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Die Erfindung betrifft ein Tragwerksystem, umfassend mindestens ein Knotenelement zur Verbindung von Stabelementen, wobei das Knotenelement eine Mehrzahl von Knotenverbindungsabschnitten aufweist, welche jeweils zur Verbindung mit einem Stabverbindungsabschnitt ausgebildet sind.
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Solche Tragwerksysteme dienen zur Herstellung modular aufgebauter Strukturen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tragwerksystem zu schaffen, welches moglichst einfach montierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, dass die Knotenverbindungsabschnitte jeweils mindestens einen Einfuhrbereich und mindestens eine Verriegelungsaufnahme aufweisen, dass die Stabverbindungsabschnitte jeweils mindestens eine Verriegelungseinheit aufweisen, und dass die Verriegelungseinheit in Axialrichtung des Stabelements in den Einführbereich eines Knotenverbindungsabschnitts einführbar und durch Relativdrehung des Stabelements und des Knotenelements in die Verriegelungsaufnahme überführbar und dort formschlüssig und/oder reibschlüssig festlegbar ist.
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Das erfindungsgemäße Tragwerksystem ermoglicht eine besonders einfache und schnelle und insbesondere werkzeuglose Montage und Demontage. Im Rahmen der Verbindung eines Knotenelements mit einem Stabelement wird das Stabelement in axialer Richtung mit einer Verriegelungseinheit in den Einführbereich eines Knotenverbindungsabschnitts eingefuhrt. Die Verbindung zwischen Knotenelement und Stabelement wird durch Relativdrehung dieser Bauteile erreicht, wobei die Verriegelungseinheit des Stabelements in der Verriegelungsaufnahme des Knotenelements formschlüssig und/oder reibschlüssig festgelegt werden kann.
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Das erfindungsgemaße Tragwerksystem ist daher besonders gut geeignet zum Auf- und Abbau temporärer Strukturen, z. B. im Bühnen-, Messe-, Veranstaltungs-, Ausstellungs- und Mobelbau. Das erfindungsgemäße Tragwerksystem eignet sich aber auch für stationare Strukturen.
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Durch den Formschluss und/oder den Reibschluss zwischen dem Knotenelement und dem Stabelement kann darüber hinaus eine besonders stabile Struktur geschaffen werden, welche hochbelastbar ist und es ermöglicht, die Knotenelemente und die Stabelemente mit einem vergleichsweise geringen Materialeinsatz herstellen zu können. Die große Stabilität des erfindungsgemäßen Tragwerksystems ermöglicht es, auch große Spannweiten realisieren zu können.
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Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Stabelement ein Element verstanden, welches zur Verbindung mit einem Knotenelement, insbesondere zur Verbindung von zwei Knotenelementen, dient. Das Stabelement ist vorzugsweise in Form eines Profilelements ausgebildet, insbesondere in Form eines Hohlprofils.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stabelement um ein extrudiertes Element, insbesondere aus Aluminium. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Stabelement mindestens eine in Erstreckungsrichtung des Stabelements verlaufende Nut aufweist, welche zur Befestigung weiterer Bauteile dient.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stabverbindungsabschnitte und die Knotenverbindungsabschnitte rastend miteinander verbindbar sind. Eine solche Verrastung geht mit der Überwindung eines Rastwiderstands einher, sodass nach Abschluss der Verriegelung einer Verriegelungseinheit in einer Verriegelungsaufnahme zum einen die Verbindung zwischen einem Knotenelement und einem Stabelement besonders stabil ist und zum anderen einem Monteur eine Rückmeldung daruber gegeben wird, dass eine Verbindung zwischen Knotenelement und Stabelement erfolgreich hergestellt wurde.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Knotenverbindungsabschnitte jeweils ein Anschlagelement mit einer Anschlagflache für eine Stabgegenfläche aufweisen und dass das Anschlagelement eine umfangsseitig geschlossene Durchbrechung aufweist, welche durch eine nach innen weisende, segmentierte Wandung begrenzt ist, wobei mindestens ein erstes Wandsegment einen Einfuhrbereich begrenzt und mindestens ein zweites Wandsegment eine Verriegelungsaufnahme bildet. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine genaue Lagedefinition von Knotenelement und Stabelement durch Anlage der Stabgegenfläche gegen die Anschlagflache eines Knotenelements. Die Durchbrechung des die Anschlagfläche tragenden Anschlagelements ermoglicht es wiederum, den zur Herstellung des Anschlagelements erforderlichen Materialeinsatz zu reduzieren, und zwar derart, dass die Innenseite der Durchbrechung gleichzeitig sowohl als Einfuhrbereich als auch als Verriegelungsaufnahme genutzt werden kann. Hierfür weist die Durchbrechung eine segmentierte Wandung auf, welche insbesondere unterschiedlich gekrummte Wandsegmente aufweist. Dabei schafft ein erstes Wandsegment einen Einführbereich oder Freiraum zur Einführung einer Verriegelungseinheit, während ein zweites Wandsegment eine Verengung bildet und somit eine Verriegelungsaufnahme schafft, welche zur Aufnahme der Verriegelungseinheit des Stabelements dient.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Verriegelungseinheit einen in radialer Richtung bewegbaren und/oder elastisch verformbaren Verriegelungskörper aufweist. Dies ermöglicht zum einen eine vereinfachte Überfuhrung der Verriegelungseinheit in die Verriegelungsaufnahme und zum anderen einen sicheren Halt einer in der Verriegelungsaufnahme aufgenommenen Verriegelungseinheit.
