DE102011050725B4

DE102011050725B4 - Stapelbares Flächenmodul für eine Wandfläche

Info

Publication number: DE102011050725B4
Application number: DE102011050725A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN103534423B; AU2012265280B2; AU2012265280A1; BR112013025476A2; CN103534423A; WO2012163336A1; US20130333319A1; EP2723949B1; ZA201308674B; US8752353B2; DE102011050725A1; EP2723949A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stapelbares Flächenmodul für eine reversibel auf- und abbaubare Wandfläche und die Verwendung des Flächenmoduls für bestimmte Anwendungen, insbesondere für Erdbebensicherungswände, eine Dachkuppel, eine Brücke, einen Bauzaun, eine Schallschutzwand, ein Aufwindkraftwerk, eine Wärmetauscher oder einen Küstenschutzwall.

Description

Die Erfindung betrifft ein stapelbares Flächenmodul für eine reversibel auf- und abbaubare Wandfläche und die Verwendung des Flächenmoduls für bestimmte Anwendungen, insbesondere für Erdbebensicherungswände, eine Brücke, eine Laubhütte, einen Bauzaun, eine Schallschutzwand, ein Aufwindkraftwerk, eine Wärmetauscher oder einen Küstenschutzwall, Wärmeaustauscher als auch für Gebäudewände.
Zur Errichtung einer Mauer oder dergleichen ist es bekannt, einzelne Mauersteine oder Wandmodule aufeinander zu legen und diese mit einer aushärtbaren Masse, z. B. Mörtel, miteinander zu verbinden. Dabei wird in vertikaler Richtung jeweils ein Mauerstein auf die Enden zweier aneinandergrenzenden Mauersteine so aufgesetzt, dass er die beiden Mauersteine zur Hälfte überdeckt. Dadurch entsteht ein festes Mauerwerk, mit dem Nachteil, dass die Mauer nicht mehr verändert werden kann und nur begrenzt Kräfte und vor allem Biegemomente bzw. Knickungen aufnehmen kann. Außerdem ist dieses Arbeitsverfahren mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Zumeist sind die Mauersteine nicht wiederverwend bar.
In bestimmten Anwendungen nehmen die Mauerelemente eine Druck- oder Biegebeanspruchung auf, z. B. senkrecht zur Wand. Bei einer Torsion in waagerechter Richtung in der Wandfläche sollte der Modulkörper diese Kräfte aufnehmen und verteilen bzw. ableiten können, ohne zu brechen; starke lokale Durchbiegungen auch in der senkrechten Achse und das resultierende Herausfallen einzelner Mauersteine sind zu vermeiden.
Ein weiteres Problem ist, dass bei einer Fugenverbindung z. B. mit Kleber oder Mörtel die Schwäche jedes einzelnen Modulelements die Gesamteigenschaften der Gesamtwandfläche bestimmt – es entstehen somit keine Stabilisierungssynergien. Wände im Stand der Technik benötigen eine große Dicke und Breite, um die Oberfläche für das Verbundmaterial zu maximieren und einen hohen Kraftschluss zu gewährleisten.
Bisher gab es kaum Wandmodule, die ohne Integritätsverlust Druck- und Torsionsspannungen/Knickungen aufnehmen können. Ein Ziel ist es daher ein Flächenmodul bereitzustellen, das den reversiblen Aufbau einer Wandfläche vorzugsweise mit einem einzigen Modulelement ermöglicht. Aus der montierten Wand sollen sich im Normalfall zu beiden Seiten (links/rechts und vorne/hinten) keine Elemente unterhalb der obersten Ebene herausnehmen lassen, ohne die oberste Ebene zu entfernen. Außerdem sollte die Wandfläche besonders hohe und dünne Wände ermöglichen, bei gleichzeitiger hoher Biegestabilität und Druckaufnahme in der Quer- und Längsseitenrichtung, also v. a. bei normal oder horizontal zur Wand wirkenden Kräften.
Die Flächenmodule sollen grundsätzlich ohne Zusatzmittel wie z. B. Mörtel oder andere Verbindungselemente stabil verschränkt zu einer Wandfläche verbindbar sein, wenngleich die Verwendung solcher Hilfsmittel nicht ausgeschlossen werden soll.
Der Stand der Technik beschreibt derartige Flächenmodule in FR 2 653 800 A1 . Ein solches Modul ist in 1 dargestellt. Allerdings werden diese extrem dickwandigen Module ohne Drehung gestapelt und sind nicht seitlich miteinander verschränkt. Die untere Einbuchtung dient auch nicht zur Aufnahme der linken und rechten seitlichen Extensionen, sondern stattdessen der oberen Ausbuchtung. Die Längen b2 und b1 dieser Extensionen sind unterschiedlich und entsprechen nicht der Länge 1B. Damit ist dieses Modul für die vorliegende zu erzielende Stapelweise mit der im Folgenden beschriebenen Klemmwirkung ungeeignet.
Die H-Module in DE 74 03 455 U und in WO 81/02 983 A1 besitzen keine Verschränkungsstellen, was auch deren enorme Dicke im Vergleich zur Höhe erklärt. Das gleiche gilt für die U-Form in DE 29 11 261 A1 .
Bauelemente für Wandflächen mit Einbuchtungen sind auch aus der französischen Druckschrift FR 2 367 161 A1 oder der FR 557 828 A bekannt. In diesem werden Wandmodule präsentiert mit hoher Wandstärke. Diese Module besitzen ebenfalls Einbuchtungen (H-form) und teilweise auch Verschränkungsstellen, um mit benachbarten Modulen zu koppeln (siehe Dessin 1, 1). Allerdings weisen die Module Nachteile auf. Die Module sind generell im Verhältnis zu den sonstigen Ausmaßen zu dick und damit für dünne hohe Wände ungeeignet (siehe Dessin 5, unten rechts). Eine um den gesamten Perimeter verlaufende Verschränkungsnut verschwendet Material und ist in der Herstellung aufwendig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Wandmodul bereitzustellen, das grundsätzlich für dünne hohe Wände geeignet ist. Das Modul sollte den flexiblen Aufbau einer Vielzahl an Wandflächen ermöglichen, die sowohl komplett geschlossene Flächen oder Löcher aufweisen können. Insbesondere sollten die Wandmodule trotz geringerer Wandstärke nicht seitlich umfallen und Biegebeanspruchungen standhalten können.
Außerdem sollen die Wandmodule auch seitlich nicht gegeneinander verschiebbar sein. Gerade bei der Erdbebensicherheit ist es notwendig seitliche Scherkräfte zu unterbinden oder an spezielle vorbestimmte Grenzflächen zu lenken. Die Wandfläche sollte daher neben der Umfallrichtung auch in der seitlichen Richtung gegen Verschiebungen gesichert sein.
Diese Aufgaben werden mit einem stapelbaren Flächenmodul mit den folgenden Eigenschaften gelöst.
Der Begriff x-, y- und z-Achsenrichtung entspricht der Richtung entlang der jeweiligen Achsenrichtung in einem orthogonalen kartesischen Koordinatensystem. Die Flächenmodule werden entsprechend ihrer Ausrichtung in der Wandfläche ausgerichtet. Die z-Achsenrichtung ist die Stapelrichtung der Module, was gewöhnlich entgegen der Schwerkraft in Richtung nach oben ist. Die x-Achsenrichtung entspricht der Längsachse der Wandfläche und die y-Achsenrichtung ist in Richtung der Wanddicke.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Flächenmodul entsprechend folgender Beschreibung:
Stapelbares Flächenmodul für eine reversibel auf- und abbaubare Wand- oder Schalenfläche, wobei das Flächenmodul eine dreidimensionale Form und eine Ausdehnung in der x-, y- und z-Achsenrichtung aufweist, und
mehrere dieser Flächenmodule in z-Achsenrichtung aufeinander stapelbar sind, und
die Vorder- und Rückseite des Flächenmoduls jeweils in die y-Achsenrichtung zeigen, die Unter- und Oberseite jeweils in die z-Achsenrichtung zeigen und die lateralen Seiten in die x-Achsenrichtung zeigen, und
die Seitenprojektionsfläche der Vorderseite oder Rückseite auf die x/z-Ebene jeweils größer ist als die Seitenprojektionsfläche der Unterseite oder Oberseite auf die x/y-Ebene, und
die Seitenprojektionsfläche der Vorderseite oder Rückseite auf die x/z-Ebene jeweils größer ist als die Seitenprojektionsfläche der lateralen Seiten auf die y/z-Ebene, und
mehrere dieser Flächenmodule derart aneinander zusammenfügbar sind, dass diese im zusammengefügten Zustand eine, in x-Achsenrichtung und in z-Achsenrichtung fortlaufende, aus diesen Flächenmodulen bestehende, zusammenhängende Wand- oder Schalenfläche bilden können, und
wobei mehrere der Flächenmodule, jeweils in der z-Achsenstapelrichtung, in der x-Achsenrichtung versetzt und 180° um die y-Achse rotiert aufeinander in z-Achsenrichtung stapelbar sind,
wobei das Flächenmodul mindestens zwei in der z-Achsenrichtung untere Extensionen und mindestens eine durch diese Extensionen in der x-Achsenrichtung abgegrenzte untere, in der z-Achsenrichtung nach oben reichende, Einbuchtung umfasst, welche in der x-Achsenrichtung zwischen diesen unteren Extensionen vorliegt,
wobei das Flächenmodul zudem auf den Grundflächen des Modulperimeters überlagert Verschränkungsstellen umfasst, welche entlang des gesamten Modulperimeters zumindest an einer Stelle unterbrochen sind,
wobei eine Verschränkungsstelle die Modulbewegung von in der Wand benachbarten Modulen jeweils in eine der beiden y-Achsenrichtung sperrt,
wobei das Flächenmodul mindestens ein Verschränkungsstellenpaar mit positiven und negativen Verschränkungsstellen umfasst, wobei die positive Verschränkungsstelle in die positive y-Achsenrichtung sperrt und die negative Verschränkungsstellen in die negative y-Achsenrichtung sperrt, sodass das Verschränkungsstellenpaar in der Wand insgesamt in beide y-Achsenrichtungen sperrt.
Die US 6679 022 B1 als nächstliegender Stand der Technik zeigt ein ähnliches stapelbares Flächenmodul mit den genannten Merkmalen bis auf das Merkmal, dass mehrere der Flächenmodule jeweils in der z-Achsenstapelrichtung, in der x-Achsenrichtung versetzt und gleichzeitig 180° um die y-Achse rotiert aufeinander in z-Achsenrichtung stapelbar sind.
Der allgemeine Vorteil der Erfindung ist der Aufbau besonders dünner Wände aus Flächenmodulen, welche gegen Umfallen gesichert sind. Im Stand der Technik werden zumeist im Vergleich zur Flächenmodulhöhe recht dicke Blöcke verwendet. Die Verwendung weiterer Schichten lässt die Moduldicke in der y-Achsenrichtung ansteigen, was die Materialkosten erhöht, ohne einen zusätzlichen Stabilisierungseffekt zu bringen. Mit der vorliegenden dünnen Konstruktion kann die y-Achsensperrung in beide Richtungen normal zur Wandfläche mit einer geringeren Wanddicken erzielt werden. Dies kann z. B. beim Aufbau von schrägstehenden oder überhängenden Wänden, wie z. B. Kuppelbauten oder anderen Gebäudekonstruktionen mit spezieller Erdbebensicherung einen entscheidenden Vorteil bieten.
Die Grundflächen des Flächenmoduls liegen generell unabhängig von den Verschränkungsstellen vor. Die zusätzlichen nach oben und unter hervorragenden Fortsätze oder Mulden der Schichten an den Verschränkungsstellen sind den Grundflächen überlagert und bilden daher zusätzliche Verschränkungsauflageflächen in der x/y-Ebene und Zwischenflächen in der x/z-Ebene. Die sonstigen Ausgestaltungen der Grundflächen bleiben unberührt.
Eine Sperre in beide y-Achsenrichtungen normal zur Wand- oder Schalenfläche heißt, dass sich die jeweiligen aneinandergefügten Flächenmodule an diesen Stellen im zusammengesetzten Zustand in der y-Achsenrichtung nicht gegeneinander bewegen lassen, bis auf ein optionales geringes Spiel.
Dadurch können Biegemomente auf die Module übertragen werden. An den Verschränkungsstellen können Kräfte übertragen bzw. abgeleitet werden. Dadurch kann die bereitgestellte Wandfläche Biegekräfte aufnehmen und über die Wandfläche verteilen. Dies ist z. B. bei Erdbeben von Bedeutung aber auch für hohe Wände die Windkräfte oder Vibrationen ausgesetzt sind (Aufwindkraftwerke). Starre Verbindungen mit Mörtel drohen regelmäßig zu brechen oder Risse zu bilden. Andererseits müssen die Wandmodule gegen dauerhafte Versetzungen oder das Herausbrechen einzelner Module aus der Wand gesichert sein. Hierzu sperren die Verschränkungsstellen die Bewegung in der y-Achsenrichtung, während die Grundformen des Flächenmoduls Bewegungen im Mauerwerk in der x-Achsenrichtung unterbinden.
Die Grundflächen des Modulperimeters sind die Grundflächen der Oberseite, Unterseite, sowie linke und rechte lateralen Flächen. Diese befinden sich daher zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Flächenmoduls. Diese Flächen bilden einen um das Flächenmodul umlaufenden Perimeter.
Eine Unterbrechung der Verschränkungsstelle oder Verschränkungsstellen entlang des Modulperimeters bedeutet, dass die Modulation der oberen, unteren oder seitlichen Grundfläche zur Erzeugung der Verschränkungsstelle nicht entlang des gesamten Modulumfangs fortlaufend ist. Durch die Unterbrechung entsteht an mindestens einem Punkt entlang des Modulperimeters eine Fläche, welche durchgängig parallel zur y-Achse ist.
Dies hat mehrere Vorteile. Es ist entscheidend, dass das Flächenmodul in beiden y-Achsenrichtungen gegen Umfallen geschützt ist. Allerdings will man nicht mehr Material verbrauchen als nötig. Der Aufwand die Verschränkungsstellenbereiche bereitzustellen, sollte minimiert werden. Daher sollen die Verschränkungsstellen zumindest nicht komplett um den Perimeter verlaufen. Vorzugsweise weist das Flächenmodul entlang des Perimeters definierte Positionen auf für die Verschränkungsstellen. Dies spart Material und lässt die Option offen, diese Bereiche besonders zu verstärken. Die Verschränkungsstellen können als Krafteinlenkungspunkte definiert werden mit besonderer Stabilität.
Diese Unterbrechung kann auch die Stabilität gegen Verschiebungen in der x-Achsenrichtung erhöhen bzw. die Auslenkung der Module über definierte Krafteinlenkungspunkte verteilen, was bei Erdbebenanwendungen wertvoll sein kann.
Außerdem hat diese Ausführung den Vorteil, dass die Gesamtwandfläche Löcher an bestimmten Stellen aufweisen kann. Ist das Flächenmodul entlang des gesamten Perimeters verschränkt, dann greifen die Flächenmodule umlaufend ineinander ein und Löcher durch die man in der y-Achsenrichtung hindurchschauen könnte oder die für Kabelführungen oder andere Modulstützen bzw. Anlenkungspunkte an den Ecken dienen könnten sind ausgeschlossen.
Schließlich erlaubt die Komplettverschränkung weniger Flexibilität bei der Variation der Flächenformen und Wanddicken. Rundungen in den Modulen sind bei durchgängigen Verschränkungsstellen weitaus schwieriger darzustellen und die Module sind schwerer zusammenzufügen, als wenn die Verschränkungen nur an einigen vordefinierten Stellen zusammengebracht werden müssen. Solche Krümmungen in einer oder sogar in zwei Achsenrichtungen sind für den Kuppelbau mit den Modulelementen unerlässlich.
Die Vorliegende Lösung erlaubt ein leichtes Zusammenzusetzen mit einer begrenzten Materiallänge der Verschränkungsstellen. Mit drei Verschränkungspaaren auf unterschiedlichen Positionen entlang des Perimeters können trotzdem in allen Richtungen Biegemomente aufgenommen werden. Ferner ist es, wenngleich nicht zwingend, möglich, auch Lochpositionen in der Wand zu haben, wenn die Wandfläche nicht komplett Flächenfüllend sein soll. Würde eine Verschränkungsstelle ununterbrochen entlang des gesamten äußeren Modulperimeters führen, dann könnte die Wandfläche keine Löcher in der y-Achsenrichtung (Vorder-Rückseite) aufweisen.
Das Verschränkungsstellenpaar sperrt in beide y-Achsenrichtungen und lässt damit keine Bewegung der Nachbarmodule in der y-Achsenrichtung zu.
Durch Stapelung der Flächenmodule kann eine Wandfläche ausgebildet werden. Diese Wandfläche hat den Vorteil, dass nur ein Typ bzw. eine Art von Flächenmodul benötigt, um eine geschlossene Wandfläche aufzubauen. Im Gegensatz zum Puzzle können alle Teile weitgehend gleichförmig sein.
Außerdem erfährt die Wand durch die stärkere Ineinanderfügung der Modulflächen eine hohe Seitenstabilität, welche zudem durch die höhere Oberfläche pro Volumen der Form im Vergleich zu einem Quader oder Würfel eines handelsüblichen Ziegelsteins zu einem besseren Kraftschluss zwischen den Flächenmodulen führt. Dadurch können dünnere Wände gebaut werden, was für manche Anwendungen besonders wichtig ist. Bevorzugt werden Wanddicken von 2 bis 25 cm erreicht; bis 100 cm sind auch möglich. Es wird außerdem Material gespart und die Wand ist für ihre Höhe leichter, d. h. das Flächengewicht in kg/m² ist geringer.
Gegen das Verrutschen der Module gegeneinander in der x-Achsenrichtung werden formschlüssige und (in bedingtem Maße) kraftschlüssige Verbindungen verwendet. Dies ist entgegen den bisherigen Verfahren, bei dem zum Bau einer Wand bzw. eines Gebäudes entweder über Mörtel oder Klebstoff verbundene Steine (Kohäsion und Adhäsion) oder verschalte Wände und Träger verwendet werden (Stahlbeton). Zentrales Element der vorliegenden Erfindung ist die Demontierbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Module bzw. eine Vorfertigung und Montage vor Ort, da ggfs. ein Transport unwirtschaftlich wäre oder unmöglich ist.
Um die Wand aufzubauen, werden die Flächenmodule in einer Schicht in der x-Achsenrichtung nebeneinander gestellt. Um die nächste Schicht an Flächenmodulen aufbauen zu können, werden die Flächenmodule in den darüber- und darunterliegenden Schichten alternierend um 180° gedreht und seitlich in der x-Achsenrichtung versetzt aufeinandergestapelt. Bevorzugt ist dabei die in der z-Achsenrichtung nächste Flächenmodulschicht um bis zu einer halbe Modullänge versetzt. Bei Flächenmodulen, die keine Symmetrieebene in der y/z-Ebene aufweisen sind andere alternierende Versetzungsabstände in der x-Achsenrichtung möglich, z. B. alternierend ein Drittel/zwei Drittel usw. Typischerweise werden die Module von oben aufgesetzt.
Vorzugsweise kann die gesamte Innenfläche einer Einbuchtung durch die Flächen der Extensionen abgedeckt werden. Die in der entstehenden gestapelten Wandfläche entsprechenden gegenüberliegenden Flächen sind dabei zueinander komplementär, so dass sie passgenau aneinandergesetzt werden können. Vorzugsweise wird mit diesen Extensionen die komplette Einbuchtung ausgefüllt.
Bevorzugt ist das Flächenmodul zudem dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau der Wandfläche aus diesen Flächenmodulen mindestens zwei Extensionen von zwei in der Wandflächenschicht nebeneinanderliegenden Flächenmodulen zusammen in eine Einbuchtung des Flächenmoduls aus der in der z-Achsenrichtung darüber- und/oder darunterliegenden nächsten Wandflächenschicht eingefügt werden können.
Die Extensionen der in einer Schichtebene der Wandfläche nebeneinanderliegenden Flächenmodule sind damit durch die Klammerwirkung der Einbuchtung des Flächenmoduls aus der darüber- oder darunterliegenden nächsten Wandflächenschicht zusammengehalten und die Module in der horizontalen Schicht der Wandfläche sind derart verankert, dass sie einer Zugbeanspruchung in der x-Achsenrichtung widerstehen können. Die Flächenmodule sind gegenüber dem Auseinanderziehen in der x-Achsenrichtung vorzugsweise formschlüssig verbunden. Hierzu wird vorzugsweise lediglich ein Flächenmodultyp verwendet. Damit kann aus einem Flächenmodul eine komplette Wand aufgebaut werden, die gegen seitliche Zug- oder Druckbeanspruchungen sowie Biegebeanspruchungen stabil ist. Es wird daher grundsätzlich kein zusätzliches Verbindungsmaterial, wie z. B. Mörtel oder Klebstoff benötigt.
Laterale Flächen sind im Allgemeinen parallel zu der z-Achsenrichtung, sie können mit dieser aber einen Winkel von bis zu 45° ausbilden. Laterale Flächen verlaufen zumeist parallel zu der y/z-Ebene und rechtwinkelig zur x-Achsenrichtung. Ein Winkel von mehr als 0° mit der y-Achsenrichtung führt dazu, dass die Form des Moduls in dieser Richtung nicht mehr durchgängig ist, welches ein zentrales Motiv der Verschränkungsstellen ist. Horizontale Flächen sind im Allgemeinen parallel zu der x-Achsenrichtung, können mit dieser aber einen Winkel von weniger als 45° ausbilden; sie sind typischerweise, außer an den Verschränkungsstellen, parallel zur x/y-Ebene und rechtwinkelig zur z-Achsenrichtung.
Die Vorderseite, Rückseite, Unterseite, Oberseite und laterale Seiten des Flächenmoduls entsprechen den Flächen, die von der entsprechenden Hauptachsenrichtung aus sichtbar sind. Die Vorderseite bzw. Rückseite entspricht dabei bevorzugt einer einzigen ebenen Fläche aber es ist möglich, dass z. B. die lateralen Seiten oder die Unter- bzw. Oberseite aus mehreren Flächen erzeugt werden oder dass die Flächen einen nicht-ebenen Kurvenverlauf aufweisen. Eine Fläche ist jeweils an den Rändern durch äußere Kanten definiert. Eine Kante entsteht bei einem nicht-stetigen Verlauf der Ableitung entlang der Fläche, z. B. entlang der x-Achsenrichtung.
Die Flächenmodule sind stapelbar, wenn sie derart übereinander aufgebaut werden können, dass mehrere dieser Flächenmodule eine Wandfläche bilden können, welche sich sowohl in der z-Achsenrichtung als auch in der x-Achsenrichtung erstreckt.
Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, dass die aufgebaute Wandfläche bevorzugt in z-Richtung höher ist als die Dicke der Wandfläche in y-Achsenrichtung. Hierzu werden vorzugsweise Flächenmodule eingesetzt, die in der z-Achsenrichtung höher sind als in der y-Achsenrichtung dicker; vorzugsweise sind sie mindestens zwei Mal größer.
Die längste x-Achsenausdehnung des Flächenmoduls ist ebenfalls typischerweise größer als die längste z-Achsenausdehnung in der Höhe; vorzugsweise ist sie mindestens zwei Mal größer.
Die Erfindung umfasst auch ein stapelbares Flächenmodul bei dem die Gesamtmoduldicke in der z-Achsenrichtung variiert.
Dies kann durch die Verwendung unterschiedlich dicke Modulelemente in der Wand oder alternativ durch eine variablen Verlauf nach oben in der z-Achsenrichtung bei einheitlichen Flächenmodulen erzielt werden. Es ist ein besonderes Charakteristikum der Erfindung, dass diese unterschiedlich dicken Flächenmodule dennoch aufeinander passen, weil die Formen komplementär sind. In bevorzugten Varianten wird die Wandfläche mit zunehmender Höhe dünner.
Die Flächenmodule können jeweils bevorzugt ausschließlich von oben aufeinander aufgesetzt werden. Dann sind Hinterschneidungen der Form in der z-Achsenrichtung im Allgemeinen ausgeschlossen, es sei denn, es werden Distanzscheiben verwendet.
Bevorzugt sind mehrere der Flächenmodule derart aneinander zusammenfügbar, dass diese im zusammengefügten Zustand eine in x-Achsenrichtung und in z-Achsenrichtung fortlaufende Wandfläche bilden können.
Eine fortlaufende, zusammenhängende Wandfläche liegt dann vor, wenn die Wandfläche beliebig weit ausgedehnt sein kann und wenn die Wandflächenmodule jeweils (reversibel lösbar) miteinander verbunden sind.
Im aufgebauten Zustand stehen sich jeweils komplementäre Flächen der Flächenmodule gegenüber. Diese komplementären Flächen weisen bevorzugt zumindest eine Linienberührung auf. Die Berührungsstellen der komplementären Flächen können Lücken enthalten.
Vorzugsweise weist die Wandfläche im aufgebauten Zustand Spalte zwischen den Modulen auf, deren Durchmesser in x- oder z-Achsenrichtung kleiner größer sind als 1/5 der maximalen x-Achsenausdehnung eines Flächenmoduls; vorzugsweise sind die Spalte kleiner als 1/10 der maximalen x-Achsenausdehnung eines Flächenmoduls.
Kleinere Lücken in der Form können vorliegen, um Platz für weitere Elemente der Wandfläche bereitzustellen, so dass die Wandfläche z. B. noch Rohre, Bolzen oder Stahlträger aufnehmen kann oder Leitungsbahnen (z. B. Strom oder Wasserleitungen) gezogen werden können.
