DE2508935A1

DE2508935A1 - Kalottenfoermiger aufbau zum abdecken von flaechen, die z.b. sportanlagen, industrielle bauten usw. tragen

Info

Publication number: DE2508935A1
Application number: DE19752508935
Authority: DE
Inventors: Franco Dr Ing Cremaschini
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-08
Filing date: 1975-03-01
Publication date: 1975-10-09
Also published as: IL47005A; IL47005A0; IT1018134B; YU88775A; ES436023A1; FR2266777A1; GB1501510A; BE827062A; FR2266777B3; PL93914B1

Description

P 5o19 - reki 27. 2. 1975

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Franco CREMASCHINI, Brescia/Italien

Zalottenförmiger Aufbau zum Abdecken von !lachen, die z.B. Sportanlagen, industrielle Bauten usw. tragen

Die Erfindung "betrifft einen kalottenf örmigen Aufbau zum Abdekken von Oberflächen, die z.B. Sportanlagen, industrielle Bauten usw. tragen.

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf einen kugelkalottenförmigen Aufbau zum Abdecken von Flächen oder Räumen, auf denen sich z.B. Sportanlagen, industrielle Anlagen, kommunale Bauten usw. "befinden, insbesondere beaieht sich jedoch die Erfindung auf einen Aufbau in Eorm einer Kugelkalotte, der zwei gleiche Reihen

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von bogenförmigen, fast gespannten Elementen "besitzt, die an ihren Enden verankert sind und hierbei so kombiniert sind, um in rationeller Weise das Gewicht der Decke, die Belastungen und die von außen kommenden Beanspruchungen, sowie jede Beanspruchung auf Druck, Biegung und Abscherung sowie eine punktförmige Belastung des Aufbaus zu tragen und aufzunehmen.

Der kalottenförmige Aufbau gemäß vorliegender Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß er eine erste Reihe oder Serie von bogenförmigen Tragelementen (1,1*)» d-ie in radialen Ebenen enthalten sind, die sich entlang einer einzigen horizontalen, durch das Zentrum einer Kugel mit einem Radius, der demjenigen der Kalotte entspricht, hindurchgehenden Geraden schneiden, und eine zweite, gleichartig ausgebildete Reihe bzw. Serie von bogenförmigen Terbindungselementen (2,2·) besitzt, die ihrerseits in radialen Ebenen enthalten sind, die sich entlang einer einzigen Geraden schneiden, die durch das Zentrum der Kugel mit gleichem Radius wie die Kalotte hindurchgeht und die gegenüber der ersten Schnittlinie der Ebenen der ersten bogenförmigen !Dragelemente um 90° gedreht ist, daß die bogenförmigen Verbindungselemente auf die bogenförmigen Tragelemente aufgelegt und an diesen z.B. durch Verschweißen befestigt sind und daß die Bnden der bogenförmigen Elemente in geeigneter Weise an einem Halterungsring aus Metall oder aus armiertem Beton verankert sind, der am Boden oder an der Unterlage befestigt ist. Der erfindungsgemäße Aufbau besitzt also Tragelemente,mit verschiedenen Längen,

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jedoch mit gleichbleibendem Radius, der allen Elementen gemeinsam ist und "bei allen Elementen gleich ist, wobei diese Elemente in radialen Ebenen angeordnet sind, die sich alle entlang einer geraden horizontalen Linie schneiden, die durch das Zentrum der Kugel geht, deren Radius demjenigen der Kalotte entspricht. Der Aufbau besitzt noch eine zweite gleiche Reihe von bogenförmigen Verbindungselementen, die ihrerseits in radialen Ebenen enthalten sind, die sich alle in einer horizontalen Geraden schneiden, die ebenfalls durch das Zentrum der vorgenannten Kugel mit einem Radius entsprechend demjenigen der Kalotte geht, die jedoch um 90° mit Bezug auf die Gerade gedreht ist, bzw. versetzt ist, in der sich die Ebenen der ersten Bögen schneiden, Diese zweite Reihe von bogenförmigen Verbindungselementen ist hierbei mit der ersten Reihe von bogenförmigen Elementen derart verbunden, daß sie auf die erste Reihe von bogenförmigen Elementen eine Kompressionswirkung ausüben. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden Aufbauten erzielt, die einerseits optimale statische, festigkeitsmäßige Effekte bei größtmöglichster lichten Weite gewährleisten und andererseits die Verwendung von weniger Material bei wesentlich geringerem Gewicht ermöglichen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, Es zeigen:

