DE2110157A1

DE2110157A1 - Zusammenklappbare Gitterwerk struktur

Info

Publication number: DE2110157A1
Application number: DE19712110157
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Peret a Company for Planning and Development of Ideas for Industry B M , Jerusalem
Priority date: 1970-03-08
Filing date: 1971-03-03
Publication date: 1971-11-18
Also published as: CA946576A; DE2110157B2; DK145724C; US3766932A; FI49448B; NO130545B; ZA71979B; SE384239B; GB1319385A; ES200793Y; IL34025A; CH545390A; NL7103048A; DK145724B; ES200793U; BE763900A; FI49448C; DE2110157C3; FR2081777B1; NO130545C

Description

PATENTANWÄLTE DlPL.-ING. F. WeICKMANN,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

<983921/22>

PERET - A COMPANY POl PLAMING AND DEVELOPMENT OP IDEAS POR INDUSTRY B.M., 10 Lunz Street, Jerusalem, Israel

Zusammenklappbare Gitterwerkstruktur

Die vorliegende Erfindung betrifft dreidimensionale Gitterwerkstrukturen, deren Geometrien im folgenden beschrieben sind und die sich durch ihre Zusammenklappbarkeit und die Tatsache auszeichnen, daß sie im zusammengeklappten Zustand aus einer Vielzahl von stabförmigen Elementen bestehen, die im zusammengeklappten Zustand kompakte Bündel bilden, deren Länge im wesentlichen nicht über die Länge eines einzelnen stabförmigen Elementes hinausgeht.

Die Tatsache, eine Sache zusammenzuklappen, um dadurch ein kleines Lagervolumen wie auch eine gute Transportfähigkeit zu erreichen, ist bekannt, und wurde auch schon auf dreidimensionale Strukturen bzw. Geräte angewandt. Pur solche Strukturen, die als zusammenklappbar, faltbar, abbaubar, tragbar usw. bezeichnet werden, und die als Zelte, Garagen, Unterkünfte und andere Strukturen bzw. Bauelemente dienen sollen, wurden auch bereits Patente erteilt (z.B. die britischen Patente Nr. 789 920; 791 189; 806 170; 923 231; 937 295; 1 006 972; 1 060 446; 1 123 791 und das USA-Patent

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Nr. 3 341 989). Alle oben genannten Erfindungen zeichnen sich durch einen verringerten, räumlichen Platzbedarf der jeweiligen Torrichtungen im zusammengeklappten, zusammengefalteten oder auf andere Weise zerlegten Zustand aus.

An dieser Stelle scheint es angebracht, eine Definition des Begriffs "Zusammenklappbarkeit" anzugeben, um den Unterschied zwischen "echter Zusaamenklappbarkeit¹¹ und bloßer "Zerlegbarkeit¹¹ klarzustellen. Während durch den letzteren Begriff lediglich eine Struktur gekennzeichnet wird, die zerstörungsfrei auseinandergenommen, verstaut und/oder transportiert und gegebenenfalls wieder aufgebaut werden kann, bezeichnet der Ausdruck "echte Zusammenklappbarkeit¹¹ die Tatsache, daß eine so gekennzeichnete, dreidimensionale Struktur, obgleich sie natürlich abbaubar ist, im zusammengeklappten oder gefalteten Zustand weiterhin ein zusammenhängendes, oder im wesentlichen zusammenhängendes Ganzes bildet. Mit anderen Worten, die Elemente, aus denen die Struktur zusammengesetzt ist, bleiben miteinander verbunden, während die Struktur ala solche in ihrer Form wesentlich verändert und in ihrer Ausdehnung wesentlich verkleinert wird.

Eine zusammenklappbare, gitterförmige bzw. netzförmige Struktur, die man als unter den oben definierten Begriff fallend ansehen kann, ist in dem britischen Patent Nr. 1 009 371 beschrieben, und zwar als eine zusammenklappbare Netzstruktur mit einer Vielzahl von Stabgruppen, von denen jede aus η Stäben besteht, die zum Zwecke einer relativen Beweglichkeit an Punkten zwischen ihren Enden miteinander verbunden sind, wobei jedes Ende jedes Stabes einer Gruppe zum Zwecke einer relativen Beweglichkeit an das Ende von (n-1) Stäben von (n-1) weiteren Gruppen angelenkt ist, wobei die sich ergebenden drei Anlenkachsen jedes Stabes

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parallel sind und quer zu dem letzteren angeordnet sind und In einer gemeinsamen Ebene liegen, die auch die Längsachse des Stabes enthält, wobei wenigstens einige der die verschiedenen Gelenke miteinander verbindenden Enden der Stäbe selbst direkt mit Hilfe von biegsamen und nicht dehnbaren Einrichtungen, wie etwa Kabel oder Seile, verbunden sind, die auf Zug beansprucht werden, um das Entfalten der Gesamtheit von Stäben zu begrenzen, so daß diese eine.vorbestimmte Struktur bilden« *

Auf Grund der Beschreibung der britischen Patentschrift 1 009 371 kann folgendes festgestellt Werdens

1«) Sie Zusammenklappbarkeit der in diesem genannten Patent beschriebenen Strukturen beruht auf dem sogenannten Scherensprelzerprinzip, wobei diese Strukturen als in zwei Richtungen wirkende Scherenspreizer betrachtet werden können· Da jeder der elementaren Stäbe drei Gelenke, und zwar ein mittleres, oberes und untere·, aufweist, müssen diese Strukturen somit als dreischichtige Gitter bzw· Hetze angesehen werden·

2.) Bedingt durch ihr Ions t rule ti on· prinzip benötigen die gemäß dieser britischen Patentschrift 1 009 371 ausgebildeten Strukturen zusätzliche Yerettifungeelemente, wie label g| oder Seile; tatsächlich sind drei Kabel- «der Stllsysteme vorgesehen, ohne welche die besagten Strukturen durchhängen oder sogar unter ihrem eigenen Gewicht zusammenfallen würden·