Obwohl die Flächenmodule eine lückenlose Wandfläche aufbauen können, ist es häufig beabsichtigt, Fenster oder andere die Wand unterbrechende Elemente einzubauen. Komplette Module aus durchsichtigem Material können ähnliche Funktionen übernehmen.
Vorzugsweise schließen die Module in x- und/oder z-Achsenrichtung der Wand komplett miteinander bündig ab, d. h. es gibt nur kleinere Lücken, deren Durchmesser in x- oder z-Achsenrichtung kleiner sind als 1/50 der maximalen x-Achsenausdehnung eines Flächenmoduls, vorzugsweise kleiner als 1/100 der maximalen x-Achsenausdehnung eines Flächenmoduls. In diesem Fall ist die Verbindung zwischen den Modulen passgenau.
Bei den zusammengefügten Flächenmodulen berühren sich die entsprechenden komplementären Flächen jeweils zumindest an drei Punkten. Dadurch sind die Flächen zueinander stabil gelagert.
Lücken sind auch denkbar, wenn statt lateraler Stoßflächen schmalbandige Stoßlinien oder Stoßkanten verwendet werden. Die Kräfte zwischen den Modulflächen sollten gut übertragen werden können, ohne dass zu hohe lokale Druckkräfte aufgebaut werden.
Vorzugsweise besteht die Wandfläche aus einer Flächenmodulform. Es können in besonderen Varianten der Erfindung vorzugsweise noch Zwischenmodule, Distanzstücke, Platten, Keile oder dergleichen andere Module eingesetzt werden.
Um eine fertige abgeschlossene Wand mit geraden Seitenflächen zu erzeugen, ist es notwendig, Abschlussstücke an den Wandflächenrändern, z. B. an der Unterseite oder Oberseite anzubringen.
In besonderen Weiterbildungen der Erfindung können auch zusätzlich kleinere Zwischenstücke zum Aufbau der Wandfläche verwendet werden, die zwischen den Flächenmodulen eingeschoben werden. So kann z. B. ein zusätzliches Plattenmodulelement die Spannung zwischen den Flächenmodulen erhöhen. Wenn ein Modulelement zwischen den Extensionen in einer Einbuchtung eingeschoben wird, dann kann die Klemmwirkung zusätzlich erhöht werden. Die Einschiebung erfolgt dabei vorzugsweise kraftlos.
Das Flächenmodul hat im einfachsten Fall eine Würfel- oder Quaderform mit einer in das Modul hineinragenden Einbuchtung. Bevorzugt sind Formen, die ausschließlich oder größtenteils rechte Winkel aufweisen.
Eine Seitenprojektionsfläche ist die Fläche einer Projektion einer Seite auf eine der durch zwei Hauptachsen gebildeten Ebene. Dies entspricht dem Profil des Flächenmoduls in der Hauptachsenrichtung. Die dadurch abgebildeten Gesamtflächenschatten auf die jeweilige Ebene können ihrer Fläche nach verglichen werden. Typischerweise ist die Projektionsfläche der Vorderseite und der Rückseite größer als die Projektionsfläche der Oberseite und der Unterseite; vorzugsweise um einen Faktor 2 größer. Erstere sind aber auch vorzugsweise größer als die lateralen Seitenflächen; vorzugsweise um einen Faktor 10 größer. Bevorzugt ist die maximale Ausdehnung des Flächenmoduls in der x-Achsenrichtung größer als die maximale Ausdehnung in der z-Achsenrichtung. Das Modul ist daher in der Wand breiter als höher. Ebenfalls ist die Wand vorzugsweise dünner als sie hoch und breit ist. Mit dem Flächenmodul nach der vorliegenden Erfindung können besonders dünne Wände aufgebaut werden und damit Material gespart werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Projektionsfläche von jeder Schnittebene des Flächenmoduls in der x/z-Ebene nicht die gleiche Fläche wie die Vorderseitenprojektion auf. Die Einbuchtungen sind in der y-Achsenrichtung dann nicht durchgängig und es gibt in der y-Achsenrichtung möglicherweise Hinterschneidungen.
Eine Zusammenfassung der Bezeichnungen der Grundflächen des Flächenmoduls steht vor der Figurenbeschreibung.
Im Folgenden werden die Grundformen des Flächenmoduls, insbesondere in der x/z Ebene, dargestellt.
Grundsätzlich weist das Flächenmodul mindestens zwei untere Extensionen auf, die in der z-Achsenrichtung unten weiter ausgedehnt sind als eine in der x-Achsenrichtung zwischen diesen Extensionen liegende untere Einbuchtung.
Eine Extension in einer bestimmten Richtung ist ein überstehender Modulabschnitt oder ein Volumenelement des Flächenmoduls, das in einer bestimmten Richtung weiter ausgedehnt ist als benachbarte Volumenelemente.
Eine Ausdehnung in z-Achsenrichtung unten bzw. oben bedeutet, dass die unteren/oberen Extensionen (Modulabschnitte) mehr nach oben ausgedehnt sind als ein zwischen diesen Extensionen liegender Modulabschnitt, welcher selbst eine Einbuchtung darstellt. Typischerweise werden die Extensionen auch die in der z-Achsenrichtung am weitesten nach unten bzw. oben ausgedehnten Modulabschnitte sein.
Bevorzugt befinden sich die unteren Extensionen an den linken und rechten unteren Seiten des Flächenmoduls (linke und rechte Beine), welche über ein zentrales höheres Zwischenstück des Flächenmoduls verbunden sind.
Bevorzugt sind die mindestens zwei unteren Extensionen in der z-Achsenrichtung bezüglich des Gesamtflächenmoduls nach unten am weitesten ausgedehnt. In der einfachsten Variante entspricht dies in dem Vorderseitenprofil einem umgedrehten eckigen ”U” also einer U-Form. In diesem Fall können jeweils zwei benachbarte Modulschichten in der Wandfläche gegen das Auseinanderziehen in der x-Achsenrichtung geschützt werden. In der einfachsten Ausgestaltung ist die obere Fläche der U-Form plan-eben, sodass zwischen den Schichtpaaren keine Verschränkungen greifen und die Wandfläche ist nicht durchgehend gegen Zugbeanspruchung in der x-Achsenrichtung geschützt. Daher weist die Grundfläche des Flächenmoduls vorzugsweise noch weitere Elemente auf, wie unten beschrieben.
Bevorzugt weisen die unteren Extensionen jeweils eine Unterseitenfläche auf. Diese Unterseitenflächen der Extensionen sollten aber in jedem Fall komplementär sein zu der (oberen) Superior-Innenfläche der entsprechenden Einbuchtung. Diese Flächen liegen in der Wandfläche nebeneinander und sollten daher vorzugsweise passgenau zusammengefügt werden können, ohne dass Lücken entstehen. Analog gilt dies auch für etwaige obere Extensionen und entsprechende (unteren) Inferior-Innenflächen einer oberen Einbuchtung.
Vorzugsweise verläuft die Unterseitenfläche der Extensionen parallel zu der x/y-Ebene oder zur y-Achsenrichtung und/oder zur x-Achsenrichtung. Sie ist daher bevorzugt eine horizontale ebene Fläche. In diesem Fall liegen die Unterseitenflächen der Extensionen horizontal auf den Innenseitenflächen der entsprechenden Einbuchtung auf und bei einer aufgerichteten Wand steht der Gewichtskraftsvektor im Idealfall normal, also im 90° Winkel, auf den Flächen. Entsprechend muss dann die Gegenfläche auf der Innenseite der korrespondierenden Einbuchtung ebenfalls parallel zur x/y-Ebene sein, also vorzugsweise horizontal und eben verlaufen.
Die Extension ist vorzugsweise durch folgende Begrenzungsflächen abgegrenzt: die laterale Innenseiten) einer Einbuchtung, dann im Uhrzeigersinn bzw. Gegenuhrzeigersinn die Unterseite(n) der Extension selbst, dann mindestens ein Abschnitt einer lateralen Außenseite des Flächenmoduls und schließlich eine gedanklich in der x-Achsenrichtung gezogene Weiterführung des obersten Punkts der (vorzugsweise horizontalen) Superior-Innenfläche der Einbuchtung. Die Extension ist über die gedachte Linie mit dem Hauptkörper des Flächenmoduls verbunden.
Die Längen der Extensionen in der z-Achsenrichtung variieren je nach Anwendung. Für Beton- oder Steinbauten sind die Extensionen vorzugsweise zwischen 0,5 cm und 2 m lang in der z-Achsenrichtung, bevorzugt sind zwischen 1 cm und 50 cm, noch bevorzugter zwischen 2 cm und 20 cm. Bei Holz- oder Kunststoffanwendungen sind die Maße vorzugsweise um etwa die Hälfte kleiner. Die Breite der Extensionen in der x-Achsenrichtung ist vorzugsweise in den gleichen Maßbereichen wie die Länge.
Die Gesamtmodullänge in der x-Achsenrichtung ist vorzugsweise zwischen 4 cm und 10 m, noch bevorzugter zwischen 8 cm und 2 m, am bevorzugtesten zwischen 10 cm und 100 cm.
Die Gesamtmodulhöhe in der z-Achsenrichtung ist vorzugsweise zwischen 2 cm und 5 m, noch bevorzugter zwischen 5 cm und 90 cm, noch mehr bevorzugt zwischen 20 und 80 cm, am bevorzugtesten zwischen 62,5 cm und 75 cm. Bei einer Etagenhöhe von 2,5 bis 3 m und 4 Flächenmodulschichten pro Etage wäre ein Flächenmodul 62,5 cm bis 75 cm hoch.
Die Tiefe des Flächenmoduls in der y-Achsenrichtung ist bevorzugt zwischen 1 cm und 1 m, bevorzugt zwischen 2 cm und 50 cm und noch bevorzugter zwischen 3 cm und 20 cm.
Die Längenangaben der Module können bevorzugt um einen Faktor von 0,1 bis 10 verkürzt bis verlängert werden, noch bevorzugter um 1,5 verlängert, bzw. 0,75 verkürzt werden, gegebenenfalls um die doppelte Länge verkürzt bzw. verlängert werden. Kunststoffmodule oder Holzmodule sind im Allgemeinen dünner als Mauersteinmodule.
Das Gegenstück zu den Extensionen sind die Einbuchtungen.
Bevorzugt liegt der höchste Punkt der Einbuchtung in der z-Achsenrichtung höher als die jeweils niedrigsten Punkte der diese Einbuchtung definierenden Extensionen.
Vorzugsweise ist die Ausdehnung der Einbuchtung in der x-Achsenrichtung durch die Extensionen begrenzt und reicht bis zu den in der z-Achsenrichtung niedrigsten Punkten der diese Einbuchtung bildenden Extensionen.
Vorzugsweise ist die Ausdehnung der Einbuchtung ebenfalls in der z-Achsenrichtung durch die Extensionen begrenzt und reicht in der z-Achsenrichtung von dem höchsten Punkt der Einbuchtung bis zu dem niedrigsten Punkt der Extensionen, welche diese Einbuchtung bildet.
Bei Flächenmodulen, die eine Symmetrieebene in der y/z-Ebene aufweisen, wird jeder Punkt der Einbuchtung in der z-Achsenrichtung höher liegen als die jeweiligen tiefsten Punkt der diese Einbuchtung bildenden Extensionen.
Diese Hohlräume des Flächenmoduls manifestieren sich durch eine Unterbrechung der Unterseitenfläche (oder der Oberseitenfläche) des Flächenmoduls. Bevorzugt ist die nach oben bzw. unten gerichtete untere bzw. obere Einbuchtung zu einem nach oben bzw. unten offenen Hohlraum des Flächenmoduls ausgeformt. Eine Einbuchtung ist also ein ausgesparter Modulabschnitt, wobei die Modulflächen an dieser Stelle nach innen verlaufen, um so einen Hohlraum auszubilden.
Bevorzugt weist das Flächenmodul zwei untere Extensionen und eine untere Einbuchtung auf. Vorzugsweise ist das Flächenmodul dadurch gekennzeichnet, dass die untere und/oder obere Einbuchtung an ihren Rändern durch eine Unterbrechung/Kante, also eine nicht-stetige Ableitung des Verlaufs der jeweils unteren und/oder oberen Seitenfläche in der x-Achsenrichtung gekennzeichnet ist. Um die Einbuchtung zu erzeugen, ist also im Allgemeinen die Unter- bzw. Oberseite des Moduls in der x-Achsenrichtung unterbrochen. Es entstehen dadurch zwei Flankenabschnitte, welche die Extensionen ausbilden und eine dazwischen liegende Einbuchtung mit bevorzugt mindestens drei Innenflächen. Die Einbuchtung ist vorzugsweise in der y-Achsenrichtung durchgängig. In einem solchen Fall sind die Extensionen des Flächenmoduls nicht direkt miteinander verbunden.
Die Tiefe der Einbuchtung bestimmt also gleichzeitig die Länge der entsprechenden Extension.
Bevorzugt ist die Tiefe der Einbuchtung zwischen 25% und 75% der Gesamthöhe des Flächenmoduls in der z-Achsenrichtung.
Vorzugsweise ist die Einbuchtungstiefe mehr als 30%, noch bevorzugter zwischen 40% und 60% der Gesamthöhe des Flächenmoduls in der z-Achsenrichtung.
Durch eine größere Einbuchtungstiefe im Verhältnis zu den Modulgesamtmaßen wird eine verstärkte Klemmwirkung gegen Auseinanderziehen und eine bessere Übertragung eines Biegemoments erzeugt. Außerdem erhöht die größere Perimeteroberfläche den Kraftschluss zwischen den Modulen und damit die seitliche Umfallstabilität auch bei geringerer Wandstärke.
Vorzugsweise ist zudem die maximale Flächenmoduldicke in der y-Achsenrichtung geringer, als die maximale Tiefe der Einbuchtung oder einer Einbuchtung.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, besonders stabile aber gleichzeitig dünne Wände bereitzustellen. Bei einer größeren Einbuchtungstiefe steigt nicht nur die seitliche Stabilität in der x-Achsenrichtung, weil die Flächenmodule dadurch formschlüssig verschränkt sind. Außerdem wird mit der zunehmenden Perimeteroberfläche ein besserer Kraftschluss gegen Umfallen in der y-Achsenrichtung erreicht. Dieser Vorteil kann noch deutlich verbessert werden, wenn Verschränkungsstellen an unterschiedlichen Positionen entlang der z-Achsenrichtung vorliegen. Je weiter die Verschränkungsstellen in der z-Achsenrichtung voneinander entfernt liegen, desto besser können Biegemomente aufgenommen werden. Eine größere Tiefe der Einbuchtung ist daher von Vorteil, um insbesondere bei dünnen Wänden das Umfallen in der y-Achsenrichtung zu vermeiden. Somit können dünnerer Wandflächen aufgestellt werden.
Vorzugsweise entspricht die Tiefe der Einbuchtung in der z-Achsenrichtung der halben Gesamthöhe des Flächenmoduls. Die Superior-Innenfläche (SI) (”superior” lateinisch für oberer) bzw. Inferior-Innenfläche liegt dann auf genau halber Höhe in der z-Achsenrichtung.
Es sind größere Tiefen der Einbuchtung möglich; Je tiefer die Einbuchtung ist, desto besser können sich die benachbarten Module ineinander verhaken. Allerdings sollte die Tiefe nicht so weit gehen, dass der obere Modulabschnitt zu dünn wird, dass die Materialstabilität nicht mehr gewährleistet wird und das Modul zu fragil ist.
In einer weiteren Ausführungsform mit oberen und unteren Einbuchtungen (H-Form), bzw. Ausbuchtungen, die später beschrieben werden, geht die Einbuchtungstiefe üblicherweise nicht über die halbe Modulhöhe hinaus. Allerdings ist es möglich, durch zusätzliche Stufungen in den Innenflächen der Flächenmodule (mit einer unteren Einbuchtung und zusätzlich einer oberen Ausbuchtung) noch größerer Einbuchtungstiefen zu erreichen. Bevorzugt ist die Einbuchtungstiefe dann zwischen 51% und 75% der Gesamtmodulhöhe in der z-Achsenrichtung. Damit kann die Zugbeanspruchungsstabilität in der x-Achsenrichtung noch weiter verbessert werden und das Auseinanderrutschen der Flächenmodule verhindert werden. Durch eine zusätzliche Stufe in der Einbuchtung können z. B. die oberen seitlichen Ecken einer Einbuchtung verkleinert werden und damit das Ausdünnen des Materials des Flächenmoduls an dieser Stelle verhindert werden. Gegebenenfalls kann das Flächenmodul an den Schwachstellen eine höhere Wanddicke aufweisen.
Bevorzugt bildet die untere Außenfläche (untere Außenfläche der Extension (UAE)) an der Kante zur Einbuchtung mit der lateralen Innenfläche der Einbuchtung (LI) einen Winkel von 90° bis 130°, noch bevorzugter zwischen 100° und 90°, am bevorzugtesten 90°, aus. Der Winkel sollte im Allgemeinen nicht weniger als 90° sein (aufgrund von Hinterschneidungen in der z-Achsenrichtung), weil sonst die Flächenmodule nicht mehr ohne Hilfsmittel wie Distanzplatten in der z-Achsenrichtung aufeinander stapelbar sind. Die Winkel sind in diesem Fall so zu verstehen, dass diese von der unteren Außenfläche der Extensionen ausgehend durch die Extension (also für die rechte Extension im Gegenuhrzeigersinn) bis zur Innenfläche der Einbuchtung gemessen werden. Bei sehr großen Winkeln wird die Kante flacher, um dann bei 180° komplett zu verschwinden – in diesem Fall liegt keine Einbuchtung mehr vor.
Eine Einbuchtung hat mindestens eine Innenfläche (I).
Innenflächen des Flächenmoduls sind solche Flächen, die eine Einbuchtung ausbilden. Sie befinden sich daher grundsätzlich innerhalb der äußeren Abgrenzungen des Flächenmoduls. Es gibt zu diesen Flächen daher im Allgemeinen immer eine weitere Fläche oder Seite des Flächenmoduls, welches in einem der Hauptachsenrichtungen weiter außen liegt als die Innenflächen. Typischerweise liegt eine Innenfläche vor, wenn zur jeweiligen Innenfläche eine noch weiter außen (d. h. vom Flächenmittelpunkt der Einbuchtung in der x/z Ebene ausgehend gesehen weiter außen) liegende Fläche des Flächenmoduls vorliegt.
Außenflächen (A) des Flächenmoduls sind grundsätzlich solche Flächen des Flächenmoduls, die keine Einbuchtung des Flächenmoduls ausformen.
Falls die Einbuchtungsfläche eine nicht-ebene Kurvenfläche ist, dann hat das Flächenmodul daher insgesamt mindestens acht Flächen (zumeist jedoch mehr). Ausgehend von der Quaderform wird die Unterseitenfläche durch die Einbuchtungsunterbrechung in mindestens drei Flächen geteilt: eine Innenfläche und die beiden Unterseitenflächen der Extensionen.
Bei ebenen Innenflächen werden mindestens zwei Innenflächen vorliegen; dies führt bei genau zwei Innenflächen zu einem nach oben führenden keilartigen Einschnitt, welcher als mehr oder weniger steil verlaufende Kerbe ausgeformt sein kann. In einem solchen Fall ist der Winkel zwischen der unteren Extensionsfläche (untere Außenfläche der Extension (UAE)) und der ersten Innenfläche größer als 90°. Das Flächenmodul hat dann insgesamt mindestens 9 Flächen.
Bevorzugt sind es mindestens drei Innenflächen; so kann bei Flächenmodulen mit ausschließlich rechten Winkeln eine Einbuchtung mit drei Flächen erzielt werden; dadurch entsteht ein rechteckiger Hohlraum in dem entsprechend rechteckige Extensionen eingefügt werden können.
Bevorzugt werden die drei Innenflächen dann jeweils durch zwei lateralen Innenflächen (LI) und eine parallel zur x/y-Ebene verlaufende vorzugsweise horizontale obere Superior-Innenfläche (SI) ausgebildet (im Falle einer oberen Einbuchtung ist dies eine entsprechend horizontale (untere) Inferior-Innenfläche (II)).
Bevorzugt ist, dass bei dem stapelbaren Flächenmodul nach der Erfindung mindestens eine der Einbuchtungen eine Superior-Innenfläche des Flächenmoduls aufweist, welche mit der z-Achsenrichtung einen Winkel von zwischen 60° bis 90° bildet und/oder dass mindestens eine der Einbuchtungen mindestens zwei laterale Innenflächen aufweist, welche mit der x-Achsenrichtung einen Winkel von zwischen 60° bis 90° bilden.
Die Superior-Innenflächen sind daher bevorzugt horizontal (rechtwinkelig zu z) ausgerichtet. Bei einem Winkel von 0° mit der z-Achsenrichtung wäre die Superior-Innenflächen zu der z-Achsenrichtung parallel. In dem obigen Fall beschreibt die Winkelangabe den Winkel zwischen der Superior-Innenflächen und der z-Achsenrichtung in beiden Richtungen also im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn von vorne aus gesehen. Es sind daher keine Winkelangaben von mehr als 90° möglich.
Noch bevorzugter sind Winkelbereiche der Superior-Innenfläche mit der z-Achsenrichtung bzw. der lateralen Innenfläche mit der x-Achsenrichtung von 85° bis 90° und noch bevorzugter von 88° bis 90°, am bevorzugtesten sind 90°.
Die mindestens eine Superior-Innenfläche ist typischerweise parallel zur x/y-Ebene und damit in der aufgebauten Wandfläche horizontal. Allerdings sind Ausrichtungen dieser oberen Innenfläche möglich, die mit der x/y-Ebene einen Winkel von 0° bis zu 89° ausbilden.
Die Superior-Innenflächen können zudem auch unterschiedliche Ausprägungen aufweisen, welche nicht-ebene Kurven oder nicht-stetig Ableitungen der Verläufe (Kanten) umfassen. Bevorzugt weist die Superior-Innenfläche eine oder mehrere zusätzliche Stufen oder Einbuchtungen auf.
Die Superior-Innenfläche (SI) dient im Allgemeinen als Auflage für die unteren Extensionsflächen, also die untere Außenfläche der Extension (UAE). In den meisten Ausführungsformen der Erfindung sind die Superior-Innenflächen daher in der fertigen Wandfläche horizontal ausgerichtet.
Es ist möglich, dass es zwei oder mehr Superior-Innenflächen gibt, die auf gleicher Höhe oder unterschiedlicher Höhe bzw. Tiefe vorliegen.
Vorzugsweise weist das Flächenmodul nach der Erfindung mindestens zwei laterale Außenflächen (LA) auf, welche mit der x-Achsenrichtung einen Winkel von zwischen 60° und 90° bilden.
Auch in diesem Fall beschreibt die Winkelangabe den Winkel zwischen der lateralen Außenflächen und der z-Achsenrichtung in beiden Richtungen also im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn von vorne aus gesehen. Es sind daher keine Winkelangaben von mehr als 90° möglich.
Noch bevorzugter ist ein Winkel von 85° bis 90° oder von 88° bis 90°, am bevorzugtesten ist 90°. Diese lateralen Außenflächen sind also nicht immer exakt vertikal ausgebildet. Sie werden vorliegend als lateralen Außenflächen (LA) bezeichnet. Bei 90° sind diese lateralen am Flächenmodul außen liegenden Außenflächen in einer aus mehreren Flächenmodulen gebildeten Wandfläche vertikal angeordnet.
Bevorzugt weist das Flächenmodul zwischen zwei und zehn laterale Außenflächen auf.
Vorzugsweise sind die lateralen Außenflächen des Flächenmoduls auch gleichzeitig die äußeren seitlichen Abgrenzungen der Extensionen – lateralen Außenflächen der Extensionen (LAE). Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Flächenmodul lediglich eine untere und/oder obere Einbuchtung aufweist. Bevorzugt bilden also die Extensionen mindestens zwei in der x-Achsenrichtung am weitesten außen liegenden laterale Außenflächen oder Außenkanten des Flächenmoduls aus, welche zumeist mit der x-Achse einen Winkel von zwischen 60° bis 90° bilden. Bei unteren Extensionen befinden sich die lateralen Außenflächen der Extensionen (LAE) bevorzugt am unteren Abschnitt der lateralen Außenflächen des Flächenmoduls. In bestimmten Ausführungsformen entsprechen die lateralen Außenflächen der Extensionen (LAE) dann einem Teilabschnitt der lateralen Außenflächen (LA) des Flächenmoduls.
Bevorzugt ist das stapelbare Flächenmodul nach der Erfindung derart ausgestaltet, dass mindestens zwei der lateralen Außenflächen, welche sich an unterschiedlichen Seiten des Flächenmoduls befinden, in der aufgebauten Wandfläche zumindest teilweise komplementär und/oder passgenau aneinandergefügt werden können. In einigen Fällen reicht allerdings auch eine Linienberührung entlang der komplementären Flächen.
Es ist ein besonderes Charakteristikum der Erfindung, dass die Innenflächen einer Einbuchtung der Flächenmodule jeweils komplett von den komplementären Extensionsflächen abgedeckt werden, welche in die Einbuchtung eingefügt werden, um eine Wandfläche aufzubauen. Typischerweise sind dies zwei Extensionen von jeweils zwei unterschiedlichen Flächenmodulen aus benachbarten Schichten in der z-Achsenrichtung.
Dadurch berühren sich die übernächsten Flächenmodulschichten vorzugsweise nicht. Dies führt zu einer besseren Zugstabilität in der x-Achsenrichtung (Längsachsenstabilität). In der aufgerichteten Wandfläche führt die Gewichtskraft zu einer Klemmwirkung, welche die Flächenmodule zusätzlich fixiert. Die Gewichtskraft ist besonders bei Varianten von Bedeutung, bei denen die lateralen Innenflächen nicht exakt vertikal, also parallel zu z-Achsenrichtung ausgerichtet sind.
