicher Überhitzung bietet, denn die Beschattung erfolgt außerhalb der thermischen Hülle, sodass die ultravioletten Strahlen der solaren Strahlung nicht in das Gebäude eindringen und zur Überhitzung beitragen können.
Das Raumfachwerk weist bevorzugt zunächst eine erste Ebene mit einer Vielzahl von Stäben auf, die zueinander eine Art schachbrettartiges Raster aufbauen, bevorzugt mittels rechter Winkel. Die Kreuzungspunkte dieser ersten und zweiten Stäbe bilden zugleich Knotenpunkte, an denen von unten die thermische Glashülle mittels Punkthaltern befestigt werden kann.
Oberhalb dieser Schicht aus ersten und zweiten Stäben ist eine zweite Schicht aus dritten und vierten Stäben vorgesehen, die die gleiche Länge besitzen und in der gleichen Konfiguration wie die ersten und zweiten Stäbe relativ zueinander verteilt sind, also ebenfalls eine Art schachbrettartiges Raster aufspannen, wobei die dritten und vierten Stäbe bevorzugt miteinander entsprechend den ersten und zweiten Stäben ebenfalls rechte Winkel aufspannen.
Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform das obere schachbrettartige Raster aus den dritten und vierten Stäben so vom unteren Raster aus den ersten und zweiten Stäben versetzt, dass sich jeder Knotenpunkt des unteren Rasters unter dem Mittelpunkt eines Vierecks des oberen Rasters befindet.
Von jedem Knotenpunkt des unteren Rasters gehen fünfte, sechste, siebte und achte Stäbe aus, die jeweils auf eine Ecke des sich drüber befindlichen Vierecks treffen. Diese Stäbe besitzen im bevorzugten Regelfall die gleiche Länge wie die ersten bis vierten Stäbe. Der Abstand des unteren schachbrettartigen Rasters zum oberen schachbrettartigen Rasters wird durch die Länge der fünften bis achten Stäbe definiert.
Eine Längenabweichung der fünften bis achten Stäbe zu den ersten bis vierten Stäben kann im Sinne des Blendschutzes in einigen Fällen Vorteile bringen und ist grundsätzlich möglich. Verlängern sich beispielsweise die fünften bis achten Stäbe, so steigt auch der Maximalwert für den Sonnenhöchststand, der bei Einbau der im folgenden beschriebenen Dreiecksplatten blendfrei auftreten kann. Allerdings kann sich die Längenabweichung auch negativ auf das Tragverhalten des Raumfachwerks auswirken.
Betrachtet man nun dieses Raumfachwerk von oben, so schaut man auf die von den dritten und vierten Stäben aufgespannte Form. In jedem so gebildeten Viereck sind nun von zwei zueinander benachbarten dritten oder vierten Stäben aus dreieckige Flächen nach unten gerichtet. Eine dieser dreieckigen Flächen geht also von einem dritten Stab und eine andere von einem vierten Stab aus. Sie schließen miteinander einen Winkel ein und bilden eine gemeinsame Kante an einem fünften Stab. Die jeweils vom fünften Stab abgewandte Seite des Dreiecks verläuft an einem sechsten und siebten Stab. Beide Dreiecksflächen werden nun um den fünften Stab um 180° gespiegelt, so dass zwei einander durchstoßende Parallelogramme entstehen, die jeweils aus zwei Dreiecksflächen bestehen.
Die beiden vorab beschriebenen dreieckigen Seiten bilden gewissermaßen zwei Seiten einer umgedrehten Pyramide. Die beiden anderen Seiten der umgedrehten Pyramide bleiben frei.
Diese beiden Seiten einer Pyramide befinden sich in dem Gebäude mit diesem Dach nun auf den Seiten, die in die Haupteinfallrichtung für das Sonnenlicht zeigen; sie halten also Sonnenlicht ab, das aus Richtung Süd, Südost und Südwest einfällt.