3·) Während die Pattntbtsohrtibunf des genannten britischen Patente 1 009 371 ausführlich ti· Errichtung der beschriebenen Struktur behandelt, ist der Vorgang des Zueammenklap- -pens nicht be»ehrleben. Xs ist nicht klar, wie die besagte

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Struktur in der Praxis zusammengelegt werden kann, ohne nicht nur die "Zwischenschicht" Kabel c, sondern auch die in der Patentbeschreibung erwähnten Kabeleysteme a und b> abnehmen zu müssen, die sonst beim Zusammenlegen der Struktur widerspenstige und nicht zusammenziehbare Schlaufen bilden würden. Andererseits würde dadurch, daß die Kabeleysteme Abgenommen und nachfolgend wieder befestigt werden müssen, die Zeit sum Aufbauen und zum Zusammenklappen, im einem solchen Maße vergrößert, daß diese Strukturen für den Zweck völlig unpraktisch wären, den die vorliegende Erfindung mit den weiter unten beschriebenen Strukturen anstrebt.

Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Erfindung unterscheidet eich von der in der britischen Patentschrift 1 009 371 beschriebenen Erfindung in einer Zahl von welter unten beschriebenen Punkten.

1.) Die Zusammenklappbarkeit der erfindungegemäßen Strukturen beruht auf einem völlig anderen Prinzip: Um die der vorliegenden Erfindung entsprechende Struktur zusammenzuklappen, werden die Elementaretäbe zunächst in den Gelenken "abgeknickt", und das so entstanden· "räumliche Zickzack" wird sodann fort«ehreitend zusammengedrückt, bis die Stab· im wesentlichen parallel zueinander liegen und ein kompakte· Bündel bilden. Da auf Grund der obigen Ausführungen jeder Elementaretab dieser Struktur lediglich zwei Oelenke besitzt, so kann die Struktur so angesehen werden, als würde el· eine Sine els chi ent, oder in anderen Auefiikrungsbeispielen, ein Doppeleohichtgitter bzw. Doppel·* Bchichtnet« bilden. Mit anderen Worten, alle Gelenke liegen auf einer gekrümmten fläche (einer kuppeiförmigen oder einer zylindrischen fläche) oder im zweiten fall auf zwei solchen flächen (konzentrischen «der keaiialen flächen]! ■it leicht verschiedenen Radien. Dieser Unterschied ißt

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äußerst wesentlich, da ein Dreischichtgitter für die von der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Strukturen mit relativ starken Krümmungen (R «3* 1,5-fache der Länge des Elementarstabes) praktisch unmöglich wäre.

2,) Me erfindungsgemäßen Strukturen sind auf Grund ihrer Geometrien und der Konstruktion ihrer Gelenke als selbsttragend anzusehen· Irgendwelche zusätzlichen vorgeschlagenen uder erforderlichen Versteifungseinrichtungen dienen lediglich dazu, äußere, konzentrierte oder zufällige Kräfte aufzuneimen. Außerdem können solche Versteifungsmittel, falls es ratsam erscheint, derartige Versteifungsmittel zu verwenden, binnen weniger Sekunden nach der Errichtung angebracht und vor dem Abbau wieder außer Funktion gesetzt werden*

3.) BIe fler vorliegenden Erfindung entsprechenden Strukturen können binnen weniger Minuten aufgestellt bzw, zusammengelegt werden, und wie in dem vorhergehenden Absatz ausgeführt ward«, wird durch die mögliche Verwendung von zusätzlichen TTersteifungseinrichtungen diese Aufbauzeit nicht wesentlich verlängert. Die Summe aus der Aufstellunge- und der Ziisammenklappzeit stellt somit nur einen Bruchteil der voraussichtlichen Benützungszeit dieser Strukturen dar, was eine Vorbedingung für die nützliche Anwendung von zusammenklappbaren Strukturen für die von der vorliegenden Erfindung irorgesehenen Verwendungszweoke ist.

Saraus geht hervor, daß sich die erfindungegemäßen Strukturen ύοώ. denen der britischen Patentschrift 1 009 371 in mehreren, wichtigen und wesentlichen Punkten unterscheiden, die cdch auf die Konstruktion und die Verwendbarkeit der betreffenden Strukturen beziehen· Es ist gleichfalls ereientlieh, daß keine der anderen oben erwähnten Erfindungen,

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die sich mit zusammenklappbaren, zusammenfaltbar en, zerlegbaren, tragbaren usw. Strukturen befassen, Strukturen aufweist, die der Form der vorliegenden Strukturen entsprechen oder die in die Definitionen, Bereiche und Verwendbarkeiten fallen, die im folgenden erläutert werden·

In dem Aufsatz "The Dymaxion World of Buchmineter Puller" von Robert W* Marks (Reinhold Publishing Corporation, Hew York, 1960, S. 195) wird eine zusammenklappbare, gitterförmige Struktur beschrieben, die gewisse formelle Ähnlichkeiten alt der Torliegenden Erfindung aufweist. Die besagte Struktur wurde als experimentelles Projekt bezeichnet, das von der Washington University, St. Louis, Hiss, ausgeführt wurde· Sine ausführlichere Beschreibung derselben Struktur findet man in "World Design, Science Decade 1965-1975" von E. Buchminster Fuller, World Resources Inventory, Southern Illinois University, Carbondale, Illinois, USA, 1963» S. 51/52. Hierin wird ausgeführt:

"Wie man ersieht, sind alle strukturellen Elemente in diesen ersten Bild parallel zueinander, so daß sie mit einem minimalen Volumen in einer Raketenkapsel transportiert werden können. Die parallelen Streben aus einer leichten Magnesiumlegierung bestehen aus Gruppen von je dreien, die mit Hilfe eines Kugelgelenks zu drei Püßen miteinander verbunden sind. Jede Gruppe gleicht einem Kamerastativ mit drei rohrförmigen Magnesiumbeinen und einem Kugelgelenk als Stativkopf. Sodann sind alle Dreifußbeine durch Kugelgelenke in Gruppen von je 5 und 6 rohrförmigen Dreifufibeinen pro Kugelgelenk miteinander verbunden. Sin kleiner Mast kommt aus dem oberen Ende jedes Dreifußkopfes hervor. Dieser Mast kann automatisch durch «inen Kolben In einem