Als Folge hiervon werden beim Aufbau der Wandfläche die lateralen Außenflächen von zwei in einer Schicht benachbarten Flächenmodule aneinandergefügt. Diese in der x-Achsenrichtung am weitesten außen stehenden lateralen Außenflächen (LA) (welche zumeist auch die Außenflächen der Extensionen (LAE) bilden) müssen daher zumindest teilweise, also zumindest an den Stellen, die sich in der Wandfläche berühren, komplementär ausgeformt sein. Die Berührungsabschnitte werden im Allgemeinen durch die lateralen Außenflächen der Extensionen (LAE) definiert. Nur wenn in besonderen Ausführungsformen der Erfindung, wie oben beschreiben, die Extensionen nicht komplett die entsprechende Einbuchtung ausfüllen, können sich Stellen entlang der Extensionsaußenflächen im zusammengebauten Zustand der Wandfläche nicht berühren. Hier entsteht stattdessen eine Verbindung zwischen den lateralen Außenflächen einer Extension (LAE) und einer oberen Ausbuchtung aus einem Modul der nächsten Schicht. Diese Varianten werden später beschrieben.
Zumeist sind diese Flächen eben und senkrecht zur x-Achsenrichtung, wodurch sich zwei parallele Außenflächen leicht aneinanderfügen lassen. Nicht-ebene Flächen oder zusätzliche Stufen oder Einbuchtungen in den Seitenflächen führen dazu, dass die sich in der Wandfläche gegenüberstehenden Flächen nicht mehr gleich sind. In bevorzugten Varianten verlaufen die Seitenflächen jedoch parallel zur z-Achsenrichtung, um die Stapelbarkeit von oben zu gewährleisten.
Weiterhin sind die lateralen Innenseitenflächen (LI) der Einbuchtung gleichzeitig die lateralen inneren Abgrenzungsflächen der Extensionen – die lateralen Innenseitenflächen der Extensionen (LIE). Diese Flächen müssen zueinander komplementär sein, weil sie jeweils um 180° um die x-Achse oder die y-Achse gedreht aufeinander gefügt werden können. Die Flächenform und der Ausrichtungswinkel einer rechten oder linken lateralen Innenseite müssen also komplementär sein zu der um 180° gedrehten rechten oder linken lateralen Innenseite des anderen Moduls. Im einfachsten Fall besteht die laterale Innenseite einer Einbuchtung aus einer einzigen lateralen Innenseitenfläche.
Hierzu gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Im ersten Fall wird das Flächenmodul zum Aufbau der nächsten Wandschicht um 180° in der y-Achsenrichtung gedreht. In diesem Fall kommt die linke bzw. rechte laterale Innenfläche (LLI) bzw. (RLI) eines Flächenmoduls neben der gleiche umgedrehte Fläche des nächsten Moduls zum liegen. Hier muss dieser Flächenabschnitt komplementär sein zu der eigenen, um 180° um die x-Achse gedrehten Innenfläche.
Im zweiten Fall wird das Flächenmodul zum Aufbau der nächsten Wandschicht um 180° in der x-Achsenrichtung gedreht. In diesem Fall kommt die linke laterale Innenfläche (LLI) eines Flächenmoduls neben der rechten lateralen Innenfläche (RLI) zum liegen. Hier muss die (LLI) komplementär sein zu der eigenen um 180°, um die x-Achse gedrehten, (RLI) und umgekehrt.
Ebenfalls sind die Unterseitenflächen der Extensionen jeweils komplementär zu dem entsprechenden Abschnitt (meist der einen Hälfte) der oberen Innenseitenfläche der Einbuchtung – der oberen Superior-Innenfläche (SI), so dass zwei Extensionen die gesamte obere Innenseitenfläche abdecken.
Hierbei gibt es ebenfalls vorzugsweise zwei Möglichkeiten.
Im ersten Fall wird das Flächenmodul zum Aufbau der nächsten Wandflächenschicht um 180° in der y-Achsenrichtung gedreht. In diesem Fall kommt die untere Außenfläche der linken Extension (UALE) neben dem linken Abschnitt der Superior-Innenfläche (LSI) zum liegen. Diese Flächen müssen also komplementär ausgeformt sein. Die Länge der unteren Außenfläche der linken Extension (UALE) in der x-Achsenrichtung entspricht dann der Länge des linken Abschnitts der Superior-Innenfläche (LSI). Analog gilt dies für die untere Außenfläche der rechten Extension (UARE).
In der zweiten Möglichkeit wird das Flächenmodul zum Aufbau der nächsten Wandschicht um 180° in der x-Achsenrichtung gedreht. In diesem Fall kommt die untere Außenfläche der linken Extension (UALE) neben dem rechten Abschnitt der Superior-Innenfläche (RSI) zum liegen und umgekehrt. Diese Flächen müssen also komplementär ausgeformt sein.
Insgesamt ist in beiden Fällen die Länge der Superior-Innenfläche (SI) gleich (oder in manchen Fällen größer) der summierten Längen der unteren Außenfläche der Extensionen (UAE) in der x-Achsenrichtung.
Bevorzugt ist bei dem Flächenmodul nach der Erfindung in einer Projektion auf die x/z-Ebene die Gesamtfläche von zwei Extensionen gleich der Gesamtfläche, der zwischen diesen Extensionen in der x-Achsenrichtung gebildeten Einbuchtung.
Betrachtet man das Vorderseitenprofil einer Einbuchtung und der komplementären Extensionen, so ist der Hohlraum der Einbuchtung vorzugsweise zumindest so groß, dass er die beiden Extensionen des Flächenmoduls, welche die Einbuchtung ausbilden, aufnehmen kann.
Typischerweise sind die Gesamtflächen gleich. Die Extensionen von zwei benachbarten Flächenmodulen in einer Schicht der Wandfläche passen dann bündig in die Einbuchtung eines in der Wandstapelschicht in der z-Achsenrichtung oberhalb oder unterhalb eingepassten Flächenmoduls. Dadurch wird eine (formschlüssige) Sperrung gegen das Verrutschen in der x-Achsenrichtung erreicht.
Es ist auch möglich, dass eine Ausbuchtung des Flächenmoduls aus der übernächsten Schicht in den Flächenbereich der Einbuchtung eines Moduls in der Wandfläche hineinragt. Dann wird die Fläche der Einbuchtung durch die Extensionen der nächsten Schicht und zusätzlich dem Ausbuchtungsabschnitt der übernächsten Schicht aufgefüllt. Dies führt zu einem stärkeren Verkanten zwischen den Schichten und damit einer besseren Stabilität in der x-Achsenrichtung.
Bevorzugt weist das Flächenmodul mindestens eine obere Außenfläche (OA) auf, welche mit der z-Achse einen Winkel von zwischen 60° bis 90° bildet.
Auch in diesem Fall bezieht sich die Winkelangabe auf den Winkel von der z-Achsenrichtung in beiden Drehrichtungen zu der Fläche von vorne aus betrachtet (In der jeweils anderen Richtung ist der Winkel natürlich entsprechend größer als 90°).
Falls das Flächenmodul obere Extensionen aufweist, befinden sich die oberen Außenflächen bevorzugt an den oberen Seiten der oberen Extensionen. Noch bevorzugter sind Winkelbereiche mit der z-Achsenrichtung von 85° bis 90° und noch bevorzugter von 88° bis 90°, am bevorzugtesten sind 90°.
Bevorzugt weist das Flächenmodul nach der Erfindung mindestens zwei untere Außenflächen auf, welche mit der z-Achse einen Winkel von zwischen 60° bis 90° bilden.
Noch bevorzugter sind Winkelbereiche mit der z-Achsenrichtung von 85° bis 90° und noch bevorzugter von 88° bis 90°, am bevorzugtesten sind 90°. Die unteren Außenflächen befinden sich bevorzugt an den unteren Seiten der unteren Extensionen.
Bevorzugt weist das Flächenmodul zwei oder mehr obere und/oder untere Außenflächen auf; vorzugsweise drei bis zwölf, bevorzugter von vier bis zehn.
Es ist günstig, wenn zumindest zwei untere Außenflächen von jeweils einer unteren Extension von zwei verschiedenen Flächenmodulen passgenau an die obere Innenfläche (Superior-Innenfläche) einer Einbuchtung eines dritten Flächenmoduls angefügt werden können.
Sämtliche Außen- und Innenflächen des Moduls können auch durch nicht-ebene Flächen dargestellt werden. Optional sind diese Flächen durch einen gekrümmten Verlauf gekennzeichnet.
Bevorzugt sind aber rechtwinklige Anordnungen von ebenen Flächen, weil in diesem Fall etwaige Zugbelastungen in der x-Achsenrichtung und die Druckbelastung durch das Wandflächengewicht in der z-Achsenrichtung normal auf den Flächen aufliegen.
Auch sind zusätzliche Einbuchtungen oder Ausbuchtungen denkbar, z. B. zusätzliche Stufen.
Allerdings müssen bestimmte Bedingungen und Symmetrien erfüllt sein, da jede Flächen beim Zusammenstecken der Modulflächen zu einer anderen Gegenfläche komplementär sein muss, um Lücken zu vermeiden. Ausgenommen sind hier die Vorder- und Rückseitenflächen die keine Gegenfläche haben und in der Wandfläche die üblicherweise sichtbaren Außenflächen definieren.
Vorzugsweise sind mehrere der erfinderischen Flächenmodule derart aneinander zusammenfügbar, dass diese im zusammengefügten Zustand eine reversibel lösbare und mindestens in der x-Achsenrichtung und/oder y-Achsenrichtung kraft- oder formschlüssige Wandfläche ausbilden können.
Bevorzugt ist die Wandfläche in der z-Achsenstapelrichtung aus alternierend angeordneten Schichten von Flächenmodulen aufgebaut, wobei bevorzugt in einer Schicht die Flächenmodule im Vergleich zur darunter- und darüber-liegenden Schicht um 180° um die x-Achsenrichtung und/oder die y-Achsenrichtung rotiert aufliegen. Im Allgemeinen müssen die Flächenmodule der nächsten Schicht in der x-Achsenrichtung zusätzlich seitlich verschoben werden. Vorzugsweise ist die Verschiebungslänge die halbe Flächenmodullänge in der x-Achsenrichtung. Falls das Flächenmodul aber keine Spiegelebene in der y/z-Ebene aufweist sind andere Verschiebungslängen in der x-Achsenrichtung möglich.
Außerdem berühren sich dabei die Flächenmodule der übernächsten Schicht in z-Achsenstapelrichtung vorzugsweise nicht. Vorzugsweise bildet mindestens eine Fläche des Flächenmoduls dabei einen Winkel von 60° bis 90° mit der x-Achse aus; bevorzugt sind 75° bis 90°, bevorzugter sind 85° bis 90°, noch bevorzugter 88° bis 90°, am bevorzugtesten 90°. Bei 90° ist die Fläche vertikal angeordnet.
Bei der formschlüssigen Verbindung der Flächenmodule sind sich die Verbindungspartner bereits ohne Gewichts- bzw. Querkraft in einer Bewegungsrichtung gegenseitig im Weg. Bei Belastungen der Wandfläche in der x-Achsenrichtung wirken die Druckkräfte bei rechtwinkeligen Anordnungen normal, das heißt rechtwinklig zu den Flächen der Verbindungspartner. Es entsteht eine Sperre in x-Achsenrichtung. Dadurch wird ohne Zusatzmittel wie Mörtel/Kleber/Schrauben etc. eine Bewegungshinderung in x-Achsenrichtung erreicht. Somit ist die gebildete Wand stabil gegen Zugbeanspruchung in der x-Achsenrichtung.
Je tiefer die Einbuchtung ist, desto besser ist die Sperrfläche pro Volumen gegen Zugbeanspruchungen in der x-Achsenrichtung. Analog gilt dies auch für die Höhe einer oberen Ausbuchtung.
Bevorzugt sind mehrere dieser Flächenmodule derart aneinander zusammenfügbar, dass diese im zusammengefügten Zustand eine Wandfläche bilden können und diese Wandfläche verlustfrei reversibel auf- und abbaubar ist, sodass die Flächenmodule wiederverwendbar sind. Ein entscheidender Vorteil der Erfindung ist die Wiederverwendbarkeit der Module. Es werden keine Hilfsstoffe wie Mörtel oder dergleichen zum Aufbau der Wand benötigt. Die Flächenmodule sind bevorzugt in z-Achsenrichtung reversibel lösbar. Hinzu kommt, dass die Flächenmodule durch ihre größere Oberfläche bei manchen Oberflächenarten einen verbesserten Kraft- oder Formschluss aufweisen können. Bevorzugt sind mehrere dieser Flächenmodule mindestens in x-Achsenrichtung und/oder in y-Achsenrichtung und/oder in z-Achsenrichtung kraftschlüssig aneinander zusammenfügbar, so dass diese im zusammengefügten Zustand eine Wandfläche ausbilden können.
Die Stabilität der Wand wird typischerweise durch ihr Eigengewicht gewährleistet. Eine Styroporwand fällt im Allgemeinen leichter um. Das Gewicht wirkt bei einer aufgestellten oder gestapelten Wandfläche typischerweise in der z-Achsenrichtung nach unten. Dadurch erhöht sich der Reibungswiderstand an den Auflageflächen in der x/y Ebene bei Bewegung in x- oder y-Achsenrichtung. Neben der Sperrwirkung erhöht die größere Oberfläche pro Volumen des Flächenmoduls also auch die reale Haftreibung der Flächenmodule. Diese kann, falls nötig, noch weiter erhöht werden wenn zwischen den Flächenmodulen zusätzliche Keilelemente eingeschoben werden oder zusätzliche Platten eingebaut werden, aber bevorzugt besteht die erzeugte Wandfläche, zumindest in der x/z-Richtung nach der Erfindung ausschließlich aus identischen Flächenmoduleinheiten. Das Oberflächen-Volumen Verhältnis wird z. B. erhöht, wenn die Einbuchtung des Flächenmoduls tiefer ausgeprägt ist oder zusätzliche Einbuchtungen oder weitere Flächen vorliegen.
In einer besonderen Ausführungsform kann auch durch seitliches (oder von oben über eingesteckte Stäbe) Einschieben einer zusätzlichen Platte, Schrauben, eines Keils oder eines Bolzens auf Anschlag eine Sicherung gegen Verrutschen der Module gewährleistet werden. Dann sind die Flächenmodule so ausgebildet, dass diese nicht nach oben abgezogen werden können.
Im Folgenden werden zusätzliche Flächenmodulationen und Stufen der Grundformen in der x/z-Ebene beschrieben.
In einer bevorzugten Variante weist das Flächenmodul noch zusätzliche Stufen, Erweiterungsstücke und/oder Aussparungen auf.
Eine Stufe, Erweiterungsstück oder Aussparung entsteht dann, wenn eine Fläche des Flächenmoduls unterbrochen wird. Die Unterbrechung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dieser Stelle eine zusätzliche Kante und weitere Flächen entstehen; an der Grenze der Flächen ist die Ableitung des Verlaufs der Fläche unstetig und springt auf einen neuen Wert.
Eine Stufe erzeugt im Allgemeinen aus einer Grundfläche zwei neue Flächen – also insgesamt drei Flächen. Die Grundflächen werden vorliegend zumeist mit Abkürzungen in Klammern benannt.
Bevorzugt weisen die Innenflächen und/oder die Außenflächen zusätzliche Stufen, Erweiterungsstücke oder Aussparungen auf. Im Allgemeinen führen die Stufen, Erweiterungsstücke oder Aussparungen zu einer besseren Verteilung der Kräfte bei Zugbeanspruchungen in der Wandfläche, weil die Oberfläche pro Volumen des Flächenmoduls erhöht wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die lateralen Innenflächen mindestens eine Stufe auf. Dadurch wird die laterale Innenfläche in mindestens zwei laterale Flächen aufgeteilt.
Bevorzugt sind zwischen den Stufenflächen Winkel von 90°. In bevorzugten Varianten entstehen durch eine Stufe drei neue Flächen; zwei laterale Innenflächen und eine obere Innenfläche. Bei einer Symmetrie in der y/z-Ebene wird also z. B. aus einer rechtwinkeligen Einbuchtung mit 3 Innenflächen eine Einbuchtung mit 7 Innenflächen. Es entstehen links und rechts anstatt der lateralen Innenflächen eine erste laterale Innenfläche (ELI), eine zweite laterale Innenfläche (ZLI), die in der z-Achsenrichtung höher liegt also die erste, und eine dazwischenliegende mittlere Superior-Innenfläche (MSI). Die mittlere Superior-Innenfläche, bildet wie die Superior-Innenfläche bevorzugt einen Winkel von 60° bis 90° mit der z-Achsenrichtung aus, sie ist bevorzugt horizontal ausgerichtet.
Die lateralen Innenflächen weisen im Allgemeinen keine in der z-Achsenrichtung hinterschnittenen Aussparungen auf, weil dies dazu führen würde, dass das Flächenmodul zur Bildung der Wandfläche nicht mehr von der z-Achsenrichtung aufgesetzt werden kann.
Vorzugsweise können durch weitere Stufen noch weitere Flächen entlang der lateralen Innenseiten generiert werden. Allerdings sind die Symmetriebedingungen bzw. Komplementarität dieser Flächen zu beachten. Die erzeugten zusätzlichen Flächen müssen immer die oben genannten Bedingungen der ursprünglichen Fläche erfüllen. Grundsätzlich muss also die Fläche, die den Extensionen im oberen Abschnitt durch eine entsprechende Stufe zuwächst, in der unteren Hälfte der lateralen Innenfläche der Extension wieder als Aussparung genommen werden.
Bei einer einzigen Stufe entstehen z. B. die drei oben genannten Flächen. Im aufgebauten Zustand in der Wandfläche muss die erste laterale Innenfläche (ELI) dann zu der zweiten lateralen Innenfläche (ZLI) komplementär sein und zwar entweder der rechten und linken lateralen Innenfläche, je nachdem wie rotiert wird. Ebenfalls liegt die dazwischenliegende mittlere Superior-Innenfläche (MSI) auf einer weiteren mittleren Superior-Innenfläche (MSI) entweder der rechten oder linken Seite auf.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die mittlere Superior-Innenfläche (MSI) nicht horizontal sondern abgeschrägt. Bevorzugt bildet sie mit der z-Achsenrichtung einen Winkel von 20° bis 89° aus, noch bevorzugter sind 35° bis 60°, am bevorzugtesten 45°. Bei einer einzigen mittleren Superior-Innenfläche (MSI), ist diese immer komplementär zu der gleichen Fläche um 180° um die x- oder y-Achse gedreht.
Bevorzugt weisen die lateralen Innenflächen mehrere Stufen auf, bevorzugt sind 2 bis 15, noch bevorzugter sind 3 bis 5. Je mehr Stufen eingeführt werden, desto größer wird die Oberfläche pro Volumen des Flächenmoduls und der Kraftschluss wird verbessert. Allerdings sollten die Stufen nicht so klein werden, dass die vielen rechteckigen Stufenflächen letztlich in Näherung zu einer Diagonalen werden. Dann verliert das Modul an Sperrwirkung und der Formschluss wird schwächer, weil die Module bei Zugbeanspruchung in der x-Achsenrichtung aneinander vorbeigleiten und ausbrechen könnten.
Durch zusätzliche Stufen ist es aber auch möglich die Tiefe der Einbuchtung zu erhöhen. Ein Absenken der Superior-Innenfläche (SI) an den lateralen Enden dieser Fläche, was einer Stufe in der lateralen Innenfläche entspricht, führt zu einer Materialverdickung an den Stellen, wo die Extensionen mit dem Modulhauptkörper verbunden sind. Gerade bei den zweiten Ausführungsformen der Erfindung, bei der von oben auch seitliche Aussparungen oberhalb der Extensionen der unteren Einbuchtung entgegenkommen, kann das Flächenmodul dünne Stellen aufweisen. Hier können bei Zugbeanspruchung Spannungsfelder aufgebaut werden, die dazu führen können, dass die Extensionen unter Beanspruchung brechen können. In diesem Fall sind Stufen in den Innenflächen sinnvoll. Bevorzugt befindet sich eine Stufe also in der Ecke zwischen der Superior-Innenfläche (SI) und der lateralen Innenfläche.
Bevorzugt weist das Flächenmodul 1 bis 28 ebene Innenflächen; besonders bevorzugt sind 2 bis 19 ebene Innenflächen, noch bevorzugter 3 bis 10 am bevorzugtesten 4 bis 7.
Die Länge der Stufen in der x-Achsenrichtung wird zumeist durch die Ausdehnung der nicht-lateralen Flächen definiert (d. h. insbesondere der horizontalen Flächen). Bei einer Stufe liegt eine mittlere Superior-Innenfläche (MSI) vor. Bevorzugt ist die Gesamtlänge der Stufe zwischen 5% und 65% der Gesamtmodullänge in der x-Achsenrichtung. Die Höhe der Stufe in der z-Achsenrichtung reicht von 5% bis 40% der Gesamtmodullänge. Bei einer Stufe wird die laterale Innenfläche des Flächenmoduls bevorzugt in der z-Achsenrichtung in zwei Hälften geteilt und es entstehen zwei gleichhohe laterale Innenflächen – die erste laterale Innenfläche (ELI) und eine zweite laterale Innenfläche (ZLI).
In bevorzugten Varianten der Erfindung weist die Superior-Innenfläche eine oder mehrere Erweiterungsstücke, Aussparungen oder Stufen auf. Aussparungen erhöhen die Tiefe der Einbuchtung und verstärken damit die Sperrwirkung in der x-Achsenrichtung. Allerdings müssen die hierzu komplementären Flächen ebenfalls entsprechend komplementäre Aussparungen, Erweiterungsstücke oder Stufen aufweisen.
So führt eine Aussparung in dem linken Abschnitt der Superior-Innenfläche (LSI) je nach Rotationsoption (180° um die x- oder y-Achse) zu einem entsprechenden Erweiterungsstück in der unteren Außenfläche der linken oder rechten Extension (UALE/UARE).
Beim Vorliegen von Erweiterungsstücken in der Superior-Innenfläche (SI) entsteht analog eine Aussparung in der entsprechenden unteren Außenfläche der Extension (UAE). Auch die Erweiterungsstücke erhöhen die Gesamtsperrfläche, welche auf die Kräfte in der x-Achsenrichtung wirken können. Sie verbessern dadurch den Formschluss zwischen den Flächenmodulen in der Wand. Die Grenzen sind hier wie bei den Stufen dort zu sehen, wo das Material des Flächenmoduls zerklüftet wird und Bruchstellen entstehen können. Auch sind kleinere Aussparungen mit den entsprechenden kleineren Erweiterungsstücken schwieriger herzustellen und weniger stabil gegen Abbrechen als größere Erweiterungsstücke mit hoher Materialdicke.
In einer besonderen Ausführungsform weist die Superior-Innenfläche (SI) eine zentrales Erweiterungsstück oder Aussparung an der Stelle auf, wo die beiden Extensionen zusammenkommen. In diesem Spezialfall weisen die komplementären Extensionen an der unteren Außenfläche eine entsprechende Gegen-Aussparung oder Gegen-Erweiterungsstück auf. Bevorzugt führt ein zentrales Erweiterungsstück als Mittelstift in der Einbuchtung zu einer Aussparung an der äußersten untersten Ecke der jeweiligen Extension. In einem Spezialfall liegt der Stift genau in der Mitte des Flächenmoduls.
Im Allgemeinen können sämtliche Flächen zusätzliche Erweiterungsstücke oder Aussparungen aufweisen, welche die Grundfläche überlagern. Die Grundflächen sind in dieser Schrift mit Buchstabenkombinationen gekennzeichnet worden und eine Liste der Grundflächen wird am Ende der Beschreibung aufgeführt. Es entstehen hierbei grundsätzlich weitere Sub-Flächen in den Grundflächen des Flächenmoduls. Bei sehr großen Erweiterungsstücken/Aussparungen entstehen im Prinzip einfach neue Grundflächen; der Übergang zwischen einem Erweiterungsstück/Aussparung und einer Grundfläche ist fließend.
Allerdings müssen benachbarte Flächen in der Wandfläche entsprechend komplementär ausgeformt sein und wenn die Module von der z-Achsenrichtung aufeinandergestapelt werden sollen, dann sind Hinterschneidungen in der z-Achsenrichtung zu vermeiden. Daher werden die lateralen Flächen bevorzugt keine Aussparungen in der x-Achsenrichtung aufweisen, die nicht am untersten oder obersten Rand (in der z-Achsenrichtung) des Flächenmoduls liegen und höchstens ein Erweiterungsstück in der x-Achsenrichtung aufweisen.
Die Erweiterungsstücke können rechte Winkel aufweisen und haben dann entsprechend bevorzugt eine Rechteckszahnform mit drei zusätzlichen Flächen. Alternativ sind die Erweiterungsstücke spitz zulaufend oder haben eine Pyramidenform und weisen bevorzugt zwei Flächen auf. Varianten mit nicht-ebenen oder gekrümmten Flächen sind auch möglich.
Bevorzugt weist mindestens eine Fläche eine Hebe und eine Senke, z. B. eine sinuswellenförmiges Erweiterungsstück und/oder sinuswellenförmige Aussparung auf. Beides nebeneinander ergibt eine komplette Sinuswelle. Die Hebe und Senke kann auch die Form einer 0/1 Funktion annehmen oder einer anderen Hebe/Senke Funktion. Im Mittel gleichen sich die Hebeflächen und die korrespondierenden Senkeflächen aus.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die Superior-Innenfläche (SI) mindestens eine sinuswellenförmiges Erweiterungsstück und/oder sinuswellenförmige Aussparung auf.
Die Sinuswelle kann einen Teil der Superior-Innenfläche (SI) oder diese komplett der Länge nach ausformen.
Wichtig ist, dass die hierzu komplementären Flächen an den unteren Außenflächen der Extensionen (UAE) eine dieser Sinuswelle entsprechende komplementäre Sinuswelle ausführen.
In einer besonderen Variante der Erfindung weist die Superior-Innenfläche (SI) zwei komplette Sinuswellen auf, wobei jeweils eine Gegensinuswelle an den beiden zu diesem Abschnitt der Superior-Innenfläche (SI) komplementären unteren Außenflächen der Extensionen (UAE) entsprechend komplementär vorliegt.
Die Höhe und die Länge der Sinuswelle kann variiert werden. Bevorzugt sind zwei bis acht Sinuswellen pro Grundfläche, noch bevorzugter drei bis fünf komplette Sinuswellen. Das sinuswellenförmige Erweiterungsstück und die sinuswellenförmige Aussparung können aber auch auf der Grundfläche voneinander getrennt vorliegen.