Die beiden fehlenden Seiten der Pyramide liegen jeweils in Richtung Nord beziehungsweise in Richtung von an die direkte Nordrichtung angrenzenden Himmelsrichtungen, etwa Nordost und Nordwest.
Mit einer derartigen Lösung lässt sich also eine blendfreie Oberlichtbedachung eines Bauwerks erzielen, das aus der Nord-/Süd-Achse deutlich abweicht. Während Sheddächer nur exakt in der Nord-/Süd-Richtung ausgerichtete Bauwerke entsprechend beschatten können oder erhebliche Blendwirkungen in Kauf nehmen müssen, lässt sich mit der erfindungsgemäßen Konstruktion bei absoluter Blendfreiheit auf Gebäude anwenden, die um 45° gedreht zur Nord-/Süd-Achse ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung stellt wie für eine Shedbedachung die Nord-/Süd-Achse für den Blendschutz den Idealfall dar. Abweichungen sind innerhalb gewisser Toleranzen möglich.
Dieser Vorteil der verbesserten Blendwirkung unterstützt noch die vereinfachte Tragkonstruktion und die verbesserte thermische Abdichtung im Vergleich zu Sheddächern.
Von besonderem Vorteil ist auch, dass in bevorzugten Ausführungsformen sehr wenige unterschiedliche Bauteile benötigt werden, insbesondere nämlich nur die Stäbe und die Flächen. Dabei kann mit Stäben von ein und derselben Stablänge und damit vom selben Typ gearbeitet werden. Trotzdem ist es möglich, sehr große Spannweiten zu überbrücken.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nur eine einzige Stablänge verwendet und ein einziges Knotensystem zur Verbindung der einzelnen Stäbe, beispielsweise ein sogenanntes Mero-System.
Sowohl das Raumfachwerk als auch das Gebäude selbst werden insbesondere in einer Südost-/Nordwest-Achse oder Südwest-/Nordost-Achse ausgerichtet, insbesondere dann, wenn das Gebäude auf der nördlichen Erdhalbkugel etwa in mitteleuropäischen Breitengraden aufgebaut ist. Natürlich ist eine Anordnung auch auf der Südhalbkugel möglich, wobei bei entsprechenden Breitengraden dann eine Anordnung in symmetrisch gespiegelter Form erfolgen würde. In anderen Breitengraden würde die Orientierung dann eher an einer Ost-/West-Achse oder an der Nord-/Süd-Achse erfolgen.
Die in den Fachwerkstrukturen eingefügten Flächenelemente sind Dreiecksplatten. Bevorzugt werden diese in weißer Farbe gehalten und können beispielsweise aus Mineralfaser oder Membranen bestehen. Auch diese Dreiecksplatten können eine einheitliche Größe aufweisen, da sie zueinander identisch sind. Die weiße Oberfläche der Platten dient zur besseren Lichtlenkung, sodass das einfallende Tageslicht in dem Raumfachwerk möglichst gut genutzt und weitergeleitet werden kann.
Sie sind in der Struktur wie beschrieben nach Nordosten einerseits und nach Nordwesten andererseits ausgerichtet. Auf Grund der Shedbildung innerhalb des Raumfachwerks in gerade diesen beiden Achsen wird eine blendfreie Belichtung über den gesamten Tagesverlauf geschaffen.
Eine weitere Verbesserung wird möglich, wenn zusätzlich zu diesen Maßnahmen noch feststehende Beschattungselemente in Form von dreieckigen Platten vorgesehen werden. Diese dreieckigen Platten werden noch zusätzlich auf die Decklage des Raumfachwerks montiert, also an einer Ecke der dritten und vierten Stäbe montiert, die für den Extremfall eine Beschattung gegenüber Sonnenlicht vornehmen.