Pig. 1 einen Aufbau gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht von außen gesehen,

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Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einem Schnitt entlang einer senkrechten Ebene,

Figuren
und 4

die Reihe von bogenförmigen Tragelementen bzw. die Reihe von bogenförmigen Verbindungselementen jeweils im Schnitt und in schematischer Darstellung,

Fig. 5 den Aufbau nach Fig. 1 in Gesamtanordnung in Draufsicht in schematischer Darstellung,

Figuren
und 7

die Verankerung des Endes eines bogenförmigen Tragelementes und eines bogenförmigen Verbindungs element es jeweils in einer Seitenansicht im Schnitt in größerem Maßstab,

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in Draufsicht und in schematischer Darstellung und

Fig. 9 die Reihe von radialen bogenförmigen Elementen, mit den beiden Reihen von Elementen gemäß Fig.5 die zur Bildung des Aufbaus gemäß Fig.8 teilnehmen.

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Der Aufbau gemäß der Erfindung enthält eine Reihe von ersten bogenförmigen Tragelementen 1 verschiedener Längen, deren Krümmungsradius jedoch gleich ist, und er enthält somit Bögen desselben Umfange, die in radialen Ebenen P gemäß Pig. 3 enthalten sind, die sich alle in einer einzigen geraden horizontalen linie schneiden, die durch das Zentrum R einer Kugel hindurchgehen, deren Radius demjenigen der zu erzielenden Kalotte entspricht. Der Aufbau enthält im übrigen eine zweite Reihe von bogenförmigen Verbindungselementen 2, die Merkmale haben, die denjenigen der ersten Reihe von Elementen (Tragelementen) entsprechen und die ihrerseits (Vgl. Pig.4) in radialen Ebenen P¹ angeordnet sind, die sich entlang>,einer horizontalen Geraden schneiden, die ebenfalls durch das Zentrum R der Kugel mit ehern Radius hindurchgeht, der demjenigen des kalottenförmigen Aufbaus entspricht, die jedoch in derselben horizontalen Ebene um 90° mit Bezug auf die Gerade versetzt oder verdreht ist, entlang der sich die Ebenen P der ersten Reihe von Elementen in Bogenform schneiden (vgl. Pig.4).

Die Endes jedes Bogwns 1 der ersten Reihe von bogenförmigen Elementen (!Dragelemente) an einem Halterungsring 3 aus Stahl oder aus armiertem Beton befestigt, der auf einer Oberfläche, die z.B. eben sein kann, aufliegt. Die Enden der bogenförmigen Elemente 2 (Verbindungselemente) der zweiten Reihe von bogenförmigen Elementen sind ihrerseits mit dem Halterungsring 3 gemäß Pig. 7 mit Hilfe von geeigneten regulierbaren bzw. einstellbaren oder veränderlichen Befestigungsgliedern 4 verbunden, um diesen Bögen selbst

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— b —

eine Zugbelastung zu erteilen, die in den Bögen 1 der ersten Reihe von bogenförmigen Elementen eine Druckbelastung bewirken wird.

Die bogenförmigen Elemente 1 und 2 der beiden Reihen von Elementen werden aus hohlen metallischen Rohren mit hohlem kreisrundem oder rechteckigen oder polygonalen Querschnitt hergestellt, wobei die zweite Reihe vnn bogenförmigen Elementen 2 auf die erste Reihe

der

von bogenförmigen Elementen 1 aufgesetzt und nach/endgültigen Ausrichtung an diesen z.B. durch Schweißen oder durch ähnliche Mittel befestigt wird, damit der gesamte Aufbau die vorbestimmte notwendige Starrheit erhält.

Im wesentlichen auf Grund der oben geschilderten Anordnung besteht der kalottenförmige Aufbau aus einer Reihe von bogenförmigen Elementen 1, die auf Druck beansprucht werden und tragend sind, und aus einer Reihe von bogenförmigen Elementen 2, die auf Zug beansprucht werden und die Ύerbindungselemente darstellen, wobei diese zwei Reihen von Elementen in verschiedenen, sich schneidenden ..Ibenen angeordnet sind. Der auf diese Weise erzielte hohle metallische Aufbau kann vorteilhafterweise vervollständigt werden mit einer Füllung aus Schamotte oder Beton, damit auf diese Weise die Starrheit des gesamten Aufbaus erhöht wird, und er kann auch mit einer Außenbekleidung § versehen sein, die z.B. aus einer Unterschicht aus Wellblech, aus einer Schicht aus einer Wärmeschutzmasse und aus einer Asphaltschicht besteht, wie z.B. in Fig. 6 gezeigt ist.