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Zylinder ausgefahren werden. Die Zylinder elnd gasgefüllt und stehen unter einen Druck τοη 90,7 kg (200 pounds), durch den die Haste aller Dreifußköpfe hinausgeschoben werden können· Jeder der Haste weist drei Zugelenente auf, die Bit den Fußenden ihrer Dreifüße rerbunden sind. Wenn die Haste durch den Druck von 90,7 kg hinausgeschoben werden, so werden die Beine der Dreifüße durch die Zugglieder voneinander weg nach außen gespreizt. Die Dreifüße sind, wenn sie alle weit geöffnet sind, durch ihre Kugelgelenke in 6- und 5-Eckformen miteinander verbunden. Bin Dreiecknet β aus Stahllitee, das die Fora eines regelmäßigen, geodätischen "stern"-artigen sphärischen Netzes hat, wie das Spannets der pneumatischen Kugeln, verhindert, daß sich die Beine der Dreifüße weiter voneinander wegspreisen als notwendig ist, um eine Kuppel- oder Kugelform bu bilden·¹*

Auf Grund des vorhandenen Xextes und der Bilder kann folgendes bemerkt werden:

1.) Obgleich die oben beschriebene Struktur ("flying Seed Pod¹* - FSF) als "susammenf altbar* beseiohnet wird, ist es Eiemilch offensichtlich, daß der Schwerpunkt des Konstruktionsgedankene bei schneller und müheloser Aufstellung lag, ohne der Zusammenfaltung der Struktur irgendwelche Aufmerksamkeit bu schenken. Diese Folgerung kann nicht nur daraus gezogen werden, daß jegliche Beschreibung für den Zusammenfaltungsvorgang fehlt, sodern auch aus der Analyse der Struktur selbst wie auch aus der beabsichtigten Verwendung.

Hachdem die Struktur in der oben beschriebenen Weise er-

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richtet worden ist, ergibt sich die Notwendigkeit, die "Maste" in ihrer ausgefahrenen Stellung zu fixieren, um die Kabelsysteme gespannt zu halten und um die besagte Struktur aufrechtstehend zu halten. Prinzipiell könnte das auf zwei verschiedene Arten erreicht werden: auf pneumatischem oder mechanischem Wege. Bei der ersteren Art müßte man entweder die Preßluft schließen und annehmen, daß alle Zylinder, Kolben und anderen Dichtungsstellen genügend luftdicht sind, um die Masten für die Zeit der Benutzungsdauer der Struktur ausgefahren zu halten. Da eine derartige Annahme nicht sehr realistisch ist, bliebe als andere pneumatische Lösung nur die permanente Verbindung der Struktur mit einer genügend großen Druokluftquelle. Diese Lösung ist jedoch noch ungeschickter und lediglich etwas sicherer als die vorhergehende Methode. Es verbleiben somit nur die mechanischen Lösungen, von denen es selbstverständlich eine große Anzahl gibt. Grundsätzlich könnte eine derartige Sperrvorrichtung von Hand betätigt werden, z.B. dadurch, daß ein Stift in ein Querloch im Mast geschoben wird, um sein Zurückrutschen zu verhindern, nachdem der Druck abgeschaltet oder verringert worden ist. Eine elegantere Lösung wäre eine federnde Schnappe, ähnlich einer Schnappvorrichtung in einem Hegenschirm, bei der der Mast hinausgeschoben werden könnte, durch die aber verhindert würde, daß er sich wieder zurückzieht. Welche Lösung man auch wählen würde, diese Sperren oder Anschläge müßten von Hand nacheinander gelöst werden, bevor man die Struktur zusammenfalten könnte. Da es unmöglich ist, Dreifuß nach Dreifuß zusammenzuklappen, um ein "kontrolliertes¹* Zusammenklappen der Struktur zu erreichen (im Gegensatz zu einem "katastophalen" Zusammensacken), so würde dies ein äußerst ernstes Problem darstellen, wenn nicht, was hier behauptet werden soll, von vornherein keinerlei Absicht vorhanden war, die besagten Strukturen nach dem Aufstellen auch einfach wieder zusammenzu-

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falten, gar nicht zu sprechen von einem wiederholten Aufstellen und Zusammenfalten. Das geht auch aus dem gedachten Verwendungszweck hervor;

b) Der Verwendungszweck der "PSP"-Strukturt

Was den Verwendungszweck anbelangt, so sind die beiden angegebenen Literaturstellen eindeutig und 'klar. B. Puller erklärt in dem Artikel "World Design Science Decade", S. 52:

"Wir besitzen die bewiesene Fähigkeit, parallel gepackte, geodätische Aufspannstrukturen zu verkapsein, um sie mit Hilfe einer Rakete auf den Mond oder auf den Gipfel eines Berges dieser Erde oder nach irgendeinem entfernten Punkt auf der Erde zu schicken, wo sie sich dann innerhalb von Sekunden selbst öffnen würden."

Robert W. Marks spricht in "!he Dymaxion World of Buekminster Puller", Seite 195 von

". . . · aus der Luft abwerfbaren und durch Raketen verschickbaren, entfernt installierbaren, gesteuerten Umgebungen (environments)·"

2«) Heben dem röhrenförmigen "PSP" Skelett, das in der Tat eine gewisse formelle Ähnlichkeit zu einem bestimmten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist) besitzt die besagte Struktur noch weitere für ihre reine Stabilität unerläßliche Elemente, nämlich die Maste ebenso wie die beiden in der obigen Erläuterung erwähnten Kabelsyeteme. Während die Beweglichkeit der Maste lediglich für die Aufstellung wesentlich ist, sind die Maste in ihrer ausgefah-

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renen Stellung, sowie die beiden Kabelsysteme unbedingt notwendig, um die Struktur zu "fixieren* und um ihr Zusammensacken und ihr Zusammenklappen zu verhindern· Würde man die Kabel durchschneiden, so würde die Struktur unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbrechen.