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Im Prinzip ist es denkbar, den Verriegelungskörper selbst elastisch verformbar auszubilden, beispielsweise durch Wahl eines elastomeren Materials. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Verriegelungskörper in Form einer starren Hulse ausgebildet ist, welche radial innen von einem elastisch verformbaren Ring abgestützt ist. Auf diese Weise steht eine mechanisch stabile Anschlagfläche zur Verfügung, welche in die Verriegelungsaufnahme einfuhrbar ist, wobei diese mechanisch stabile Einführfläche federnd abgestützt ist und hierdurch mit einer Kraft beaufschlagt ist, welche ein unbeabsichtigtes Lösen der Verriegelungseinheit aus der Verriegelungsaufnahme verhindert.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass ein Stabverbindungsabschnitt lediglich eine Verriegelungseinheit aufweist. Fur eine besonders stabile Verbindung eines Stabelements mit einem Knotenelement ist es jedoch bevorzugt, dass das Stabverbindungsabschnitt eine Mehrzahl von über einen Umfang verteilt angeordnete Verriegelungseinheiten aufweist, welche jeweils mit einer entsprechenden Mehrzahl von Verriegelungsaufnahmen eines Knotenverbindungsabschnitts zusammenwirken. Hierdurch ist es möglich, durch Relativdrehung des Knotenelements und des Stabelements gleichzeitig mehrere Verriegelungseinheiten mit mehreren Verriegelungsaufnahmen zu verbinden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Stabverbindungsabschnitt mindestens drei insbesondere regelmaßig über einen Umfang verteilt angeordnete Verriegelungseinheiten aufweist, welche mit drei entsprechend angeordneten Verriegelungsaufnahmen eines Knotenverbindungsabschnitts zusammenwirken. Eine weitere Erhohung der Stabilität der Verbindung zwischen Knotenelement und Stabelement kann durch die Verbindung von vier Verriegelungseinheiten erzielt werden, welche mit vier Verriegelungsaufnahmen zusammenwirken. Vorzugsweise sind jeweils zwei Verriegelungseinheiten/Verriegelungsaufnahmen in einem Winkelabstand von 90° zueinander benachbart angeordnet.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Knotenelement als Hohlelement ausgebildet ist. Hierdurch können besonders leichte Tragwerke hergestellt werden. Daruber hinaus ermöglicht es der Hohlraum des Knotenelements, weitere Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Knotenelement und zusätzlichen Bauteilen zu schaffen.
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Das Knotenelement ist insbesondere in Form eines Wurfels ausgebildet. Dieser weist vorzugsweise sechs Knotenverbindungsabschnitte auf, welche jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind.