In einer bevorzugten Variante weist der linke Abschnitt der Superior-Innenfläche (LSI) und der rechte Abschnitt der Superior-Innenfläche (RSI) eine komplette Sinuswelle auf, welche aber vorzugsweise nicht entlang der gesamten Abschnittslänge vorliegt. Dazwischen weist die Superior-Innenfläche (SI) noch bevorzugt die ursprüngliche Grundfläche auf, welche vorzugsweise eine horizontale Fläche ist. Damit wird eine bessere Auflagerung erreicht.
Die entsprechenden Komplementärflächen an den unteren Außenflächen der Extensionen (UAE) weisen ebenfalls Sinuswellen auf.
Die sinusförmigen Erweiterungsstücke oder Aussparungen weisen ganz besondere Vorteile auf. Bei der Stapelung rutscht das Flächenmodul aufgrund der runden Fläche und der Gewichtskraft quasi in die richtige Position auf dem darunterliegenden Modul, auch wenn sie nicht ganz exakt aufeinandergelegt werden. Hinzu kommt jeweils eine doppelte Sperrung in der x-Achsenrichtung.
Zusätzliche überlagerte Erweiterungsstücke oder Aussparungen haben den Vorteil, die Sperrung der Module gegen Zugkräfte zu erhöhen. Allerdings können Module mit ebenen unteren Außenflächen (UA) leichter einzeln gestapelt werden. Je nach Anwendung ist die eine oder andere Form günstiger.
In bevorzugten Varianten der Erfindung ist jede horizontale Fläche mit mindestens einer Stufe, Aussparung, Erweiterungsstück oder vorzugsweise einer kompletten (vorzugsweise durchgängigen) Sinuswelle ausgeprägt. Dadurch wird die Sperrwirkung in der z-Achsenrichtung maximiert, weil letztlich jede Fläche bis auf die Vorderseiten- und Rückseitenflächen zur Sperrung beiträgt.
Es ist bevorzugt dass das Flächenmodul nach der Erfindung auf mindestens 3 Flächen eine Sperrfläche in der x-Achsenrichtung aufweist.
Bevorzugt weist das Flächenmodul auf vier bis acht Flächen, vorzugsweise 4 Flächen, eine Sperrfläche in der x-Achsenrichtung auf.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Zugbeanspruchung in der x-Achsenrichtung nicht lediglich an einer Fläche anliegt. Durch zusätzliche Stufen, Aussparungen oder Erweiterungsstücke werden mehrere laterale Flächen auf unterschiedlichen Positionen in der x-Achsenrichtung eingeführt, wodurch die Spannungen in dem Flächenmodul verteilt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Flächenmodul mehr als eine untere Aussparung an der unteren Außenfläche (UA) auf, welche einen nach oben führenden Hohlraum erzeugt. Bevorzugt sind hierbei 3 bis 10 Aussparungen. Allerdings ist bevorzugt nur eine dieser Aussparungen eine Einbuchtung im Sinne der Erfindung, bei der zwei Extensionen von benachbarten Flächenmodulen in einer Schicht der aufgebauten Wandfläche in diese Einbuchtung eingeführt werden können. Die weiteren Aussparungen können die gleiche Form aufweisen, wie die Einbuchtung aber in diesem Fall ist die komplementäre Fläche zu dieser Aussparung ein zusätzliches Erweiterungsstück eines einzigen Flächenmoduls. Bevorzugt weist das Flächenmodul eine ungerade Anzahl an Flächen auf.
In alternativer Ausführung können mehrere Flächenmodule an den lateralen Außenflächen fest miteinander verbunden werden. Diese bilden dann eine Flächenmodulkombination, welche sich in der Wandflächenschicht über mehrere Flächenmodule erstreckt.
Vorzugsweise weist das Flächenmodul nach der Erfindung mindestens eine Drehachsensymmetrie und/oder Spiegelebenensymmetrie auf. Symmetrische Flächenmodule sind in der Herstellung einfacher.
Das Flächenmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau einer Wandfläche durch Drehung um 180° um die y-Achse oder x-Achse die Extensionen von zwei in x-Achsenrichtung seitlich nebeneinanderliegenden Flächenmodulen in die jeweiligen Einbuchtung des in der Schicht darüber oder darunter liegenden Flächenmoduls zu liegen kommen. Es entsteht eine geschlossene Fläche und im Umkehrschluss können die Module ohne Materialverlust aus einer bereits bestehenden Platte herausgeschnitten werden.
Falls das Flächenmodul eine Spiegelebenensymmetrie in der y/z-Ebene aufweist, dann haben die Hälften des Flächenmoduls zusätzlich bevorzugt eine Drehachsensymmetrie bei 180° Drehung in der y-Achsenrichtung. Die Hälfte der Fläche der Einbuchtung entspricht dann vorzugsweise der Fläche einer der diese Einbuchtung formenden Extensionen.
Bevorzugt weist das gesamte Flächenmodul eine Drehachsensymmetrie bei 180° Drehung in der z-Achsenrichtung auf, z. B. die U-förmigen Module. Überkreuzkompatible Module weisen aber keine Drehachsensymmetrie bei 180° Drehung in der z-Achsenrichtung auf. Letztere haben auch keine Spiegelebenensymmetrie in der y/z-Ebene. Hier liegen die zu den auf der rechten Hälfte kompatiblen Flächen auf der linken Modulseite (von vorne aus betrachtet) und umgekehrt.
Bevorzugt weist das Flächenmodul keine Drehachsensymmetrie bei 180° Drehung in der y-Achsenrichtung und/oder x-Achsenrichtung.
Formen mit oberen und unteren Einbuchtungen (H-Form) können aber in allen Hauptachsen Drehachsensymmetrien bei 180° Drehung aufweisen.
Bevorzugt weist das Flächenmodul eine Spiegelebenensymmetrie in der y/z-Ebene auf. Dann ergibt der Schnitt durch die Hälfte der Ausdehnung des Flächenmoduls in der x-Achsenrichtung genau die Hälfte des Modulflächenvolumens.
Die ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung weisen auch bevorzugt eine Spiegelebenensymmetrie in der x/z-Ebene. Dies ist wichtig für in y-Achsenrichtung durchgängige Module bei denen das Vorderseitenprofil dem Rückseitenprofil entspricht.
Bevorzugt weist das stapelbare Flächenmodul nach der Erfindung keine Spiegelebenensymmetrie in der x/y-Ebene auf.
Die bisherigen Ausführungsformen erreichen eine Sperrung der Flächenmodule in der x-Achsenrichtung. Allerdings erfolgt diese Sperre jeweils nur zwischen einer Moduldoppelschicht. Es ist daher ein weiteres Problem/Aufgabe der Erfindung ein Flächenmodul bereitzustellen mit dem eine Wandfläche aufgebaut werden kann, bei der sämtliche Schichten gegen das Verrutschen in der x-Achsenrichtung gesperrt sind. Die Wandfläche sollte in sich stabil sein und kann ggf. kleinere Löcher aufweisen. Vorzugsweise sind die Flächenmodule in der Wandfläche passgenau miteinander verbunden. Zumindest sind mehrere Berührungslinien oder Berührungspunkte zwischen den Modulflächen nötig.
Um eine durchgängige Sperrung der Wandfläche in der x-Achsenrichtung zu erreichen wird daher eine weitere Ausführungsform beschrieben.
Hierzu gibt es grundsätzlich zwei Varianten. In der ersten Variante wird das untere Einbuchtungsprinzip der ersten Ausführungsform ebenfalls oben angewandt. Dies führt zu einem H-förmigen Flächenmodul (H-Form).
In der zweiten Variante weist das Flächenmodul oben statt einer Einbuchtung eine Ausbuchtung auf. Dies führt zu einem oberen Höcker der ganz analog der unteren Einbuchtung aufgebaut sein kann, nur eben umgekehrt: Dort, wo die Einbuchtung keine Fläche hat (Hohlraum) ist nun die Fläche der Ausbuchtung und dort wo unten links und rechts die Extensionen vorliegen ist nun eine Aussparung. Dieses Flächenmodul hat im Gegensatz zur eckigen (umgedrehten) U-Form oben links und rechts eine Aussparung wird daher als eine (umgedrehte) V-Form bezeichnet. Diese ist bevorzugt als Turm stapelbar.
Die V-Form ist in der Wandfläche – sofern diese rundherum von Elementen umgeben ist – immer von 6 Elementen umgeben: oben 2, unten 2 und seitlich jeweils 1. Die H-Form ist immer von 4 Elementen umgeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Flächenmodul mindestens zwei in der z-Achsenrichtung obere Extensionen und mindestens eine durch diese Extensionen in der x-Achsenrichtung abgegrenzte obere in der z-Achsenrichtung nach unten reichende Einbuchtung, welche in der x-Achsenrichtung zwischen diesen oberen Extensionen vorliegt.
Bevorzugt umfasst das Flächenmodul mindestens zwei obere Extensionen und mindestens eine obere Einbuchtung. Diese Form ist bevorzugt H-förmig.
Bei der H-Form umfasst das Flächenmodul daher mindestens zwei untere Extensionen und mindestens zwei obere Extensionen, wobei die mindestens zwei oberen Extensionen in der z-Achsenrichtung oben weiter ausgedehnt sind, als eine in der x-Achsenrichtung zwischen diesen Extensionen liegende obere Einbuchtung.
Das Flächenmodul der H-Form hat bevorzugt eine Spiegelebenensymmertrie in der x/y-Ebene, vorzugsweise auf der halben Gesamthöhe in der x-Achsenrichtung. Die H-Form hat ebenfalls bevorzugt eine Spiegelebenensymmertrie in der y/z-Ebene und der x/z-Ebene.
Die H-Form hat durch die doppelte Klammerwirkung sowohl unten als auch in der oberen Modulhälfte eine sehr gute Sperrwirkung in der x-Achsenrichtung. Sie ist kompakt und hochgradig symmetrisch und daher leicht herstellbar. Außerdem werden die Mittelbereiche verstärkt, an denen jeweils die Extensionen mit dem Gesamtkörper des Flächenmoduls verbunden sind, so dass diese Verbindungsstellen verstärkt werden und die Extensionen größere Spannungen aushalten können.
Die H-Form weist neben den Flächen der unteren Einbuchtung, wie bereits für die U-Form beschrieben, vorzugsweise weitere Flächen auf. Im Grunde entsprechen diese oberen Flächen aufgrund der oberen Einbuchtung vorzugsweise den gleichen Flächen wie für die untere Einbuchtung.
Daher weist die H-Form vorzugsweise laterale Innenflächen (LIO) der oberen Einbuchtung auf, vorzugsweise eine linke laterale Innenfläche (LLIO) und eine rechte laterale Innenfläche (RLIO). Diese sind vorzugsweise vertikal angeordnet.
Zwischen diesen lateralen Innenflächen befindet sich eine (untere) Inferior-Innenfläche (II) einer oberen Einbuchtung, welche vorzugsweise horizontal ist bzw. ähnliche Winkelbereiche mit der x/y-Ebene ausbilden kann wie die analoge Superior-Innenfläche (SI).
Ebenfalls sind die oberen Extensionen vorzugsweise durch laterale Außenflächen der oberen Extensionen (LAEO) gekennzeichnet und durch obere Außenflächen der Extension (OAE); diese sind bevorzugt die obere Außenfläche der linken Extension (OALE) und die obere Außenfläche der rechten Extension (OARE).
Diese oberen Außenflächen sind vorzugsweise kompatibel zu den entsprechenden Innenflächen der oberen Einbuchtung also dem linken Abschnitt der Inferior-Innenfläche (LII) und dem rechten Abschnitt der Inferior-Innenfläche (RII)
Es ist aber eine Eigenschaft der H-Form, dass diese auch ohne 180° Drehung gestapelt werden kann. Dann kommen die unteren Außenflächen der Extension (UAE) auf den Inferior-Innenflächen (II) der oberen Einbuchtung zum liegen.
Ähnlich wie die untere Einbuchtung kann auch die H-Form Stufen aufweisen und so eine erste laterale Innenfläche der oberen Einbuchtung (ELIO), eine zweite laterale Innenfläche der oberen Einbuchtung (ZLIO) und eine mittlere Inferior-Innenfläche der oberen Einbuchtung (MII) oder noch weitere zusätzliche Flächen aufweisen.
Außerdem können alle Flächen mit zusätzlichen Aussparungen oder Erweiterungsstücken überlagert werden. In einer besonders bevorzugten Variante weist die H-Form an den unteren Außenflächen der Extension (UAE) und den oberen Außenflächen der Extension (UAE) jeweils eine volle Sinuswelle oder eine andere Sprungfunktion oder Hebungs-/Senkungsausformung auf. Entsprechend sind die Superior-Innenfläche (SI) und die Inferior-Innenfläche (II) ebenfalls mit zwei kompletten Sinuswellen ausgeformt. Dadurch erhöht sich die Sperrwirkung in der x-Achsenrichtung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das stapelbare Flächenmodul mindestens zwei in der z-Achsenrichtung obere Aussparungen und mindestens eine durch diese Aussparungen in der x-Achsenrichtung abgegrenzte obere in der z-Achsenrichtung nach oben reichende Ausbuchtung, welche in der x-Achsenrichtung zwischen diesen oberen Aussparungen vorliegt.
Die obere Ausbuchtung bei der V-Form ist analog der unteren Einbuchtung und hat das gleiche Randprofil nur sind die Flächenbereiche umgekehrt, d. h. dort wo im unteren Bereich das Modul Volumen hat, ist im oberen Bereich eine leere Stelle/Aussparung und umgekehrt.
Die oberen und unteren Bereiche liegen bevorzugt über oder unter der halben Modulhöhe. Allerdings gilt die oben beschriebene Bedingung nur solange kein Mittelstreifen vorliegt, wie nachfolgend beschrieben. Dann beginnen die oberen und unteren Bereiche jeweils ab dem Mittelstreifen.
Bevorzugt hat das Flächenmodul eine obere Ausbuchtung. Dadurch hat die V-Form oben links und rechts Aussparungen und dazwischen eine Ausbuchtung.
Die V-Form des Flächenmoduls erreicht sowohl unten durch die Einbuchtung als auch in der oberen Modulhälfte mit der Ausbuchtung eine Sperrwirkung in der x-Achsenrichtung. Bei dieser Variante kann die Tiefe der Einbuchtung erhöht werden, weil auf der oberen Seite in zentraler Position statt einer Einbuchtung eine Ausbuchtung vorliegt. Dadurch wird eine sehr hohe Sperrfläche pro Modulvolumen erreicht.
In einer speziellen Variante lässt sich die V-Form zu einem lückenlosen Turm mit geraden Außenflächen stapeln, bei der ausschließlich die V-Form-Module direkt ohne Seitenversatz aufeinandergetürmt werden. Die V-Form erreicht eine sehr hohe Oberfläche pro Volumen und weist viele Sperrflächen auf, ohne dass viel Volumen aufgebraucht wird.
Im Prinzip wäre es auch möglich eine doppelte V-Form auszuführen, d. h. eine Form die in beiden Richtungen eine Ausbuchtung hat. Allerdings weist diese Form für die erreichte Gesamtsperrfläche ein hohes Volumen auf. Außerdem ist dieses Modul nicht gegen Zugspannung in der x-Achsenrichtung geschützt. Besser ist die V-Form, bei der auf der unteren Seite eine Einbuchtung und auf der oberen Seite eine Ausbuchtung vorliegt. Dieses Flächenmodul erreicht eine hohe x-Achsenstabilität bei geringem Materialverbrauch.
Statt Extensionen hat die V-Form links und rechts Aussparungen. Die V-Form hat daher vorzugsweise in der oberen Hälfte des Flächenmoduls nur Außenflächen und zwar dort, wo in der H-Form analog bei einer Einbuchtung die Flächen wären nur umgekehrt – statt Innenflächen nun Außenflächen.
Dadurch hat dieses Flächenmodul eine Bogen- oder V-Form. Diese Form leitet in den einzelnen Modulelementen die Gewichtslast von oben optimal ab. Sie bedient sich des Bogen- oder Kuppelprinzips und stellt daher einen optimalen Kompromiss zwischen der Bogenform und einem Quader dar. Die Gewichtskraft, welche an den oberen Außenflächen des Moduls ansetzt, wird entlang der Extensionen nach unten abgeleitet. Die Form weist eine verbesserte Federung und Elastizität auf.
In einer bevorzugten Variante weist die Ausbuchtung der V-Form daher laterale Außenflächen (LAA) der Ausbuchtung auf: eine linke laterale Außenfläche (LLAA) und eine rechte laterale Außenfläche (RLAA). Links und rechts beziehen sich auf das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet.
Analog zur Einbuchtungsverbindung ist die linke laterale Außenfläche (LLAA) komplementär zu entweder der nächsten linken laterale Außenfläche (LLAA) oder der rechten lateralen Außenfläche (RLAA) des Flächenmoduls in der nächsten Schicht, je nachdem, ob das Modul um 180° um die x- oder die y-Achse gedreht wird.
Beim Aufbau der Wandfläche werden die Module der nächsten Schicht jeweils um 180° um die x-Achse oder die y-Achse gedreht aufeinander gefügt. Bei den Ausbuchtungsverbindungen geschieht dies analog zu den Einbuchtungen.
Wie bei den Einbuchtungen die Innenflächen, so kommen die Ausbuchtungsaußenflächen aufeinander zu liegen; diese Flächen müssen zueinander komplementär sein. Insbesondere weist die V-Form eine obere Superior-Außenfläche (SA) einer oberen Ausbuchtung auf, welche in bevorzugten Varianten in einen linken Abschnitt der Superior-Außenfläche (LSA) und einen rechten Abschnitt der Superior-Außenfläche (RSA) gegliedert werden kann.
Außerdem umfasst das V-förmige Flächenmodul vorzugsweise an den linken und rechten Rändern in x-Achsenrichtung obere Außenflächen der Ausbuchtungsaussparung (OAA).
Diese dienen als Auflageflächen für die obere Superior-Außenfläche (SA) des Flächenmoduls in der nächsten Schicht. Das Modul hat bevorzugt eine obere Außenfläche der linken Ausbuchtungsaussparung (OALA) und eine obere Außenfläche der rechten Ausbuchtungsaussparung (OARA). Diese Flächen sind bevorzugt horizontal. Beim Aufbau eines Turms können die unteren Außenflächen der Extensionen hier aufliegen.
Beim Aufbau der Wandfläche kommt der linke Abschnitt der Superior-Außenfläche (LSA) entweder neben der oberen Außenfläche der linken Ausbuchtungsaussparung (OALA) oder der oberen Außenfläche der rechten Ausbuchtungsaussparung (OARA) zum liegen, je nach Drehung um die x- oder y-Achse. Diese Flächen müssen dann komplementär ausgeformt sein. Die Länge der oberen Außenfläche der linken Ausbuchtungsaussparung (OALA) in der x-Achsenrichtung entspricht dann der Länge des linken Abschnitts der Superior-Außenfläche (LSA). Analog gilt dies für die rechte Seite. Insgesamt ist die Länge in der x-Achsenrichtung der oberen Superior-Außenfläche (SA) gleich der summierten Längen der linken und rechten Außenflächen der Ausbuchtungsaussparungen.
Die Gesamtfläche ist also alternierend zwischen den Schichten über Extensionen und Einbuchtungen bzw. zwischen den nächsten Schichten über zwei Ausbuchtungen verbunden. Die Flächenmodule in einer Schicht berühren sich über die lateralen Außenflächen der unteren Extensionen (LAE). Zwei nebeneinander befindliche Module sind durch ein darunter oder ein darüber liegendes Modul gegen das Auseinanderziehen gesichert.
Das Flächenmodul mit der V-Form weist keine Symmetrieebene in der x/y-Ebene auf.
In bevorzugten Varianten liegt die Superior-Innenfläche (SI) der unteren Einbuchtung auf der gleichen Höhe in der z-Achsenrichtung, wie die oberen Außenflächen der Ausbuchtungsaussparung (OAA). Diese Höhe entspricht zumeist der halben Gesamthöhe des Flächenmoduls.
Die V-Form kann in den Grundvarianten auch dadurch beschrieben werden, dass die Fläche in 3 miteinander fest verbundene, aneinander angrenzende Rechtecke aufteilbar ist: linke und rechte Rechtecke und ein Mittelstück. Die linken und rechten Rechtecke befinden sich links und rechts jenseits der Linie, bei welcher die lateralen Innenflächen der unteren Einbuchtung die x-Achse schneiden. Die zwei linken und rechten Rechtecke weisen dann vorzugsweise zusammen genau dieselbe Fläche auf, wie das dritte Rechteck des Mittelstücks. Das große Mittelrechteck befindet sich in einem Modul in x-Richtung in der Mitte der beiden kleinen Rechtecke.
Wie bereits bei den Einbuchtungen beschrieben kann das Flächenmodul auch an den lateralen Außenflächen der oberen Ausbuchtung weitere Stufen aufweisen. Es werden somit weitere Flächen erzeugt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die lateralen Außenflächen mindestens eine Stufe auf. Dadurch wird die laterale Außenfläche in mindestens zwei laterale Flächen aufgeteilt. Bevorzugt sind die Winkel zwischen den Stufenflächen 90°. In bevorzugten Varianten entstehen durch eine Stufe drei neue Flächen; zwei laterale Außenflächen und eine obere Außenfläche.
Es entsteht dann links und rechts statt der einzigen lateralen Außenflächen eine erste laterale Außenfläche der Ausbuchtung (ELAA), eine zweite laterale Außenfläche der Ausbuchtung (ZLAA), die in der z-Achsenrichtung höher liegt also die erste, und eine dazwischenliegende mittlere Superior-Außenfläche (MSA).
Die mittlere Superior-Außenfläche (MSA), bildet wie die Superior-Außenfläche bevorzugt einen Winkel von 60° bis 90° mit der z-Achsenrichtung aus, sie ist bevorzugt horizontal ausgerichtet.
Vorzugsweise können durch weitere Stufen noch weitere Flächen entlang der lateralen Außenseiten generiert werden. Allerdings sind die Symmetriebedingungen dieser Flächen zu beachten. Die erzeugten zusätzlichen Flächen müssen immer die oben genannten Bedingungen der ursprünglichen Fläche erfüllen. Grundsätzlich muss also die Fläche, die den Extensionen im oberen Abschnitt durch eine entsprechende Stufe zuwächst in der unteren Hälfte der lateralen Innenfläche der Extension wieder als Aussparung genommen werden.
Bei einer einzigen Stufe entstehen z. B. die drei oben genannten Flächen. Im aufgebauten Zustand in der Wandfläche muss die erste laterale Außenfläche der Ausbuchtung (ELAA) dann komplementär sein zu der zweiten lateralen Außenfläche der Ausbuchtung (ZLAA) und zwar entweder der rechten und linken, je nachdem wie rotiert wird. Ebenfalls liegt die dazwischenliegende mittlere Superior-Außenfläche (MSA) auf einer weiteren MSA entweder der rechten oder linken Seite auf.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die mittlere Superior-Außenfläche (MSA) nicht horizontal sondern abgeschrägt. Bevorzugt bildet sie mit der z-Achsenrichtung einen Winkel von 20° bis 89° aus, noch bevorzugter sind 35° bis 60°, am bevorzugtesten 45°. Bei einer einzigen mittleren Superior-Außenfläche (MSA), ist diese immer komplementär zu der gleichen Fläche um 180° um die x- oder y-Achse gedreht.
Bevorzugt weisen die lateralen Außenflächen mehrere Stufen auf, bevorzugt sind 2 bis 15, noch bevorzugter sind 3 bis 5.
Bevorzugt ist die Gesamtlänge der Stufe in der x-Achsenrichtung zwischen 10% und 75% der Gesamtmodullänge in der x-Achsenrichtung. Die Höhe der Stufe in der z-Achsenrichtung reicht von 15% bis 80% der Gesamtmodullänge.
In bevorzugten Varianten der Erfindung weist die Superior-Außenfläche eine oder mehrere Erweiterungsstücke, Aussparungen oder Stufen auf. Allerdings müssen die hierzu komplementären Flächen ebenfalls entsprechend komplementäre Aussparungen, Erweiterungsstücke oder Stufen aufweisen.
In einer besonderen Ausführungsform weist die Superior-Außenfläche (SA) eine zentrales Erweiterungsstück oder Aussparung an der Stelle auf, wo die beiden unteren Extensionen der nächsten Schicht zusammenkommen. In diesem Spezialfall weisen die komplementären oberen Außenflächen der Ausbuchtungsaussparung (OAA) eine entsprechende Aussparung oder Erweiterungsstück auf.
Auch die Ausbuchtungsflächen können bevorzugt mit einer Sinuswelle überlagert werden. Insbesondere weist bevorzugterweise die Superior-Außenfläche (LSA) mindestens eine, bevorzugt zwei komplette Sinuswellen auf. Entsprechend weisen dann die obere Außenfläche der linken Ausbuchtungsaussparung (OALA) und die obere Außenfläche der rechten Ausbuchtungsaussparung (OARA) jeweils eine komplette Sinuswelle auf.
In dem Mittelabschnitt zwischen den oberen und unteren Bereichen mit den jeweiligen Einbuchtungen bzw. Ausbuchtungen kann bevorzugt ein Materialmittelstreifen vorliegen. Der Mittelstreifen wird von keiner Einbuchtung oder Aussparung durchschnitten.
Dieser Mittelstreifen hat in der z-Achsenhöhe bevorzugt 5% bis 70% der Gesamtmodulhöhe, noch bevorzugter sind 10% bis 35%.
Bevorzugt hat der Mittelstreifen die größte Ausdehnung in der x-Achsenrichtung.
Grundsätzlich weist das Flächenmodul bevorzugt keine Hohlräume auf. Das spart Material und erlaubt eine einfachere Verarbeitung. Insbesondere weist das Flächenmodul keinen Hohlraum in der x/y-Ebene auf.