3.) Die drei Beine jedes Dreifußes, die zusammen mit ihren zugeordneten drei Kabeln selbst ein Fyramidensystem darstellen, können als eine Schicht, und das dreieckförmige, sphärische Kabelnetz als eine zweite Schicht einer doppelschichtigen Struktur angesehen werden, deren Stabilitätseigenschaften durch den Abstand zwischen diesen beiden Schichten bestimmt werden.

Sie vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Stand der Technik in einer Zahl von funkten, die im folgenden näher erörtert werden sollen:

(I)s Die erfinäiragsgemäßen Strukturen sind tatsächlich zusammenklappbar odsjr zusammenfaltbar nicht nur entsprechend der eingangs gegebenen Definition sonäara auch im Sinne der unter 1· gemachten Ausführungen, nämlich insofern, daß oei der erfindungsgemäßen Konstruktion gleiche Aufmerksamkeit der "Aufstellbarkeit" als auch der ^NZusammenklappbarkeit ⁿ geschenkt wurde, wobei ja sogar das Zusammenklappen weniger Zeit in Anspruch nimmt als das Aufstellen. Der Zusammenklappungsvorgang eines der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, z.B. der kuppttlförmigen Struktur, die in den später beschriebenen Figuren 1 und 2 dargestellt ist, verläuft wie folgt:

A) Die fünf untersten Gelenke 2D (JIg. 1 und 2) auf welchem die Struktur steht, werden gekippt bzw. verschwenkt, bis sie

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im wesentlichen senkrecht zu dem mittleren ihrer drei stabförmigen Elemente sind»

B) Die weiter unen erwähnten Verriegelungatelier (9) (Pig. 4) ι werden nach einer Vierteldrehung abgenommen·

C) Das oberste (mittlere) OeIenk 2A (Fig. 1 und 2) wird heruntergezogeny wodurch die oberste Pyramide der Struktur nach innen gekehrt wird· Da während dieses und der nachfolgenden Zusammenklappschritte zuerst alle und später wenigstens einige der Stabenden aufgrund der besonderen Konstruktion der Gelenke noch in einem Winkel in einer oder zwei Ebenen liegen, wird durch die leichte Beanspruchung bzw· Verformung, die durch das Hachinnenkehren der nach einwärts gefalteten Pyramiden auftritt, eine ausreichende Reibung erzeugt, so daß dieses Nachinnakehren, d.h, in der Tat das Zusammenklappen in "kontrolliertet Weise und nicht in Form eines "völligen Zusammenbruche" durchgeführt werden kann·

D) Die übrigen, sich nach innen faltenden Pyramidenepitzen werden umgekehrt, indem sie nach innen gedrückt werden, wobei auch hier der "Kontrolleffektⁿ vorhanden ist·

3) Die jetzt etwa eplnnenartige, in wesentlichen «usammengeklappte Struktur wird zu eines Bündel von praktisch parallelen Stäben dadurch gemacht, daß man alle fünf "Spinnenbeine" gegen die Mitte hinschiebt. Die Hotwendigkeit einer häufigen Wiederaufstellung, d.h. die Hotwendigkeit für ein einfaches und schnelles Zusammenklappen geht auch aus den für die vorliegende Erfindung vorgesehenen Verwendungszwecken hervor, nach denen diese Strukturen als Zelte und Bungalow* für Ausflüge, Picknicke, und an dem Strand, sowie ähnliche kurzzeitige Anwendungen vorgesehen sind, bei denen ein lang-

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wieriger und zeitraubender Aufstellungs- und Zusammenklappungsvorgang nicht tragbar ist·

II) Die erfindungsgemäße Struktur ist aufgrund ihrer Geometrie und aufgrund der Konstruktion ihrer Gelenke "selbsttragend". Dadurch, daß bei der vorliegenden Erfindung alle hervorstehenden, kabelähnlichen und daher Schlingen und Knoten bildenden Pixierungsvorrichtungen weggelassen sind, wird die erfindungsgemäße Struktur nicht beeinträchtigt und sie bleibt auch weiterhin stehen.

III) Die erfindungsgemäße Struktur ist genau genommen eine Einzelschichtstruktur und als solche vom strukturellen und morphologischen Standpunkt aus gesehen grundsätzlich verschieden von der Doppelschichtstruktur der besagten "PSP" Struktur·

Es ist somit klar, daß sich die der vorliegenden Erfindung entsprechenden Strukturen in mehreren wichtigen und wesentlichen Punkten von dem oben beschriebenen Stand der Technik unterscheiden, die sich direkt auf die Konstruktion und den Verwendungszweck der betreffenden Strukturen beziehen, wobei eines der Hauptmerkmale der erfindungsgemäßen Strukturen in der besonderen Konstruktion der Gelenke besteht, die den betreffenden Endstücken der stabförmigen Elemente verschiedene und sorgfältig bestimmte Freiheitsgrade ermöglicht, und wobei die genannten Gelenke Rast-, Führungs- und Anschlagseinrichtungen aufweisen, die die Winkelstellung der ihnen zugeordneten stabförmigen Elemente sowohl zueinander als auch in Bezug auf die zentrale Symmetrieachse jeder Pyramidenspitze vollständig festlegen.