Mit dieser bevorzugten Ausführungsform kann eine blendfreie Belichtung auch im Sommer garantiert werden, wenn die Sonne besonders hoch am Himmel steht. Die Größe dieser dreieckigen Platten wird je nach konkreter Lage und Breitengrad größer oder kleiner ausfallen. Im Falle von Düsseldorf, wo die Sonne am längsten Tag des Jahres am 21. Juni einen Strahlungswinkel von 62,13° zur Mittagszeit hat, werden die oben aufgesetzten dreieckigen Platten so groß gewählt, dass der Winkel vom gegenüberliegenden unteren Knotenpunkt des Raumfachwerks zum Mittelpunkt der Dreieckshypotenuse größer ist als der Strahlungswinkel der Sonne.
In Standorten, die sich weiter nördlich befinden, können die Dreiecke dann kleiner ausfallen. Noch weiter nördlich können sie dann gänzlich weggelassen werden.
Das Glas wird insbesondere als Isolierverglasung gewählt und mit einem Punkthaltesystem an den unteren Knotenpunkten des Raumfachwerkes befestigt.
Die Geometrie der Anordnung der Stäbe in dem Raumfachwerk ermöglicht, wie erwähnt, die Bildung von Beschattungslamellen aus den dreieckigen Platten. Bei der bevorzugten einheitlichen Stablänge im Raumfachwerk weisen diese Platten einen Winkel von 54,74° auf. Eine Hälfte der Platten ist dabei in die Südost-/Nordwest-Achse und die andere Hälfte der Platten in die Südwest-/Nordost-Achse ausgerichtet.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein beschattetes Oberlicht, das in der Addition seiner Bauteile ein modulares Bauelement ergibt. Durch den modularen Aufbau ergeben sich weitere Vorteile bei Planung, Konstruktion und Vorratshaltung.
Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Explosionszeichnung einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Einzelelementes der Erfindung im geographischen Umfeld;
3 eine isometrische Schnittdarstellung der zusammengesetzten Ausführungsform aus der 1;
4 eine vergrößerte Darstellung einer Auswahl benachbarter Teilbereiche eines Raumfachwerks aus einer Ausführungsform der Erfindung;
5 eine perspektivische Darstellung eines Raumfachwerks mit Teilbereichen entsprechend der 4;
6 eine Ansicht des Raumfachwerks aus der 5 aus der Richtung A;
7 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung und verschiedene Elemente des entsprechenden Oberlichts in drei verschiedenen Betrachtungsweisen; und
8 eine perspektivische Ansicht eines Raumfachwerks für eine andere Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung als Explosionszeichnung.
Man sieht schematisch die Oberseite eines Gebäudes. Das Gebäude befindet sich unterhalb der dargestellten Explosionszeichnung. Auf der Oberkante des insoweit flachen Gebäudes ohne Dach kann eine Stahlbetonfassung angeordnet werden, von der zwei Fassungselemente 40 zu erkennen sind. Diese Fassungselemente können die Hauptträger der Primärkonstruktion darstellen.
In einer nächsten Stufe darüber befindet sich eine Glasfläche 30, die ein Oberlicht und zugleich eine thermische Hülle des Gebäudes bilden wird.
Darüber befindet sich ein Raumfachwerk 10. Das Raumfachwerk 10 besteht aus Stäben 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18. Diese Stäbe haben in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform alle die gleiche Seitenlänge von beispielsweise 1,00 m. Jeder einzelne Stab des Raumfachwerks 10 kann aus einem beispielsweisen quadratischen, verzinkten Stahlprofil bestehen. Die Stäbe können etwa mittels eines Meroknotensystems miteinander verbunden sein.
Im obersten Bereich der Explosionsdarstellung sind jetzt die Elemente dargestellt, die später die Verschattung und den Wärmeschutz bilden. Es handelt sich um Dreiecksflächen 21, 22, 24 und 25 beispielsweise um Mineralfaserplatten mit 12 mm Durchmesser, die weiß beschichtet sind. Die Mehrzahl der Dreiecksflächen 21, 22 besitzt die gleiche Größe. Die Seitenlängen betragen jeweils 1,00 m und entsprechen der Stablänge der Stäbe 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18.
