DE10214030B4

DE10214030B4 - Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10214030B4
Application number: DE2002114030
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Reinhardt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: AU2003233913A1; DE10214030A1; WO2003080967A1; DE10391755D2

Abstract

Bauelement aus zylinderförmigen Hohlkörpern, insbesondere zur Bildung von wandförmigen Leichtbaustrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl verformbarer, mit mindestens einem Füllmittel über eine Befüllungsöffnung (6) befüllbarer und druckdicht abschließbarer Hohlkörper (2), die an ihren Mantelflächen längsseits bündig aneinander liegen, durch mindestens ein zugfestes Verbindungsmittel (3) zu einem variabel gestaltbaren Grundelement (1) verbunden sind, und dass durch eine Kombination einer Mehrzahl von Grundelementen (1) eine frei konfigurierbare Leichtbaustruktur (5) aufbaubar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement aus zylinderförmigen Hohlkörpern, insbesondere zur Bildung von wandförmigen Leichtbaustrukturen und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Leichtbauelemente oder Bauelemente für Leichtbaustrukturen sind aus der Praxis vielfach bekannt. Sie werden beispielsweise in der Architektur, im Anlagenbau, im Fahrzeug-, Schiffs- und Flugzeugbau sowie in der Verfahrenstechnik verwendet, insbesondere, wenn eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht gefordert wird.

Bekannte Bauelemente, insbesondere zur Bildung von wandförmigen Strukturen, die in der Regel hohen Traglasten oder mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, sind meist jedoch durch ihren filigranen Aufbau aufwendig in der Herstellung und/oder kaum modellierbar, d.h. nur eingeschränkt gleichzeitig zum Bau verschieden gestalteter Strukturen,beispielsweise sowohl für gerade Wände als auch für Kuppeln, verwendbar. Für die diversen Anwendungen sind dann oft jeweils eigens konstruierte und daher kostspielige Bauelemente erforderlich. Zudem ergibt sich häufig durch die aufwendigen Herstellungsverfahren und den Materialverbrauch für die bekannten Bauelemente eine ungünstige Umweltbilanz. Umwelttechnische Gesichtpunkte spielen jedoch neben der Wirtschaftlichkeit beim Einsatz moderner Bauelemente eine zunehmend wichtige Rolle. Die gleichzeitigen Forderungen nach einem flexibel einsetzbaren Produkt mit hoher Stabilität bei geringem Ge wicht einerseits und umwelttechnisch geringem Ressourcenverbrauch sowie niedrigen Herstellungskosten andererseits sind bisher nicht optimal gelöst.

Aus der DE 85 24 575 U1 ist eine Flexi-Kugelmatte für Tragsysteme bekannt. Diese Kugelmatte, die zur Bespannung flexibler Tragsysteme geeignet sein soll, besteht aus einer netzförmigen Anordnung von elastischen Schläuchen die in den Kreuzungspunkten über Verbundstücke miteinander verbunden sind. Eine Mehrzahl von kugelförmigen Hohlkörpern ist über die Verbundstücke mit dem Netz verbunden. Diese flexible Matte mit den Hohlkörpern ist jedoch nicht geeignet, um als Bauelement mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht zur Konstruktion stabiler wandförmiger Leichtbaustrukturen verwendet zu werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kostenund umwelttechnisch günstig herstellbares sowie vielseitig verwendbares Bauelement mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht zur Konstruktion wandförmiger Leichtbaustrukturen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl verformbarer, mit mindestens einem Füllmittel über eine Befüllungsöffnung befüllbarer und druckdicht abschließbarer Hohlkörper, die an ihren Mantelflächen längsseits bündig aneinander liegen, durch mindestens ein zugfestes Verbindungsmittel zu einem variabel gestaltbaren Grundelement verbunden sind, und dass durch eine Kombination einer Mehrzahl von Grundelementen eine frei konfigurierbare Leichtbaustruktur aufbaubar ist.

Dadurch, dass eine Mehrzahl von Hohlkörpern zu einem Grundelement verbunden sind, entsteht ein sehr einfaches, kostengünstig und leicht kombinierbares Bauelement, das sehr viel seitig verwendbar ist. Durch eine variable Verspannung über geeignete Verbindungsmittel in Wirkverbindung mit der Verformbarkeit der Hohlkörper, ist eine vorgebbare Gestaltung der Grundelemente hinsichtlich ihrer Körperform möglich. Dementsprechend ist eine weitgehend freie Konfigurierung einer zu erstellenden Leichtbaustruktur möglich. Durch geeignete Wahl der Befüllung und des Hohlkörpermaterials wird eine vorgebbare und hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht der einzelnen Grundelemente und damit auch der gesamten Struktur erreicht. Hierbei werden die Zug- und Druckbelastungen auf die Hohlkörper selbst und auf die Verbindungsmittel verteilt. Während die Zugkräfte von den Verbindungsmitteln aufgenommen werden, nehmen die Hohlkörper, insbesondere über einen durch eine druckdichte Befüllung mit einem Füllmittel eingestellten Innendruck, die Druckkräfte auf.

