DE2203077C3 - Leichtbauelement für Tragkonstruktionen jn Form eines Kissens - Google Patents

Description

6. Leichtbauelement nach Anspruch 4, da- sich hierbei nicht um Bauelemente.

durch gekennzeichnet daß die Außenhaut (4) an Grundsätzlich problematisch ist bei Kissenkon-

den Profilstücken (11) über äußere Klemmstücke struktionen die Aufnahme der Zugspannungen aus

(12) festgeklemmt ist 35 der Außenhaut Je mehr das Kissen zur Vermeidung

7. Leichtbauelement nach einem der An- von Faltenbildung oder zur Überbrückung größerer spräche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen oder zum Tragen eines z.B. durch besoninnere Abstützung (5) einseitig, beidseitig oder dere Isolierschichten oder Füllungen verursachten allseitig mit Schaumstoff versehen ist der zumin- größeren Gewichts unter Innendruck gesetzt wird, dest auf der an die Außenhaut (4) grenzenden 4<> desto größer werden diese aufzunehmenden Zug-Fläche zähelastisch ist spannungen. Werden diese durch äußere Tragkon-

struktionen, z.B. Randträger oder Randseile und Druckstützen aufgenommen, so ist stets eine relativ aufwendige Konstruktion notwendig, die die durch 45 die Zugspannung der Außenhaut entstehende Momentenbeanspruchung aufnehmen muß, und die kissenartigen Leichtbauelemente können nur zur Ausfachung dienen.

Aus dem obengenannten Buch von Frei, Otto ist 50 auch schon bekannt bei Kissenelementen mit Randseilen zur Aufnahme der Zugspannungen an den Enden der Randseile innere Abstützungen in Form von Stäben vorzusehen. Diese müssen aber zur Auf-

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauelement für nähme der hohen Zugspannungen entsprechend Tragkonstruktionen in Form eines Kissens mit einer ₅₅ knicksteif sein, so daß sie insgesamt das Gewicht Inneren Abstützung und einer darübergespannten eines solchen Leichtbauelementes verhältnismäßig (elastischen Außenhaut, die durch ein darin befindli- stark erhöhen. Außerdem ist bei dieser Ausbildung thes einen zum äußeren Umgebungsdruck unter- der Kissen wegen der Randseile ein dichter Anschluß schiedlichen, vorzugsweise größeren Innendruck er- _zu den Nachbarkissen nicht möglich. Dies steht dem zeugendes Mittel unter Zugvorspannung gehalten ist. 6o praktischen Einsatz solcher Leichtbauelemente ir Es sind mit Folien oder beschichteten Geweben selbsttragender Weise, insbesondere wenn damil bezogene Leichtbauplatten aus verschiedenen Mate- nicht nur Wände, sondern auch Decken, Überdarialien, wie z. B. Polyurethanschaum oder Holzspan- chungem und Raumhüllen geschaffen werden sollen, platten, bekannt (vgl. die Wandelemente des deut- entgegen.

sehen Pavillons auf der EXPO Osaka, 1970, s.Bau- 6₅ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eir weit 1970, Heft 40, S. 1492 ff.), die für Verkleidun- Leichtbauelement der eingangs genannten Art zi gen bzw. zur Ausfachung von Tragwerken verwendet schaffen, das tragfähiger ist als die bekannte Bauart werden. Ferner sind Leichtbauelemente der eingangs Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht

daß die innere Abstützung eine Platte ist, die an ihren schmalseitigen Rändern die Außenhaut abstützt und quer dazu flächig trägt

Dabei werden die quer auf das Leichtbauelement wirkenden Kräfte nicht allein von der Außenhaut des Kissens abgetragen, sondern im Falle einer Verformung der Außenhaut auch von der inneren Abstützung aufgenommen- Diese kann auch als Träger für isolierende Füllschichten dienen. Deshalb kann die Vorspannung der Außenhaut entsprechend geringer sein. Bei geringeren Zugspannungen kann aber die innere Abstützung entsprechend schwächer ausgebildet werden, was wiederum das Gewicht des Leichtbauelementes verringert, ein Faktor, der zu einer weiteren Verringerung der notwendigen Vorspannung führen kann. Hinzu kommt, daß bei Ausbildung der inneren Abstützung in Form einer Platte von selbst ein Gebilde erhalten wird, das diese Abstützfunktion wesentlich besser und unter wesentlich besserer Aufnahme von Biege- und Knick- bzw. Beulbelastungen erfüllt, als bei der bekannten Bauart, die allein zur Aufnahme der Zugspannungen aus dem Randseil dient.