Zusätzlich sind weitere zusätzliche Dreiecksflächen 23 von anderer Größe zu erkennen.
Betrachtet man sich zunächst das Raumfachwerk 10 aus den identischen Stäben näher, so zeigt sich, dass die Stäbe in acht unterschiedlichen räumlichen Orientierungen aufgebaut sind.
Eine untere Schicht besteht aus ersten Stäben 11 und zweiten Stäben 12, die miteinander einen rechten Winkel bilden.
Eine zweite obere Schicht besteht aus dritten Stäben 13 und vierten Stäben 14, die ebenfalls miteinander rechte Winkel ausbilden. Die Knotenpunkte Stäbe 11 und 12 der unteren Schicht befinden sich genau unter dem Mittelpunkt eines Vierecks, dass sich aus den Stäben 13 und 14 der oberen Schicht bildet.
Zwischen den beiden Ebenen befinden sich fünfte Stäbe 15, sechste Stäbe 16, siebte Stäbe 17 und achte Stäbe 18. Diese verbinden einen Knotenpunkt der unteren Ebene jeweils mit den vier am nächsten benachbarten Knotenpunkten der oberen Ebene.
Dadurch bildet sich in dem Raumfachwerk 10 eine Reihe von horizontal verlaufenden viereckigen, in der dargestellten Ausführungsform quadratischen Flächen, die jeweils von vier Stäben umgrenzt werden, und eine Reihe von gleichseitigen dreieckigen Flächen, die schräg verlaufen, jeweils von drei Stäben umgrenzt sind und sich zwischen der unteren und der oberen Ebene befinden.
Betrachtet man nun die Beschattungselemente aus dem obersten Abschnitt der Explosionsdarstellung passen die Dreiecksflächen 21 und 22 genau in das vorgegebene räumliche Raster. Nimmt man nämlich aus der oberen, von den dritten Stäben 13 und vierten Stäben 14 aufgespannten Ebene jeweils eine der viereckigen, genauer quadratischen Flächen, so ragen von dieser viereckigen Fläche vier Dreiecksflächen nach unten und laufen in einem gemeinsamen Punkt zusammen. Es bildet sich also eine umgedrehte Pyramide.
Auch aus der unteren, von den ersten Stäben 11 und den zweiten Stäben 12 aufgespannten Ebene mit ihren jeweils viereckigen, quadratischen Flächen ragen aus jeder viereckigen Fläche vier Dreiecksflächen in diesem Falle nach oben und laufen in einem gemeinsamen Punkt zusammen, der in diesem Falle in der oberen, zweiten Ebene liegt. Hier bildet sich also eine aufrecht stehende Pyramide.
Nimmt man alle so gebildeten Pyramiden, so sind die verbleibenden Volumenbereiche zwischen diesen Pyramiden jeweils Tetraeder, also Körper, die aus vier gleichseitigen Dreiecken bestehen und vier Ecken besitzen.
Bei der im obersten Bereich der Explosionsdarstellung gezeigten Anordnung aus Dreiecksflächen wird jede so gebildete umgekehrte Pyramide auf zwei zueinander benachbarten Seiten mit je einer Dreiecksfläche 21 beziehungsweise 22 abgedeckt. Ferner werden diese beiden Dreiecksplatten um den Stab, an dem sie aufeinander treffen, um 180° gespiegelt, so dass sich zwei Parallelogramme bilden, die einander durchstoßen und sich aus den Dreiecksflächen 21, 22, 24 und 25 zusammensetzen. Die beiden anderen Dreiecksflächen der Pyramide ebenso wie die vierseitige Grundfläche bleiben frei. Dabei ist die Anordnung für jede einzelne umgedrehte Pyramide betrachtet identisch. Das bedeutet, dass jeweils die gleichorientierten Seiten der Pyramiden bedeckt und die beiden anderen Seiten frei gelassen sind.