Werden Hohlkörper verwendet, die zwar über die Zugkräfte verformbar sind, aber an sich eine hohe Stabilität bzgl. ihrer Wandungen aufweisen, ist es auch grundsätzlich denkbar, auf eine Druckbefüllung zu verzichten und keine (d.h. außer der normalen Umgebungsluft) oder andere Füllungen mit vorgebbaren Eigenschaften bzgl. Druckabsorption und/oder Wärmeisolierung zu verwenden.

Vorteilhaft bestehen Verbindungsmittel und Hohlkörper aus unterschiedlichen Materialien, so dass sich eine Verteilung der Zug- und Druckbelastung ergibt, wie sie beispielsweise von Stahlbetonkonstruktionen bekannt ist. Vorzugsweise können die Verbindungsmittel, die die Hohlkörper zu den Grundelementen verbinden, gleichzeitig zum Verketten der Grundelemente zu der Gesamtstruktur verwendet werden. Dadurch ergibt sich zusätzlich eine Gewichtsersparnis und ein weiterer Kostenvorteil in der Herstellung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Grundelement aus jeweils drei, mit dem Füllmittel befüllten Hohlkörpern als ein Dreiergrundelement ausgebildet, und ist durch eine Kombination einer Mehrzahl von Dreiergrundelementen die Leichtbaustruktur frei konfigurierbar aufbaubar, derart, dass die, in nicht verbundenem Zustand eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisenden Hohlkörper, in Wirkverbindung mit jeweils sechs benachbarten Hohlkörpern durch eine mindestens über die Verbindungsmittel gegen einen durch das Füllmittel erzeugten Innendruck wirkende Zugkraft, zu Hohlkörpern mit hexagonaler Querschnittsfläche geformt sind, so dass sich ein wabenförmiger Aufbau der Leichtbaustruktur mit einer hexagonal dichtesten Packungsform ergibt.

Aus drei verformbaren Hohlkörpern lässt sich das Grundelement besonders einfach und stabil aufbauen. Durch die Verbindung der Hohlkörper mit dem Verbindungsmittel kommen die angrenzenden Mantelflächen zum Anliegen. Dabei werden die kreisförmigen Zylinder über die Zugkräfte so zusammengedrückt, dass die angrenzenden Flächen plan aufeinanderliegen. Dabei wirken die Zugkräfte gegen den Innendruck der mit dem Füllmittel gefüllten Hohlkörper. Durch den Innendruck, der unter Berücksichtigung des jeweiligen Berstdrucks eingestellt ist, erhalten die Hohlkörper eine hohe Festigkeit. Die Verbindungsmittel verleihen dem Grundelement eine stabile belastbare Form.

In dem Grundelement entstehen entsprechend der Dreieckskonfiguration durch die Deformierung zunächst zwei plan anliegende Mantelflächen je Hohlkörper. Durch die Kombination und Verbindung mit weiteren benachbarten Grundelementen, grenzen dann an jeden Hohlkörper eines vollständig innerhalb der Leichtbaustruktur liegenden Grundelements insgesamt sechs anliegende Planflächen, so dass sich eine hexagonal dichteste Packung der Struktur ergibt. Die hexagonal dichteste Packung zeichnet sich durch ihre besonders hohe Stabilität aus.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Grundelement aus jeweils vier, mit dem Füllmittel befüllten Hohlkörpern als ein Vierergrundelement ausgebildet, und ist durch eine Kombination einer Mehrzahl von Vierergrundelementen die Leichtbaustruktur frei konfigurierbar aufbaubar, derart, dass die, in nicht verbundenem Zustand eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisenden Hohlkörper, in Wirkverbindung mit jeweils vier benachbarten Hohlkörpern durch die mindestens über die Verbindungsmittel gegen den durch das Füllmittel erzeugten Innendruck wirkende Zugkraft, zu Hohlkörpern mit quadratischer Querschnittsfläche geformt sind, so dass sich ein wabenförmiger Aufbau der Leichtbaustruktur mit einer kubischen Packungsform ergibt.

Die kubische Packungsform bietet eine annähernd so große Stabilität wie die hexagonale Packungsform. Sie ist besonders für Wandabschlüsse geeignet, da die Kombination der kubischen Grundelemente leicht zu Abschlusskanten führt, die in einer Ebene liegen, während die Dreiecksform ohne besondere Maßnahmen, bzw. ohne eine besondere Abschusskonfiguration zunächst zu verzahnten Abschlusskanten führt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an einer Deckfläche der Hohlkörper jeweils ein herausstehender Hals angeordnet, der die Befüllungsöffnung aufnimmt. Es kann auch an einer Grundfläche der Hohlkörper jeweils ein zweiter herausstehender Hals angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass an dem Mantel der Hohlkörper jeweils mindestens eine Taillierung vorgesehen ist.

Das eine Verbindungsmittel kann die an den Deckflächen angeordneten Hälse umschlingen. Dadurch werden die Hohlkörper im Bereich der Deckflächen zusammengezogen, im Bereich der Grundflächen jedoch kaum oder nicht zusammengezogen. Derart verspannt, ergeben sich im Falle von Dreiergrundelementen kegelstumpfähnliche und im Falle von Vierergrundelementen pyramidenstumpfähnliche Grundelemente, deren Aufweitungswinkel von der Stärke, bzw. Enge der Verspannung abhängt.