Hinzu kommt ferner, daß durch die erwähnte innere Abstützung eine geradlinige Ausbildung des Randes möglich ist, ohne daß dabei die sonst auftretenden Biegebeanspruchungen im Rand entstehen, die eine sehr materialaufwendige und schwere Ausbildung des Randes bzw. eines äußeren Tragwerks erforderlich machen würden. Außerdem ist im Gegensatz zu den erwähnten seilbegrenzten Kissen durch diese gerade Randausbildung ein unmittelbarer und leichter Anschluß an das Nachbarelement möglich.

Vorteilhaft ist ferner, daß die Platte als Füllkörper dient, so daß ein entsprechendes Volumen des den Innendruck erzeugenden inneren Mittels gespart wird. Dies ist besonders von Bedeutung, wenn als ein solches Mittel Schaumstoff verwendet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Rand der Platte und der Außenhaut ein mittragender Rahmen angeordnet. Dieser kann dazu dienen, die Außenhaut besonders formfest auszuspannen und die Kräfte aus dem Leichtbauelement besser in die Nachbarelemente einzuleiten. Das Leichtbauelement erhält damit besonders gut tragende Ränder, die wiederum durch die innere Abstützung gegen Verformung stabilisiert sind. Zweckmäßigerweise ist die Platte mit dem erwähnten Rahmen verklammert.

Bei einer anderen Ausführungsart sind auf dem Rand der Platte Profilstücke angeordnet, über die die Außenhaut verläuft oder mit denen die Außenhaut verbunden ist. Dabei kann die Außenhaut an den Profilstücken festgeschweißt oder festgeklebt sein. Es ist auch möglich, daß die Außenhaut an den Profilstücken über äußere Klemmstücke festgeklemmt ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Abstützung einseitig, beidseitig oder allseitig mit Schaumstoff versehen, der zumindest auf der an die Außenhaut grenzenden Fläche zähelastisch ist. Dadurch wird die Tragfälligkeit des ganzen Leichtbauelements verbessert, denn einerseits trägt die Platte durch den zwischengeordneten Schaumstoff an den auf die Außenhaut wirkenden Lasten besser mit und andererseits wird durch die zähelastische Ausbildung der an die Außenhaut grenzenden Fläche des Schaumstoffs erreicht, daß die Außenhaut und/oder die Platte vor einer Verletzung durch eine punktförmige Stoßbelastung, z.B. durch Betreten, Gegenfahren od. dgl., geschützt ist Durch diesen Schutz ist es vertretbar, die Tragfähigkeit der Platte bis zu einem höheren Grad auszunutzen als ohne einen solchen Schutz, da im letzteren Fall mit einem größeren Sicherheitsfaktor gerechnet werden meß. Die Füllung des Leichtbauelementes besteht bei dieser Ausführungsart also aus Kunststoff-

schaum, der mindestens in der Deckschicht so elastisch ist, daß das Leichtbauelement mechanische Stöße ohne verbleibende Verformung aufnehmen kann. Es wird ein Puffereffekt erreicht Die Oberfläche der Leichtbauelemente braucht also nicht

is durch materialaufwendige Schichten hoher spezifischer Dichte gegen Einbeulen oder ähnliche Beschädigungen verfestigt zu werden, da alle Stöße energieabbauend durch elastische Verformung der Deck- und Kernschichten aufgefangen werden. Eine Falten-

ao bildung der Oberfläche bzw. der Deckschicht infolge Temperatur- und Feuchtigkeitseinwirkung wird auf Grund der eingebrachten Zugvorspannung verhindert. Diese Vorspannung erübrigt eine besondere Verbindung der erfindungsgemäßen äußeren zähela-

»5 stischen Deckschicht mit dem übrigen Kern durch Schweißen, Kleben od. dgl.

Bei dieser Am,rühmnf«art kann sich unter der zähelastischen Schaumstottschicht cm eingefülltes Druckmedium befinden. Nach dem Einfüllen und Aushärten des Druckmediums kann die erwähnte zähelastische Schaumstoffschicht als den Innendruck und damit die Vorspannung haltendes Mittel dienen. Das Druckmedium kann dann auch z. B. aus einem flüssigen oder pastösen Medium bestehen oder aus

einem Stoff, der z. B. zu einer sogenannten halbharten Schicht aushärtet. Die zähelastische äußere Schaumstoffschicht kann sich über den abstützenden Rand der Platte bzw. des Rahmens erstrecken. An den Stoßen entstehen dann keine Kältebrücken, da die wärmedämmende Oberflächenschicht um die Ränder herumgezogen ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die kissenförmige Außenhaut nicht wie bei pneumatisch stabilisierten (luftgefüll-

ten) Kissenkonstruktionen aus einzelnen Bahnen mit verhältnismäßig stark gekurvten Rändern zusammengesetzt zu werden braucht, sondern sich aus einem Stück anfertigen läßt, da die zusätzliche Stabilisierung (Unterstützung) der Außenhaut durch die ela-

stische bzw. zähelastische Kernschicht und das innere Flächentragwerk nur eine geringe zweiseitige Krümmung des Kissens erforderlich macht.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im schematischen senkrechten Querschnitt ein aus vier erfindungsgemäßen Leichtbauelementen erstelltes Gebäude und