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Alternativ hierzu weist das Knotenelement auch mehr oder weniger Knotenverbindungsabschnitte auf. Anstelle einer würfelförmigen Grundform eines Knotenelements sind auch Pyramiden oder andere Polyeder mit weitestgehend ebenen Seitenflächen denkbar, beispielsweise Oktaeder oder Dodekaeder.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils zwei aneinander angrenzende Knotenverbindungsabschnitte eines Knotenelements in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind, welcher eine Einschubaufnahme zur Aufnahme eines Einschubabschnitts einer Zusatzstrebe aufweist. Vorzugsweise ist der Einschubabschnitt nach Einschub in die Einschubaufnahme dort formschlüssig aufgenommen. Die Verwendung von Zusatzstreben fuhrt zu einer weiteren Erhohung der Stabilitat des Tragwerksystems.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn jeweils drei Knotenverbindungsabschnitte eines Knotenelements gemeinsam eine Knotenoffnung zur Anordnung eines Zusatzelements begrenzen. Die Knotenverbindungsabschnitte bilden dabei insbesondere einen offenen Eckbereich eines würfelförmigen Knotenelements. Auf diese Weise können auch die Raumecken des Knotenelements zur Anordnung weiterer Bauteile verwendet werden. Bei diesen weiteren Bauteilen oder Zusatzelementen handelt es sich beispielsweise um Schlaufen, die insbesondere zum Aufhangen einer Textilbahn oder eines Plakats verwendet werden können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausfuhrungsform eines Tragwerksystems;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform eines Tragwerksystems in einer im Vergleich zu 1 vergroßerten Darstellung;
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3 eine perspektivische Ansicht einer Ausfuhrungsform eines Knotenelements der Tragwerksysteme gemäß 1 und 2;
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4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Stabelements der Tragwerksysteme gemaß 1 und 2;
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5a–5d perspektivische Ansichten eines Ausschnitts des Knotenelements gemäß 3 und des Stabelements gemäß 4 während aufeinander folgender Montagephasen;
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6a–6d schematisierte Rückansichten des Ausschnitts des Knotenelements gemäß 3 und des Stabelements gemäß 4 während der gemaß 5a–5d aufeinander folgenden Montagephasen;
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7a–7d Seitenansichten eines Verriegelungselements des Stabelements und einer Verriegelungsaufnahme des Knotenelements während der gemäß 5a–5d aufeinander folgenden Montagephasen;
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8a–8d perspektivische Ansichten eines Ausschnitts des Knotenelements gemäß 3 während aufeinander folgender Phasen der Montage einer Zusatzstrebe; und
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9 eine perspektivische Ansicht des Knotenelements gemäß 3 mit einem an dem Knotenelement angeordneten Zusatzelement.
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Ausführungsformen eines Tragwerksystems sind in den 1 und 2 dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Tragwerksysteme 10 umfassen Knotenelemente 12, welche untereinander jeweils paarweise mit Stabelementen 14 verbunden sind. Die Stabelemente 14 sind insbesondere in Form von Profilelementen ausgebildet.
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Die Knotenelemente 12 sind bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform würfelförmig und innen hohl (vgl. 3). Ein zur Herstellung des Knotenelements 12 bevorzugtes Material ist Edelstahl. Zur Herstellung des Knotenelements konnen Gussverfahren eingesetzt werden, insbesondere Feingussverfahren wie das Wachsausschmelzverfahren.
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Zur weiteren Erhohung der Stabilität eines Tragwerksystems 10 können Zusatzstreben 16 vorhanden sein, welche Diagonalversteifungen eines Tragwerksystems 10 bilden.
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Unter Bezugnahme auf 3 weist ein Knotenelement mehrere Knotenverbindungsabschnitte 18 auf. Fur den Fall, dass das Knotenelement würfelförmig ist, sind sechs Knotenverbindungsabschnitte 18 vorgesehen. Die Knotenverbindungsabschnitte 18 umfassen jeweils ein plattenformiges Anschlagelement 20 mit einer nach außen weisenden Anschlagfläche 22. Die Anschlagflächen 22 sind nach außen hin von einer Umrandung 24 begrenzt, wobei Umrandungen 24 jeweils zwei zueinander benachbart angeordnete Anschlagelemente 20 zueinander beabstandet sind. Die Anschlagelemente 20 weisen jeweils eine umfangsseitig geschlossene Durchbrechung 26 auf, welche von einer Wandung 28 begrenzt ist.
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Die Wandung 28 weist jeweils alternierend angeordnete erste Wandsegmente 30 und zweite Wandsegmente 32 auf. Die Wandsegmente 30 und 32 sind jeweils gekrummt und gehen ineinander über. Die ersten Wandsegmente 30 erstrecken sich über eine großere Länge als die zweiten Wandsegmente 32. Die ersten Wandsegmente 30 erweitern die Durchbrechungen 26 nach radial außen. Die zweiten Wandsegmente 32 bilden Engstellen, welche die Durchbrechung 26 nach radial innen verengen. Auf diese Weise begrenzen die ersten Wandsegmente 30 Einführbereiche für nachfolgend beschriebene Verriegelungseinheiten. Die zweiten Wandsegmente 32 bilden Verriegelungsaufnahmen 36 für die nachfolgend beschriebenen Verriegelungseinheiten.