Von den aufrecht stehenden Pyramiden sind ebenfalls zwei zueinander und auch zu den Dreiecksflächen 21 und 22 der umgedrehten Pyramiden benachbarte Dreiecksflächen 24 und 25 belegt, während die beiden anderen Dreiecksflächen und die viereckige Grundfläche frei bleiben.
Die weiteren, horizontalen Dreieckselemente 23 kleinerer Abmessung sind benachbart zu einer Ecke angeordnet.
Setzt man nun die beiden obersten Bereiche aus der Explosionsdarstellung zusammen und setzt diese auf die Glasfläche 30 auf, so können sie dort mittels Punkthaltern 31 befestigt werden. Diese Punkthalter 31 sind an den Knotenpunkten der ersten Stäbe 11 und zweiten Stäbe 12 befestigt. Die Besetzung von Punkthaltern 31 an den Knotenpunkten ist abhängig von den Scheibengrößen und ihrer Tragfähigkeit.
Diese Glasfläche 30 kann dann in die Fassungselemente 40 eingesetzt werden und dadurch die thermische Hülle des darunter liegenden Gebäudes bilden. Dabei wird die Glasfläche 30 einen Winkel zur horizontalen bilden, der relativ klein ist und beispielsweise ein Gefälle von 2% bilden kann. Dieses Gefälle ist nicht störend und wird aus dem Gebäude heraus kaum wahrgenommen.
Zusammengefasst kann man etwa wie folgt formulieren: Oben sind die dreieckigen Platten 21, 22, 24 und 25 abgebildet, die in zwei Achsen Beschattungslamellen ausbilden, sowie die dreieckigen Platten 23 in horizontaler Lage, die ergänzend für ganzjährigen Blendschutz sorgen.
Darunter ist das Raumfachwerk 10 abgebildet, das aus Tetraedern und Pyramiden besteht. Die Stäbe 11 bis 18 des Raumfachwerks 10 bilden die Geometrie für die Beschattungslamellen.
Darunter sind die Punkthalter 31 abgebildet, an denen die thermische Hülle (das Glas) befestigt ist. Die Glasfläche 30 bildet ein Gefälle aus und führt das Regenwasser in eine Regenrinne 32 ab.
Darunter sind die Fassungselemente 40 als Hauptträger der Primärkonstruktion des Gebäudes abgebildet.
In der Explosionszeichnung ist gut die Funktionstrennung der einzelnen Elemente veranschaulicht. Die Glasfläche 30 bildet die thermische Hülle und lässt Licht durch. Das Raumfachwerk 10 trägt gemeinsam mit den Fassungselementen 40 die gesamte Konstruktion auf dem Gebäude (nicht dargestellt). Die Dreiecksflächen 21, 22, 23, 24 und 25 bilden die Beschattung und lassen kein Licht direkt durch.
Die Funktionsweise kann man insbesondere in der 2 erkennen. 2 zeigt einen einzelnen modularen Baustein aus dem Raumfachwerk 10 des Bauelements und stellt diesen im Sonnenverlauf eines mitteleuropäischen Standortes dar.
Die dicke Linie 53 mit dem Stern 54 am Scheitelpunkt stellt den Sonnenverlauf am längsten Tag des Jahres (dem 21. Juni) dar. Die dicken Linien darunter stellen den Sonnenverlauf im Herbst 52 und im Winter 51 dar. Der Stern 54 stellt den höchsten Sonnenstand im Jahr dar.
Ein in gestrichelten Linien dargestellter Trichter 60 stellt die Grenze für den maximalen Strahlungswinkel der Sonne dar, bei dem der modulare Baustein noch Blendschutz gewährleisten könnte. Würden sich die dicke Linie 53 des Sonnenverlaufs im Sommer und die gestrichelte Linie des Trichters 60 schneiden, so könnte an dieser Stelle direktes Sonnenlicht ins Gebäude gelangen und der Blendschutz wäre nicht mehr gewährleistet.