Fig.2 bis4 in vergrößerter Darstellung einen

Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Leichtbauelements in drei verschiedenen Ausführungsarten.

In F i g. 1 weist jedes kissenförmige Leichtbauelement 1 einen eingeschlossenen Rahmen 2, vorzugs-

weise aus Metall, auf, der mit dem entsprechenden Rahmen des benachbarten Elementes über einfmaie Verbindungsmittel 3 verbunden wird. Darüber
det sich eine vorgespannte Außenhaut 4, die

Folien, beschichtete Vliese oder beschichtete Gewebe für einfache Bauten können die Profilstücke 11 aber \

gebildet wird und das Leichtbauelement 1 allseitig auch entfallen. Die Außenhaut 4 wird dann direkt I

wetterfest umhüllt. Die Füllung besteht aus einer in- um die Platte 9 herumgezogen und vorzugsweise an j

neren flächigen Abstützung 5 in Form einer Platte 9 dem Plattenrand befestigt. \

und aus Schaumstoff 6, der das den Innendruck er- 5 Bei den Ausführungsarten nach F i g. 2 und 3 be- j

zeugende Medium bildet, durch das die Außenhaut 4 findet sich beiderseits der Platte 9 eine Schicht des zu j

unter Zugvörspannüng gehalten ist. Die Außenhaut 4 F i g. I beschriebenen Schaumstoffs 6. Die Außen- I

ist in dem notwendigen Ausmaß elastisch. haut 4 ist mit einer anderen elastischen bzw. zähela- {

Die innere Abstützung 5 stützt über ihre Ränder 7 stischen Schaumstoffschicht 13 unterlegt, die sich bei den Rahmen2 und damit die Außenhaut4 ab. Zu- io der Ausführungsart nach Fig.3 über den abstützendem trägt sie quer zu ihrer Hauptausdehnungsebene den Außenrand des Rahmens 2 erstreckt. In dieser in Pfeilrichtung 8, so daß sie Dachlasten in dieser äußeren Schaumstoffschicht 13 werden dynamische Richtung flächig mitträgt und in der eingangs be- Beanspruchungen und Stöße energieabbauend durch schriebenen Weise die Vorspannung der Außen- elastische (federnde) Verformungen aufgefangen haut 4 entsprechend geringer gehalten werden kann. 15 (Puffereffekt). Dabei ist es möglich, die Außenhaut 4 Die Platte 9 stützt infolge ihrer Charakteristik den von vornherein mit dieser Schaumstoffschicht 13 zu Rahmen2 sehr gut ab, so daß dieser sehr material- kaschieren, so daß nur der Schaumstoffe nach dem sparend und leicht ausgebildet werden kann. Ent- Schließen der Außenhaut 4 eingefüllt und durch Aussprechend dieser Abstützwirkung ist die Platte 9 in härten gebildet wird. Dabei kann entweder der den Rahmen 2 fest eingespannt, wodurch der von der »o Schaumstoff 6 das Mittel bilden, das die Außen-Platte 9 getragene Anteil an den in Pfeilrichtung 8 haut 4 unter der gewünschten ständigen Zugvorspanaufgebrachten Belastungskräften auf den Rahmen 2 nung hält oder es ist möglich, daß nach dem Einfül- und damit auf das benachbarte Leichtbauelement len und Aushärten des Schaumstoffs 6 die zähelastiübertragen wird. sehe Schaumstoff schicht 13, nachdem sie durch den

Die Platte9 ist dabei als Füllkörper ausgebildet. »5 Schaumstoffe elastisch zusammengedrückt wurde,

Sie weist eine verhältnismäßig große Wandstärke auf, als den Innendruck und damit die Vorspannung der

um einen Teil des übrigen wertvolleren Füllmaterials Außenhaut 4 haltendes Mittel dient. In diesem Fall

des Leichtbauelementes 1 einzusparen. Bei der aus- kann die Schicht 6 eine halbharte billigere Schicht

gemagerten Ausführungsart nach F i g. 2 ist zu die- sein.

