DE10220529A1

DE10220529A1 - Schwebedach

Info

Publication number: DE10220529A1
Application number: DE2002120529
Authority: DE
Inventors: Christian Hoernicke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schwebedach, das nach dem Prinzip "Leichter-als-Luft" konzipiert ist und schwebend selbst große Flächen stützenfrei überdecken kann, ohne Eigenlasten in etwa zu überdachende Gebäudestrukturen einzuleiten und das zudem leicht versetzbar ist. DOLLAR A Das Schwebedach ist vorzugsweise aus Modulen (5) zusammengesetzt, die alle von einer Dachhaut überspannt sind, jeweils eine Traggaszelle besitzen und durch Ballasttanks so ausgetrimmt werden können, daß sich jedes Modul, abgesehen von äußeren Wetterlasten, im Kräftegleichgewicht befindet. So können selbst große Flächen stützenfrei überdacht werden, ohne Eigenlasten in zu überdachende Gebäudestrukturen einzuleiten. Am Einsatzort kann das Schwebedach an Haltemasten (6) verankert und so driftsicher über eine Fläche positioniert werden. DOLLAR A Das Schwebedach eignet sich besonders für ein Sportstadion (4), das hier im Beispiel samt Zuschauertribüne (3) und Rasenfläche (2) überdacht ist. Bei Bedarf kann das Schwebedach einfach an den Haltemasten (6) abgesenkt oder angehoben oder durch Windensysteme über eine Fläche neben dem Sportstadion (4) versetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwebedach nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das nach dem Prinzip "Leichter-als-Luft" konzipiert ist und schwebend selbst große Flächen stützenfrei überdecken kann ohne Eigenlasten in etwa zu überdachende Gebäudestrukturen einzuleiten und das zudem leicht versetzbar ist.
Bekannte Dachkonstruktionen für stützenfreie Spannweiten größer als 70 m sind meist als Seiltragwerke, Seilnetztragwerke oder als Raumfachwerke ausgebildet. Bei den Seiltragwerken werden Seile zwischen Pfeiler gehängt und außerhalb der zu überdachenden Fläche verankert. Zwischen den Seilen wird dann die Dacheindeckung befestigt. Bei den Seilnetztragwerken werden in der Regel mit einer Dachhaut versehene Stahlseilnetze an Pylonen aufgehängt und am Rand über Stützen und Zugseile verspannt und verankert. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Dachkonstruktion im Olympiapark von München. Raumfachwerke sind überwiegend im Baukastensystem aus Stäben und Knoten aufgebaut und ermöglichen so mit der geeigneten Eindeckung äußerst filigrane und an jede Form anpaßbare Dachsysteme. Zu öffnende und verschiebbare Dachkonstruktionen, wie sie etwa bei modernen Fußballstadien zum Einsatz kommen, bestehen zumeist aus einem Grundgerüst von massiven, stationären Fachwerkträgern, auf denen bewegliche Dachsegmente verschoben werden können. Bei diesen Dachkonstruktionen erweist es sich als nachteilig, daß die großflächige, stützenfreie Überdachung mit Raumtragwerken, besonders bei zu öffnenden Dächern, nur mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand an der Gebäudestruktur möglich ist, während die als Seil- und Seilnetztragwerk ausgeführten Dachkonstruktionen die Dachlasten zwar in der Regel nicht in das zu überdachende Gebäude einleiten, dafür aber kein öffnen und schließen des Daches ermöglichen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schwebedach zu erfinden, das große Flächen stützenfrei überdecken kann ohne Eigenlasten in etwa zu überdachende Gebäudestrukturen einzuleiten und das zudem leicht zu versetzen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen dadurch, daß das Schwebedach mit einem oder mehreren Auftriebskörpern versehen ist, die zumindest das Eigengewicht der Dachkonstruktion kompensieren und so ein schweben des Daches ermöglichen.