Das Verbindungsmittel kann auch an der Taillierung angebracht sein. Denkbar ist, dass dazu die Hohlkörper im Bereich der Taillierung eine umlaufende Wandverstärkung aufweisen, um eine ausreichend hohe Festigkeit gegen die Ausübung einer Zugkraft durch die Verbindungsmittel zu gewährleisten. Hierbei ist eine besondere Verbindungstechnik erforderlich, um die einzelnen Grundelemente zu der Gesamtstruktur zu verknüpfen. Beispielsweise können dazu dehnbare Verbindungsmittel, beispielsweise Bänder, mit einer geeigneten Vorrichtung über die zu verknüpfenden Hohlkörpermäntel benachbarter Grundelemente bis zu der Taillierung vorgeschoben werden und sich dann dort zusammenziehen und an die Taillierung anschmiegen. Je nachdem in welcher Höhe der Mantelflächen der Zylinder sich die Taillierung befindet, d.h. das Verbindungsmittel angebracht ist, ergibt sich eine parallele Ausrichtung der Hohlkörper bei Anbringung in der längsseitigen Mitte oder, durch eine einseitige Zugkraft, wenn das Verbindungsmittel außerhalb der längsseitigen Mitte der Hohlkörper angebracht ist, eine ungleichmäßige Verspannung der Hohlkörper über die Länge des Grundelements, so dass sich wiederum (wie bei der Anbringung des Verbindungsmittels an den Hälsen) eine von der parallelen Ausrichtung abweichende Ausrichtung der Hohlkörper, bzw. des Grundelements ergibt. Dadurch wird eine hohe Variabilität in der Gestaltung der Grundelemente erreicht, wodurch sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten ergeben.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Verbindungsmittel je Grundelement vorgesehen, die die Hohlkörper jeweils durch Ausübung einer jeweiligen Zugkraft auf mindestens einen Hals und/oder die Taillierung des Grundelements umschlingen, und ist über die Verbindungsmittel ein Aufweitungswinkel zwischen den Längsachsen der Hohlkörper und einer Mittenlängsachse des Grundelements vorgebbar.

Dadurch, dass jeweils zwei Verbindungsmittel die Grundelemente umschlingen, lässt sich eine besonders hohe Stabilität der Konstruktion erreichen, bei gleichzeitig hoher Gestaltungsvielfalt. Während die mit nur einem Verbindungsmittel verbundenen Grundelemente erst in der Kombination innerhalb der Leichtbaustruktur ihre vollständige Stabilität erhalten, füh ren die mit mindestens zwei Verbindungsmitteln verknüpften Hohlkörper schon zu für sich allein genommen zu sehr stabilen Grundelementen. Die Hohlkörper können insbesondere um die Hälse in beiden Abschnitten, d.h. im oberen Deckflächenbereich und im unteren Grundflächenbereichunterschiedlich stark bzw. eng gebunden sein, wodurch die Hohlkörper längsseits eine Abweichung von der Mittenlängsachse durch einen veränderlichen Abstand, d.h. einen Aufweitungswinkel, erhalten, so dass die das Grundelement einhüllende Mantelfläche eine entsprechende Form (wie oben beschrieben) einnimmt.

Durch eine entsprechende Variation der Verbindungsmittel kann der Aufweitungswinkel der Form variiert werden. Dies ermöglicht wiederum auf einfache Weise die Realisierung von geschwungenen und gewölbten Formen, beispielsweise kann so auf einfache Weise eine Leichtbaukuppel hergestellt werden. Im Falle der Kuppel kann man auf eine doppelseitige (Deckflächenbereich und Grundflächenbereich), d.h. die außenwandseitige und eine innenwandseitige Verbindung, bzw. Verschnürung mit zwei Verbindungsmitteln je Grundelement verzichten und nur die Verbindung um die Hälse, beispielsweise um die im Deckflächenbereich vorhandenen anwenden, da an der Innenseite der Kuppel nur Druck- aber keine Zugkräfte auftreten. Im Falle einer geschwungenen Wand hingegen ist die Verschnürung mit zwei Verbindungsmitteln an den diametral angebrachten Hälsen im Deckflächen- und im Grundflächenbereich besonders vorteilhaft .

Entsprechend kann natürlich auch eine parallele, d.h. gerade Form, bzw. Wand erreicht werden. Durch gleichförmiges Umschlingen der Hohlkörper von beiden Umschlingungsmitteln lässt sich leicht eine gerade Form des Grundelements aufbauen (was bei Umschlingen lediglich eines einzigen Verbindungsmittel je Hohlkörper, nur in Höhe der Mitte der Mantelflächen bei entsprechender Anordnung einer Taillierung realisierbar ist).