sem Zweck eine Röhrenspanplatte mit röhrenförmi- 30 Bei der Ausführungsart nach F i g. 4 ist die zähela-

gen Kanälen 10 vorgesehen. Diese Kanäle 10 dienen stische äußere Schaumstoffschicht 13 dicker, und der

vor allem der Gewichtsminderung und können auch Schaumstoff 6 entfällt. Die Vorspannung der Außen-

zum Einführen des Schaumstoffes 6 verwendet wer- haut 4 wird allein durch die Schaumstoff schicht 13

den. Grundsätzlich kann die innere flächige Abstüt- erzeugt und gehalten. Dabei ist es möglich, daß auch

zung5 aus einer vollen Platte 9 oder aus einer in 35 hier die Schaumstoff schicht 13 von vornherein auf

einer oder beiden Hauptausdehnungsrichtungen, z. B. die Außenhaut 4 kaschiert wird, also nicht nachträg-

durch röhrenförmige Offnungen, gemagerten Platte 9 Hch in die geschlossene Hülle des Leichtbauelemen-

oder aber aus einer quer zu ihrer Hauptausdehnungs- tes 1 eingebracht wird.

ibene gemagerten Platte9 bestehen. Das heißt also, Die Vorspannung der Außenhaut4 kann auch er-

5aß die gemagerte Platte 9 auch die Form eines Ro- 40 reicht werden, wenn im Inneren des Leichtbauele-

ites aufweisen kann. mentes 1 ein Unterdruck herrscht. Die zähelastische

Bei den AusführunKsarten nach Fig. 2 und3 be- Schaumstoffschicht 13 ist dann nicht zusammenge-

iteht der Rahmen 2 aus Röhren, und die Außen- preßt, sondern auseinandergezogen, und das Kissen

laut 4 verläuft mit entsprechender Verschweißung nicht nach außen, sondern nach innen gekrümmt,

am die Außenseite des Rahmens 2 herum, wie die 45 Da die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente 1 in

Zeichnung zeigt. Der Rand 7 der Platte 9 ist der sich nach allen Seiten tragfest sind und ein geschlos-

Krümmung des Querschnitts des Rahmens 2 ange- senes statisches Verbundsystem darstellen, ergeben

paßt, so daß er quer zu der Hauptausdehnungsebene sich vielfältige Konstruktionsmöglichkeiten. Zusätz-

der Platte 9, also in Pieilrichtung8, formschlüssig mit Hche tragende Konstruktionselemente, wie z. B. Stüt-

dem Rahmen 2 verklammert ist und in Pfeilrich- 50 zen. Binder, Pfetten, Sprossen, sind zum Erreichen

tang 8 aufgebrachte Belastungskräfte damit besser der Standfestigkeit des Gebäudes in der Regel nicht

auf den Rahmen 2 überträgt. Der besseren Übersicht erforderlich. Der Zusammenschluß der Leichtbauele-

halber ist in der Zeichnung zwischen dem Rand 7 der mente 1 ist unter beliebigen Winkeln kraftschlüssig

Platte 9 und dem Rahmen 2 ein Spalt dargestellt. möglich. Die Gebäude können im »Eigenbau« er-

Dieser ist in Wirklichkeit aber durch den Spanndruck 55 stellt werden, da die Leichtbauelemente 1 auch ein

geschlossen. geringes Gewicht aufweisen. Dabei erfüllen die

Bei der Ausführvmgsart nach F i g. 4 sind auf Leichtbauelemente 1 gleichzeitig die Funktionen der

dem abstützenden Rand 7 der Platte 9 einzelne Pro- Standfestigkeit, der Formbeständigkeit, der Wärme-

filstücke 11 angeordnet, über die die Außenhaut 4 in dämmung, der Wetterbeständigkeit der Außenhaut

ähnlicher Weise verlaufen kann, wie nach F i g. 2 60 und des Schallschutzes (besonders Körperschall). Es

und 3. Sie kann aber auch an den Profilstücken 11 erübrigt sich also, für die verschiedenen Funktionen

festgeschweißt oder -geklebt sein. Beim Ausfüh- verschiedene Leichtbauelemente zu verwenden und

rungsbeispiel nach F i g. 4 ist sie durch äußere diese am Ort zusammenzufügen.