Das Schwebedach besteht aus einzelnen Modulen, die jeweils als Raumtragwerk aus Streben und Knoten aufgebaut und mit Auftriebskörpern und Ballasttanks und bei Bedarf an der Außenseite ganz oder teilweise mit einer Hülle versehen sind und im Baukastensystem zu beliebigen Dachformen verbunden werden können. Da für jedes Modul durch entsprechende Ballastwahl ein Kräftegleichgewicht herstellbar ist kann das Raumtragwerk entsprechend filigran dimensioniert werden.
Der Auftriebskörper eines Moduls besteht aus einer mit einem Traggas nicht prall gefüllten Traggaszelle und ist über Lastgurte vorzugsweise im Bereich der Knoten mit dem Raumtragwerk des Moduls verbunden. Besteht die Traggaszelle aus einem elastischen Material, so ist auch eine pralle Anfangsfüllung möglich. Als Traggas bietet sich aus Sicherheitsgründen das unbrennbare Edelgas Helium an, obwohl es gegenüber Wasserstoff teurer ist und eine geringere Tragkraft besitzt. Der Kostennachteil relativiert sich jedoch über die Einsatzdauer, da neben der anfänglichen Gasfüllung lediglich die Leckageverluste ersetzt werden müssen.
Es bietet sich an, vor allem die vertikalen Streben des Moduls röhrenförmig auszubilden und so zu bemessen, daß sie gleichzeitig als Ballasttank dienen können und in ihnen die erforderliche Menge an Ballastflüssigkeit untergebracht werden kann. Die Ballasttanks können dann über Leitungen und fernbetätigte Ventile je nach Bedarf befüllt und entleert und mit Füllstandsmessern überwacht werden. Durch die Symbiose von Strebe und Ballasttank werden separate Tanks entbehrlich und die Last wird direkt in die Modulknoten eingeleitet.
Durch die Anbringung geeigneter Kraft- und Dehnungssensoren am Tragwerk kann der Belastungszustand des Schwebedaches jederzeit kontrolliert und automatisiert durch die punktuelle Zu- und Abfuhr von Ballastflüssigkeit in und aus den Ballasttanks optimierend hinsichtlich einer unkritischen Tragwerkbelastung geregelt werden.
Die Stirnseite des Schwebedaches wird vorteilhaft zur Minimierung der horizontal auf das Schwebedach wirkenden Windlasten als widerstandsarmes, zum Beispiel halbkreisförmiges Profil ausgebildet. Auf diese Profilierung kann verzichtet werden, wenn gebäudeseitig geeignete Windschutzmaßnahmen getroffen werden.
Die Außenfläche des Schwebedaches wird mit einer Hülle versehen, die zumindest im oberen Dachbereich als wetterbeständige Dachhaut ausgebildet ist. Sofern Traggaszellen verwendet werden kann bei Bedarf auf eine Hülle auf der Schwebedachunterseite verzichtet werden. Zur Reduzierung des künstlichen Beleuchtungsbedarfs der überdachten Fläche bietet es sich vor allem bei der Überdachung von Vegetationsflächen an, möglichst viel Tageslicht zu nutzen und dazu die Dachhülle und die Traggaszellen aus einem geeigneten transparenten, lichtdurchlässigen Material zu fertigen. Um ein unerwünschtes aufheizen der Luft im inneren des Schwebedaches durch Sonneneinstrahlung zu reduzieren bietet sich die Aufbringung einer ganz oder teilweise reflektierenden Beschichtung auf der Dachoberseite an.
Um die Niederschlagsmengen gezielt vom Schwebedach abzuleiten wird das gesamte eben ausgeführte Schwebedach schräg angestellt oder das Schwebedach wird insgesamt durch eine entsprechende Gestaltung der Tragstruktur mit einer Wölbung versehen. Falls nötig können Eis- und Schneeablagerungen auf der Dachhülle durch die Ventilation erwärmter Luft im inneren des Schwebedaches oder durch die gezielte Erwärmung der Dachhülle durch in die Dachhülle integrierte elektrische Heizelemente oder durch Wärmestrahler abgeschmolzen werden.