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Jeweils zwei Knotenverbindungsabschnitte 18 sind in einem Verbindungsbereich 38 miteinander verbunden. Hierfür weisen die Anschlagelemente 20 einem Hohlraum 40 des Knotenelements 12 zugewandt Materialabschnitte 42 und 44 auf, welche miteinander verbunden sind und gemeinsam mit Rückseiten der Anschlagelemente 20 umfangsseitig offene Einschubaufnahmen 46 für nachfolgend beschriebene Einschubabschnitte der Zusatzstreben 16 begrenzen. Vorzugsweise ist eine Oberflache 48 der Einschubaufnahme 46 zylindrisch oder teilzylindrisch ausgebildet.
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Jeweils drei Knotenverbindungsabschnitte 18 grenzen in einem Eckbereich 50 eines Knotenelements 12 aneinander an und begrenzen dort eine Knotenoffnung 52 zur Anordnung eines nachfolgend beschriebenen Zusatzelements.
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Ein Stabelement 14 des Tragwerksystems 10 weist vorzugsweise einen umfangsseitig profilierten Profilkörper 54 auf (vgl. 4). Vorzugsweise sind am Umfang des Profilkörpers 54 sich an der Längserstreckung des Stabelements 14 erstreckende, zueinander parallele Nuten 56 vorgesehen, welche insbesondere regelmäßig über den Umfang des Profilkörpers 54 verteilt angeordnet sind. Bei dem Stabelement 14 handelt es sich insbesondere um ein Hohlelement, insbesondere um ein extrudiertes Hohlelement, welches vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
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Eine (nicht dargestellte) Hüllflache des Profilkörpers 54 weist vorzugsweise einen Querschnitt im Form eines ”sphärischen” Vielecks auf – beispielsweise weist der Profilkörper vier zueinander parallele, ihrerseits verrundete Eckkanten auf, welche mittels teilsphärischer Seitenflächen jeweils paarweise untereinander verbunden sind. Hierdurch kann ein besonders leichtes und stabiles Stabelement 14 geschaffen werden.
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Ein Stabelement 14 weist stirnseitig einen Stabverbindungsabschnitt 58 auf, welcher eine Stabgegenfläche 60 zur Anlage gegen die Anschlagfläche 22 eines Knotenverbindungsabschnitts 18 aufweist. Ferner umfasst der Stabverbindungsabschnitt 58 mindestens eine Verriegelungseinheit 62, vorzugsweise mehrere Verriegelungseinheiten 62, insbesondere vier regelmäßig über einen Umfang verteilt angeordnete Verriegelungseinheiten 62.
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Eine Verriegelungseinheit 62 umfasst beispielsweise eine Schraube 64 mit einem Schraubenfuß 66 und einem Schraubenkopf 68, einen auf den Schraubenfuß 66 aufsetzbaren, elastisch verformbaren Ring 70 sowie eine Hülse 72, welche ebenfalls auf den Schraubenfuß 66 aufsetzbar ist und dabei den Ring 70 radial außen umschließt.
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Der Profilkörper 54 eines Stabelements 14 weist vorzugsweise integral mit dem Profilkörper ausgebildete Aufnahmen 74 auf, welche insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet sind und zum Einschrauben jeweils eines Schraubenfußes 66 dienen.
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Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform weisen die Schraubenfüße 66 selbstschneidende, insbesondere konisch zulaufende Gewinde auf, welche in die Aufnahmen 74 einschneidbar sind.
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Die Schrauben 64 werden so weit in die Aufnahmen 74 eingeschraubt, dass ein Abstand zwischen der Stabgegenflache 60 und einer Ruckseite des Schraubenkopfs 68 geringfugig größer ist als die Wandstarke eines Anschlagelements 20 (vgl. 5a).
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Die Verbindung zwischen einem Knotenverbindungsabschnitt 18 und einem Stabverbindungsabschnitt 58 wird wie folgt hergestellt (vgl. 5a bis 7d). Ein Knotenelement 12 wird derart mit einem Knotenverbindungsabschnitt 18 relativ zu einem Stabverbindungsabschnitt 58 eines Stabelements ausgerichtet, dass die Verriegelungseinheiten 62, insbesondere die Schraubenköpfe 68 der Verriegelungseinheiten 62, in die Durchbrechungen 26 eines Anschlagelements 22 einführbar sind. Dies ist in einer Drehlage, in welcher die Schraubenkopfe 68 auf die Verriegelungsaufnahmen 36 stoßen, nicht möglich. Vielmehr müssen die Schraubenköpfe 68 so ausgerichtet werden, dass sie in die Einführbereiche 34 einer Durchbrechung 26 eintauchen können, bis eine Stabgegenfläche 60 gegen die Anschlagflache 22 eines Anschlagelements 20 zur Anlage kommt (vgl. 5b).