An dieser Darstellung zeigt sich deutlich, dass die dreieckige Platte 23 in horizontaler Lage bei mitteleuropäischen Standorten eingebaut werden sollte. Je weiter sich der Standort nach Norden verlagert, desto kleiner kann diese Platte 23 ausfallen. Der maximale Strahlungswinkel der Sonne verkleinert sich je weiter sich der Standort nach Norden verlagert. Bei Standorten, an denen der maximale Strahlungswinkel der Sonne im Sommer kleiner ist als 45°, kann die Platte 23 in horizontaler Lage wegfallen. Verlagert sich der Standort weiter nach Süden, so wird der maximale Strahlungswinkel der Sonne größer. Entsprechend vergrößert sich auch die dreieckige Platte 23 in horizontaler Lage. Wird der Standort so weit in den Süden verlagert, dass er sich unterhalb der 23. Breitengrades befindet, so würde der maximale Strahlungswinkel der Sonne größer als 90° sein. Das würde bedeuten, dass die dreieckige Platte 23 in horizontaler Lage so groß sein müsste, dass sie mehr als die Hälfte der Oberfläche bedeckt und somit den Tageslichteinfall deutlich reduziert. Der Einsatz der Erfindung findet hier sicherlich seine Grenzen.
3 zeigt eine Schnittisometrie der Erfindung. Das Bauelement ist zwischen die Fassungselemente 40 als Hauptträger der Primärkonstruktion eines Gebäudes gesetzt, das optimal in Südwest-/Nordost-Achse ausgerichtet ist.
In der 4 ist zum besseren Verständnis herausgezeichnet ein Bereich aus drei Pyramiden und drei Tetraedern des Raumfachwerks heraus gezeichnet.
Man sieht in der vorderen Reihe zwei aufrecht stehende Pyramiden. Jede besitzt eine quadratische Grundfläche aus ersten Stäben 11 und zweiten Stäben 12. Von den Eckpunkten dieser quadratischen Grundfläche gehen dann vier Stäbe 15, 16, 17 und 18 nach oben und treffen sich in einem Punkt. Alle Stäbe sind durch ein geeignetes Knotensystem miteinander verbunden.
In der hinteren Reihe sieht man eine umgedrehte Pyramide. Hier sind die beiden dritten Stäbe 13 und die beiden vierten Stäbe 14 zu erkennen, die die Grundfläche dieser Pyramide in der oberen Ebene bilden. Von dieser quadratischen Grundfläche aus dritten Stäben 13 und vierten Stäben 14 ragen vier Stäbe 15, 16, 17 und 18 nach unten und treffen sich in einem gemeinsamen Punkt in der unteren Ebene.
Der gesamte räumliche Bereich zwischen den drei Pyramiden und den weiteren, hier nicht dargestellten Pyramiden wird von Tetraedern eingenommen. Diese besitzen also vier jeweils gleichseitige Dreiecke als Seitenflächen.
Sieht man nun in der 4 die einzelnen Stäbe, so sieht man, dass jeder Stab gleichzeitig zu mehreren einander benachbarten Pyramiden und Tetraedern gehört, also nicht wie in der 4 verdeutlicht für jedes dieser Raumelemente separat existiert.
In der in der 4 linken Pyramide ist noch angedeutet, dass im Falle von gleich langen Stangen 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 sich ein Winkel von 54,74° zwischen den gleichseitigen Dreiecksflächen und den quadratischen Flächen bildet. Dieser Winkel ist zwischen jeder Dreiecksfläche und den Vierecksflächen stets gleich, aber jeweils natürlich anders orientiert. Er ist auch gleich unabhängig von der Länge der einzelnen Stäbe 11 bis 18, so lange diese innerhalb einer Ausführungsform alle miteinander die gleiche Länge besitzen.