Die durch Sonneneinstrahlung erwärmte Luft im inneren des umhüllten Schwebedaches kann direkt zur Gebäudebeheizung abgesogen oder über Wärmetauscher oder Wärmepumpen zur Warmwasserbereitung oder Lufterwärmung oder zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt werden.
Das Schwebedach verfügt vorzugsweise im Randbereich über ein oder mehrere Kupplungselemente, über die das Schwebedach fest mit außerhalb des Daches liegenden Fixpunkten verbunden wird. In die Fixpunkte werden die auf das Schwebedach wirkenden horizontalen Windlasten und die spontan auftretenden und nicht sofort durch entsprechende Ballasttrimmung auszugleichenden vertikalen Wetterlasten eingeleitet. Die dachseitigen Kupplungselemente können in einfacher Form aus Halteleinen bestehen, an denen das Schwebedach in der gewünschten Position gehalten wird, oder aus starren Elementen, die kraft- oder formschlüssig mit den fixpunktseitigen Kupplungsgegenelementen verbunden werden können, oder aus einer Kombination von Halteleinen und starren Elementen.
Diese Fixpunkte für das Schwebedach können in Form von zu den schwebedachseitigen Kupplungselementen passenden Kupplungsgegenstücken ausgeführt und an Haltemasten befestigt sein, die auf dem Erdboden oder auf der zu überdachenden Gebäudestruktur errichtet werden und die überschüssigen Schwebedachkräfte aufnehmen. In die Haltemaste können bei entsprechender Dimensionierung die für den Betrieb des Daches erforderlichen Einrichtungen wie Ballast-Vorratstanks, Druckaggregate, Ver- und Entsorgungsleitungen, Datenleitungen, Windensysteme, die Regenwasserableitung für das Schwebedach und der Zugang zum Schwebedach integriert werden.
Statt die einzelnen Module mit Traggaszellen auszustatten kann auch die gesamte, eng an den Modulen anliegende und an diesen befestigte Hülle des Schwebedaches gasdicht ausgeführt und mit dem Traggas gefüllt werden. Der bei Temperatur- und Luftdruckänderungen erforderliche Druckausgleich zwischen der inneren Traggasfüllung und der umgebenen Luft erfolgt dann entweder über luftgefüllte Ballonets, das sind in das Schwebedach integrierte und mit der Außenluft verbundene Luftsäcke, oder durch vorzugsweise auf der Schwebedachunterseite angebrachte membranartige Hüllenmaterialien oder durch die gezielte Ab- oder Zuleitung des Traggases in außerhalb des Schwebedaches angeordnete und mit diesem über Leitungen verbundene Behälter.
Das Tragwerk des Schwebedaches kann auch von einer gasdichten, mit Traggas gefüllten und nicht eng am Tragwerk anliegenden Hülle umgeben und mit dieser verbunden sein, die durch in das Schwebedach integrierte zwangsbelüftete Ballonets oder durch außerhalb des Schwebedaches angeordnete und mit dem Inneren des Schwebedaches über Leitungen verbundene Traggasdruckbehälter mit dem benötigten inneren Überdruck beaufschlagt wird und so dem Schwebedach die gewünschte Form gibt.
Soll das Schwebedach ohne festes Tragwerk ausgeführt werden, so wird die gasdichte Dachhülle mit dem Traggas gefüllt und wieder durch in das Schwebedach integrierte zwangsbelüftete Ballonets oder durch außerhalb des Schwebedaches angeordnete und mit dessen Innerem über Leitungen verbundene Traggasdruckbehälter mit dem benötigten inneren Überdruck beaufschlagt und so in die gewünschte Form gebracht. Die Lasten eventuell erforderlicher Dacheinbauten, wie zum Beispiel die Ballasttanks, werden dann über Seil- und Netzkonstruktionen großflächig auf die Hülle übertragen.
Das Schwebedach kann auch direkt mit Stützen und Wandelementen verbunden und so als komplette Halle an den Einsatzort verbracht und dort verankert werden.
Zum Transport über Land und Wasser kann das Schwebedach schwebend an den Halteleinen oder an mobile Haltemaste gekoppelt von straßen- oder schienengestützten Zugmaschinen, Hubschraubern, Transportluftschiffen oder von Schiffen geschleppt werden.