Insgesamt kann durch die Verwendung von vorgebbar vielen, vorzugsweise zwei Verbindungsmitteln, das Grundelement in hohem Maße variabel gestaltet werden und gleichzeitig besonders hohen Stabilitätsanforderungen genügen. Die Grundelemente können den jeweiligen Anforderungen an die Konfiguration der Leichtbaustruktur so besonders einfach angepasst werden und zeichnen sich, für sich genommen und innerhalb der Leichtbaustruktur, durch eine weiter verbesserte Festigkeit bei gleichzeitig variablen Gestaltungsmöglichkeiten aus.

In den Unteransprüchen 8 bis 13 sind bevorzugte Ausführungsformen der Verbindungsmittel beschrieben.

Die Verbindungsmittel können Zugseile, Zugdrähte, Zugbänder oder Stäbe mit verschiedenen Dehnbarkeiten, Festigkeiten und Längen sein. Dadurch können die Hohlkörper mit den für die jeweiligen Anforderungen günstigsten Verbindungsmitteln versehen werden.

In den Unteransprüchen 14 bis 20 sind bevorzugte Ausführungsformen des Füllmittels beschrieben.

Das Füllmittel kann ein Druckgas sein. Im einfachsten Fall kann Druckluft verwendet werden. Die Hohlkörper werden dann mit einem bestimmten Druck gefüllt, um einen Innendruck einzustellen, der eine ausreichende Festigkeit des Bauelements gewährleistet. Dazu kann beispielsweise kostengünstig eine handelsübliche Gasbefüllungseinrichtung verwendet werden, die an der Befüllungsöffnungen der Hohlkörper ansetzbar ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, unter Berücksichtigung ihres Berstdrucks, die Hohlkörper mit einem Überdruck zu füllen. Vorteilhaft sind die Hohlkörper dann jeweils mit einem Überdruckventil ausgestattet. Die Überdruckbefüllung, d.h. maximal die Differenz zwischen Berstdruck und dem für die Stabilität der Konstruktion notwendigen Druck, kann als Energiespeicher ausgenutzt werden. Beispielsweise lassen sich die Bauelemente im Fahrzeugbau verwenden zur Gewichtsersparnis und, bei Ausnutzung der Überdruckbefüllung, zur Mitführung von Gasen zum Antrieb des Fahrzeugs. Die Hohlkörper können in Fahrzeugen auch prinzipiell die Funktion von Airbags erfüllen.

Es kann auch Stickstoff oder ein anderes inertes, d.h. reaktionsträges Gas zur Verwendung kommen, um in der Architektur oder im Anlagenbau bei Verwendung der Bauelemente einen verbesserten Brandschutz zu erreichen.

Es kann eine einmalige Befüllung der Hohlkörper vorgesehen sein, aber auch die Möglichkeit für eine mehrmalige Befüllung, bzw. eine Befüllungsänderung kann vorgesehen sein.

Es ist auch möglich, Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser oder feste Stoffe, beispielsweise Sägemehl, Häckselstroh, Sand oder auch Gemische daraus zur Befüllung zu verwenden, insbesondere in Fällen wo eine bestimmte Isolierwirkung gegen Wärme, Schall oder Sicht erzielt werden soll und das Gewicht der Konstruktion eine untergeordnete Rolle spielt. Denkbar ist auch die Verwendung von aushärtbaren Schäumen, beispielsweise Polystyrol, um die oben erläuterten Wirkungen zu erzielen.

Es kann für alle Hohlkörper der Leichtbaustruktur nur ein Füllmittel verwendet werden, es ist aber auch möglich, dass verschiedene Füllmittel innerhalb der Leichtbaustruktur zur Verwendung kommen.

In den Unteransprüchen 21 bis 31 sind bevorzugte Ausführungsformen der Hohlkörper beschrieben.

Die Hohlkörper können leere Getränkeflaschen sein. Handelsübliche leere Getränkeflaschen, vorzugsweise aus Kunststoff, sind wegen ihres geringen Gewichts und der niedrigen Beschaffungskosten besonders vorteilhaft als Hohlkörper zur Bildung der Bauelemente geeignet. Insbesondere können die weit verbreiteten Flaschen aus Polyethylenterephtalat (PET) zum Einsatz kommen. Diese sind einerseits leicht verformbar, etwa um hexagonale Strukturen zu erzeugen, und bieten andererseits die nötige Druckfestigkeit, um eine stabile Konstruktion aufzubauen. Weiterhin sind sie voll recyclingfähig, so dass sich ein geringer Ressourcenverbrauch und eine günstige Umweltbilanz ergibt.

Meist sind bei den handelsüblichen PET-Flaschen Stützkragen an der Befüllungsöffnung und eine Taillierung am Flaschenkörper vorhanden, die vorteilhaft als Fixierung für die Umschlingungsmittel verwendet werden können. Auf der Basis der handelsüblichen PET-Flaschen ist es denkbar, spezielle doppelhalsige Flaschen herzustellen, bei denen beidseitig je ein Verbindungsmittel an den Flaschenhälsen anbringbar ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, bei je zwei Flaschen eine der Grundflächen zu entfernen und die Flaschenkörper so ineinander zu stecken, dass eine doppelhalsige Flasche entsteht. Wird die intakte Flasche aufgepumpt, kann sie sich innen an die Flasche ohne Boden anpressen und mit dieser eine Einheit bilden.