Klemmstücke 12 festgeklemmt, wie die Zeichnung Mit den Leichtbauelementen nach der Erfindung

zeigt. An diesen Klemmstücken 12 sind die im Zu- 65 können erstellt werden: Wände aller Art, insbeson-

sammcnhang mit F i g. 1 erwähnten Verbindungsmit- dere Sichtschutzwände, Windschutzwände, Trenn-

tel3.3' zum benachbarten Leichtbauelement 1 an- wände; Überdachungen (Decken) aller Art, insbeson-

geordnet. Bei relativ kleinen Leichtbauelcmenten 1 dere für Abstellplätze, Haltestellen, Innenhöfe, Sitz-

(ο

platze, Spielplätze; Raumhüllen (Gebäude) verschiedener Art, insbesondere für Abstellräume, Ausstellungsräume, Autowaschanlagen, Baubuden, Fabrikationshalleii, Feldhäuschen, Freizeitbauten, Giiragen, Gartenhäuschen, Gartenlauben, Gewächshäuser, Informationsstände, Kapellen, Kassenhäuschen, Klein-

tierställe, Kommunikationszentren, Lagerräume, Marktstände, Militärunterkünfte, Notunterkünfte, Partyzelte, Pavillons, Schwimmbäder, Spielplatzhütten, Spielräume, Verkaufsstände; räumliche Strukturen verschiedenster Art, z.B. als Sichtzeichen, Klettergerüste, Spielstrukturen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

genannten Art in Form von mit Luft aufgeblasenen und damit pneumatisch stabilisierten Kissenelemen- V Patentansprüche: ten aus Folien oder beschichteten Geweben bekannt ' (vgl. Frei, Otto, »Zugbeanspruchte Konstruktio-

1. Leichtbauelement für Tragkonstruktionen in 5 nen«, Bd. 1, S. 106 ft, Berlin 1962).

Form eines Kissens mit einer inneren Abstützung In beiden Fällen dienen die Leichtbaiieleaaente je-.und einer darübergespannten elastischen Außen- weils zur Ausfüllung von Zwischenräumen oder zur

haut, die durch ein darin befindliches, einen zum Verkleidung von Tragkonstruktionen. Die mit Luft

äußeren Umgebungsdruck unterschiedlichen, vor- aafgeblasenen Kissenelemente weisen darüber hinaus

zugsweise größeren Innendruck erzeugendes Mit- io die Nachteile auf, daß sie leicht verletzbar sind, eine

tel unter Zugvorspannung gehalten ist da- geringe Wärmedämmung besitzen, daß sie zur Auf-

durch gekennzeichnet, daß die innere rechterhaltung des inneren Druckes besondere Ag-

Abstützung (5) eine Platte (9) ist, die an ihren gregate und Energie benötigen und daß ihre zweisei-

schmalseitigen Rändern (7) die Außenhaut (4) tig gekrümmte Haut aus mehreren Bahnen mit ge-

abstützt und quer dazu flächig trägt »5 kurvten Rändern zusammengesetzt werden muß. Die

2. Leichtbauelement nach Anspruch 1, da- mit Folien bezogenen Leichtbauplatten, z. B. aus Podurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand lyurethanschaum, weisen die Nachteile auf, daß die (7) der Platte (9) und der Außenhaut (4) ein mit- Haut (Folie oder beschichtetes Gewebe) eine andere tragender Rahmen (2) angeordnet ist. Wärme- und eine andere Feuchtigkeitsdehnung auf-

3. Leichtbauelement nach Anspruch 2, da- *° weisen als die Keraschichten, so daß unter dem Eindurch gekennzeichnet daß die Platte (9) mit dem fluß von Temperatur und Feuchtigkeit Falten in der Rahmen (2) verklammert ist Haut autneten können, die auch durch ganzflächiges

4. Leichtbauelement nach Anspruch 1, da- Aufkleben mit hochwertigen Klebern nicht vermiedurch gekennzeichnet, daß auf dem Rand (7) der den werden können. Darüber hinaus benötigen sie Platte (9) Profilstücke (11) angeordnet sind, über »5 eine besonders harte Oberfläche, um gegen Verfordie die Außenhaut (4) verläuft oder mit denen munpen durch mechanische oder dynamische Beandie Außenhaut (4) verbunden ist spruchung, z. B. gegen Stöße, stabil zu sein.

5. Leichtbauelement nach Anspruch 4, da- Aus der deutschen Patentschrift 1 930 563 ist eine durch gekennzeichnet daß die Außenhaut (4) an Raumbegrenzungshülle in Form von doppelkegelförden Profilstücken (11) festgeschweißt oder festge- 3o migen, d. h. einseitig gekrümmten Kissenabschnitten klebt ist. bekannt, die mit Schaumstoff gefüllt sind. Es handelt