Am Einsatzort können die Kupplungselemente des Schwebedaches an gespannten Führungsseilen oder Führungsschienen entlang geführt und dadurch das Schwebedach angehoben oder abgesenkt oder horizontal versetzt werden.
Das Schwebedach kann vor Ort auch mittels Winden bewegt werden. Dazu werden vorzugsweise im Bereich der Kupplungselemente am Schwebedach Halteleinen angebracht, die jeweils mit am Boden befestigten Winden verbunden sind. Durch Ballastreduzierung wird das Schwebedach in den "Leichter-als-Luft"-Zustand gebracht und kann dann durch eine koordinierte Windensteuerung kontrolliert aufsteigen oder abgesenkt werden. Das Schwebedach kann zusätzlich horizontal von der Anfangs- in eine Endposition versetzt werden, indem zusätzliche Halteleinen am Schwebedach befestigt und mit Winden im Bereich der Endposition verbunden werden, womit durch eine koordinierte Steuerung aller Winden eine kontrollierte vertikale und horizontale Bewegung des Schwebedaches möglich ist. Alternativ dazu können die Winden zum bewegen des Schwebedaches auch direkt am Schwebedach angebracht und die an den Winden befestigten Halteleinen mit dem freien Ende am Boden fixiert sein.
Das Schwebedach eignet sich vor allem für die stützenfreie Überdachung großer Flächen, zum Beispiel für Sportstätten, Messe- und Festgelände, Baustellen, Industrie- oder Flugzeughallen.
Bedingt durch die Schwebefähigkeit tastet kein Eigengewicht des Daches auf den Haltemasten oder dem Baukörper des zu überdachenden Gebäudes, dessen Statik so entsprechend leichter und damit kostengünstiger ausgelegt werden kann.
Das Schwebedach kann im Rahmen der möglichen Ballastreduzierung zusätzliche Nutzlasten aufnehmen, wie etwa Licht-, Akustik, Belüftungs- oder Videoanlagen. Die Form des Schwebedaches ist praktisch frei wählbar und kann so für besondere Anforderungen ausgelegt werden, zum Beispiel für eine optimierte Akustik. Die großflächige Schwebedachhülle bietet sich auch als Projektionsfläche für optische Effekte oder für Werbezwecke an.
Der Bau des Schwebedaches kann entweder an einer zentralen Fertigungsstätte oder direkt vor Ort erfolgen. Durch die Modulbauweise können weitgehend vorgefertigte und standardisierte Bauteile verwendet werden, die eine zeitsparende Montage ermöglichen.
Der Betrieb des Schwebedaches vor Ort erfordert keine komplizierte Infrastruktur und kann hinsichtlich der Ballasttrimmung automatisiert werden. Durch die Transportierbarkeit des Schwebedaches kann dieses je nach Bedarf auch an wechselnden Orten eingesetzt werden. Die leichte Versetzbarkeit des Schwebedaches vor Ort ermöglicht auch eine nur zeitweilige Überdachung einer Fläche, ein Vorteil besonders für die Regeneration überdachter Vegetationsflächen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Zeichnung 1 das Schwebedach im Einsatz als Stadionüberdachung,
Zeichnung 2 den Aufbau eines Schwebedachmoduls,
Zeichnung 3 die Vertikalstrebe als Ballasttank,
Zeichnung 4 die Befestigung des Schwebedaches am Haltemast,
Zeichnung 5 das Versetzen des Schwebedaches mittels Winden.
In Zeichnung 1 ist schematisch das Schwebedach 1 dargestellt, das in diesem Beispiel sowohl die Rasenfläche 2 als auch die Zuschauertribünen 3 eines Sportstadions 4 überdacht. Das Schwebedach ist in eine Vielzahl würfelförmiger Module 5 unterteilt und an jeder Ecke an einem Haltemast 6 befestigt. Das Schwebedach kann wie nachfolgend erläutert an den Haltemasten auf und abwärts bewegt werden. So kann es beispielsweise im Winter schützend bis auf die Zuschauertribünen abgesenkt oder im Sommer in luftige Höhen angehoben werden. Mit dem beschriebenen Windensystem kann das Schwebedach bei Bedarf auch einfach über eine neben dem Stadion befindliche Fläche versetzt werden, beispielsweise über eine andere stadionnahe Sport- oder Freizeitanlage oder über einen stadionnahen Parkplatz