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Hiervon ausgehend wird ein Knotenelement 12 mit einem Anschlagelement 20 relativ zu einem Stabelement 14 verdreht, und zwar relativ zu einer die Langserstreckung des Stabelements 14 definierenden Stabachse 74. Hierdurch gelangen die Hulsen 72 der Verriegelungseinheiten 62 in Kontakt mit der Wandung 28 einer Durchbrechung 26.
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Nach Kontakt der Hülsen 72 mit einem ersten Wandsegment 30 walzt die Hulse auf diesem Wandsegment ab (vgl. insbesondere 6b) und wird mit zunehmender Relativdrehung von Knotenelement 12 bzw. Anschlagelement 20 relativ zu dem Stabelement 14 aus Kontaktlage mit einem ersten Wandsegment 30 in Kontaktlage mit einem zweiten Wandsegment 32 überführt.
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Im Bereich des Übergangs zwischen zwei Wandsegmenten 30 und 32 übt der elastisch verformbare Ring eine maximale Pressung auf die Hulse 72 (vgl. 6c und 7c) aus.
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Bei vollstandiger Überfuhrung der Verriegelungseinheiten 62 in die Verriegelungsaufnahmen 36 sind diese dort formschlussig und reibschlüssig festgelegt und insbesondere mit der Verriegelungsaufnahme 36 verrastet (vgl. 6d und 7d).
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Die Relativdrehung zwischen Knotenelement 12 und Stabelement 14 bewirkt durch die regelmaßige Anordnung der Verriegelungseinheiten 62 einerseits und der Verriegelungsaufnahmen 36 andererseits eine gleichzeitige Überführung der einzelnen Verriegelungseinheiten 62 in jeweils zugeordnete Verriegelungsaufnahmen 36.
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Auf die vorstehend beschriebene Art und Weise können beliebig aufgebaute Tragwerksysteme 10 hergestellt werden. Zur Befestigung der der Diagonalversteifung bildenden, optionalen Zusatzstreben 16 an einem Knotenelement 12 weisen die Knotenelemente 12 oben bereits beschriebene Einschubaufnahmen 46 auf. Die Zusatzstreben 16 weisen an ihren freien Enden Einschubabschnitte 76 auf (vgl. 8a bis 8d), welche vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind, sodass sie in seitlicher Richtung in die Einschubaufnahmen 46 eines Knotenelements einschiebbar sind (vgl. 8a und 8b). Die Anschlagelemente 20 weisen in ihre Umrandung 24 eingearbeitete Kerben 78 bzw. 80 auf, welche als Anschläge fur Extremstellungen der Zusatzstreben 16 dienen, welche in 8c mit I und II bezeichnet sind. Der zwischen diesen Extremlagen mögliche Winkel 82 betragt beispielsweise ca. 90°.
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Um den Einschubabschnitt 76 in der Einschubaufnahme 46 festzulegen, ist es bevorzugt, wenn der Einschubabschnitt 76 und eine Zusatzstrebe 16 mittels einer Schraubverbindung 84 miteinander verbunden sind. Dabei ist es bevorzugt, dass sich eine Schraubaufnahme 86 des Einschubabschnitts 76 vollständig durch diesen hindurch erstreckt, sodass ein dem Hohlraum 40 des Knotenelements 12 zugewandtes freies Ende der Zusatzstrebe 16 in verspannenden Eingriff mit einer Spannfläche 88 (vgl. 3 und 8a) gebracht werden kann, welche Teil des Verbindungsbereichs 38 zwischen zwei aneinander angrenzenden Knotenverbindungsabschnitten 18 ist (vgl. auch 8d).
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Das Knotenelement 12 ermoglicht außerdem die Anordnung von Zusatzelementen 90 (vgl. 9). Ein Zusatzelement 90 weist beispielsweise ein Schlaufenteil 92 auf, welches mittels einer Schlaufenbefestigung 94 an dem Knotenelement 12 festgelegt ist. Die Schlaufenbefestigung 94 ist insbesondere ballenförmig oder kugelförmig und so groß, dass sie durch eine Knotenöffnung 52 in einem Eckbereich eines Knotenelements 12 nicht durchtauchen kann. Zur Befestigung des Zusatzelements 90 konnen das Schlaufenteil 92 und das Befestigungsteil 94 durch eine Durchbrechung 26 eines Anschlagelements 20 in den Hohlraum 40 des Knotenelements 12 eingebracht werden; anschließend kann das Schlaufenteil 92 durch die Knotenoffnung 52 hindurch wieder herausgeführt werden. Bei Zug an dem Schlaufenteil 92 bleibt die Schlaufenbefestigung 94 an der dem Hohlraum 40 zugewandten Begrenzung der Knotenöffnung 52 fixiert.