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Eine andere bekannte Struktur, ein "Shelter Framework", die Gegenstand der US-Patentschrift 3 059 658 ist, könnte in Vergleich gesetzt werden zu einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die von dieser US-Patentschrift beschriebene Struktur soll zusammenklappbar sein und im zusammengeklappten Zustand ein kompaktes Bündel bilden, bei dem die Strebenelemente im wesentlichen parallel zueinander liegen. Die in dieser Patentschrift beschriebene Struktur erhält ihre Steifigkeit und Stabilität dadurch, daß sie vollständig dreieckförmig ausgebaut ist, d.h. daß die Polygone, die ihre räumliche Konfiguration bilden, aus Dreiecken , bestehen, wobei die horizontalen Basen zum einen durch die W "Dachstreben" (eave struts) und zum anderen durch Einrichtungen gebildet werden, die die den Boden berührenden Enden der Stützstreben miteinander verbinden, oder bei Abwesenheit derartiger Einrichtungen durch den Boden selbst gebildet werden, in dem die Struktur fest verankert werden muß. Da eine polyedrische Struktur lediglich vollständig zusammengeklappt werden kann, wenn die sie bildenden Polygone 2n Seiten haben, so muß die Struktur vor dem Zusammenklappen von einer aus Dreiecken zusammengesetzten Struktur (triaigilierten Struktur) (ein Dreieck, das 2n-1 Seiten hat), in eine aus Vierecken bestehende Struktur (quadrangulierte Struktur) verwandelt werden. Dies ist nur dadurch möglich, .äk daß die besagten horizontalen Dreiecksbasen, d.h. sowohl die "Dachstreben" als auch die verbindenden Einrichtungen auf dem Boden beseitigt werden, gleichgültig ob diese aus Kabeln oder Streben, oder in Abwesenheit derartiger Einrichtungen, aus einer Verankerung in der Erde, bestehen. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß der genannten USA-Patentschrift 3 059 658 dadurch, daß die die erfindungsgemäße Struktur bildenden Polygone 2n Seiten haben, und daß die

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Struktur völlig zusammengeklappt werden kann, ohne daß vorher einige ihrer strukturellen Elemente entfernt werden müssen« Am wichtigsten ist jedoch die Tatsache, daß während die bekannte Struktur sogleich zusammenfallen würde, wenn nicht diese Einrichtungen vorgesehen wären, durch die ihre den Boden berührenden Enden in einer stabilen Lage gehalten werden, die erfindungsgemäße Struktur aufgrund ihrer Geometrie und ganz besonders aufgrund der Konstruktion ihrer Gelenke in sich selbs-(^tragend ist· Durch die in der genannten US-Patentechrift 3 059 658 beschriebene Struktur wird deshalb die vorliegende Erfindung in keiner Weise vorweggenommen»

Sie -vorliegende Erfindung betrifft eine gitterförmige, dreidimensional·, mit Gelenken versehene Struktur, die gebildet wird durch eine Vielzahl von Gelenken und eine Vielzahl von geraden, im wesentlichen steifen, stabförmigen Elementen, die wechselseitig miteinander verbunden und durch diese Gelenke aneinander angelenkt sind, wobei diese Struktur geometrischen formen entspricht, die aus Polyedern aufgebaut sind, die durch ebene, oder räumliche Polygone gebildet werden, die zwei η Seiten besitzen und wobei die Struktur zusammenklappbar ist und sich dadurch auszeichnet, daß die Gelenke aus einem Stück hiermit bestehende Einrast- und/oder ?ührungs- und Anschlageeinrichtungen aufweisen, die die eindeutige Winkelstellung der Ihnen zugeordneten stabförmigen Elemente sowohl zwischen den Elementen selbst als auch zwischen den Elementen und der zentralen Symmetrieachse der Gelenke genau definieren und begrenzen, wobei die Einrast- und/oder Tührungs- und Anschlagseinrichtungen es ermöglichen, daß die Struktur von sich aus selbsttragend ist, sobald sie vollständig aufgestellt ist, und daß die Gelenke so ausgebildet sind, daß sich wenigstens einige dieser stab-

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förmigen Elemente mit mehr als einem Freiheitsgrad in wenigstens einem gewiseen Ausmaß in Bezug auf ihre zugeordneten Gelenke bewegen können, während die anderen stabförmigen Elemente in Bezug auf die ihnen zugeordneten Gelenke in ihrer Bewegung so "begrenzt sind, daß sie sich nur in einer Ebene bewegen können, und daß die Struktur in ihrem zusammengeklappten Zustand ein durch die stabförmigen Elemente gebildetes Bündel bildet, dessen Länge im wesentlichen gleich der Länge eines einseLnen stabförmigen Elementes ist.

In Bezug auf die Geometrien der erfindungsgemäßen Strukturen kann gesagt werden, daß die den Strukturen zugrundeliegenden Grundformen entweder ephärisch (kuppelartig) oder zylindrisch sind. Im letzteren Falle kann die Symmetrieachse der zylindrischen Mantelfläche, die auch die Achse der Struktur ist, entweder parallel oder senkrecht zu dem Boden bzw. der Erde verlaufen. Zylindrische Strukturen mit einer senkrechten Symmetrieachse können an dem oberen Ende durch Aufsetzen einer Pyramide abgeschlossen werden, die eine n-gonale Symmetrie aufweist, die gleich der Symmetrie des zylindrischen Gitterwerks ist« Sie Gesamtzahl der stabförmigen Elemente, die durch,eine geeignete Zahl, von Gelenken miteinander verbunden sind, bildet somit ein räumliches Gitter, bzw. Gitterwerk, das im wesentlichen den zugrundeliegenden Grundformen, wie sie oben beschrieben wurden, folgt, und dieses Gitterwerk besteht aus einer Anzahl von räumlichen Polygonen, die 2n Seiten aufweisen· In Bezug auf diese Gelenke soll festgestellt werden, daß sie derart konstruiert sind, daß sich wenigstens einige, jedoch möglichst alle, dieser stabförmigen Elemente .mi* mehr als einem Freiheitegrad bewegen können, während andere stabförmige Elemente derart in ihrer Bewegung in Bezug auf eines oder beide ih-

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rer zugehörigen Gelenke begrenzt sind, daß sie eich nur in einer Ebene bewegen können.

Bezüglich der tatsächlichen Anzahl von stabförmigen Elementen, die für ein besonderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, soll darauf hingewiesen werden, daß diese tatsächliche Anzahl entweder gleich der idealen Anzahl von stabförmigen Elementen, die von der theorethischen Formgebung der Struktur vorgeschrieben ist, oder von dieser idealen Anzahl verschieden ist, wobei in diesem letzteren Falle eines oder mehrere Elemente entweder entfernt oder hinzugefügt werden, um einen Zugang zu der Struktur zu schaffen oder um VerbindungsÖffnungen oder Durchgänge zwischen mehreren dieser Strukturen oder irgendeiner Kombination hieraus vorzusehen.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Strukturen besteht darin, daß eine solche Struktur mit Hilfe von Verbindungselementen mit einer oder mehreren gleichen oder ähnlichen oder sogar nicht ähnlichen Strukturen derart verbunden und kombiniert werden kann, daß eine neue, komplexere Struktur als die Grundstruktur geschaffen wird.