Zeichnung 2 zeigt beispielhaft den Aufbau eines würfelförmigen Moduls des Schwebedachs, das im Baukastensystem aus den Horizontalstreben 7, den Diagonalstreben 8 und den als Ballasttanks ausgebildeten Vertikalstreben 9 aufgebaut ist, die hier jeweils röhrenförmig und in den Knoten 10 verbunden sind. Das Modul ist auf der Oberseite von der als Dachhaut ausgebildeten oberen Hülle 11 und auf der Unterseite von der unteren Hülle 12 bedeckt, die beide jeweils an den Streben befestigt werden. Im Modul befindet sich als Auftriebskörper die mit dem Traggas Helium gefüllte Traggaszelle 13, die mit Lastgurten 14 im Knotenbereich des Moduls befestigt ist. Im Modul ist an zwei Seiten ein Wartungsgang 15 angebracht, in dessen Verlauf auch die Versorgungsleitungen des Schwebedaches verlegt sind. Durch die Verbindung mehrerer gleichartiger Module ist so jede Stelle des Schwebedaches für Wartungs- und Kontrollzwecke zugänglich. Um ausreichend Tageslicht in das Sportstadion 4 und vor allem auf die Rasenfläche 2 fallen zu fassen sind die obere und untere Hülle, 11 und 12, sowie die Traggaszellen 13 aus einem transparenten, lichtdurchlässigen Material gefertigt.
Zeichnung 3 zeigt schematisch den gleichzeitig als Vertikalstrebe des Moduls dienenden Ballasttank 9. Der Ballasttank ist zylinderförmig, läuft an den Enden jeweils konisch zu und ist an den Knoten 10 befestigt. Im unteren Bereich befindet sich das Einlaßventil 16 mit der Zuleitung für die Ballastflüssigkeit 17 sowie das Auslaßventil 18 mit der Ableitung für die Ballastflüssigkeit 19. Ist für die Herstellung des Kräftegleichgewichts am Modul die Zufuhr von Ballastflüssigkeit erforderlich, wird das Einlaßventil 16 geöffnet und die Ballastflüssigkeit 20 gelangt aus der unter Überdruck stehenden Zuleitung in den Ballasttank 9. Dort komprimiert die einströmende Ballastflüssigkeit das im Ballasttank befindliche Ballasttank-Füllgas 21, hier Luft, bis sich ausreichend Ballastflüssigkeit im Ballasttank befindet und das Einlaßventil 16 geschlossen wird. Um einen kritischen Überdruck im inneren des Ballasttanks zu vermeiden und bei Bedarf die Belüftung des Ballasttanks zu ermöglichen ist oben am Tank ein Sicherheitsventil angebracht. Zur Bestimmung der Ballastmenge und damit des Ballastgewichts ist am Tank außerdem ein Füllstandmesser 23 angebracht. Ist das Ablassen von Ballastflüssigkeit erforderlich, wird das Auslaßventil 18 für die erforderliche Dauer geöffnet und das komprimierte Ballasttank-Füllgas 21 drückt die Ballastflüssigkeit 20 in die Ableitung 19. Die Zuleitungen 17 der Ballasttanks sind an eine Ringleitung angeschlossen, die von einem außerhalb des Schwebedaches im Haltemast befindlichen Druckaggregat mit unter Druck stehender Ballastflüssigkeit gespeist wird. Ebenso sind die Ableitungen 19 aller Ballasttanks an eine Ringleitung angeschlossen, die die überschüssige Ballastflüssigkeit wieder dem außerhalb des Schwebedaches, zum Beispiel im Haltemast (6) befindlichen Druckaggregat zuführt. Mit an den Streben und Knoten angebrachten Kraft- und Dehnungssensoren kann die aktuelle Belastungszustand im Tragwerk jederzeit registriert und dementsprechend die Ballastverteilung hinsichtlich einer optimalen Tragwerksbelastung automatisch geregelt werden.
