DE19944662C5

DE19944662C5 - Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen

Info

Publication number: DE19944662C5
Application number: DE1999144662
Authority: DE
Inventors: Dirk Bohmann
Original assignee: Bohmann Dirk Dr-Ing
Current assignee: Bohmann Dirk Dr-Ing
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: DE19944662C2; DE19944662A1

Abstract

Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen, bestehend aus gleichen ersten und zweiten flächigen Formbauteilen,
wobei jedes Formbauteil eine ebene Gurtstruktur aufweist,
die einseitig mit aus Vielecken gebildeten Höckern versehen ist,
wobei das erste Formbauteil mit dem um 180 Grad gedrehten und von unten in der Ebene versetzt eingesetzten zweiten Formbauteil über die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker verbunden ist,
und wobei die jeweiligen Höckertiefflächen des einen Formbauteils mit der Gurtfläche des anderen Formbauteils in Kontakt stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die durch die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker gebildeten Kontaktbereiche großflächig sind und das erste und zweite Formbauteil jeweils aus in einer Negativform tiefziehbarem Material besteht und die Höcker eine sechseckige Grundform aufweisen.

Description

Es ist bekannt, daß räumliche Fachwerkkonstruktionen, bestehend aus Gurtstäben und diagonalen Verstrebungen ein Höchstmaß an Steifigkeit und Tragfähigkeit aufweisen. Das aus verschiedenen Profilen erstellte Fachwerk bedarf eines hohen konstruktiven Aufwandes in der Anschlußtechnik der sich im Knoten vereinigenden Stäbe.
Für niedrige Bauhöhen ist es außerdem bekannt, Sandwich-Bleche zu verwenden. Hier werden zwei plane Deckplatten mittels eines teilweise oder das ganze Zwischenvolumen ausfüllenden Klebematerials, oder durch verklebte Waben-, Gitterstrukturen verbunden, um die Koppelung der Deckschichten über den Schubverbund herzustellen.
Der angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß für niedrige Bauhöhen ein konventionelles Fachwerk aufgrund der filigranen Struktur nicht mehr herstellbar ist. Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zwei gleiche Formbauteile werden dabei derart ineinander gefügt, daß sich großflächige Kontaktbereiche bilden, die nach Verbindung zu einer hohen Stabilität des Gesamtsystems führen. Die Konstruktionsmerkmale sind vor allem gekennzeichnet durch eine 6- oder 8-eckige Grundform (Höckertieffläche). Diese Form wird nun derart erweitert, daß unter einem frei wählbaren Winkel gegen die Horizontale beim 8-Eck die Diagonalen und beim 6-Eck jede zweite Seite parallel verschoben wird. Die neue Einhüllende des äußeren Vielecks – jetzt auf Formbauteildicke verschoben – ist dann nicht mehr affin zum Ursprungsvieleck und bildet einen räumlichen Höcker. Werden die so entstandenen Höcker an den Rechteckflächen mit ihrer Grundform kombiniert und weitere Höcker in dem nun vorgegebenen Abstand und Ansatz an die Grundform angehängt, ergibt sich eine durch die Höckereinbuchtungen geprägte Platte. Für den Fall des 6-Eckes entsteht eine 3-eckige Gurtstruktur, die jeden Höcker im Kern einschließt. Für das 8-Eck ist dies eine orthogonale 4-eckige Struktur. Diese auf dem Niveau der Oberseite der Platte verlaufenden Bereiche bilden die Gurte aus der Fachwerkanalogie. Mit dem von unten um 180 Grad versetzt eingesetzten gleich hergestellten Formteil, das sich durch die Winkelgleichheit der Diagonalen exakt einfügt, wird nun ein symmetrisch aufgebautes Formbauteil erzeugt. Die Höckertiefflächen bilden mit den sich hier kreuzenden ebenen Gurten der Ober- bzw. Unterseite der beiden Formteile den Knotenpunkt. Die diagonalen Streben werden durch die im Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker gebildet, die durch den Verbund und ihre damit entstandene doppelte Y-Form, eine hohe Steifigkeit und damit hohe Knicksicherheit aufweisen. Das Tragverhalten entspricht dem eines Stabwerkes. Teilbereiche der oberen und unteren ebenen Flächen (beidseitige 6- oder 8-Ecke) sind durch die Paßform in diesem Bereich doppelwandig ausgeführt, was den Widerstand gegen lokale Einwirkungen erhöht.
Der Vorteil der 6-eckigen bzw. 8-eckigen Grundform gegenüber Vielecken mit größerer Kantenanzahl liegt in der eben aufgespannten Fläche zwischen den diagonal in die Höhe verlaufenden Rechteckflächen (Diagonalstreben) im Höcker. Knicke, wie sie durch eine höhere Kantenanzahl erzeugt werden, führen zur Minimierung der Höckersteifigkeit, da sich unter Belastung zunächst die Knickfalte herausziehen würde. Die Steifigkeit der bereichsweise durch die Höcker gebildeten U-Gurte wird daher durch zusätzliche Knickfalten beeinträchtigt. Geringe Fasungen bzw. Ausrundungen der scharfen Höckerkanten können dennoch herstellungstechnisch einen Vorteil bringen, so daß streng genommen die geometrische Form von einem 6- bzw. 8-Eck abweicht. Es sind auch Höckerformen herstellbar, die sich in ihrer unteren (Höckertieffläche) und oberen Form (Höckerrand) unterscheiden.
Durch die kantige Form, die steifen Höcker und die verbundenen Kontaktbereiche entsteht ein über mehrere Achsen lastabtragendes Tragsystem analog zum räumlichen Fachwerk.
Die erreichten Vorteile sind zum einen in der Gewichtsersparnis bei gleicher Steifigkeit zu sehen und zum anderen in den sich daraus ergebenden erweiterten Anwendungsgebieten.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten sind im Bereich der Schalldämmung zu sehen. Durch die spezielle Wahl eines viskoselastischen Klebstoffes (z. B. PVB-[Polyvinylbutyral]-Folie) kann eine dämpfende Wirkung der Höckerplatte erzeugt werden. Die Schwingungsanfälligkeit wird zudem durch die hohe Steifigkeit der verzahnten Höckerformteile und der in sich steifen Einzelhöcker wirkungsvoll herabgesetzt.
Als Materialien für das höckergeprägte Formbauteil sind tiefgezogene Bleche aus Metall, tiefgezogener Kunststoff, Zellstoffe sowie faserverstärkte Materialien (Laminate sowie Spritzgußmaterial) einsetzbar. Die Herstellung der Formbauteile erfolgt über Matrizen, zwischen denen die Bleche oder die Kunststoffe tiefgezogen, die Laminate eingelegt oder das Spritzgußmaterial eingebracht wird und aushärten kann. Aus GFK [glasfaserverstärktem Kunststoff] und CFK [kohlefaserverstärktem Kunststoff] hergestellte Formbauteile bieten darüber hinaus die Möglichkeit, hochbeanspruchte Zonen (z. B. Gurtflächen) zusätzlich mit eigelegten Rovings zu verstärken.
Die Matrizen können durch eine Urform und Abguß (Negativform) dieser Urform hergestellt werden, woraus sich die Paßgenauigkeit des dazwischen liegenden Formbauteils ergibt.
Die Verbindung der beiden gleichen Formbauteile geschieht, je nach Einsatzzweck und Anforderungsprofil, durch Kleben, Löten, Punktschweißen und verschiedenste Niet-Techniken.
Die Einsatzgebiete erstrecken sich auf ein weites Gebiet, wo Leichtbau und hohe Steifigkeit gefordert sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert, die folgendes zeigen:
1 zeigt in Aufsicht eine erste Ausführungsform der Tragwerkkonstruktion mit 8-eckigen Höckern. Die untereinander verbundenen diagonalen Höckerflächen stellen Rechteckflächen dar. Diese Flächen sind durch Einfachschraffur dargestellt. Die Kreuzschraffur zeigt die Höckertiefflächen der zwei Formbauteile.
2 zeigt in Aufsicht neben der in 1 beschriebenen Ausführungsform eine weitere Ausführungsform mit 6-eckigen Höckern. Mit den dort angegebenen Kantenlängen L1 und L2 der Grundformen sind spezielle Auslegungen der Gurt- zu Diagonalbreiten möglich, um Optimierungen für spezielle Anforderungen durchzuführen und auf die Verbundmaterialsteifigkeiten (z. B.: Klebercharakteristik) abzustimmen.
3 zeigt in Aufsicht die Ausführungsform gemäß 1 mit den Schnitten A-A und B-B.