Die Transparenz des glasklaren PET-Materials ist zum Bau von lichtdurchlässigen Dächern, Wänden oder Kuppeln besonders vorteilhaft. Beispielsweise ist die Verwendung von Bauelementen aus PET-Flaschen zum Bau von sogenannten „Null-Energie"-Häusern denkbar, bei denen die natürliche Sonneneinstrahlung zur Wärme- und Stromerzeugung optimal ausgenutzt wird. Hier kann auch die Energiespeicherung der Überdruckbefüllung ausgenutzt werden. Durch die Befüllungsseite (Deckfläche) und die Bodenseite (Grundfläche) der Hohlkörper ist zudem eine automatische Doppelwandigkeit der Leichtbaustruktur gegeben, die eine gute Isolierwirkung hat. Diese kann durch den gezielten Einsatz eines der verschiedenen möglichen Füllmittel, beispielsweise Druckluft, noch weiter verbessert werden.

Denkbar ist auch eine Verwendung der Bauelemente im Anlagenbau, beispielsweise in Aufwindkraftwerken. Bei diesen Kraftwerken wird das durch ein lichtdurchlässiges Dach eingestrahlte Sonnenlicht am Boden absorbiert, erwärmt die darüber legende Luftschicht und bewirkt damit einen Luftdruckanstieg. Dieser Überdruck kann sich über einen möglichst hohen Kamin und damit über eine möglichst hohe Druckdifferenz entspannen. Die damit verbundene Luftströmung durch den Kamin kann eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben. Durch Einsatz der besonders kostengünstigen und umweltfreundlichen Bauelemente kann das bisher nicht befriedigende Verhältnis von Energiegewinn zu Energieaufwand für den Bau einer derartigen Anlage wesentlich verbessert werden.

Die Hohlkörper können mit einer Verspiegelung versehen sein. Zur Sonnenenergiegewinnung können mit den Grundelementen hohl- oder parabolspiegelförmige Leichtbaustrukturen konstruiert werden. Eine einfache und besonders kostengünstige, geringen Ansprüchen genügende Verspiegelung, kann durch Aufstecken von aufgebohrten, zur Entsorgung vorgesehenen CD-Ton- oder Datenträgerscheiben auf die Flaschenhälse der Kunststoffflaschen realisiert werden. Natürlich ist auch eine Aufdampfung einer Metallschicht möglich, beispielsweise um ein Gebäude vor zu starker Sonneneinstrahlung durch ein Gebäudedach aus PET- oder PET ähnlichen Elementen zu schützen. Grundsätzlich ist auch eine Einfärbung der Flaschen denkbar, um bestimmte Lichteffekte oder einen Sichtschutz zu realisieren.

Das sehr geringe Gewicht der Bauelemente aus Kunststoffflaschen, insbesondere mit Druckluft als Befüllung, ist besonders im Schiffs- und Flugzeugbau von Nutzen. Denkbar sind hier Leichtbauflugzeuge, z.B. sogenannte „Nurflügler" oder Schiffe, die quasi eine große Anzahl von Schotten erhalten, was mit einem erhöhten Sinkschutz einhergeht, wenn die Bauelemente als Bewandungskonstruktion verwandt werden. Auch hier könnte die Energiespeicherfunktion zusätzlich ausgenutzt werden.

Die Kunststoffflaschen können auch mit einem verstärkenden Netz überzogen sein. Dadurch ergibt sich ein höherer Berstdruck, wodurch der Überdruck erhöht werden kann, um die Funktion als Energiespeicher noch effektiver zu gestalten. Der gleiche Effekt kann auch durch die Auswahl von Hohlkörpern mit einer größeren Wandstärke erzielt werden. Mit einem Verstärkungsnetz oder einer größeren Wandstärke können alle Hohlkörper ausgestattet sein, aber auch nur einzelne, die gezielt als Energiespeicher genutzt werden sollen.

Es ist auch möglich, dass leere Dosen als Hohlkörper verwendet werden. Auch diese Form von Hohlkörpern sind über entsprechende Verbindungsmittel formbar, für geringere Stabili- tätsanforderungen kann hier auf eine Befüllung verzichtet werden.

Die bekannten Verfahren zu Herstellung von Bauelementen haben den Nachteil, dass sie relativ kostenaufwendig und umwelttechnisch nicht optimiert sind, sowie relativ unflexibel handhabbar sind.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements anzugeben, das kostengünstig, umwelttechnisch günstig und flexibel ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 32 dadurch gelöst, dass zunächst eine Mehrzahl von an ihren Mantelflächen bündig anliegenden verformbaren Hohlkörpern über mindestens ein die Hohlkörper umschlingendes Verbindungsmittel zu einem Grundelement verspannt werden, derart, dass über eine Zugkraft ein vorgebbarer Abstand der Längsachsen der Höhlkörper gegenüber einer Mittenlängsachse des Grundelements eingestellt wird, so dass eine vorgegebene Verformung der sich angrenzenden Mantelflächen der Hohlkörper entsteht, dass anschließend die Grundelemente zu einer vorgegebenen Leichtbaustruktur kombiniert werden, und dass abschließend die Hohlkörper jeweils über eine Befüllungsöffnung mit mindestens einem Füllmittel befällt und druckdicht verschlossen werden.