Obgleich die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Strukturen prinzipiell als selbsttragend angesehen werden können, ist es möglich, äußeren oder konzentrierten oder zufälligen Kräften dadurch entgegenzuwirken, daß wenigstens einige dieser Gelenke mit Hilfe von Verriegelungsvorrichtungen unbeweglich gemacht oder versteift werden, wobei die Verriegelungselemente entweder ein integraler Teil der besagten Gelenke sind oder an den genannten Gelenken angebracht werden können.

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Die vorgeschlagenen Strukturen benötigen keinerlei Stützelemente innerhalb oder außerhalb des von ihnen umschlossenen Raumes, und sie können sowohl mit als auch ohne Spannschnüre am Erdboden verankert werden.

Die erfindungsgemäßen Strukturen können von wenigstens einer biegsamen Deckhaut umhüllt sein, die entweder auf der Innenseite oder der Außenseite der Struktur befestigt sein kann, oder sie können von mehreren Deckhäuten umhüllt sein, von denen einige an der Innenseite und andere auf der Außenseite der Struktur befestigt werden können. Die Struktur kann, während sich die Deckhaut oder die Deckhäute in ihrer Lage befinden, zusammengeklappt und/oder aufgestellt werden, oder die Deckhaut oder die Deckhäute können andererseits an der Struktur befestigt werden, nachdem sie aufgestellt worden ist, und entfernt werden, bevor die Struktur zusammengeklappt wird. Diese Deckhäute oder Hüllen können aus irgendeinem biegsamen Material bestehen, z.B. aus Geweben aus natürlichen oder künstlichen oder gemischten Fasern, und sie können auch aus einem steifen, oder halbsteifen Plattenmaterial bestehen (wie etwa einem metallischen Material, Kunststoffmaterial, Papier, mineralischen Material usw.). In diesem letzteren Falle können die Platten miteinander und mit der Struktur durch etwa die folgenden bekannten Verfah-

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ren verbunden werden, etwa durch Schnüren, Kleben, Schweißen, Nieten usw., und/oder durch mehrere geeignet angeordnete und geformte Verbindungsvorrichtungen, wie etwa Haken, Ringe, Klemmen, Schnepper usw.

Die erfindungsgemäßen Strukturen können als Zelte und Bungalows für Ausflüge, Picknicks und am Strand, als alleinstehende Stände für Ausstellungen und Messen, als erste Hilfestationen und Notkrankenhäuser, als provisorische lager-

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einrichtungen und als transportable Verpaekungsschuppen, als vorübergehende Arbeitsunterkünfte und dergleichen verwendet werden·

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindimg soll diese moamehr näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorsugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden· In der Zeichnung zeigen:

Hg· 1 einen Aufriß einer kuppeiförmigen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig, 2 einen Grundriß der in Fig. 1 gezeigten Struktur;

Pig» 3 eine perspektivische Ansicht einer besonderen Ausführungsform eines stabförmigen Elementes;

Pig· 4 eine perspektivische Ansicht einer besonderen Ausführungsform eines kugelgelenkartigen Gelenks;

?ig· 5 eine perspektivische Ansicht einer anderen. Ausführungsform eines kugelgelenkartigen Gelenke;

Pig-. 6 ein Gelenk nach Art einer Zunge mit einem Schlitz;

Pig· 7 eine zusammengesetzte Struktur, die durch Vereinigung von zwei Strukturen, wie sie in Pig. 1 gezeigt sind, entstanden ist;

Pig· 8 das zusammenhängende Bündel von stabförmigen Elementen, wie es sich bei einer vollständig zusammengeklappten Struktur, wie sie z.B, is Flg. 1 beschrieben ist, ergibt;

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Pig. 9 und Pig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Struktur, mit einer anderen Geometrie im Grundriß "bzvr. im Aufriß.

Neben dei^Llgemeinen Form einer besonderen Ausführungeform gemäß der Erfindung zeigen die Pig. 1 und 2 gleichfalls die genaue Lage aller Stab- und Verbindungselemente· Die Ziffern 1 teeichnen die Stabelemente, und die Ziffern 2 die Gelenkelemente. Die verschiedenen Typen dieser Elemente sind durch. Buchetaben angezeigt. Dementsprechend sind;

1A: ein stabförmigea Element mit einem zungenförmigen W Ende und einem kugelförmigen Ende (siehe Pig. 3);

1B: ein stabförmiges Element mit zwei zungenförmigen Enden;

2A: ein Zungen- und Schlitzgelenk, das 5 stabförmige Elemente 1A aufnimmt;

2B: ein Zungen- und Schlitzgelenk, das 3 stabförmige Elemente aufnimmt (siehe Pig. 6);

20: ein kugelgelenkartiges Gelenk, das 5 stabförmige Elemente aufnimmt (siehe Fig. 4);

2D: bodenberührende Gelenke. Entsprechend ihrer Geometrie gehören diese Gelenke eigentlich der Gruppe 2C an. Sie nehmen jedoch jeweils lediglich 3 Stäbe auf, von denen der mittlere Stab (der in der meridionalen Ebene der sphärischen Konfiguration liegt) nicht die durch die Kugelgelenke gewährte Bewegungsfreiheit benötigt und daher aus einem Zungengelenk bestehen kann.

Eine besondere Ausführungsform einer Eintritts öffnung, die

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in Figo 2 durch einen Pfeil bezeichnet ist, wird durch Gelenke und Stäbe 2D_d~1A_d-2B_d-1B_d-2C_d-1B_d-2B_(i-1A_d-2D_d begrenzt. Jedes der Gelenke 2D_d, 2B_d und 2G_d nimmt ein stabförmigee Element weniger auf als die gleichnamigen Elemente ohne Index.