Zeichnung 4 zeigt die Befestigung des Schwebedaches 1 am Haltemast 6. Der Haltemast 6 steht im gewählten Anwendungsbeispiel neben dem zu überdachenden Sportstadion und ist am Mastfundament 24 befestigt. Am Haltemast ist eine Führungsschiene 25 angebracht, auf der der Kupplungsschlitten 26 vertikal bewegt werden kann. Am Kupplungsschlitten 26 ist das mastseitige Kupplungselement 27 und eine Winde 30 angebracht. In das mastseitige Kupplungselement 27 wird das am Schwebedach 1 befestigte und mit einer Zentrierspitze versehene dachseitige Kupplungselement 28 eingeführt und arretiert. Am dachseitigen Kupplungselement 28 ist außerdem eine Halteleine 29 befestigt, die auf der Winde 30 auf- und abgewickelt werden kann. Durch betätigen der Winde 30 kann man so das Schwebedach 1 im "Leichter-als-Luft"-Zustand kontrolliert aufsteigen lassen und wieder in die Kupplung herunterziehen. Das eingekuppelte Schwebedach 1 kann durch vertikales Verfahren des Kupplungsschlittens 26 entlang der Führungsschiene 25 stufenlos herabgelassen oder angehoben werden, zum Beispiel bis direkt über die Zuschauertribünen oder in luftige Höhen bis an die Haltemastspitze. Die Versorgungsleitungen 31 für das Schwebedach 1 sind dazu flexibel mit dem Haltemast 6 verbunden. Sofern der Haltemast genug Raum bietet kann darin auch der Vorratstank und das Druckaggregat für die Ballastflüssigkeit und der Zugang zum Schwebedach integriert sein.
Zeichnung 5 zeigt schematisch den Ablauf beim Versetzen des Schwebedaches 1 von der Einsatzposition über dem Sportstadion 4 zur Parkposition neben dem Sportstadion. In der Einsatzposition (A) ist das Schwebedach an den Haltemasten 6 angekoppelt. Neben dem Sportstadion 4 befindet sich eine Parkposition mit den kürzeren Haltemasten 32, auf die das Schwebedach zum Beispiel für Wartungszwecke oder wenn es in der Einsatzposition nicht benötigt wird versetzt werden kann. Die Parkposition kann sich beispielsweise über einem stadionnahen Parkplatz befinden. An jedem Kupplungspunkt des Schwebedaches befindet sich jeweils eine Halteleine 29, die mit der am Haltemast 6 angebrachten Winde 30 verbunden ist, sowie eine Halteleine 34, die mit der am Haltemast 32 angebrachten Winde 33 verbunden ist. Soll das Schwebedach nun von der Einsatzposition (A) in die Parkposition (F) versetzt werden, werden zunächst in der Einsatzposition (A) die Ballasttanks im Schwebedach entleert, bis das Schwebedach eine ausreichende Auftriebskraft erfährt. Danach wird die Kupplung zwischen Schwebedach und Haltemast 6 entriegelt und das Schwebedach steigt durch die koordinierte Steuerung aller Winden 30 und 33 senkrecht nach oben in die Position (3). Von hier aus steigt das Schwebedach dann durch abwickeln der Haltleinen 29 über die Position (C) weiter in die Position (D) senkrecht über die Parkposition (F). Nun werden die Halteleinen 34 mit den Winden 32 aufgewickelt und das Schwebedach so über die Position (E) in die Parkposition (F) abgesenkt. Dort wird die Kupplung zwischen Schwebedach und Haltemast 32 arretiert und die Ballasttanks im Schwebedach wieder entsprechend gefüllt. Bezugszeichenliste 1 Schwebedach
2 Rasenfläche
3 Zuschauertribüne
4 Sportstadion
5 würfelförmiges Modul
6 Haltemast
7 Horizontalstrebe
8 Diagonalstrebe
9 Vertikalstrebe als Ballasttank
10 Knoten
11 obere Hülle
12 untere Hülle
13 Traggaszelle
14 Lastgurt
15 Wartungsgang mit Versorgungsleitungen
16 Einlaßventil
17 Zuleitung Ballastflüssigkeit
18 Auslaßventil
19 Ableitung Ballastflüssigkeit
20 Ballastflüssigkeit
21 Ballasttank-Füllgas
22 Sicherheitsventil
23 Füllstandmesser
24 Mastfundament
25 Führungsschiene
26 Kupplungsschlitten
27 mastseitiges Kupplungselement
28 dachseitiges Kupplungselement
29 Halteleine
30 Winde
31 Versorgungsleitungen
32 Haltemast in Parkposition
33 Winde in Parkposition
34 Halteleine zur Winde in Parkposition