Zunächst werden die Hohlkörper mit den Verbindungsmitteln zu dem Grundelement verbunden. Eine dabei ausgeübte Zugkraft bringt die Hohlkörper in eine gewünschte Form. Die Art der Verformung der Hohlkörper, bzw. die Form des Grundelements hängt von der Anordnung und Anzahl der aneinander angrenzenden Hohlkörper und der Anordnung, Anzahl und Art der Verspannung durch die Verbindungsmittel ab. Dadurch können sehr variable und den Gestaltungsvorgaben der zu konstruierenden Leichtbaustruktur angepasste Grundelemente geschaffen werden. Über eine unterschiedliche Verspannung in der Nähe der Befüllungsöffnung und in der Nähe eines Hohlkörperbodens wird auf einfache Weise eine von einer parallelen Ausrichtung der Hohlkörper abweichende Formgebung erreicht. Dadurch kann eine Vielzahl von geschwungenen und gewölbten Leichtbaustrukturen realisiert werden. Ebenso ist eine parallele Ausrichtung der Hohlkörper möglich, um gerade Wände aufzubauen. Es kann auch, beispielsweise zum Bau von Kuppeln, eine nur einseitige Verspannung der Hohlkörper eingesetzt werden.

Durch die Kombination einer erforderlichen Anzahl von Grundelementen wird eine vorgegebene Leichtbaustruktur sukzessive aufgebaut. Die Kombination der einzelnen Grundelemente erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die Verbindungsmittel einerseits die Hohlkörper des jeweiligen Grundelements verbinden und andererseits jeder Hohlkörper des Grundelements mit einem angrenzenden Hohlkörper eines benachbarten Grundelements verbunden wird. Dadurch entsteht sukzessive eine Verkettung der gesamten aufzubauenden Konstruktion. Mit der abschließenden Befüllung wird der Konstruktion die erforderliche Stabilität verliehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die einzelnen Hohlkörper zunächst mit einem Vordruck vorgefüllt und nach dem Verspannen der endgültige Fülldruck eingestellt.