Diese 4 zeigt damit auch, dass es grundsätzlich möglich ist, auch mit Stäben unterschiedlicher Länge zu arbeiten, also beispielsweise die Stäbe 15 bis 18 zwar untereinander gleich lang, jedoch beispielsweise länger als die Stäbe 11 bis 14 auszuführen. Bevorzugt, weil von der Zahl der benötigten Bauelemente her günstiger, ist jedoch eine Konzeption mit Raumfachwerken aus nur Stäben identischer Länge.
In der 5 ist perspektivisch ein Raumfachwerk 10 ohne verdeckte Dreiecksflächen dargestellt, um den Aufbau noch deutlicher hervortreten zu lassen.
Die 6 zeigt eine Ansicht A aus der 5. Man sieht, dass bei einer einheitlichen Stablänge aller Stäbe 11 bis 18 im Raumfachwerk 10 der Winkel zwischen den Stäben 15 bis 18 und den Stäben 11 bis 14 jeweils 54,74° beträgt. Dieser Winkel ist in beiden Achsen gleich groß, was deutlich wird, wenn man sich die Ansicht A nicht in der mit einem Pfeil in der 5 angedeuteten Richtung, sondern im rechten Winkel dazu etwa von rechts vorstellt. Die Darstellung in der 6 bliebe dann identisch. Dieser Winkel bildet zugleich den Winkel des entstehenden Sheds, wenn man die Konzeption auch als eine Art Sheddach betrachten möchte.
In der 7 ist zusätzlich noch in drei verschiedenen, nebeneinander angedeuteten Ansichten eine Aufsicht auf das Oberlicht dargestellt.
Man erkennt links wiederrum ein Raumfachwerk 10 ohne abdeckende Dreiecksplatten oder Dreiecksflächen 20.
In der Mitte erkennt man das gleiche Raumfachwerk, bei dem jetzt abdeckende Dreiecksflächen 20 eingesetzt sind.
Auf der rechten Seite in der 7 erkennt man schließlich die Dreiecksflächen 20, wobei das Raumfachwerk 10 mit den Stäben 11 bis 18 weggelassen ist.
In der 8 sieht man schließlich eine ganz andere Ausführungsform der Erfindung. Hier wird gezeigt, dass ein Raumfachwerk nicht nur aus Pyramiden und Tetraedern für den Einsatz mit der Erfindung denkbar ist, sondern dass auch ein Raumfachwerk ausschließlich aus Tetraedern denkbar wäre. Es sind dann also nur Körper mit Dreiecksflächen vorgesehen, die das Raumfachwerk bilden.
Eine solche Konzeption eines Raumfachwerks 10 wäre dann allerdings nicht mehr rechteckig erweiterbar, sondern die zugehörige Struktur wäre dann insgesamt dreieckig oder sechseckig. Unter Umständen kann dies bei einzelnen Anwendungsfällen auch erwünscht sein. Meistens wird man in der Praxis jedoch rechtwinklige Raster schon aufgrund des Gebäudeaufbaus bevorzugen.
Grundsätzlich denkbar wäre es auch, Raumfachwerke mittels der Längenvarianz einiger Stäbe auch in anderen, komplizierteren Formen auszuführen. So wäre es grundsätzlich denkbar, auch Bögen oder geodätische Kuppeln mit fünf oder sechs Ecken zu konstruieren. Auch bei solchen Konstruktionen können lichtlenkende Beschattungsflächen integriert werden. Natürlich handelt es sich hier dann um sehr spezielle Einsatzfälle und die Größe und der Aufbau vor allem der zusätzlichen Beschattungselemente 23 müsste jeweils genau überdacht werden.