Das stabförmige Element selbst, das entweder hohl oder voll ausgebildet sein kann und aus irgendeinem geeigneten Material, wie Stahl, Leichtmetall, Kunststoff, Holz oder irgendeiner Kombination solcher Metalle bestehen kann, ist eingehender in Pig, 3 dargestellt, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigt. Der Körper 3 des Elementes weist an seinem einen Ende ein kugelförmiges Endstück 4 auf, das die Kugel eines Kugelgelenkes bildet. Das andere Ende des Elementes weist ein zungenförmiges Endstück 5 auf, das die Zunge eines Gelenkes nach Art eines Zungen- und Schlitzgelenkes darstellt. An der Zunge 5 ist ein Zapfen 6 angebracht«

Eine besondere Ausführungsform eines kugelgelenkartigen Gelenks ist in Fig. 4 dargestellt, die zwei Hälften 7 und 8, die den Körper dieses Gelenks bilden, einen an dem Gelenk angebrachten Verriegelungsteller 9, eine T-förmige Mutter 10, die den Verriegelungsteller 9 herunterdrückt, einen Bolzen 11, einen hakenförmigen Bolzenkopf 12, der zur Befestigung der Hülle dient, und U-förmige Einrastkerben zeigt, die Anschläge 13 und Pührungeeinrichtungen 13a aufweisen, die dazu dienen, die lage der stabförmigen Elemente in Bezug auf dieses Gelenk festzulegen, sobald die Struktur vollständig aufgestellt ist. Ein Ende 14 eines solchen Elementes ist angedeutet. Beim Zusammenklappen der Struktur können die Kugelhälse zunächst nur in einer Ebene bewegt werden, da sie anfänglich noch zwischen den parallelen Wänden der U-förmigen Einrastkerbe

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begrenzt sind. Sobald jedoch der Kugelhals die Einrastkerbe verlassen hat, können die stabförmigen Elemente und der Körper des Gelenks die verhältnismäßig komplexen Bewegungen ausführen, die erforderlich sind, um die Gelenke in die in Fig. 8 gezeigte bündeiförmige Form zu bringen. Beim Aufstel len der Struktur können die Kugelhälse 3 den komplexen, nicht notwendigerweise symmetriechen Zugkräften folgen, bis sie mit den Führungsflächen 13a in Berührung kommen, die sie schließlich in die TJ-förmige Einkerbung hineinführen, wo ihre Bewegung durch die Anschlagsflächen 13 begrenzt wird.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines kugelgelenkartigen Gelenks ist in Fig. 5 gezeigt. Hier ist das Verriegelungselement ein integraler !Teil des Gelenks und besteht aus einem becherförmigen feil 15, der in einer der Gelenkhälften drehbar ist und eine Anzahl von über den Umfang verlaufende Schlitze 16 aufweist, durch die die Kugelhälse im offenen Zustand des Verriegelungselementes in die U-förmigen Lagebestimmungskerben 16a eingeführt und eingerastet werden können. Durch eine Drehung des Verriegelungsbechers 15, die durch Greifansätze 17 erleichtert wird, werden die Ausgänge 16b der Kerben blockiert, wodurch verhindert wird, daß die Kugelhälse ihre jeweilige Kerbe verlassen.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Zungen- und Schlitzgelenkes ist in Fig· 6 dargestellt. Bei diesem Gelenk können sich die Elemente nur in einer Ebene bewegen, da die Führungsschlitze 19a im wesentlichen dieselbe Breite wie die Zungen 22 aufweisen. Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Hälften 18 und 19 durch einen mit einem hakenförmigen Kopf versehenen Bolzen 20 zusammengehalten. Das angedeutete zungenförmige Ende 22 des stabförmigen Elementes 23 ist mit einem Zapfen 24 versehen, der in ei-

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ner der öelenkhälften drehbar gelagert ist· Der Boden 18a des Eührungsschlitzea der oberen Hälfte dient als ein Anschlag.

In Jig. 7 sind zwei kuppelartige Strukturen von der Art, wie sie in Pig. 1 dargestellt sind, gezeigt, die so miteinander verbunden sind» daß sie eine größere und komplexere Struktur bilden* Hier sind die G-rundstrukturen mit 25 und 26 und die Verbindungszubehörteile mit 27 und 28 bezeichnet.

Bas zusammenhängende Bündel aus stabförmigen Elementen, wie es sich im vollständig zusammengeklappten Zustand der in Mg·- 1 gezeigten Struktur darstellt, ist in Pig. 8 gezeigt. Die dicht zusammengefalteten stabförmigen Elemente liegen im zusammengeklappten Zustand im wesentlichen parallel zueinander, wobei einige der Gelenke an der Oberseite des Blindeis und einige Gelenke an der Unterseite des Bündels liegen· In dem gezeigten Beispiel wurde die Deckhaut bzw· Hülle vor dem Zusammenklappen der Struktur abgenommen, obgleich dies in der Praxis nicht notwendig ist.

Ein anderes Aueführungsbeispiel der vorgeschlagenen Strukturen ist in fig. 9 und 10 dargestellt. Hier handelt es sich um eine grundsätzlich zylindrische Struktur mit einer vertikalen Symmetrieachse, wobei die Struktur an dem oberen Ende durch eine Pyramide abgeschlossen ist.

Im folgenden soll ein bevorzugter Aufstellvorgang für eine bestimmte Ausführungsform anhand der Tig. 1 und 2 der Zeichnung beschrieben werden:

1· Bas Bündel aus parallelen stabförmigen !lementen (wie es schematisch in Pig. 8 dargestellt ist),

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wird βο auf den Boden gesetzt, daß die stabföratigen Elemente im wesentlichen senkrecht verlaufen und daß die kugelgelenkartigen Gelenke den Boden berühren.

2. Die fünf bodenberührenden Gelenke 2D (Fig. 8) werden nun soweit wie möglich radial nach außen gezogen, wodurch die Struktur während dieses Arbeitsvorganges ein spinnenartiges Aussehen erhält.