Insbesondere bei Hohlkörpern mit leicht verformbaren Wänden wird zunächst eine Vorfüllung vorgenommen. Dadurch erhält die Konstruktion schon während der Anordnung der Verbindungsmittel eine Grundstabilität, wodurch sich der Aufbau der Leichtbaustruktur erleichtert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:
1: Eine Leichtbaustruktur aus Dreiergrundelementen mit hexagonaler Struktur in einer perspektivischen Draufsicht von oben und
2: das Dreiergrundelement in einer perspektivischen Ansicht von vorn.
^Ein Bauelement besteht im Wesentlichen aus einem Grundelement 1 mit einer Mehrzahl von zylinderförmigen Hohlkörpern 2, die über mindestens ein Verbindungsmittel 3, 4 verbunden sind.
In 1 ist eine Leichtbaustruktur 5 mit einem aus Dreiergrundelementen 1 bestehenden hexagonalen Aufbau dargestellt. Eines der Grundelemente 1 ist in der Figur zur Verdeutlichung dunkel abgehoben gezeichnet. Das Dreiergrundelement 1 besteht aus drei Hohlkörpern 2, die vorteilhaft als doppelhalsige Flaschen auf der Basis von leeren PET – Getränkeflaschen hergestellt sind. Als Befüllungsöffnung 6 für ein Füllmittel dienen jeweils die Ausgießöffnungen der Flaschen 2. Das erste Verbindungsmittel 3, vorzugsweise als ein zugfestes Seil ausgebildet, umschlingt die an einer Deckfläche 9 angeordneten Flaschenhälse 7, die die Ausgießöffnungen, bzw. Befüllungsöffnungen 6 bilden. Diametral dazu sind an einer Grundfläche 10 entsprechend drei geschlossene Flaschenhälse 8 angeordnet (in 2 verdeckt, daher nicht explizit sichtbar). Ein zweites Zugseil 4 umschlingt die Flaschenhälse 8. Die Flaschenhöhe, bzw. Flaschenlänge bildet die Wandstärke der Leichtbaustruktur 5. In dem Dreiergrundelement 1 hat jeder Hohlkörper 2 zwei unmittelbar benachbarte weitere Hohlkörper 2. Über eine Zugkraft sind die Hohlkörper 2 derart verspannt, dass die unmittelbar angrenzenden Mantelflächen zu planen Flächen F1, F2 verformt werden. Daraus ergibt sich schließlich die hexagonale Struktur des Dreiergrundelements 1, bzw. der gesamten Leichtbaustruktur 5. Der Einfachheit halber sind in 2 auch die äußeren Mantelflächen F3, F4, F5, F6 bereits als plane Flächen dargestellt. Diese ergeben sich selbstverständlich erst im Zusammenwirken mit den unmittelbar angrenzenden Dreiergrundelementen. Die Ausrichtung der Flaschen in 2 ist parallel, d.h. dass die Längsachsen L1, L2, L3, der Flaschen parallel zu einer Mittenlängsachse M verlaufen. Für die Leichtbaustruktur 5 ergibt sich daraus eine ebene Form, bzw. eine ebene Wand.
Durch eine unterschiedliche Verschnürung, bzw. Verbindung über die beiden Zugseile 3 und 4, kann auf gleiche Weise ein Winkel größer Null Grad zwischen den Längsachsen Ll, L2, L3 und der Mittenlängsachse M erzielt werden. Daraus resultiert eine kegelstumpfartige Ausrichtung der Dreiergrundelemente. Entsprechend würde sich durch Kombination dieser Grundelemente eine gewölbte Leichtbaustruktur ergeben.
Innerhalb der Leichtbaustruktur 5 sind die Grundelemente 1 durch die ersten, bzw. oberen Zugseile 3 verkettet. Eine entsprechende Verkettung ist ebenfalls für unteren Zugseile 4 vorgesehen. Jedes Zugseil 3 bzw. 4 umschlingt die Flaschenhälse 7 bzw. 8 der unmittelbar benachbarten Flaschen 2 innerhalb eines Grundelements 1. Gleichzeitig greift an jeden Flaschenhals 7, bzw. 8 ein weiteres Zugseil 3, bzw. 4 eines benachbarten Grundelements 1 an. Daraus resultierend ergibt sich, dass im Zentrum dreier Grundelemente 1 jeweils eine Getränkeflasche 2' unverbunden bleibt. Diese Hohlkörper 2' können prinzipiell aus der Gesamtstruktur 5 entfernt werden, ohne die Stabilität signifikant zu beeinflussen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements beruht im Wesentlichen auf der Verbindung von verformbaren Hohlkörpern 2 zu einem Grundelement 1, der Kombination einer erforderlichen Anzahl von Grundelementen 1 zu einer aufzubauenden Leichtbaustruktur 5 und der Befüllung der Hohlkörper 2, 2' mit einem Füllmittel.
Zur Bildung der in 1 dargestellten Leichtbaustruktur 5 werden zunächst drei doppelhalsige, auf der Basis von PET-Kunststoffflaschen hergestellte Hohlkörper 2 mit einem Zug seil 3 in Höhe der an der Deckfläche sich befindenden Flaschenhälse 7 und einem weiteren Zugseil 4 in Höhe der an der Grundfläche sich befindenden Flaschenhälse 8 zu dem Dreiergrundelement 1 verbunden. Dabei wird eine Zugkraft ausgeübt, so dass die Runde Form der Flaschen 2 an den sich angrenzenden Linien zu plan anliegenden Flächen F1, F2, verformt werden. Jeder Hohlköper des Grundelements 1 hat die zwei innen liegenden Planflächen F1, F2 und vier außenliegende Planflächen F3, F4, F5, F6, wobei die Flächen F3 und F4 an jeweils ein nächstes benachbartes Grundelement 1 grenzen und die Flächen F5 und F6 jeweils an einem freien Hohlkörper 2' anliegen, der bei der ringförmigen Verkettung von jeweils drei Dreiergrundelementen 1 im Zentrum des Rings entsteht. Auf die Weise wird sukzessive die gesamte Leichtbaustruktur 5 als eine wabenförmige Wand aufgebaut. Die anschließende Befüllung verleiht der Struktur 5 die nötige Stabilität, bzw. die gewünschten Isolationseigenschaften, oder Energiespeichereigenschaften.

1: Grundelement
2,2': Hohlkörper
3: Verbindungsmittel
4: Verbindungsmittel
5: Leichtbaustruktur
6: Befüllungsöffnung
7: Flaschenhals
8: Flaschenhals
9: Deckfläche
10: Grundfläche
F1: innere Planfläche
F2: innere Planfläche
F3: äußere Planfläche
F4: äußere Planfläche
F5: äußere Planfläche
F6: äußere Planfläche
L1: Längsachse
L2: Längsachse
L3: Längsachse
M: Mittenlängsachse