Bezugszeichenliste

10: Raumfachwerk
11: erste Stäbe
12: zweite Stäbe
13: dritte Stäbe
14: vierte Stäbe
15: fünfte Stäbe
16: sechste Stäbe
17: siebte Stäbe
18: achte Stäbe
20: Dreiecksflächen
21: erste Dreiecksflächen
22: zweite Dreiecksflächen
23: zusätzliche Dreieckselemente
24: Dreiecksfläche einer weiteren Pyramide
25: Dreiecksfläche einer weiteren Pyramide
30: Glasfläche
31: Punkthalter
32: Rinne
40: Fassungselemente
51: Sonnenverlauf am 21. September
52: Sonnenverlauf am 21. Dezember
53: Sonnenverlauf am 21. Juni
54: Sonnenhöchststand
60: Trichterfläche
61: Parallele zur Uferkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 333095 [0007]
CH 338950 [0007]
AT 346041 [0007]
DE 19940106 A1 [0012]
DE 19929138 A1 [0013]
DE 202006020308 U1 [0014]

Claims

Dachanordnung für ein Gebäude, mit einer tragenden Konstruktion (10), mit einer thermischen Hülle, und mit transparenten oder transluzenten Bereichen (30) zur Versorgung des Innenraums des Gebäudes mit Tageslicht in Form von Oberlichtern, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Konstruktion ein Raumfachwerk (10) aus Stäben (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) ist, dass die thermische Hülle eine Glasfläche (30) aufweist, dass das Raumfachwerk (10) außerhalb der thermischen Hülle des Gebäudes angeordnet ist, und dass das Raumfachwerk (10) mit beschattenden Flächenelementen (21, 22, 23, 24, 25) ausgestattet ist, die einfallendes Licht aus nicht gewünschten Himmelsrichtungen ausblenden.
Dachanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumfachwerk (10) aus einer Vielzahl von identischen Stäben (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) besteht.
Dachanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einige der beschattenden Flächenelemente (21, 22, 24, 25) Dreiecksflächen sind und von je drei Stäben des Raumfachwerks (10) aufgespannt werden.
Dachanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Hülle aus einer Glasfläche (30) besteht, die in einem leichten Gefälle angeordnet ist.
Dachanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfläche (30) mit Punkthaltern (31) ausgestattet ist, die an Knotenpunkten des Raumfachwerks (10) aus Stäben (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) befestigt sind.
Dachanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumfachwerk (10) aus Stäben (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) so aufgebaut ist, dass erste Stäbe (11) und zweite Stäbe (12) ein schachbrettartiges Raster in einer ersten Ebene aufbauen, dass dritte Stäbe (13) und vierte Stäbe (14) ein weiteres schachbrettartiges Raster in einer anderen Ebene aufbauen, und dass fünfte Stäbe (15), sechste Stäbe (16), siebte Stäbe (17) und achte Stäbe (18), von Knotenpunkten in der ersten Ebene zu Knotenpunkten in der zweiten Ebene verlaufen.
Dachanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass je ein fünfter Stab (15) und ein sechster Stab (16) mit einem ersten, zweiten, dritten oder vierten Stab ein gleichseitiges Dreieck aufspannen.
Dachanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) dabei Pyramiden ausbilden, die sich von den dritten Stäben (13) und vierten Stäben (14) der zweiten Ebene nach unten erstrecken, dass je zwei zueinander benachbarte von vier dreieckigen Pyramidenseiten von den Dreiecksflächen (21, 22) belegt und die anderen beiden Dreiecksflächen der Pyramide frei sind, dass die Stäbe (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) weitere Pyramiden ausbilden, die sich von den ersten Stäben (11) und zweiten Stäben (12) der ersten Ebene nach oben erstrecken, und dass zu den Dreiecksflächen (21, 22) benachbarte Dreiecksflächen (24, 25) der weiteren Pyramiden ebenfalls geschlossen sind.
Dachanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Himmelsrichtungen, in denen die beschattenden Flächenelemente (21, 22, 23) das Einfallen von Licht blockieren, bei einer Positionierung des Gebäudes in der nördlichen Hemisphäre die Himmelsrichtungen Süd, Südost und Südwest sind.