3. Eine der Personen, die sich mit der Aufstellung der Struktur befassen (im folgenden als "Aufsteller* bezeichnet) hebt nun die beiden oberen, die Eintrittsöffnung begrenzenden Stäbe 1S (Fig. 2} in die Höhe, wodurch ein zweiter Aufsteller sich selbet unter die nunmehr teilweise entfaltete Struktur stellen kann·

4· !Der zweite Aufsteller hebt nunmehr das zentrale Gelenk 2A an und hält es hoch, während der erste Aufsteller die peripheren fünf-Elemente-Gelenke (einschließlich der ^-Elemente-Gelenke 2C^ (Fig. 2) der Bintrittsöffnung) nach außen zieht.

5· Die fünf, den Erdboden berührenden Gelenke 2D (?ig,1 und 2) werden nun von Hand soweit wie möglich nach außen gekippt, und die Verriegelungstejler 9 (Fig. 4) werden jetzt an jedem der fünf kugelgelenkartigen Gelenke 2C dadurch angebracht, daß diese Gelenke eunächst nach außen gezogen werden, bis alle Kugelhälse richtig gegen die Anschläge 13 (Fig* 4) ihrer jeweiligen Einrastkerben anliegen. Sodann werden die

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Verriegelungsteller 9 so aufgesetzt, daß ihre Schlitze 9a (lig* 4) parallel zu der !-Mutter 10 (Pig. 4) liegen, und schließlich werden die !eller um ungefähr 90° gedreht. Die Struktur ist nun aufgestellt und kann, wenn es die Umstände erfordern, am Boden verankert werden.

Der Zusammenklappvorgang wurde bereits oben beschrieben und dieser Vorgang stellt eigentlich mehr oder weniger eine Umkehrung des oben beschriebenen AufstellungsVorgangs dar.

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Claims

Patentansprüche

1oJ Gitterförmige, dreidimensionale, mit G-elenken versehene Struktur, bestehend aus einer Vielzahl von Gelenken und einer Vielzahl von geradlinigen, im wesentlichen steifen, stabförmigen Elementen, die durch diese Gelenke gegenseitig gelenkig miteinander verbunden sind, wobei die Struktur Geometrien entspricht, die auf Polyedern beruhen, die durch ebene oder räumliche Polygone mit 2n-Seiten gebildet . ~ werden, wobei die Struktur zusammenklappbar ist, dadurch ™ gekennzeichnet , daß die Gelenke (2B, 20, 2D) hiermit zusammenhängende Einrast- und/oder Führungs- und Anschlagsvorrichtungen aufweisen, die eindeutig die Winkelstellung der ihnen zugeordneten stabförmigen Elemente sowohl in Bezug auf jedes andere Element als auch in Bezug auf die mittlere Symmetrieachse der Gelenke definieren und begrenzen, wobei die Struktur aufgrund der Einrast- und/oder Führungs- und Ans chlags vor richtungen in sich selbsttragend ist, wenn sie einmal vollständig aufgestellt ist, und daß die Helenke so ausgebildet sind, daß wenigstens einige der stabförmigen Elemente wenigstens in einem gewissen Grade in Bezug auf ihre zugeordneten Gelenke mit mehr als einem Prei- ätk heitsgrad bewegbar sind, während die anderen stabförmigen Elemente in ihrer Bewegung in Bezug auf ihre zugehörigen Gelenke derart begrenzt sind, daß sie sich nur in einer Ebene bewegen können, und daß die Struktur im zusammengeklappten Zustand durch ein Bündel aus den stabförmigen Elementen gebildet wird, dessen Länge im wesentlichen gleich der Länge eines einzelnen stabförmigen Elementes ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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zeichnet , daß die tatsächliche Anzahl der für die "besagte Struktur benötigten stabförmigen Elemente entweder gleich der theorethischen Anzahl der stabförmigen Elemente_/ die durch die Gestalt der Struktur vorgeschrieben ist, oder verschieden von dieser theoretischen Anzahl ist, wobei in diesem letzteren Falle ein oder mehrere Elemente entweder entfernt oder hinzugefügt werden, um einen Zugang zu der Struktur zu ech&fisn, oder um Verbindungsöffnungen oder Durchgänge zwischen mehreren Strukturen oder irgendeiner beliebigen Kombination hieraus zu schaffen.
3« Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet , daß die Struktur mit Verbindungselementen versehen ist, so daß sie mit einer oder mehreren gleichen oder ähnlichen oder nicht Ähnlichen Strukturen derart verbund®** und vereinigt werden kann, daß eine neue, komplexere Struktur als die Grundstruktur gebildet werden·
4·. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einige der Gelenke mit Yerriegelungselementen versehen sind, die entweder integrale Teile der Gelenke bilden oder an den Gelenken angebracht sind, wodurch die Gelenke unbeweglich gemacht und versteift werden.
5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen vorgesehen Bind, um die Struktur am Erdboden zu verankern.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Struktur

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mit wenigstens einer biegsamen Hülle versehen ist, die entweder auf der Innenseite oder der Außenseite der Struktur befestigt ist, oder daß mehrere Hüllen vorgesehen sind, von denen einige auf der Innenseite und andere auf der Außenseite der Struktur befestigt sind« , -
7. "Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k en η zeichnet , daß di$ Hülle oder die Hüllen in ihrer lage verbleiben, wenn die Struktur zusammengeklappt wird.

8, Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kenn- jv zeichnet , daß die Hülle oder die Hüllen an der φ Struktur befestigt werden, nachdem die Struktur aufgestellt worden ist, und daß die Hülle oder die Hüllen von der Struktur abgenommen werden, bevor diese zusammengeklappt wird«

9* Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5 $ dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl von geeignet geformten halbsteifen oder steifen Stücken aue.einem plattenförmigen Deckmaterial vorgesehen ist, und daß die Stücke des plattenförmigen Deckmateriale miteinander und der Struktur durch bekannte» geeignete Einrichtungen verbunden sind. Jk

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