Das Flächenmodul ist weiterhin durch Verschränkungsstellen ausgezeichnet, welche die Bewegung in der Wand in y-Achsenrichtung verhindern. Diese Merkmale sollen im Folgenden näher erläutert werden. Zum besseren Verständnis werden zuerst einige Begriffsdefinitionen zusammengefasst.

Verschränkungsstelle = Fortsatz + Mulde auf Vorderseite oder Rückseite des Flächenmoduls

Verschränkungsstellenpaar = 2 Verschränkungsstellen unterschiedlicher Sperrrichtung positiv/negativ (Fortsatz + Mulde jeweils auf Vorder- und Rückseite eines Moduls)

proximales Verschränkungsstellenpaar = 2 Verschränkungsstellen in direkter Abfolge in der x-Achsenrichtung

Doppeltes Verschränkungsstellenpaar = 4 Verschränkungsstellen um Biegemomente in einer Achsenrichtung aufzunehmen

dreifaches Verschränkungsstellenpaar = 6 Verschränkungsstellen um Biegemomente in zwei Achsen aufzunehmen

Grundsätzlich betrifft die Erfindung ein stapelbares Flächenmodul, wobei das Flächenmodul an den Verschränkungsstellen mindestens zwei ineinandergreifende Verbindungselemente umfasst. Solche Elemente sind vorzugsweise Fortsätze und komplementäre Mulden.
Vorzugsweise weist das stapelbare Flächenmodul Verschränkungsstellen auf, wobei jede Verschränkungsstelle Flächenmodulationen umfasst mit mindestens einem Verschränkungsfortsatz aus der Grundflächenebene und eine zu diesem Fortsatz komplementäre Verschränkungsmulde, sodass komplementäre Flächenmodulationen auf benachbarten Flächenmodulen im zusammengesetzten Zustand der Wandfläche einen Verschränkungsstellenverbund bilden können, wobei an der Verschränkungsstelle der Verlauf der Flächenmodulation in der y-Achsenrichtung nicht durchgängig parallel zur y-Achsenrichtung ist, sodass ein Verschränkungsstellenverbund eine formschlüssige Sperre in mindestens eine y-Achsenrichtung normal zur Wand- oder Schalenfläche bildet.
Die Flächenmodulation an der Verschränkungsstelle ist nicht durchgängig parallel zur y-Achsenrichtung; sie kann in der y-Achsenrichtung aber kontinuierlich verlaufen.
Dieser Verlauf erzeugt entlang des Modulperimeters bei der Verschränkungsstelle eine Fläche, welche zumindest an einer Stelle nicht parallel zur y-Achsenrichtung ist. Dadurch ist an dieser Stelle eine y-Achsensperre mit dem nächsten Flächenmodul möglich.
Bei einem unstetigen Verlauf in der y-Achsenrichtung an der Verschränkungsstelle entsteht eine (bevorzugte senkrechte) Sperrfläche, welche in der y-Achsenrichtung sperrt. Die senkrechte Fläche ist bevorzugt; diese liegt im rechten Winkel zur y-Achsenrichtung.
Alternativ kann der Verlauf an der Verschränkungsstelle in der y-Achsenrichtung komplett stetig sein, was z. B. zu einer abgeschrägten Kante führt. Diese Form ist aber nicht bevorzugt, weil an ihr beim Druck von vorne auf die Flächenmodule in der Wand Kräfte entstehen können, die nicht normal zur y-Achsenrichtung sind. Damit drohen die benachbarten Module aneinander auseinanderzugleiten. Besser ist daher ein unstetiger Verlauf und vorzugsweise zumindest teilweise eine senkrechte Sperrfläche.
Betrachtet man also die Verschränkungsstelle entlang der y-Achse, so erstreckt sich das Flächenmodul an dieser Stelle nicht komplett entlang der der gesamten y-Achsenausdehnung. Wenn der Verschränkungsfortsatz am Modul vorne ist, dann ist in der y-Achsenrichtung hinter dem Fortsatz eine Leerstelle. Umgekehrt ist bei einer Mulde vorne in der y-Achsenrichtung hinter der Mulde Material des Moduls. Anders ausgedrückt ist an dieser x/z Position das Flächenmodul vorzugsweise in y-Achsenrichtung dünner als die maximale y-Achsenausdehnung.
Bevorzugt ist der Verschränkungsfortsatz ein Finger oder ähnlicher Auswuchs.
Je nach Drehbedingung beim Zusammenbauen der nächsten Schicht von Flächenmodulen können die Elemente der Verschränkungsstelle also sowohl Verschränkungsfortsatz als auch komplementäre Verschränkungsmulde auf einer Seite, also der Modulvorderseite oder der Rückseite ausgebildet sein oder jeweils gegenüber. Bevorzugt liegen diese aber in der y-Achsenrichtung hintereinander, was zu einer größeren effektive Sperrfläche an diesem Punkt entlang des Modulperimeters führt. Der Fortsatz des unteren Moduls greift dann z. B. vorne in die Mulde des nächsten Moduls, während in der y-Achsenrichtung dahinter der Fortsatz des oberen Moduls in die Mulde des unteren Moduls greift. Durch Hintereinanderschaltung von Fortsatz und Mulde entstehen an diesem Punkt eine größere Sperrfläche und damit eine effektive Sperrung in y-Achsenrichtung.
Bevorzugt ist der Verschränkungsfortsatz auf der Vorderseite (in der y-Achsenrichtung vorne) und die entsprechenden Mulden auf der Hinterseite des Flächenmoduls angeordnet.
In einer besonderen Ausgestaltung liegen Fortsatz und Mulde auf einem Modul nicht hintereinander sondern versetzt in der x-Achsenrichtung oder der z-Achsenrichtung nebeneinander. Vorzugsweise befinden sich beide nebeneinander.
In einer alternativen Weiterbildung liegen Fortsatz und Mulde weiter auseinander, um damit Biegemomente in der jeweiligen Achse aufzunehmen.
Wenn ein Verschränkungsstellenfortsatz an der Vorderseite liegt, dann ist die komplementäre Verschränkungsstellenmulde des gleichen Flächenmoduls entweder auch an der Vorderseite oder an der Rückseite je nachdem, ob beim aneinanderfügen der Flächenmodule zur Ausbildung einer Wand- oder Schalenfläche die Modul um 180° um die x-Achse oder die y-Achse rotiert aufeinander in z-Achsenrichtung stapelbar sind.
Bevorzugt weist das Flächenmodul an der Verschränkungsstelle mindestens zwei Schichten auf mit unterschiedlichen Auswuchsniveaus auf, also eine sprungartiger nicht-stetiger Verlauf in der y-Achsenrichtung. Besonderes bevorzugt ist ein digitaler Verlauf des Flächenprofils an der Verschränkungsstelle in der y-Achsenrichtung.
Die zusätzliche Stufe führt dazu, dass die Grundfläche nunmehr in der y-Achsenrichtung in zwei z-Achsenniveaustufen aufgespalten wird. An der Grenzfläche der Schichten wird eine neue Zwischenfläche (oder Sperrfläche) gebildet, die bevorzugt parallel zur x/z-Ebene liegt, und damit vorzugsweise parallel zur Vorderseite oder Rückseite des Flächenmoduls ist. Die Größe der Zwischenfläche hängt von dem Niveauunterschied der Schichtvolumen an der Verschränkungsstelle ab. Wenn auf einem Fortsatz gleich eine Mulde folgt, dann sind ist die Fläche der Zwischenfläche optimiert.
Meist sind die neu entstehenden Flächen, wie die ihnen zugrunde liegenden Grundflächen, horizontal oder bei lateralen Ausgangsflächen vertikal plan ausgerichtet. Bei paralleler Zwischenfläche zur x/z-Ebene ist die Sperrwirkung in der y-Achsenrichtung optimal und die Verschränkungsstellen können nicht aneinander vorbei gleiten.
Vorzugsweise entstehen somit weitere Flächen, welche zur Auflage oder zum Zusammenfügen der Module dienen. Die neuen Flächen können auf unterschiedlichen Niveaus in der z-Achsenrichtung vorliegen, bilden also Terrassenstrukturen mit Niveauabstufungen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Verschränkungsstellen zwei Schichten auf, z. B. in der Form eines 1-0 Profils. Somit entsteht am Sprung eine parallel zur z-Achsenrichtung verlaufende y-Sperrfläche zwischen zwei in der x/y Ebene verlaufende horizontale Flächen. Dies ergibt in der y-Achsenrichtung eine Stufenfunktion. Auf den Flächen in der x/y Ebene können entsprechende Flächen des nächsten Flächenmoduls aufliegen. Die Stufenfunktion mit zwei (1-0) Niveaustufen ist bevorzugt, wobei drei (1-0-1) Niveaustufen möglich sind. Allerdings bietet die Variante mit lediglich zwei Schichten den Vorteil, besonders dünner Wände bereitstellen zu können, ohne auf die Verschränkungssperre verzichten zu müssen. Im Stand der Technik sind Verschränkungssperren mit 3 Schichten bekannt. Allerdings benötigt jede Schicht eine minimale Wandstärke um je nach Materialfestigkeit Bruchsicherheit zu garantieren. Mit der vorliegenden Lösung mit lediglich 2 Schichten wird also Material gewonnen, sodass dünnere Wände gebaut werden können, die trotzdem nicht umfallen.
Vorzugsweise verläuft der Fortsatz, welche eine neue Stufe bilden kann, bis zur Hälfte der y-Achsenausrichtung. Damit entsteht auf der halben y-Achsentiefe eine neue Grenzfläche – die Zwischenfläche oder Sperrfläche. Diese ist vorzugsweise flach und vertikal ausgerichtet (also vorzugsweise parallel zur z-Achsenrichtung), sodass sich die Verschränkungsstellenelemente von oben ineinanderschieben lassen. Hinterschneidungen in z-Achsenrichtung liegen daher vorzugsweise an den Verschränkungsstellen nicht vor.
Vorzugsweise umfasst die Verschränkungsstelle mindestens eine Sperrfläche auf einer y-Achsenposition, welche zwischen 40% und 60% der maximalen y-Achsentiefe des Flächenmoduls liegt. Damit ist die Krafteinleitung an der Sperrfläche nahe dem Mittelpunkt der Wand und somit günstiger als an den Randbereichen. Nahe dem Mittelpunkt in der y-Achsenrichtung ist die Sperrung gegen das Herauskippen oder Ausbrechen einzelner Module aus der Wand optimiert.
Noch bevorzugter ist die exakte Halbdickenposition der Sperrfläche. Dies hat den Vorteil, dass die Sperrfläche an der strukturell stärksten Position liegt und die Materialdicke auf beiden y-Achsenseiten in etwa gleich ist. Es können damit optimal dünne Wände bereitgestellt werden, die im Idealfall deutlich dünner sind als bisherige Varianten mit einer 3-Schicht Verschränkungsstelle, bei dem die Wandstärke um 50% größer sein muss, als bei einer Verschränkungsstelle mit nur zwei Schichten.
In einer besonderen Weiterbildung liegen zwei Verschränkungsstellenpaare in der y-Achsenrichtung hintereinander und bilden das unten beschriebene Feder-Nut System. Dieses System benötigt 3 Schichten und stellt damit in der Grundvariante eine 1-0-1 Stufenfunktion in der y-Achsenrichtung dar. Vorzugsweise umfasst die Erfindung daher ein stapelbares Flächenmodul, wobei sich an mindestens einer lateralen Fläche des Flächenmoduls ein Nutsystem und an einer weiteren lateralen Fläche ein zu diesem Nutsystem komplementäres Zapfensystem befindet.
Bevorzugt sind hierbei zwei oder mehrere Sprünge im y-Achsenverlauf an einer Verschränkungsstelle. Der stetige Verlauf mit Sprung zwischen den Verschränkungsstellen kann bei zwei abgeschrägten Kanten zu einer V-Form oder Kerbe führen. Zu der Kerbe ist die entsprechende Kante komplementär. Diese Flächenmodulation sperrt in beide y-Achsenrichtungen und dient daher als Verschränkungsstellenpaar, wobei in diesem Fall beide Verschränkungsstellen des Paars in der y-Achsenrichtung hintereinander vorliegen.
In einer bevorzugten Variante weist die Verschränkungsstelle jedoch einen digitalen Verlauf auf, weil hierbei vertikale Flächen erzeugt werden, die seitliche Kräfte perpendikular aufnehmen können. Die Stufenfunktion (1-0-1) weist ebenfalls zwei Verschränkungsstellen auf (1-0 und 0-1).
Noch weitere Stufen sind möglich und erhöhen die Seitenstabilität der Wandfläche, sind aber nur bedingt bevorzugt, weil dies dem Ziel entgegenläuft, die Wandfläche in der y-Achsenrichtung dünn zu halten.
Eine besondere Variante der Verschränkungsstelle ist das Nut-Zapfen-System. Denkbar sind aber auch Schwalbenschwanzverbindung oder sonstige komplementäre Ausführungen die einen Formschluss in der y-Achsenrichtung erreichen. Die Verbindungselemente sind mit den Flächen auf denen sie aufgesetzt/ausgeformt sind fest verbunden.
Im Falle der Schwalbenschwanzverbindung verläuft diese dann bevorzugt durchgehend von oben nach unten in der z-Achsenrichtung entlang der gesamten Fläche. Hierzu hat die eine Fläche eine Auswölbung und die andere Fläche eine komplementäre Ausnehmung.
Durch diese Verschränkungselemente sind die Module formschlüssig in y-Achsenrichtung verbindbar und in der Wandfläche wird eine Sperrwirkung in der y-Achsenrichtung erreicht, die auch in der Lage ist Biegemomente aufzunehmen. Dadurch sind die Flächenmodule auch gegen Zugbewegungen und Kräfte in dieser Richtung geschützt, sowie auch gegen Rotationen oder Verkippungen. In all diesen Fällen ist das Flächenmodul in der y-Achsenrichtung nicht mehr durchgängig.
In einer besonderen Variante der Erfindung wird die y-Achsensperrung dadurch erreicht, dass zwei in der y-Achsenrichtung durchgängige identische Flächenmodule erzeugt/ausgeschnitten werden und diese dann zueinander versetzt oder um 180° gedreht/gekippt und an den Vorderseiten bzw. Rückseiten irreversibel verbunden (z. B. geklebt) werden. So entsteht z. B. aus einer kompletten Sinuswellenfläche eine doppelte Sinuswelle, wie nachfolgend beschrieben. Die Versetzungslänge entspricht dann der halben Wellenlänge, sodass ein Wellental vor einem Wellenberg zu liegen kommt und umgekehrt. Diese Form erlaubt eine kostengünstige Gussformherstellung.
Vorzugsweise läuft das Nut-Zapfen-System nicht entlang der kompletten Fläche. Eine Sperre an nur einer Stelle hätte allerdings den Nachteil, dass um diesen Punkt herum die Wandfläche Rotationskräfte aufnehmen könnte und das Herauslösen eines Flächenmoduls bei hohen Druck- oder Zugkräften möglich wäre. Es sollten daher vorzugsweise an mehreren Punkten einzelne Abschnitte einer Fläche mit den Verbindungssystemen bzw. Sperren ausgestattet sein.
Außerdem ist bevorzugt, dass das Nutsystem oder das Zapfensystem keine Hinterschneidung in der z-Achsenrichtung aufweist. Dann können die Module von oben aufeinander gestapelt werden. Das nächste Modul kann beim Einfügen des nächsten Moduls entlang der Nut oder des Zapfens geführt werden.
Bevorzugt ist der Fortsatz ein rechteckiger Finger und die Mulde eine komplementäre rechteckige Aussparung. Das klassische Nut-Zapfen-System mit einer rechtwinkeligen Aussparung und entsprechenden Stift weist drei zusätzliche Flächen (eine Stufe) auf. Diese Variante erzeugt daher (wie ein oben beschriebenes Erweiterungsstück in der x/z-Eben) neue Flächen. In der Profilansicht von oben in der z-Achsenrichtung entstehen 5 neue Kanten der 5 Flächen eines Zapfens und ebenfalls so viele Flächen in der Nutfläche. Dadurch muss die Wandstärke in der y-Achsenrichtung gedrittelt werden und eine ausreichende Dicke des Zapfens in der y-Achsenrichtung muss bei dünnen Wänden beachtet werden.
In einer zweiten Alternative ist das Nutsystem eine Einkerbung und das Zapfensystem ein komplementärer spitzer zulaufender Kantenfortsatz. Hier kann die Sperrung in der y-Achsenrichtung mit lediglich 2 Flächen erreicht, welche in der x-Achsenrichtung zu einer Spitze zulaufen. In der Ansicht von oben sieht man ein Dreiecksprofil. Diese Flächen bilden mit der x-Achsenrichtung keinen rechten Winkel. Bevorzugte Winkel sind von 30° bis 60°, noch bevorzugter 45°. Der Zapfenkamm kann leicht in die Kerbennut eingeführt werden und verläuft wie bei dem vorherigen System bevorzugt entlang aller lateralen Flächen des Flächenmoduls. Der Vorteil dieses Systems liegt darin, dass nur noch ein Richtungswechsel entlang der y-Achse der lateralen Flächen stattfindet und dadurch die Wandstärke in dieser Richtung pro Flächenrichtung nur noch halbiert werden muss.
Allerdings kann auch eine abgeschrägte Fläche als allgemeinste Form des Nut-Zapfen-Systems verwendet werden. Diese Ausprägung ist für sich eine Verschränkungselement und in Kombination mit einer Gegenfläche mit einer gleichartigen Abschrägung bildet die Verschränkungsstellenverbund der Flächen eine Sperre in einer y-Achsenrichtung.
Die Schrägflächen laufen parallel zur x-Achsenrichtung bilden mit der z-Achsenrichtung aber keinen 90° Winkel aus, sondern bevorzugt ein Winkel von 15° bis 75°, noch bevorzugter ist 45°. Eine einzige abgeschrägte Fläche ist einfacher auszubilden als die Nut-Zapfen-Systeme, sperrt aber nur in einer y-Achsenrichtung. Daher ist es bevorzugt an verschiedenen Flächen des Moduls Abschrägungen anzubringen die jeweils in die eine oder andere Richtung sperren.
In dieser dritten Variante findet kein Richtungswechsel entlang der y-Achse statt und die Wandstärke in dieser Richtung kann vergrößert werden. Damit werden sehr dünne Wände erzielt, die dennoch eine hohe Stabilität in der y-Achsenrichtung aufweisen.
In dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung mit abgeschrägten Flächen sind die Abschrägungen nicht in der x-Achsenrichtung durchgängig. Alternierende Abschrägungen können ebenfalls Verschränkungsstellenpaare bilden. Bevorzugt befinden sich zwei Abschrägungsstellen in der x-Achsenrichtung hintereinander mit verschiedenen Abschrägungswinkeln mit der y-Achsenrichtung. In bevorzugten Varianten bilden die Doppelabschrägungen jeweils einen Winkel von +45° und –45° mit der y-Achsenrichtung aus. Von oben gesehen liegen sie dann überkreuz. Um allerdings die Flächenmodule von oben aufeinander fügen zu können, dürfen sie in der z-Achsenrichtung keine Hinterschneidungen aufweisen. Daher sollte die untere Abschrägung tiefer (in der x-Achsenrichtung) ausgeschnitten sein als die obere Abschrägungsfläche. Dadurch stehen sich die Abschrägungsflächen beim aufbauen nicht im Weg.
Bevorzugt liegen diese Abschrägungspaare an den lateralen Flächen des Moduls pro Fläche jeweils paarweise vor. Die entsprechenden Gegenflächen weisen ebenfalls doppelte Abschrägungspaare, welche zu den komplementären Flächen passen.
Das Modul wird an jedem dieser Abschrägungspaare in beide y-Achsenrichtungen fixiert.
Es kann daher die Wandstärke in der y-Achsenrichtung besonders dünn ausgeprägt sein, um trotzdem hohe Wandflächen aufzubauen, die vor dem Umfallen in der y-Achsenrichtung gesichert sind sofern das Fundament der Wandfläche gesichert ist.
Bisher wurde der Verlauf der Verschränkungsstellenelemente in der y-Achsenrichtung beschrieben. Im Folgenden wird der x-Achsenrichtungsverlauf behandelt.
Vorzugsweise weisen die Verschränkungsstellen in der y-Achsenrichtung eine Ausdehnung von 5 bis 20% der maximalen Gesamtmodulausdehnung in der x-Achsenrichtung auf.
Die Verschränkungsstellen sollten in der x-Achsenrichtung begrenzt sein, um definierte Kraftaufnahmestellen bereitzustellen und Material zu sparen.
Die Form des Verlaufs der Verschränkungsstelle in der x/z-Ebene kann variieren. In einer ersten Variante wird der Fortsatz bzw. das Loch an der Verschränkungsstelle durch eine quadratische 0/1-Funktion in der x/z Ebene dargestellt.
Im Verlauf entlang der x-Achsenrichtung können die Verschränkungsstellen somit einen digitalen Stufenverlauf aufweisen. Vorzugsweise folgt in der x-Achsenrichtung direkt im Anschluss an einem digitalen Fortsatz eine Mulde. Dadurch erhöht sich die seitliche Stabilisierung in der x-Achsenrichtung. Das Umfallen in dieser Richtung ist natürlich weniger problematisch aber Verschiebungen der Modulflächen gegeneinander, z. B. bei Erdbeben sind ebenfalls unerwünscht.
Vorzugsweise befindet sich an dem stapelbaren Flächenmodul nach der Erfindung an mindestens einer lateralen Fläche des Flächenmoduls ein Fortsatz und an einer weiteren lateralen Fläche eine zu diesem Fortsatz komplementäre Mulde.
Weiterhin ist bevorzugt, dass alle lateralen und/oder horizontalen Flächen Verschränkungsstellen umfassen.
Wenn auch die horizontalen Flächen Verschränkungsstellen aufweisen, dann bekommt die Wandfläche eine besondere Stabilität, weil die an einzelnen Modulen vorhandenen Rotationskräfte durch die Verschränkungsstellen versperrt werden können, um zu verhindern, dass einzelne Flächenmodule aus der Wand heraus gehebelt werden können. Die horizontalen Flächen sind üblicherweise die Superior/Inferior-Innenflächen, die unteren/oberen Außenflächen der Extensionen und die obere Außenflächen der Ausbuchtungsaussparung (OAA).
Durch diese Maßnahmen kann die Wandfläche Knickbeanspruchungen aufnehmen und die Wanddicke lässt sich verringern.
Entscheidend ist, dass die jeweils in der Wandfläche gegenüberliegenden Flächen zueinander komplementäre Verschränkungsstellenelemente aufweisen. Die jeweils komplementären Flächen sind bereits beschrieben worden. Im Falle der lateralen Flächen sind dies bevorzugt die lateralen Außenflächen und die lateralen Innenflächen der Einbuchtungen. Je nach Symmetrie und Drehachse beim Aufbau der Wand kann der Fortsatz z. B. an der/den rechten lateralen Außenflächen vorliegen und die Mulde an der/den linken lateralen Außenflächen (analog oder umgekehrt für die Innenflächen). So sind z. B. an der einfachsten rechteckigen H-Form dann alle 6 lateralen Flächen mit Verschränkungsstellen ausgestattet.
In bevorzugten Weiterbildungen können die Modulationsflächen auf der Grundfläche einseitige oder zweiseitige Kurvenflächen ausbilden.
Bei einer Krümmung entlang der x-Achsenrichtung kann der Verlauf in der x/z Ebene kann dann durch eine Kurve beschrieben werden. Dadurch bilden der Fortsatz und das entsprechende Mulde eine Kurve.
In einer besonderen Ausführung ist die Kurve eine Sinusfunktion, welche einen einseitigen Kurvenverlauf in der x-Achsenrichtung aufweist. Diese Krümmung in der x-Achsenrichtung hat mehrere Vorteile. Zum einen ist das Zusammenbauen leichter. Beim Ineinanderschieben der Module gleitet das obere Flächenmodul automatisch in die untere Mulde, weil durch die Schwerkraft das Modul in den untersten Punkt der Sinuswelle geführt wird.
Allerdings ist die Sperrwirkung bei der Sinuswelle geringer, sodass hier je nach Bedarf entschieden werden muss, welche Verschränkungselemente gewählt werden.
Sollen bei Erdbebensicherungswänden, die Flächenmodule seitliches Spiel aufnehmen können, so wäre die Sinuswelle günstig, weil hier zeitweilig Schwerkräfte und sogar seitliche Bewegungen in der x-Achsenrichtung aufgenommen werden können. Beim Zurückschwenken heilt sich die Wand von selbst, weil die Module dann wieder in die Ausgangsposition zurückfallen. Durch Reibungskräfte wird Energie aufgenommen. Gummipuffer oder andere Federelemente können ebenfalls in Zwischenräume eingesetzt werden. Mehrere in der x-Achsenrichtung aufeinanderfolgende Sinusauslenkungen sind bevorzugt, weil dies den Tal-Berg Hub erhöht.
Typischerweise ist der Verlauf der Verschränkungsstelle in der y-Achsenrichtung auch bei der Sinuswellenvariante durch eine Stufenfunktion gekennzeichnet, mit zwei Niveauunterschieden. An beiden Seiten der Zwischenfläche befinden sind vorzugsweise Flächen parallel zur x/y-Ebene.
Generell ist es bevorzugt zwei Verschränkungsstellen auch in der x-Achsenrichtung nacheinander oder in der x-Achsenrichtung nahe zueinander anzuordnen. Bei einer direkten Abfolge in der x-Achsenrichtung wird von einem proximalen Verschränkungsstellenpaar gesprochen. Alternativ kann nur ein geringer Abstand von maximal der halben Verschränkungsstellenausdehnung zwischen den Verschränkungsstellen liegen.
Bei der 0/1-Stufenfunktion in der x-Achsenrichtung mit proximalen Verschränkungsstellenpaar erfolgt der Übergang zwischen der positive Verschränkungsstelle auf die negative Verschränkungsstelle scharf, während vorzugsweise bei der vollen Sinusfunktion der Übergang fließend ist, d. h. die Funktion des Verlaufs der Flächenkante in der x/y-Ebene im Verlauf des Verschränkungsstellenübergangs durchgehend stetig ist.
Eine besondere zusätzliche Variante eines Verbindungselements ist die doppelte Sinuswelle. Komplette Sinuswellen sind bereits als Erweiterungsstücke beschrieben worden. Es ist jedoch möglich die doppelte Sinuswelle ähnlich der doppelten Abschrägungspaare als y-Achsensperre einzusetzen. Die Doppelte Sinuswelle kann nur an den horizontalen Flächen vorliegen, weil die Wellenberge sich sonst im Weg stehen würden.
Hierzu werden die kompletten Sinuswellenerweiterungsstücke vorzugsweise in zwei Abschnitte in der y-Achsenrichtung aufgeteilt: z. B. Abschnittshälften vorne und hinten, und zwar für beide komplementären Gegenflächen. Bei horizontalen Flächen gibt es also eine obere Fläche und eine untere Fläche, die jeweils mit sinusförmigen Erweiterungsstücken ausgeformt sind und diese sinusförmigen Erweiterungsstücke sind jeweils in zwei Abschnitte aufgeteilt.
Die Vorderseite der unteren Fläche hat dann z. B. links einen oberen Wellenberg und bei dem darauffolgenden rechten Wellental liegt eine Aussparung vor oder umgekehrt (bei horizontalen Flächen liegt die darauffolgende Welle in der x-Achsenrichtung links oder rechts).