Claims

Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen, bestehend aus gleichen ersten und zweiten flächigen Formbauteilen, wobei jedes Formbauteil eine ebene Gurtstruktur aufweist, die einseitig mit aus Vielecken gebildeten Höckern versehen ist, wobei das erste Formbauteil mit dem um 180 Grad gedrehten und von unten in der Ebene versetzt eingesetzten zweiten Formbauteil über die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker verbunden ist, und wobei die jeweiligen Höckertiefflächen des einen Formbauteils mit der Gurtfläche des anderen Formbauteils in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker gebildeten Kontaktbereiche großflächig sind und das erste und zweite Formbauteil jeweils aus in einer Negativform tiefziehbarem Material besteht und die Höcker eine sechseckige Grundform aufweisen.
Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höckertiefflächen des einen Formbauteils mit der Gurtfläche des anderen Formbauteils verbunden sind.
Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentansprüche 1 bis 2 gekennzeichnet durch geringfügige, durch Fasen, Abrunden der Höckerkanten od. dgl. gebildete Modifikationen der Hökerform zu 12, Ecken usw.
Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten je eine mit dieser verbundene Deckschicht angeordnet ist.
Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbauteile durch zusätzliche, steifigkeitssteigernde Einlagen in den statisch hochbeanspruchten Bereichen verstärkt sind.
Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbauteile durch Kleben, Schweißen, Nieten oder Löten verbunden oder "Naß-in-Naß" laminiert werden.