Claims

1. Schwebedach, das nach dem Prinzip "Leichter-als-Luft" konzipiert ist und schwebend selbst große Flächen stützenfrei überdecken kann ohne Eigenlasten in etwa zu überdachende Gebäudestrukturen einzuleiten und das zudem leicht versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwebedach mit einem oder mehreren Auftriebskörpern versehen ist, die zumindest das Eigengewicht der Dachkonstruktion kompensieren und so ein schweben des Daches ermöglichen.

2. Schwebedach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einzelnen Modulen besteht, die jeweils als Raumtragwerk aus Streben (7-9) und Knoten (10) aufgebaut und mit Auftriebskörpern (13), Ballasttanks, Versorgungsleitungen und Wartungseinrichtungen (15) und bei Bedarf an der Außenseite ganz oder teilweise mit einer Hülle (11, 12) versehen sind und im Baukastensystem zu beliebigen Dachformen verbunden werden können.

3. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskörper eines Moduls aus einer mit einem Traggas nicht prall gefüllten Traggaszelle (13) besteht und über Lastgurte (14) vorzugsweise im Bereich der Knoten (10) mit dem Raumtragwerk des Moduls verbunden ist.

4. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Traggaszelle (13) aus einem elastischen Material besteht und deshalb prall mit dem Traggas gefüllt werden kann.

5. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus Betriebssicherheitsgründen das unbrennbare Edelgas Helium als Traggas eingesetzt wird.

6. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenüber Helium kostengünstigere und mit einer höheren Tragkraft versehene Wasserstoffgas als Traggas eingesetzt wird.

7. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor allem vertikalen Streben (9) des Moduls röhrenförmig ausgebildet und so bemessen sind, daß sie gleichzeitig als Ballasttank dienen können und in ihnen die für den sicheren Betrieb des Schwebedaches erforderliche Menge an Ballastflüssigkeit (20) untergebracht werden kann.

8. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ballasttanks (9) über Leitungen (17, 19) und fernbetätigte Ventile (16, 18) je nach Bedarf befüllt und entleert und mit Füllstandsmessern (23) überwacht werden.

9. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungszustand des Tragwerkes mit dort angebrachten Kraft- und/oder Dehnungssensoren gemessen und durch eine automatisierte, punktuelle Zu- und Abfuhr von Ballastflüssigkeit aus den Ballasttanks (9) optimierend hinsichtlich der Tragwerkbelastung geregelt wird.

10. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Schwebedaches zur Minimierung der horizontal auf das Schwebedach wirkenden Windlasten als widerstandsarmes Profil ausgebildet ist.

11. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Schwebedach zu überdachenden Gebäude ein Windschutz zur Minimierung der auf die Stirnseite des Schwebedaches wirkenden horizontalen Windkräfte angebracht ist.

12. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülfe auf der Dachoberseite (11) als wetterbeständige Dachhaut ausgebildet ist.

13. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Traggaszellen (13) auf der Schwebedachunterseite keine Hülle angebracht ist.

14. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhülle (11, 12) und die Traggaszellen (13) zur Nutzung des Tageslichts auf der überdachten Fläche aus einem transparenten, lichtdurchlässigen Material gefertigt sind.

15. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Dachoberseite (11) eine ganz oder teilweise reflektierende Beschichtung aufgebracht ist um die Lufterwärmung durch Sonneneinstrahlung im und unter dem Schwebedach zu reduzieren.

16. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dieses mit einer ebenen Dachoberfläche ausgeführt und zur Ableitung von Niederschlagsmengen im Einsatz insgesamt schräg angestellt ist.

17. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zur gezielten Ableitung von Niederschlagsmengen mit einer gewölbten Dachoberfläche versehen ist.

18. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhülle durch die Ventilation erwärmter Luft im inneren des Schwebedaches erwärmt ist zur Abschmelzung von Eis- und Schneeablagerungen auf der Dachhülle.

19. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhülle durch in die Dachhülle integrierte elektrische Heizelemente erwärmt ist zur Abschmelzung von Eis- und Schneeablagerungen auf der Dachhülle.

20. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhülle durch Wärmestrahler erwärmt ist zur Abschmelzung von Eis- und Schneeablagerungen auf der Dachhülle.

21. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Sonneneinstrahlung erwärmte Luft im inneren des umhüllten Schwebedaches direkt zur Gebäudebeheizung abgesogen oder über Wärmetauscher oder Wärmepumpen zur Warmwasserbereitung oder Lufterwärmung oder zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt wird.

22. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Randbereich des Schwebedaches Halteleinen (29) befestigt sind, an denen das Schwebedach in der gewünschten Position gehalten wird.

23. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Randbereich des Schwebedaches dachseitige Kupplungselemente (28) befestigt sind, die kraft- oder formschlüssig mit an Fixpunkten außerhalb des Schwebedaches angebrachten Kupplungsgegenelementen (27) verbunden sind.

24. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Haltemasten (6) auf dem Erdboden oder auf der zu überdachenden Gebäudestruktur errichtet sind und an diesen das Schwebedach durch Kupplungselemente (27, 28) oder Halteleinen (29) fixiert ist.

25. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß in den Haltemasten die Ballastflüssigkeitsversorgung des Schwebedaches, die Versorgungsleitungen (31), Windensysteme (30, 33) und der Zugang zum Schwebedach integriert ist.

26. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte, eng an der Tragstruktur anliegende Hülle des Schwebedaches gasdicht ausgeführt und mit dem Traggas gefüllt ist.

27. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleich zwischen der inneren Traggasfüllung und der umgebenen Luft durch mit der Außenluft verbundene, luftgefüllte Ballonets erfolgt.

28. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleich zwischen der inneren Traggasfüllung und der umgebenen Luft durch Luftsäcke durch vorzugsweise auf der Schwebedachunterseite angebrachte membranartige Hüllenmaterialien erfolgt.

29. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleich zwischen der inneren Traggasfüllung und der umgebenen Luft durch die gezielte Ab- oder Zuleitung des Traggases in außerhalb des Schwebedaches angeordnete Behälter erfolgt.

30. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragwerk des Schwebedaches von einer gasdichten, mit Traggas gefüllten und nicht eng am Tragwerk anliegenden Hülle umgeben und mit dieser verbunden ist.

31. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwebedach durch integrierte zwangsbelüftete Ballonets mit dem benötigten inneren Überdruck beaufschlagt und so in die gewünschte Form gebracht wird.

32. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwebedach durch außerhalb des Schwebedaches angeordnete und mit dem Inneren des Schwebedaches durch Leitungen verbundene Traggasdruckbehälter mit dem benötigten inneren Überdruck beaufschlagt und so in die gewünschte Form gebracht wird.

33. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwebedach ohne festes Tragwerk ausgeführt ist und seine Form und Tragfähigkeit durch die gasdichte Dachhülle erhält, die mit einem gegenüber der umgebenden Luft mit einem Überdruck beaufschlagten Traggas gefüllt ist.

34. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasten der Schwebedacheinbauten über Seil- und Netzkonstruktionen großflächig auf die Dachhülle übertragen werden.

35. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwebedach direkt mit Stützen und Wandelementen versehen ist.

36. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwebedach zum Transport über Land und Wasser schwebend an Halteleinen (29) oder an mobile Haltemasten gekoppelt von straßen- oder schienengestützten Zugmaschinen, Hubschraubern, Transportluftschiffen oder von Schiffen geschleppt wird.

37. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (28) oder Halteleinen (29) des Schwebedaches an gespannten Führungsseilen oder Führungsschienen (25) entlang geführt werden und dadurch das Schwebedach angehoben oder abgesenkt oder horizontal versetzt wird.

38. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Bereich der Kupplungselemente am Schwebedach Halteleinen (29, 34) angebracht sind, die jeweils mit am Boden befestigten Winden (30,33) verbunden sind, womit durch eine koordinierte Windensteuerung eine kontrollierte vertikale und horizontale Bewegung des durch eine Ballastreduzierung in den "Leichter-als-Luft"-Zustand gebrachten Schwebedaches möglich ist.

39. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Winden zum bewegen des Schwebedaches direkt am Schwebedach angebracht und die an den Winden befestigten Halteleinen mit dem freien Ende am Boden fixiert sind.

40. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß dieses im Rahmen der möglichen Ballastreduzierung Nutzlasten aufnimmt.

41. Schwebedach nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebedachhülle als Projektionsfläche für optische Effekte genutzt wird.