Die hintere Hälfte der unteren Fläche hat dann entsprechen umgekehrte Wellenberge und Wellentäler. Dadurch sieht man von der Vorderseite bei der unteren Fläche links einen vorderen Berg und rechts einen hinteren Berg, daneben sind jeweils Wellentäler.
Bei der oberen Gegenfläche sind die Wellen genau umgekehrt angeordnet, so dass die Verbindungsstücke beim zusammenfügen genau zusammenpassen. Es entsteht keine Lücke; dort wo die obere Fläche ein Wellenberg hat, ist bei der unteren Fläche eine Wellental und umgekehrt.
Es kommen daher jeweils zwei linke Wellenberge in der y-Achse hintereinander zu liegen und die Flächen sind in einer Richtung gesperrt. Die rechten Wellenberge sperren in der anderen y-Achsenrichtung. Ähnlich der doppelten Abschrägung wird so eine Sperre in beide y-Achsenrichtungen erreicht.
Die doppelte Sinuswelle liegt bevorzugt auf den horizontalen Flächen auf, für die bereits Sinuserweiterungsstücke beschrieben worden sind.
Um die Sperrung in beide y-Achsenrichtungen zu ermöglichen, weist das Flächenmodul ein Verschränkungsstellenpaar mit zwei Verschränkungsstellen auf.
Bevorzugt ist bei dem Verschränkungsstellenpaar mindestens ein Verschränkungsfortsatz auf der Vorderseite (in der y-Achsenrichtung vorne) und mindestens ein weiterer Verschränkungsfortsatz auf der Hinterseite des Moduls ausgebildet. Die entsprechenden Mulden sind umgekehrt angeordnet. Wenn beide Verschränkungsfortsätze auf der gleichen Seite sind, dann sperren beide in die gleiche Richtung. Somit kann eine komplette y-Achsensperre mit gegenüber angeordneten Verschränkungsstellen vorne und hinten erzielt werden.
Vorzugsweise befindet sich mindestens ein Verschränkungsstellenpaar auf der gleichen Grundfläche des Flächenmoduls. Ein solches Verschränkungsstellenpaar auf einer Grundfläche und besonders, wenn das Paar innerhalb eines x-Achsenabstands von weniger als 25% der Gesamtausdehnung des Moduls in der x-Achsenrichtung liegt (proximales Verschränkungsstellenpaar) weist eine besondere Stabilität auf.
In Weiterbildungen der Erfindung weist das Flächenmodul drei oder mehrere Verschränkungsstellen auf. Ungerade Zahlen von Verschränkungsstellen können nützlich sein, wenn die Wandstabilität in eine y-Achsenrichtung Richtung besonders erhöht werden soll. Bevorzugt ist jedoch eine gerade Anzahl Verschränkungsstellen, um gleichmäßigen Schutz vor dem seitlichen Ausbrechen einzelner Module zu erzielen. Daher sind Verschränkungsstellenpaare bevorzugt.
Vorzugsweise umfasst das Flächenmodul mindestens zwei Verschränkungsstellenpaare, also eine doppeltes Verschränkungsstellenpaar.
Diese sind bevorzugt nicht direkt nebeneinander, sondern liegen entlang des Flächenmodulperimeters möglichst weit auseinander.
Besonders bevorzugt ist die Ausbildung von zwei Verschränkungsstellenpaaren auf unterschiedlichen Positionen entlang der z-Achsenrichtung. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Biegemomente in der z-Achsenrichtung aufgenommen werden können, was insbesondere bei dünnen Wänden zu einer größeren Umfallstabilität führt.
Noch bevorzugter sind 3 Verschränkungsstellenpaare, weil damit Biegemomente in zwei Achsen aufgenommen werden können. Bei drei Verschränkungsstellenpaaren sind die Module statisch bestimmt. Diese 3-Punkt Lösung ermöglicht es, die aus Modulen zusammengefügte Wand auch waagerecht oder schräg zu legen, ohne dass diese auseinanderbricht bzw. auseinanderfällt. Die Verwendung als schräg aufgelegte Küstenschutzfläche als Wellenbrecher oder gar zum Kuppelbau in einer komplett überhängenden Wand wäre damit möglich.
Noch bevorzugter ist ein vierfaches Verschränkungsstellenpaar, wobei sich jeweils zwei Paare auf einer Grundfläche mit zwei Paaren einer anderen Grundfläche verbinden lassen. Somit wird an zwei Grundflächen des Flächenmoduls eine Sperrung in beide y-Achsenrichtungen erzielt.
Vorzugsweise befindet sich eine Verschränkungsstelle oder ein Verschränkungsstellenpaar bzw. proximales Verschränkungsstellenpaar oder ein doppeltes Verschränkungsstellenpaar an einer Innenfläche der Einbuchtung oder an einer Außenfläche der Extension oder sowohl an der untere Außenfläche der Extension (UAE) als auch an einer der oberen Superior-Innenfläche (SI) einer unteren Einbuchtung.
Vorzugsweise befindet sich eine Verschränkungsstelle an allen horizontalen und/oder vertikalen Grundflächen.
Vorzugsweise befindet sich eine Verschränkungsstelle an allen horizontalen Grundflächen.
Noch bevorzugter ist die komplette durchgängige Ausgestaltung aller Grundflächen mit Verschränkungsstellen.
Die Flächenmodulation sollte in der z-Achsenrichtung ebenfalls eine bestimmte Länge aufweisen. Bevorzugt ist die Ausdehnung des Fortsatzes der Verschränkungsstellen in der z-Achsenrichtung mindestens 10% der Gesamtmodulausdehnung in der z-Achsenrichtung ist.
Vorzugsweise beträgt die Ausdehnung des Fortsatzes der Verschränkungsstellen in der z-Achsenrichtung mindestens 10% der Gesamtmodulausdehnung in der z-Achsenrichtung, vorzugsweise mindestens 20% der Gesamtmodulausdehnung. Damit wird eine stärkere Verschränkung erreicht, die gerade bei Dünnwandigen Systemen wichtig ist. Eine größere Sperrfläche an der Zwischenfläche ist günstig, um die Kräfte aufzunehmen, sodass die Module in der Wand nicht herausbrechen können.
Weiterhin sind andere Flächensystemkombinationen mit anderen Verbindungselementen denkbar, solange sie jeweils zueinander komplementär sind. Komplementäre Flächen sind zumeist solche, die bei Verschiebung eines Moduls um eine halbe Modullänge und Verdrehung um 180° um die x-Achse oder y-Achse zum Aufbau der Wandfläche ineinander greifen würde. Weitere Verbindungskombinationen sind z. B. eine 0- und 1-Funktion oder andere Hebe/Senke-Funktionen oder Sprungfunktionen.
Das aus den y-Achsengesperrten Flächenmodulen erstellte Bauwerk kann in Querrichtung Zug- oder Druckkräfte bzw. Torsions- oder Biegebeanspruchung entlang der y-Achsenrichtung aufnehmen.
Bei einer aufgestellten Wandfläche ist die gebildete Wand gegen seitliches Umfallen gesichert sofern der Sockel fest verankert ist, die Wand nicht linear als ”Spanische Wand” ausgeführt ist oder am Sockel ausreichend breit ist.
Üblicherweise wird dies dadurch erreicht, dass die Wandelemente an mindestens zwei in unterschiedlicher Höhe in der z-Achsenrichtung angebrachte Verbindungsstellen fixiert sind (durch Fugen, Klebstoff etc.). Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren erfolgt diese Sicherung durch die Fixierung an mindestens zwei Punkten mit den Verbindungselementen und nicht nur durch die breite Auflage, wie bei einer dicken Wand bzw. durch ein homogenes Material einer betonierten Wand.
Hierbei ist keine zusätzliche Komponente (Schrauben, Bolzen) erforderlich. Daher kann die Wandfläche im Prinzip auch als Boden Verwendung finden. In einer besonderen Ausführungsform wird das Flächenmodul zum Aufbau eines schrägen Küstenschutzwalls verwendet.
Bevorzugt weist das Flächenmodul eine Krümmung in einer oder zwei Richtungen auf. Vorzugsweise liegt die Krümmung in der x-Achsenrichtung und/oder der z-Achsenrichtung. Bei einer Modulkrümmung in zwei Richtungen könnte die Wand, wenn waagerecht gelegt, aussehen wie ein Tal/Gebirge d. h. es kann eine Landschaft nachgebildet werden.
Krümmungen können bis zu einem bestimmten Winkel aufgenommen werden. Dies erlaubt z. B. den Kuppelbau mit Modulen, weil die y-Achsensperre das Auseinanderfallen der Flächenmodule auch bei nicht-vertikalem Aufbau sicherstellt.
Die Verschränkungsstellen werden an die Krümmungsradien entsprechend angepasst und schräg angesetzt. Die Auflageflächen sind dann nicht mehr plan Eben parallel zur x/y-Ebene sondern folgen dem allgemeinen Krümmungsverlauf. Beim Ineinanderstecken der Flächenmodule muss evtl. leicht schräg angesetzt werden bzw. bei starker Krümmung dem Kurvenradius folgend die Module ineinandergefügt werden.
In besonderen Varianten ist das stapelbare Flächenmodul derart ausgestaltet, dass die Modul Vorderseitenfläche(n) bzw. Rückseitenfläche(n) nicht flach, sondern in der x-Achsenrichtung und/oder z-Achsenrichtung gebogen ist.
Bevorzugt ist die Vorderseitenfläche im Vergleich zu der Rückseitenfläche in der x-Achsenrichtung verkürzt.
Diese nun unterschiedlichen Flächenmodule könnten dadurch erzeugt werden, dass zuerst eine Wandfläche hergestellt wird und dann in Einzelstücke gesägt oder aufgetrennt wird. Diese Einzelstücke können dann an anderer Stelle wieder aufgebaut werden.
Das Flächenmodul muss also in der x/z-Ebene auch nicht eben und flach sein, sondern kann eine Biegung aufweisen. Vorzugsweise besteht die Biegung in x-Achsenrichtung. Sie kann aber auch in z-Achsenrichtung bestehen. Die Biegung beschreibt vorzugsweise einen Kreisbogen, wobei der Mittelpunktswinkel des Kreisbogens 180° nicht übersteigt, d. h. dass ein vollständiger Kreis aus mindestens 2 Modulen geformt wird. Vorzugsweise beträgt der Mittelpunktswinkel des Kreisbogens zwischen 1° und 180°, besonders bevorzugt zwischen 5° und 15°. Es ist besonders von Vorteil, wenn der Mittelpunktswinkel einen ganzzahliger Bruchteil des Vollkreises, also 360°, darstellt, da so aus mehreren Modulen ein Kreis geformt werden kann. Das Formen eines Kreises kann besonders zum Bau von Türmen von Vorteil sein, da hier bereits vorgeformte bogenförmige Module einen reversibel auf- und abbaubaren Turm formen können. Überdies kann das in x-Achsenrichtung gebogenene Flächenmodul auch wellenförmige Wände formen, wenn es in x-Achsenrichtung um 180° gedreht in einer Modulschicht nebeneinander gebaut wird. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die Module der darüber- und darunterliegenden Schichten durch die Richtungsänderung in x-Richtung besondere geometrische Anforderungen erfüllen müssen. In diesem Ausnahmefall besteht die Wandfläche nicht mehr aus einem einzigen Flächenmodultyp.
So ist es grundsätzlich möglich, mit einer einzigen Flächenmodulform schnell eine gebogene Wandfläche ohne den Einsatz von Mörtel o. ä. auf- und wieder abzubauen.
In einer anderen Variante kann das Flächenmodul in z-Richtung gebogen sein. Auch hier beschreibt die Biegung vorzugsweise einen Kreisbogen. Allerdings sollte der Mittelpunktswinkel dieses Kreisbogens vorzugsweise zwischen 0° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 10° liegen. Da die Stapelung der Module in z-Achsenrichtung erfolgen soll, sind größere Winkel nicht sinnvoll. Mit einer leichten Biegung entlang der z-Achsenrichtung lassen sich z. B. gebogene Deichwände oder Brücken formen. Auch ist es möglich, die Wandfläche als flache oder gebogene Decke zu verwenden.
Diese Bauwerke sind dann besonders stabil gegen Zugbelastung in x-Richtung. Bei einer festen Absicherung der obersten und untersten Module, kann auch die Biegestabilität aus der jeweiligen y-Achsenrichtung, die jeweils orthogonal zur Modulvorderseitenfläche ausgerichtet ist, gewährleistet werden.
Bei einem Modul, das sowohl in x- als auch in z-Richtung eine Bogenform aufweist, ist es überdies möglich die Ansätze einer Kuppel vorzuformen ohne den Einsatz von Verbundstoffen.
Außerdem kann in einer besonderen Ausführungsform die Dicke der Flächenmodule in y-Achsenrichtung nach oben in der z-Achsenrichtung in unterschiedlichen Schichten abnehmen (bei nicht gleichartigen Modulen). Die Standsicherheit kann auch dadurch realisiert werden, dass die unteren Module doppelt oder dreifach so dick (breit) sind, wie die weiter oben befindlichen Module. Unabhängig von den Flächenmoduldicken passen diese trotzdem aufeinander.
Sich verjüngende (runde) Wandflächen können auch bei Aufwindkraftwerken oder Kraftwerkswassertürmen eingesetzt werden. Größere Löcher/Fenster in der Wandfläche sind möglich.
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Moduls kann das Flächenmodul neben einer größeren Dicke, eine Unterbrechung der Fläche in y-Achsenrichtung aufweisen.
In einem solchen Fall besteht innerhalb des Flächenmoduls ein Hohlraum, der in x/y-Ebene über die ganze oder anteilige Modulhöhe in z-Richtung durchgängig ist. So kann das Flächenmodul ähnlich wie z. B. Isorast^® als Schalungsstein verwendet werden. Der Vorteil einer solchen Schalung ist, dass er sehr stabil ist. Gegebenenfalls kann auch die erstellte Form mit Sollbruchstellen versehen werden, so dass an diesen eine Trennung möglich ist. Die Schalung kann z. B. mit Schüttgut befüllt werden. Das Flächenmodul muss also stabil genug sein, dass die Schalung auch Beton aufnehmen kann. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Schalungswände des Flächenmoduls in y-Richtung 3 bis 5 cm mit einem anschließenden Hohlraum von 20 bis 30 cm (bei Beton 15 bis 20 cm). Der Vorteil einer solchen Schalung ist, dass sie wiederverwendet werden kann. Die Schalungen sind sehr stabil.
Als besonderes Material für die Flächenmodule können aufblasbare oder anderweitig z. B. mit Wasser aufgeblähte Plastikhüllen fungieren. Diese ergeben im aufgeblasenen Zustand eine Verschalung oder Hohlform. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass nach Einfüllen eines Füllmediums in die aufgeblasenen Form, die Verschalung z. B. durch Ablassen der Luft/Wasser wieder entfernbar ist. Die Schalung ist im Transport volumenreduziert.
Vorzugsweise besteht das Flächenmodul aus Beton, Holz, Plexiglas, Styropor oder Mischungen dieser Materialien. Die Materialien für das erfindungsgemäße Flächenmodul sind nicht besonders beschränkt. Bevorzugt eignen sich Beton, Holz, Plexiglas oder Styropor, Gießmaterialien aus Metallen, NE-Metalle, Alu, Wachs, verklebte Pressmaterialien (z. B. Holz-Pressspan), besonders bevorzugt faserverstärkter Beton, Beton mit Stahlfasern oder Textilfasern. Weitere mögliche Werkstoffe sind Glas oder Acrylglas.
Die Materialien sollten die entsprechenden Druck-, Zug- und Biegekräfte aushalten können.
Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie besondere Stabilität aufweisen und den Anforderungen der Zugstabilität in der x-Achsenrichtung durch Verhakung nachkommen können.
Ein besonders bevorzugter Werkstoff ist faserverstärkter Beton. Reiner Beton ist gegenüber Zugbeanspruchungen weniger stabil. Besonders bevorzugt sind Sandwichmaterialien oder Verbundmaterialien.
Zentraler Ansatz ist hier, dass die Herstellung und Wiederverwendung bestehender Module sehr kostengünstig ist, wohingegen eine Veränderung des Modules ohne Zerstörung – im einfachsten Fall durch Einschmelzen – bedeutend teurer ist.
Vorzugsweise sind die Seiten von Flächenmodulen, die der Sonne ausgesetzt sind, weiß angemalt oder verspiegelt, um so zum Klimaschutz beizutragen.
Um die Wand aufzubauen werden die Flächenmodule in einer Schicht nebeneinander gestellt. Um die nächste Schicht an Flächenmodulen aufbauen zu können, werden die Flächenmodule in den darüber- und darunterliegenden Schichten alternierend um 180° gedreht und seitlich in der x-Achsenrichtung versetzt aufeinandergestapelt. Bevorzugt ist dabei die in der z-Achsenrichtung nächste Flächenmodulschicht um einen halbe Modullänge in x-Achsenrichtung versetzt. Allerdings kann auch eine andere Versetzung notwendig sein, wenn das Flächenmodul keine Achsensymmetrie bezüglich der y/z-Achse aufweist.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Wandfläche bestehend aus den erfindungsgemäßen stapelbaren Flächenmodulen wie oben beschrieben.
Mehrere der erfindungsgemäßen Flächenmodule können eine Wandfläche nach dem oben beschriebenen Verfahren bilden, wobei die Außenflächen der Vorder- und Rückseite der einzelnen Flächenmodule in der x/z-Ebene die Vorder- und Rückseite der aus den Flächenmodulen aufbaubaren Wandfläche bilden.
Es wird auch ein Wandsystem beschrieben, umfassend eine Vielzahl von Flächenmodulen nach der Erfindung, welche miteinander so verbindbar sind, dass sie in einen verbundenen Zustand eine geschlossene Wandfläche ausbilden können, wobei die Flächenmodule mindestens zwei untere Extensionen aufweisen, die in der z-Achsenrichtung unten weiter ausgedehnt sind als eine in der x-Achsenrichtung zwischen diesen Extensionen liegende untere Einbuchtung, wobei mehrere der Flächenmodule, jeweils in der z-Achsenstapelrichtung, in der x-Achsenrichtung versetzt und 180° um die x-Achse und/oder die y-Achse rotiert aufeinander in z-Achsenrichtung stapelbar sind. Vorzugsweise sind die Flächenmodule in den Wandflächenmodulschichten jeweils alternierend mit den Extensionen in der z-Achsenrichtung nach oben oder unten zeigend ausgerichtet angeordnet. Bevorzugt umfasst das Wandsystem mindestens drei verbundene Flächenmoduleinheiten. Die Grenzfläche zwischen den Schichten in der Wand verläuft alternierend auf verschiedenen Höhenlinien. Bevorzugt ist, dass die Wandfläche mindestens drei gleiche oder ähnlich ausgeformte Flächenmodule umfasst, welche sich berühren (d. h. es sind mindestens 3 Flächenmodule für die Kraftübertragung notwendig).
Im Normalfall ist das Eigengewicht der Module ein Verstärker der Stabilität. Styropormodule z. B. sind stabiler je höher sie sind. Es werden die Flächenmodule so ineinander gesteckt, dass die feste Verankerung eines Moduls mit der Verbindung über ein anderes Modul dazu führt, dass die Wand nicht umfällt.
Die Wände können gegen Umfallen stabilisiert werden, in dem entweder ein breiter Sockel in der Wand integriert ist (z. B. 40 bis 60 cm) oder ein tief in die Erde eingelassenes Fundament mit Sockel verwendet wird, oder eine seitliche Rechteckwand, welche als Stützmauer dient, eingesetzt wird. Hierzu kann das Wandsystem noch seitliche Halterungen aufweisen, die die Stabilität der Wand gegen Umfallen gewährleisten.
Als Sockel können mind. 2 aufeinander oder nebeneinander in der y-Achsenrichtung montierte Module verwendet werden, die dann nicht mehr umfallen.
Vorzugsweise haben die Flächenmodule des Wandsystems in unterschiedlichen Schichten nicht die gleiche Dicke. Bevorzugt ist eine sich nach oben verjüngende Wanddicke.
In einer besonderen Ausführungsform sind die Flächenmodule gegeneinander in der y-Achsenrichtung versetzt zueinander angeordnet. Diese Wandflächen sind dann in der x-Achsenrichtung jeweils gependelt angeordnet. Dadurch kann nach dem Prinzip der Spanische Wand eine geknickte Wandfläche aufgebaut werden. In besonderen Fällen sind die Module so ausgebildet, dass ein rechtwinkeliger Knick in der Wandfläche ohne Überstand möglich ist.
Bevorzugt sind die Flächenmodule in der Wandfläche in der x-Achsenrichtung derart alternierend ausgerichtet, dass zwischen den Flächenmodulen ein Winkel von weniger als 180° ist. Bei einem Winkel von 180° würden die Flächenmodule eine gerade Wandfläche ergeben. Im Ergebnis entsteht eine geknickte Wandfläche entsprechend einer Spanischen Wand.
Mit gebogenen Modulen ist es möglich eine gekrümmte Spanische Wandfläche aufzubauen, das eine höhere Standfestigkeit gegen Umfallen hat.
Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, dass das Wandsystem oder die erzeugte Wandfläche an der Oberseite keine gerade Ebene aufweist. Dieser verläuft vielmehr bevorzugt auf verschiedenen Höhenlinien.
Vorzugsweise umfasst das Wandsystem oder die Wandfläche nach der Erfindung weiterhin noch Abschlussstücke zum Ausfüllen der Außenlücken der aufgebauten Wandfläche, um eine gerade Außenseite der aufgebauten Wand zu erhalten.
Idealerweise befinden sich an allen Seiten der Wandfläche Abschlusstücke, die die überstehenden Aussparungen und Einbuchtungen ausfüllen können, so dass eine lückenlose rechteckige Wandfläche gebildet wird. Bevorzugterweise bestehen die Abschlusstücke aus denselben Materialen wie die Flächenmodule, um ein einheitliches Wandbild zu gewährleisten. In besonders bevorzugtem Fall bestehen die Abschlussstücke aus zersägten, zerschnittenen oder anders hergestellten Teilen der erfindungsgemäßen Flächenmodule. So kann die Einheitlichkeit und durchgängige Stabilität der Wand gewährleistet werden.
Weiterhin beschrieben ist die Verwendung eines Flächenmoduls oder Wandsystems nach der Erfindung zum Aufbau einer Wandfläche.
Das erfindungsgemäße Flächenmodul kann zum Aufbau einer Wandfläche verwendet werden. Es kann sich bei der Wandfläche auch um einen Bestandteil einer Mauer, eines Gartenzauns o. ä. handeln.
Das erfindungsgemäße Flächenmodul kann auch verwendet werden zum Aufbau einer Brücke, einer Dachkuppel einer Laubhütte, eines Bauzaun, einem Haus, einen Turm, ein Aufwindkraftwerk, einem Kraftwerkskamin, einer runde Mauer, eines Bauzauns, einer Schallschutzwand, eines Küstenschutzes, einer Terrorschutzabwehrwand, einem Wasserspeicher, einem Spielzeughaus oder Spielzeugmodelle, einem Wärmetauscher, einem Puzzle, einem sonstigen Spielzeug, Messebauten, einer Erdbebensicherungswand oder generell als zweidimensionale, universal verwendbare Form.
Überdies ist es möglich, das Modul für eine schräge Wand zu verwenden, die einen Winkel von weniger als 90° zur Erdoberfläche aufweist. Eine solche schräge Wand kann z. B. im Küstenschutz als Deichersatz oder Wellenbrecher eingesetzt werden. So könnten z. B. Wellen am Meer über eine schräge Wandfläche seicht auslaufen.
Im Fall der Verwendung des Flächenmoduls für ein Puzzle, bei dem alle Teile identisch sind, bestünde die Aufgabe für den Nutzer, das Puzzle allein anhand der Bilder zusammenzubauen.
In Verwendung als zweidimensionale, universal verwendbare Form kann das Flächenmodul auch z. B. für Gießmaterialien wie Kunststoffe oder Wachse verwendet werden. Dies birgt den Vorteil, dass diese Teile nach ein paar Jahren wieder eingeschmolzen werden können. Das Flächenmodul ist bevorzugt wiederverwendbar aber bei Verlust zumindest recyclebar.
Auch können die Flächenmodule aus einer Wandfläche herausgeschnitten werden zum späteren Aufbau vor Ort.
Für die Terrorschutzabwehr haben die Module den Vorteil, dass keine Schrauben etc. angelockert werden können, weil keine Schrauben benötigt werden. So können hohe Mauern schnell und reversibel errichtet werden, um sich vor feindlichen Angriffen zu schützen. Durch die versetzte Anordnung der Module ist auch hier eine hohe intrinsische Stabilität der Wandfläche erreicht.
Bei Flächenmodulwänden, die zwischen den Modulen noch Löcher für Rohrsysteme aufweisen, ist es weiterhin möglich flexible Wärmetauschersysteme aufzubauen, bei denen sich die Rohre mit unterschiedlicher Flüssigkeitstemperatur berühren oder nahe kommen.
Das Wandsystem umfasst daher bevorzugt auch Rohre für ein Wärmetauschersystem. Die Rohre sind bevorzugt in den Modulschichten geführt und laufen in benachbarten Schichten vorzugsweise entgegengesetzt (Gegenstromprinzip). Durch die hohe Oberfläche pro Volumen der vorliegenden Flächenmodule ist ein hervorragender Wärmeaustauscheffekt gewährleistet.
Das oberste Modul eines Wandmoduls kann als Wasserspeicher oder als Pflanztrog fungieren, wenn nur jedes zweite Modul als Abschlussstück einer Mauer verwendet wird. Der Zwischenraum kann dann die entsprechende Funktion übernehmen. Analog lassen sich Pflanzentröge bauen. Ein solcher Kragen kann auch ganz oben an der Wand angebracht werden.
Die Module eignen sich auch als Körper für einen Wasserspeicher, der im Gegensatz zu reinem Blech auch im Boden eingegraben werden kann, d. h. dieser ist in sich stabil und kann auch ungleichmäßige Lasten aufnehmen.
Auch lassen sich in einer bevorzugten Ausführungsform große Bauwerke realisieren, wie Häuser oder, im Falle des gebogenen Flächenmoduls, Türme. Dies hat den Vorteil, dass diese reversibel auf- und abbaubar sind und somit auch nach mehreren Jahren leicht entsorgt oder wiederverwendet werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren und Beispiele beschrieben:
1: Grundform der Flächenmodule in der V-Form mit mehreren doppelten Sinuswellen in der x-Achsenrichtung auf verschiedenen horizontalen Grundflächen. Diese Grundform zeigt ein Templat, das durch Hinzufügung der Verschränkungsstellen entsprechend 2 zu einem Gegenstand nach der Erfindung wird.
2: V-Form Flächenmodul mit doppelten Sinuswellen als Verschränkungsstellen ausgebildet nach der Erfindung.
Grundflächen
U-Form