Claims

Bauelement aus zylinderförmigen Hohlkörpern, insbesondere zur Bildung von wandförmigen Leichtbaustrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl verformbarer, mit mindestens einem Füllmittel über eine Befüllungsöffnung (6) befüllbarer und druckdicht abschließbarer Hohlkörper (2), die an ihren Mantelflächen längsseits bündig aneinander liegen, durch mindestens ein zugfestes Verbindungsmittel (3) zu einem variabel gestaltbaren Grundelement (1) verbunden sind, und dass durch eine Kombination einer Mehrzahl von Grundelementen (1) eine frei konfigurierbare Leichtbaustruktur (5) aufbaubar ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (1) aus jeweils drei, mit dem Füllmittel befüllten Hohlkörpern (2) als ein Dreiergrundelement ausgebildet ist, und dass durch eine Kombination einer Mehrzahl von Dreiergrundelementen die Leichtbaustruktur (5) frei konfigurierbar aufbaubar ist, derart, dass die, in nicht verbundenem Zustand eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisenden Hohlkörper (2), in Wirkverbindung mit jeweils sechs benachbarten Hohlkörpern (2, 2') durch eine mindestens über die Verbindungsmittel (3) gegen einen durch das Füllmittel erzeugten Innendruck wirkende Zugkraft, zu Hohlkörpern mit hexagonaler Querschnittsfläche geformt sind, so dass sich ein wabenförmiger Aufbau der Leichtbaustruktur (5) mit einer hexagonal dichtesten Packungsform ergibt.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement aus jeweils vier, mit dem Füllmittel befüllten Hohlkörpern (2) als ein Vierergrundelement ausgebildet ist, und dass durch eine Kombination einer Mehrzahl von Vierergrundelementen die Leichtbaustruktur frei konfigurierbar aufbaubar ist, derart, dass die, in nicht verbundenem Zustand eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisenden Hohlkörper (2), in Wirkverbindung mit jeweils vier benachbarten Hohlkörpern (2) durch die über mindestens die Verbindungsmittel (3) gegen den durch das Füllmittel erzeugten Innendruck wirkende Zugkraft, zu Hohlkörpern mit quadratischer Querschnittsfläche geformt sind, so dass sich ein wabenförmiger Aufbau der Leichtbaustruktur mit einer kubischen Packungsform ergibt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Deckfläche (9) der Hohlkörper (2) jeweils ein herausstehender Hals (7) angeordnet ist, der die Befüllungsöffnung (6) aufnimmt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Grundfläche (10) der Hohlkörper (2) jeweils ein zweiter herausstehender Hals (8) angeordnet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mantel der Hohlkörper (2) jeweils mindestens eine Taillierung vorgesehen ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verbindungsmittel (3, 4) je Grundelement (1) vorgesehen sind, die die Hohlkörper (2) jeweils durch Ausübung einer jeweiligen Zugkraft auf mindestens einen Hals (7, 8) und/oder die Taillierung des Grundelements (1) umschlingen, und dass über die Verbindungsmittel (3, 4) ein Aufweitungswinkel zwischen den Längsachsen (L1, L2, L3) der Hohlkörper (2) und einer Mittenlängsachse (M) des Grundelements (1) vorgebbar ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel (3, 4) als ein Zugseil ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel (3, 4) als ein Zugband ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel (3, 4) als ein Zugdraht ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel (3, 4) aus einem stabförmigen Material ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (3, 4) eine einer vorgebbaren Zugkraft und/oder zur Erzeugung des vorgebbaren Aufweitungswinkels zwischen den Längsachsen (L1, L2, L3) der Hohlkörper (2) und der Mittenlängsachse (M) des Grundelements (1) angepasste Festigkeit und/oder Dehnbarkeit aufweisen.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (3, 4) eine der vorgebbaren Zugkraft und/oder zur Erzeugung des vorgebbaren Aufweitungswinkels zwischen den Längsachsen (L1, L2, L3) der Hohlkörper (2) und der Mittenlängsachse (M) des Grundelements (1) angepasste Länge aufweisen.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel ein Druckgas ist, mit dem die Hohlkörper (2, 2') mit einem vorgebbaren Innendruck befüllbar sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllmittel Druckluft ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllmittel Stickstoff ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllmittel ein inertes Gasist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllmittel eine Flüssigkeit ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllmittel aus einem streufähigen festen Material oder aus einer Mischung verschiedener streufähiger Materialien besteht.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllmittel ein aushärtbarer Schaum ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper aus Kunststoff sind.
Bauelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper aus PET (Polyethylenterephtalat) oder aus einem PET – ähnlichen Material bestehen.
Bauelement nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (2, 2') leere Getränkeflaschen sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (2, 2') lichtdurchlässig sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass an den Hohlkörpern (2, 2') Mittel zur Verspiegelung anbringbar sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlkörper (2, 2') mit einem strumpfförmigen Verstärkungsnetz überziehbar ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlkörper (2, 2') eine einem vorgebaren Berstdruck angepasste Wandstärke aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllungsöffnungen (6) jeweils ein Überdruckventil aufweisen.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (2, 2') leere Dosen sind.
Bauelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dose aus Aluminium besteht.
Bauelement nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dose aus Weißblech besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements aus zylinderförmigen Hohlkörpern zur Bildung von wandförmigen Leichtbaustrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Mehrzahl von an ihren Mantelflächen bündig anliegenden verformbaren Hohlkörpern (2) über mindestens ein die Hohlkörper (2) umschlingendes Verbindungsmittel (3, 4) zu einem Grundelement (1) verspannt werden, derart, dass über eine Zugkraft ein vorgebbarer Abstand der Längsachsen (L1, L2, L3) der Höhlkörper (2) gegenüber einer Mittenlängsachse (M) des Grundelements (1) eingestellt wird, so dass eine vorgegebene Verformung der sich angrenzenden Mantelflächen der Hohlkörper (2) entsteht, dass anschließend die Grundelemente (1) zu einer vorgegebenen Leichtbaustruktur (5) kombiniert werden, und dass abschließend die Hohlkörper (2, 2') jeweils über eine Befüllungsöffnung (6) mit mindestens einem Füllmittel befällt und druckdicht verschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Hohlkörper (2, 2') zunächst mit einem Vordruck vorgefüllt werden, und dass nach dem Verspannen der Hohlkörper (2) der endgültige Fülldruck eingestellt wird.