Innenfläche (I)
lateralen Innenflächen (LI) der Einbuchtung
die (LI) entsprechen generell den lateralen Innenseitenflächen der Extensionen (LIE)
linke laterale Innenfläche (LLI)
rechte laterale Innenfläche (RLI)
obere Superior-Innenfläche (SI) einer unteren Einbuchtung
linker Abschnitt der Superior-Innenfläche (LSI)
rechter Abschnitt der Superior-Innenfläche (RSI)

Außenfläche (A)

laterale Außenflächen (LA)
lateralen Außenflächen der Extensionen (LAE)
untere Außenfläche (UA)
untere Außenfläche der Extension (UAE)
untere Außenfläche der linken Extension (UALE)
untere Außenfläche der rechten Extension (UARE)
obere Außenfläche (OA)

erste laterale Innenfläche (ELI),
zweite laterale Innenfläche (ZLI)
mittlere Superior-Innenfläche (MSI)

H-Form
Die H-Form weist zusätzlich zu den oben genannten Flächen der U-Form noch bevorzugt die folgenden Flächen auf:

lateralen Innenflächen (LIO) der oberen Einbuchtung
linke laterale Innenfläche (LLIO)
rechte laterale Innenfläche (RLIO)
(untere) Inferior-Innenfläche (II) einer oberen Einbuchtung
linker Abschnitt der Inferior-Innenfläche (LII)
rechter Abschnitt der Inferior-Innenfläche (RII)

lateralen Außenflächen der oberen Extensionen (LAEO)
obere Außenfläche der Extension (OAE)
obere Außenfläche der linken Extension (OALE)
obere Außenfläche der rechten Extension (OARE)
erste laterale Innenfläche der oberen Einbuchtung (ELIO),
zweite laterale Innenfläche der oberen Einbuchtung (ZLIO)
mittlere Inferior-Innenfläche der oberen Einbuchtung (MII)

V-Form
Die V-Form weist zusätzlich zu den oben genannten Flächen der U-Form noch bevorzugt die folgenden Flächen auf:

lateralen Außenflächen (LAA) der Ausbuchtung
linke laterale Außenfläche (LLAA)
rechte laterale Außenfläche (RLAA)
obere Superior-Außenfläche (SA) einer oberen Ausbuchtung
linker Abschnitt der Superior-Außenfläche (LSA)
rechter Abschnitt der Superior-Außenfläche (RSA)

obere Außenflächen der Ausbuchtungsaussparung (OAA)
obere Außenfläche der linken Ausbuchtungsaussparung (OALA)
obere Außenfläche der rechten Ausbuchtungsaussparung (OARA)

erste laterale Außenfläche der Ausbuchtung (ELAA),
zweite laterale Außenfläche der Ausbuchtung (ZLAA),
mittlere Superior-Außenfläche (MSA)

Beispiele
Beispiel 1 (Eckige U-Form)
Das Flächenmodul besteht aus Kunststoff und hat eine durchgängige Dicke von 1,5 cm in y-Achsenrichtung. Die maximale Ausdehnung in x-Achsenrichtung ist 30 cm. Die maximale Ausdehnung in z-Achsenrichtung ist 12 cm. Das Flächenmodul ist eckig U-förmig geformt. Ausgehend von einer quaderförmigen Grundform mit den genannten Ausmaßen, ist mittig in x-Achsenrichtung unten eine quaderförmige Einbuchtung herausgeschnitten mit einer Länge von 15 cm (in x-Richtung), Breite von 6 cm (in z-Richtung) und Dicke von 1,5 cm (in y-Richtung). Im Folgenden wird das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet beschrieben. Das Vorderseitenprofil ist in der y-Achsenrichtung durchgängig. Die Kantenlängen der Flächen des Flächenmoduls im Gegenuhrzeigersinn sind nachfolgend aufgeführt beginnend von der linken unteren Modulecke. In Klammern stehen die Winkelangaben ausgehend vom Endpunkt der vorhergehenden Kante entsprechend der normalen Gradeinteilung eines Einheitskreises in 360° im Gegenuhrzeigersinn (Die Horizontale in der positiven x-Achsenrichtung entspricht also 0°.): UALE = 7,5 cm (0°); LLI = 6 cm (90°); SI = 15 cm (0°), RLI = 6 cm (270°), UARE = 7,5 cm (0°); LA = 12 cm (90°); OA = 30 cm (180°); LA = 12 cm (270°). Nacheinander folgende Flächen sind hierbei also stets senkrecht zu einander.
In einer Variante aus Beton müssen alle Längenangaben (wie auch die Höhenangaben und Dicken) mit 5 bis 15 multipliziert werden. In einer Holzvariante werden die Längenangaben mit dem Faktor 2 bis 7 multipliziert.
Beispiel 2 (Einfache H-Form)
Das erfindungsgemäße Flächenmodul besteht aus Kunststoff und hat eine durchgängige Dicke von 1,5 cm in y-Achsenrichtung. Die maximale Ausdehnung in x-Achsenrichtung ist 30 cm. Die maximale Ausdehnung in z-Achsenrichtung ist 24 cm. Das Flächenmodul ist H-förmig geformt. Ausgehend von einer quaderförmigen Grundform mit den genannten Ausmaßen, wurde mittig unten und oben eine quaderförmige Einbuchtung herausgeschnitten mit jeweils einer Länge von 15 cm (in x-Richtung), Breite von 8 cm (in z-Richtung) und Dicke von 1,5 cm (in y-Richtung). Im Folgenden wird das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet beschrieben. Das Vorderseitenprofil ist in der y-Achsenrichtung durchgängig. Die Kantenlängen der Flächen des Flächenmoduls im Gegenuhrzeigersinn sind nachfolgend aufgeführt beginnend von der linken unteren Modulecke. In Klammern stehen die Winkelangaben ausgehend vom Endpunkt der vorhergehenden Kante entsprechend der normalen Gradeinteilung eines Einheitskreises in 360° im Gegenuhrzeigersinn (Die Horizontale in der positiven x-Achsenrichtung entspricht also 0°.): UALE = 7,5 cm (0°); LLI = 8 cm (90°); SI = 15 cm (0°); RLI = 8 cm (270°); UARE = 7,5 cm (0°); LA = 24 cm (90°); OARE = 7,5 cm (180°); RLIO = 8 cm (270°); II = 15 cm (180°); LLIO = 8 cm (90°); OALE = 7,5 cm (180°); LA = 24 cm (270°).
In einer Variante aus Beton müssen alle Längenangaben (wie auch die Höhenangaben und Dicken) mit 5 bis 15 multipliziert werden. In einer Holzvariante werden die Längenangaben mit dem Faktor 2 bis 7 multipliziert.
Ein zweites Modul kann um eine halbe Modullänge (also 15 cm) versetzt so auf das erste Modul gesetzt werden, dass zwischen beiden Modulen eine in der x-Achsenrichtung formschlüssige, zusammenhängende Fläche geformt wird. Ein drittes Modul kann nun ebenfalls um eine halbe Modullänge versetzt – allerdings in die andere Richtung – auf das erste Modul gesetzt werden. Hierbei entsteht aus allen drei Modulen eine zusammenhängende, formschlüssige Fläche. Bei mäßiger Zugbeanspruchung des zweiten oder dritten Moduls in x-Richtung, kann diese so durch das erste Modul kompensiert werden.
So entsteht eine zusammenhängende Fläche, die gegen Zugbeanspruchung in x-Richtung stabil ist.
Beispiel 3 (H-Form mit sinusförmigen horizontalkanten)
Basierend auf dem in Beispiel 2 dargestellten H-förmigen Flächenmodul kann ein Flächenmodul mit sinusförmigen horizontalen Flächen modelliert werden. Das Flächenmodul besteht ebenfalls aus Kunststoff und hat im Prinzip dieselben Grundflächen wie Beispiel 2.
In einer Variante aus Beton müssen alle Längenangaben (wie auch die Höhenangaben und Dicken) mit 3 bis 15 multipliziert werden. In einer Holzvariante werden die Längenangaben mit dem Faktor 2 bis 7 multipliziert.
Hierbei weist jede der sechs horizontalen Flächen (mit einem Winkel von 0° oder 180° also UALE, SI, UARE, OARE, II und OALE) mindestens eine Sinuswelle auf. Die unteren und oberen Außenkanten der Extensionen (UALE, UARE, OARE und OALE) sind so geformt, dass in 0,75 cm geradem Abstand von der linken Ecke der Kante die Sinuswelle mit Steigung beginnt. Der Zugewinn an Fläche im Falle einer oberen Kante bzw. der Verlust an Fläche im Falle einer unteren Kante im Vergleich zu Beispiel 2 erhöht sich in x-Richtung sinusförmig bis zu einer Maximalhöhe von 1 cm in z-Richtung bei einer Länge von 2,25 cm (in x-Richtung). Danach wird die Höhe sinusförmig reduziert bis zu einem Minimalwert von minus 1 cm in z-Richtung und 5,25 cm in x-Richtung, was einen Flächenverlust bzw. Flächenzugewinn im Vergleich zu Beispiel 2 darstellt. Anschließend erhöht sich der z-Wert wieder und endet bei einem Wert von 6,75 cm in x-Richtung ausgehend von der linken Ecke der Kante und einem Wert von 0 cm in z-Richtung wieder in einer horizontalen Linie mit 0,75 cm bis zum nächsten Kantenpunkt.
Analog dazu besitzen die horizontalen Innenflächen (SI und II), deren Kantenlänge das Doppelte der unteren und oberen Außenkanten der Extensionen beträgt, zwei nebeneinander liegenden Sinuswellen, die einen Abstand von 1,5 cm in der Mitte besitzen.
Dieses H-förmige Flächenmodul weist also horizontale Kanten mit insgesamt 8 identisch geformten sinusförmigen Wellen auf, die bei Stapelung bündig ineinander passen.
Diese Sinuswellen können wie in der Beschreibung oben dargelegt als doppelte Sinuswellen ausgeformt sein. Dann ist die Flächenform aber nicht mehr in der y-Achsenrichtung durchgängig.
Beispiel 4 (H-Form mit Nut-Zapfensystem an Vertikalkanten)
Basierend auf dem in Beispiel 2 dargestellten H-förmigen Flächenmodul kann das Flächenmodul mit vertikalen Flächen mit Nut-Zapfensystem modelliert werden. Das Flächenmodul besteht ebenfalls aus Kunststoff und hat im Prinzip dieselben Grundflächen wie Beispiel 2.
In einer Variante aus Beton müssen alle Längenangaben (wie auch die Höhenangaben und Dicken) mit 3 bis 15 multipliziert werden. In einer Holzvariante werden die Längenangaben mit dem Faktor 2 bis 7 multipliziert.
Allerdings ist das Flächenmodul in y-Achsenrichtung nicht durchgängig. Stattdessen weist es an sämtlichen vertikalen Flächen (mit einem Winkel von 90° oder 270° also LLI, RLI, LLIO, RLIO, sowie beiden LAs) eine Nut bzw. entsprechenden Zapfen auf. So findet sich an einer der lateralen Außenseiten LA bei einem y-Wert von 0,5 cm von der Vorderseite eine 0,5 cm tiefe (in x-Richtung) und 0,5 cm breite (in y-Richtung) Nut, deren Gesamtlänge sich über die gesamte Länge der Fläche erstreckt (also 24 cm lang ist). Ebenso erstreckt sich eine Nut mit einer Tiefe von 0,5 cm (in x-Richtung) und 0,5 cm Breite (in y-Richtung) an den Flächen LLI und LLIO. An der zweiten lateralen Außenseite LA befindet sich eine in die Nut passender Zapfen, also eine Erhöhung der Fläche, die in einem Abstand von 0,55 cm in y-Richtung beginnt. Sie ist 0,4 cm hoch (in x-Richtung oberhalb der Fläche ist), 0,4 cm breit (in y-Richtung) und erstreckt sich ebenfalls über die komplette Länge der Fläche (also in diesem Fall auch 24 cm). Die Flächen RLIO und RLI weisen einen entsprechend kürzeren Zapfen mit ansonsten gleichen Ausmaßen auf.
Durch die reduzierten Maße des Zapfens im Vergleich zur Nut wird gewährleistet, dass das System sich auch gut zusammenfügen lässt.
Die Variationen aus Beispiel 3 und 4 lassen sich auch in einem einzigen Flächenmodul verbinden.
Beispiel 5 (Einfache V-Form)
Das erfindungsgemäße Flächenmodul besteht aus Holz und hat eine Dicke von 5 cm. In einer Variante aus Beton müssen alle Längenangaben (wie auch die Höhenangaben und Dicken) mit 2 bis 5 multipliziert werden.
Die maximale Ausdehnung in x-Richtung ist 1 m. Die maximale Ausdehnung in z-Achsenrichtung ist 40 cm. Das Flächenmodul ist V-förmig geformt. Es hat ausschließlich horizontale oder vertikale Seitenflächen, die orthogonal zueinander stehen. Es ist spiegelsymmetrisch bezüglich der x/z-Ebene. Das Flächenmodul besteht im Prinzip aus 3 miteinander festverbundenen, aneinander angrenzenden Rechtecken, wobei zwei Rechtecke dieselbe Fläche aufweisen und das dritte Rechteck die doppelte Fläche aufweist. Das große Rechteck befindet sich in einem Modul in x-Richtung in der Mitte der beiden kleinen Rechtecke. Alle Rechtecke haben eine gemeinsame Seitenlänge von 25 cm. Die gemeinsame Seitenlänge befindet sich ausgerichtet in z-Richtung. Die gleichlangen Seiten der kleinen Rechtecke befinden sich auf einer z-Höhe, die Seite des großes Rechteckes befindet sich auf einer geringeren Höhe (und zwar um 15 cm), so dass eine V-Form des Flächenmoduls besteht.
Im Folgenden wird das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet beschrieben. Das Vorderseitenprofil ist in der y-Achsenrichtung durchgängig. Die Kantenlängen der Flächen des Flächenmoduls im Gegenuhrzeigersinn sind nachfolgend aufgeführt beginnend von der linken unteren Modulecke. In Klammern stehen die Winkelangaben ausgehend vom Endpunkt der vorhergehenden Kante entsprechend der normalen Gradeinteilung eines Einheitskreises in 360° im Gegenuhrzeigersinn (Die Horizontale in der positiven x-Achsenrichtung entspricht also 0°.): UALE = 25 cm (0°); LLI = 15 cm (90°); SI = 50 cm (0°); RLI = 15 cm (270°); UARE = 25 cm (0°); LA = 25 cm (90°); OARA = 25 cm (180°); RLAA = 15 cm (90°); SA = 50 cm (180°); LLAA = 15 cm (270°); OALA = 25 cm (180°); LA = 25 cm (270°).
Ein zweites Modul kann um eine halbe Modullänge (also 50 cm) versetzt und um 180° um die y-Achse gedreht so auf das erste Modul gesetzt werden, dass zwischen beiden Modulen eine formschlüssige, zusammenhängende Fläche geformt wird. Ein drittes Modul kann nun ebenfalls um eine halbe Modullänge versetzt und 180° um die y-Achse verdreht auf das erste Modul gesetzt werden. Hierbei entsteht aus allen drei Modulen eine zusammenhängende, formschlüssige Fläche. Bei mäßiger Zugbeanspruchung des zweiten oder dritten Moduls in x-Richtung, kann diese so durch das erste Modul kompensiert werden.
So entsteht eine zusammenhängende Fläche, die gegen Zugbeanspruchung in x-Richtung stabil ist.
Beispiel 6 (V-Form mit Stufe)
Das erfindungsgemäße Flächenmodul besteht aus Holz und hat eine Dicke (in y-Richtung) von 1,5 cm. Die maximale Ausdehnung in x-Achsenrichtung ist 30 m. Die maximale Ausdehnung in z-Achsenrichtung ist 12 cm. Das Flächenmodul ist V-förmig geformt und weist überdies zusätzliche Stufen auf. Es hat ausschließlich horizontale oder vertikale Seitenflächen, die orthogonal zueinander stehen. Es ist spiegelsymmetrisch bezüglich der xz-Ebene.
Im Prinzip besteht das Modul aus fünf zusammenhängenden Rechtecken, wobei jeweils 2 dieselbe Fläche in der x/z-Ebene aufweisen. Zwei Rechtecke sind Quadrate mit einer Kantenlänge von 6 cm. Zwei Rechtecke weisen die Hälfte der Quadratfläche auf, aber dieselbe Kantenlänge an einer Kante. Das fünfte Rechteck weist die doppelte Quadratfläche auf und ebenfalls dieselbe Kantenlänge von 6 cm. Die gleich lange Kante ist in z-Richtung ausgerichtet, die Rechtecke sind jeweils um eine halbe Kantenlänge in z-Richtung verschoben nach folgenden Muster: Quadrat – hoch – kleines Rechteck – hoch – großes Rechteck – runter – kleines Rechteck – runter – Quadrat.
Im Folgenden wird das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet beschrieben. Das Vorderseitenprofil ist in der y-Achsenrichtung durchgängig. Die Kantenlängen der Flächen des Flächenmoduls im Gegenuhrzeigersinn sind nachfolgend aufgeführt beginnend von der linken unteren Modulecke. In Klammern stehen die Winkelangaben ausgehend vom Endpunkt der vorhergehenden Kante entsprechend der normalen Gradeinteilung eines Einheitskreises in 360° im Gegenuhrzeigersinn (Die Horizontale in der positiven x-Achsenrichtung entspricht also 0°.): UALE = 6 cm (0°); ELI = 3 cm (90°); MSI = 3 cm (0°); ZLI = 3 cm (90°); SI = 12 cm (0°); ZLI = 3 cm (270°); MSI = 3 cm (0°); ELI = 3 cm (270°); UARE = 6 cm (0°); LAE = 6 cm (90°); OARA = 6 cm (180°); ELAA = 3 cm (90°); MSA = 3 cm (180°); ZLAA = 3 cm (90°); SA = 12 cm (180°); ZLAA = 3 cm (270°); MSA = 3 cm (180°); ELAA = 3 cm (270°); OALA = 6 cm (180°); IAE = 6 cm (270°).
In einer Variante aus Beton müssen alle Längen und Dickenangaben mit 5 multipliziert werden.
So ergibt sich ein erfindungsgemäßes Flächenmodul einer V-Form mit Stufe.
Ein zweites Modul kann um eine halbe Modullänge (also 15 cm) versetzt und um 180° um die y-Achse gedreht so auf das erste Modul gesetzt werden, dass zwischen beiden Modulen eine formschlüssige, zusammenhängende Fläche geformt wird. Ein drittes Modul kann nun ebenfalls um eine halbe Modullänge versetzt und 180° um die y-Achse verdreht auf das erste Modul gesetzt werden. Hierbei entsteht aus allen drei Modulen eine zusammenhängende, formschlüssige Fläche. Bei mäßiger Zugbeanspruchung des zweiten oder dritten Moduls in x-Richtung, kann diese so durch das erste Modul kompensiert werden.
So entsteht eine zusammenhängende Fläche, die gegen Zugbeanspruchung in x-Richtung stabil ist.
Die Modifizierung der horizontalen Flächen mit sinusförmigem Wellenverlauf kann analog der Durchführung in Beispiel 3 vollzogen werden. Überdies können die vertikalen Seitenflächen mit Nut-Zapfen-System kann analog dem System in Beispiel 4 versehen werden.
Dann ist die Fläche in der x/z-Ebene auch stabil gegen Störungen aus y-Richtung.
Beispiel 7 (V-Form mit abgeflachter Stufe)
Das erfindungsgemäße Flächenmodul besteht aus Holz und hat eine Dicke (in y-Richtung) von 1,5 cm. Die maximale Ausdehnung in x-Achsenrichtung ist 30 m. Die maximale Ausdehnung in z-Achsenrichtung ist 12 cm. Das Flächenmodul ist V-förmig geformt und weist überdies zusätzliche Stufen auf. Es hat ausschließlich horizontale, vertikale oder aber Seitenflächen, die im 45° Winkel zueinander stehen. Es ist spiegelsymmetrisch bezüglich der x/z-Ebene.
Es basiert im Prinzip auf dem Flächenmodul aus Beispiel 6, wobei die zusätzlichen Stufen, d. h. die gebildeten normalerweise horizontalen mittleren Superior-Innenflächen sowie mittleren Superior-Außenflächen durch abgewinkelte Flächen in einem 45° Winkel ersetzt werden, was auch die Längen der ersten und zweiten lateralen Flächen (ELI, ZLI, ELAA, ZLAA) beeinflusst.
Im Folgenden wird das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet beschrieben. Das Vorderseitenprofil ist in der y-Achsenrichtung durchgängig. Die Kantenlängen der Flächen des Flächenmoduls im Gegenuhrzeigersinn sind nachfolgend aufgeführt beginnend von der linken unteren Modulecke. In Klammern stehen die Winkelangaben ausgehend vom Endpunkt der vorhergehenden Kante entsprechend der normalen Gradeinteilung eines Einheitskreises in 360° im Gegenuhrzeigersinn (Die Horizontale in der positiven x-Achsenrichtung entspricht also 0°.): UALE = 6 cm (0°); ELI = 1,5 cm (90°); MSI = 4,24 cm (45°); ZLI = 1,5 cm (90°); SI = 12 cm (0°); ZLI = 1,5 cm (270°); MSI = 4,24 cm (315°); ELI = 1,5 cm (270°); UARE 6 cm (0°); LAE = 6 cm (90°); OARA = 6 cm (180°); ELAA = 1,5 cm (90°); MSA = 4,24 cm (135°); ZLAA = 1,5 cm (90°); SA = 12 cm (180°); ZLAA = 1,5 cm (270°); MSA = 4,24 cm (225°); ELAA = 1,5 cm (270°); OALA = 6 cm (180°); IAE = 6 cm (270°).
In einer Variante aus Beton müssen alle Längen und Dickenangaben mit 5 multipliziert werden.
So ergibt sich ein erfindungsgemäßes Flächenmodul einer V-Form mit abgeflachter Stufe.
Die Modifizierung der horizontalen Seiten mit sinusförmigem Wellenverlauf kann analog der Durchführung in Beispiel 3 vollzogen werden. Überdies können die vertikalen Seitenflächen mit Nut-Zapfen-System kann analog dem System in Beispiel 4 versehen werden und erfährt dabei ähnlich Vorteile wie in Beispiel 6.
Beispiel 8 (W-Form mit mehreren Stufen)
Das erfindungsgemäße Flächenmodul besteht aus Holz und hat eine Dicke (in y-Richtung) von 1,5 cm. Die maximale Ausdehnung in x-Achsenrichtung ist 30 m. Die maximale Ausdehnung in z-Achsenrichtung ist 12 cm. Das Flächenmodul ist V-förmig geformt und weist überdies mehrere zusätzliche Stufen sowie eine mittlere Erhöhung in einer Einbuchtung auf (die Form ähnelt einem umgedrehten W). Es hat ausschließlich horizontale oder vertikale Seitenflächen, die orthogonal zueinander stehen. Es ist spiegelsymmetrisch bezüglich der x/z-Ebene.
Im Folgenden wird das Flächenmodul von der Vorderseite aus betrachtet beschrieben. Das Vorderseitenprofil ist in der y-Achsenrichtung durchgängig. Die Kantenlängen der Flächen des Flächenmoduls im Gegenuhrzeigersinn sind nachfolgend aufgeführt beginnend von der linken unteren Modulecke. In Klammern stehen die Winkelangaben ausgehend vom Endpunkt der vorhergehenden Kante entsprechend der normalen Gradeinteilung eines Einheitskreises in 360° im Gegenuhrzeigersinn (Die Horizontale in der positiven x-Achsenrichtung entspricht also 0°.). Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird auf die genaue Benennung der Flächen verzichtet. Es wird allerdings angezeigt, ob sich die Fläche am Flächenmodul rechts (r), links (l), oben (o) oder unten (u) befindet: u = 4 cm (0°); r = 2 cm (90°); u = 1 cm (0°); r = 1 cm (90°); u = 3 cm (0°); r = 1 cm (90°); u = 1 cm (0°); r = 2 cm (90°); u = 4 cm (0°); I = 2 cm (270°); u = 2 cm (0°); r = 2 cm (90°); u = 4 cm (0°); l = 2 cm (270°); u = 1 cm (0°); l = 1 cm (270°); u = 3cm (0°); l = 1 cm (270°); u = 1 cm (0°); l = 2 cm (270°); u = 4 cm (0°); r = 2 cm (90°); u = 1 cm (0°); r = 6 cm (90°); o = 1 cm (180°); r = 2 cm (90°); o = 4 cm (180°); r = 2 cm (90°); o = 1 cm (180°); r = 1 cm (90°); o= 3 cm (180°); r = 1 cm (90°); o = 1 cm (180°); r = 2 cm (90°); o = 4 cm (180°); l = 2 cm (270°); o = 2 cm (180°); r = 2 cm (90°); o = 4 cm (180°); l = 2 cm (270°); o = 1 cm (180°); l = 1 cm (270°); o = 3 cm (180°); l = 1 cm (270°); o = 1 cm (180°); l = 2 cm (270°); o = 4 cm (180°); r = 2 cm (90°); o = 1 cm (180°); l = 6 cm (270°); u = 1 cm (0°); l = 2 cm (270°).
In einer Variante aus Beton müssen alle Längen und Dickenangaben mit 5 multipliziert werden.
Die Modifizierung der horizontalen Seiten mit sinusförmigem Wellenverlauf kann analog der Durchführung in Beispiel 3 vollzogen werden. Überdies können die vertikalen Seitenflächen mit Nut-Zapfen-System kann analog dem System in Beispiel 4 versehen werden.
Desweiteren kann aber auch ein spezielles Nut-Zapfen-System verwendet werden, wie bereits beschrieben, das keine Symmetrie in y-Achsenrichtung aufweist. Insbesondere kann die W-Form mit doppelten Abschrägungen an den lateralen Flächen ausgeformt sein.

Claims

Stapelbares Flächenmodul für eine reversibel auf- und abbaubare Wand- oder Schalenfläche, wobei das Flächenmodul eine dreidimensionale Form und eine Ausdehnung in der x-, y-und z-Achsenrichtung aufweist, und mehrere dieser Flächenmodule in z-Achsenrichtung aufeinander stapelbar sind, und die Vorder- und Rückseite des Flächenmoduls jeweils in die y-Achsenrichtung zeigen, die Unter- und Oberseite jeweils in die z-Achsenrichtung zeigen und die lateralen Seiten in die x-Achsenrichtung zeigen, und die Seitenprojektionsfläche der Vorderseite oder Rückseite auf die x/z-Ebene jeweils größer ist als die Seitenprojektionsfläche der Unterseite oder Oberseite auf die x/y-Ebene, und die Seitenprojektionsfläche der Vorderseite oder Rückseite auf die x/z-Ebene jeweils größer ist als die Seitenprojektionsfläche der lateralen Seiten auf die y/z-Ebene, und mehrere dieser Flächenmodule derart aneinander zusammenfügbar sind, dass diese im zusammengefügten Zustand eine, in x-Achsenrichtung und in z-Achsenrichtung fortlaufende, aus diesen Flächenmodulen bestehende, zusammenhängende Wand- oder Schalenfläche bilden können, und wobei mehrere der Flächenmodule derart ausgestaltet sind, dass diese jeweils in der z-Achsenstapelrichtung, in der x-Achsenrichtung versetzt und 180° um die y-Achse rotiert aufeinander in z-Achsenrichtung stapelbar sind, wobei das Flächenmodul mindestens zwei in der z-Achsenrichtung untere Extensionen und mindestens eine durch diese Extensionen in der x-Achsenrichtung abgegrenzte untere, in der z-Achsenrichtung nach oben reichende, Einbuchtung umfasst, welche in der x-Achsenrichtung zwischen diesen unteren Extensionen vorliegt, wobei das Flächenmodul zudem auf den Grundflächen des Modulperimeters überlagert Verschränkungsstellen umfasst, welche entlang des gesamten Modulperimeters zumindest an einer Stelle unterbrochen sind, wobei eine Verschränkungsstelle die Modulbewegung von in der Wand benachbarten Modulen jeweils in eine der beiden y-Achsenrichtung sperrt, wobei das Flächenmodul mindestens ein Verschränkungsstellenpaar mit positiven und negativen Verschränkungsstellen umfasst, wobei die positive Verschränkungsstelle in die positive y-Achsenrichtung sperrt und die negative Verschränkungsstellen in die negative y-Achsenrichtung sperrt, sodass das Verschränkungsstellenpaar in der Wand insgesamt in beide y-Achsenrichtungen sperrt.
Stapelbares Flächenmodul nach Anspruch 1, wobei das Flächenmodul dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Aufbau der Wandfläche aus diesen Flächenmodulen mindestens zwei Extensionen von zwei in der Wandflächenschicht nebeneinanderliegenden Flächenmodulen zusammen in eine Einbuchtung des Flächenmoduls aus der in der z-Achsenrichtung darüber- und/oder darunterliegenden nächsten Wandflächenschicht eingefügt werden können.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gesamtmoduldicke in der z-Achsenrichtung variiert.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tiefe der Einbuchtung zwischen 25% und 75% der Gesamthöhe des Flächenmoduls in der z-Achsenrichtung ist.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die maximale Flächenmoduldicke in der y-Achsenrichtung geringer ist, als die maximale Tiefe der Einbuchtung oder einer Einbuchtung.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einer Projektion auf die x/z-Ebene die Gesamtfläche von zwei Extensionen gleich ist der Gesamtfläche, der zwischen diesen Extensionen in der x-Achsenrichtung gebildeten Einbuchtung.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Flächenmodul mindestens zwei in der z-Achsenrichtung obere Extensionen und mindestens eine durch diese Extensionen in der x-Achsenrichtung abgegrenzte obere in der z-Achsenrichtung nach unten reichende Einbuchtung umfasst, welche in der x-Achsenrichtung zwischen diesen oberen Extensionen vorliegt.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Flächenmodul mindestens zwei in der z-Achsenrichtung obere Aussparungen und mindestens eine durch diese Aussparungen in der x-Achsenrichtung abgegrenzte obere in der z-Achsenrichtung nach oben reichende Ausbuchtung umfasst, welche in der x-Achsenrichtung zwischen diesen oberen Aussparungen vorliegt.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Flächenmodul keinen Hohlraum in der x/y-Ebene aufweist.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Verschränkungsstelle Flächenmodulationen umfasst mit mindestens einem Verschränkungsfortsatz aus der Grundflächenebene und eine zu diesem Fortsatz komplementäre Verschränkungsmulde, sodass komplementäre Flächenmodulationen auf benachbarten Flächenmodulen im zusammengesetzten Zustand der Wandfläche einen Verschränkungsstellenverbund bilden können, wobei an der Verschränkungsstelle der Verlauf der Flächenmodulation in der y-Achsenrichtung nicht durchgängig parallel zur y-Achsenrichtung ist, sodass ein Verschränkungsstellenverbund eine formschlüssige Sperre in mindestens eine y-Achsenrichtung normal zur Wand- oder Schalenfläche bildet.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verschränkungsstelle mindestens eine Sperrfläche auf einer y-Achsenposition umfasst, welche zwischen 40% und 60% der maximalen y-Achsentiefe des Flächenmoduls liegt.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verschränkungsstelle eine Ausdehnung von 5 bis 20% der maximalen Gesamtmodulausdehnung in der x-Achsenrichtung aufweist.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Flächenmodul eine Krümmung in einer oder zwei Richtungen aufweist.
Stapelbares Flächenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausdehnung des Fortsatzes der Verschränkungsstellen in der z-Achsenrichtung mindestens 10% der Gesamtmodulausdehnung in der z-Achsenrichtung ist.
Verwendung eines Flächenmoduls nach einem der vorangehenden Ansprüche für Erdbebensicherungswände, eine Brücke, eine Dachkuppel, einen Bauzaun, eine Schallschutzwand, ein Aufwindkraftwerk, Wärmetauscher, einen Küstenschutzwall oder ein Spielzeughaus.