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Die an der Bildung des Aufbaus gemäß der Erfindung teilnehmenden "bogenförmigen Elemente 1 und 2 sind in geeigneter Weise dimensioniert, wobei hierbei außer der Druckbelastung auch den Belastungen Rechnung getragen wird, die auf die Beanspruchung durch Biegung und durch Abscherung und auf punktförmige Beanspruchungen zurückzuführen sind. Dank der oben beschriebenen Anordnung eliminieren jedoch äie unter Zugbeanspruchung stehenden bogenförmigen Verbindungselemente der zweiten Reihe in der ersten Reihe von bogenförmigen !Pragelementen, die auf Druck beansprucht sind, "vollständig die Belastungen infolge der Beanspruchung durch Biegung und Abscherung und infolge der punktförmigen Beanspruchung, wobei auf diese Weise die oben beschriebenen bogenförmigen Tragelemente 1 lediglich der Druckbelastung unterworfen bleiben.

In der Tat erhält man, wenn man in geeigneter Weise die Zugspannung in den bogenförmigen VerbiüÄungselementen 2 reguliert und einstellt, eine Belastung der Reihe von bogenförmigen !Dragelementen in der Art, als ob diese die äußere Belastung, die auf den Schnee und den Wind zurückzuführen ist, aushalten müßte; mit anderen Worten, die Reihe von bogenförmigen Verbindungselementen 2 erzeugt in der Reihe von bogenförmigen Sragelementen 1 Beanspruchungen, die zumindest gleich oder größer sind als die Beanspruchungen, die auf die zufällige äißere Belastung und auf das Gewicht des Aufbaus selbst zurückzuführen sind. Man wird also erhalten, daß die Reihe von bogenförmigen !Eragelementen 1 ganz unter Druck steht, während die Reihe von bogenförmigen Elementen 2 ganz auf Zug beansprucht wird.

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— O —

Beim Hinzufügen der äußeren Belastung, a.B. der Belastung durch den Schnee oder durch den Wind, müßten die tragenden "bogenförmigen Elemente 1 stärker komprimiert und "beansprucht werden, weil "bereits vorher eine Kompressionswirkung "besteht. Dies wird jedoch nicht festgestellt, da einer Erhöhung der äußeren Belastung eine Verkürzung der "bogenförmigen Iragelemente 1 infolge der Hook« sehen Theorie der Elastizität entspricht.

Die Verringerung der länge für die Elemente 1 ist:

λ _Ί _ P.I

A¹ - έτι

während aufgrund des gleichen Gesetzes diese Verringerung der Länge für die "bogenförmigen Elemente 2 wie folgt lauten würde:

wo"bei P die Belastung, 1 die Länge des Elementes, A seinQuerschniti und E der Elastizitätsmodul ist.

Der obige Elastizitätsmodul wird offensichtlich in "beiden Fällen denselben Wert ha"ben, weil man in "beiden Fällen dieselben Materialien verwendet.

Nach der analytischen Rechnung ergibt sich, daß, indem man den verbindenden bogenförmigen Elementen 2 eine Verlast im Sinne einer Zugbeanspruchung erteilt, die der Hälfte der vorbestimmten totalen

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äußeren Belastung entspricht (z.B. von 1oo kg pro m ) die oben genannte Reihe von "bogenförmigen Verbindungs element en 2 die gesamte Zugbelastung verliert, während die Druckbelastungen bzw. Kompressionsbelastungen der Reihe von bogenförmigen !Dragelementen 1 praktisch unverändert bleiben; dies bedeutet, daß beim Hinzufügen der äußeren Belastung die Änderungen in der Belastung von einem maximalen Wert auf den Wert O lediglich in den verbindenden bogenförmigen Verbindungselementen 2 herabsinken, wobei diese Belastungen nur Zugbelastungen sind, während die Druckbelastungen in der Reihe von bogenförmigen !Eragelementen 1 praktisch unverändert bleiben.

Das Ausfüllen des Aufbaus aus Metall mit Beton oder Schamotte, wie dies oben erwähnt worden ist, verringert vorteilhafterweise bis etwa auf die Hälfte die Menge des verwendeten metallischen Materials und demzufolge auch die hierfür aufzuwendenden Kosten, im Hinblick darauf, daß der Beton oder die Schamotte etwa die Hälfte der Kompressionsbelastung, die im Aufbau vorhanden ist, aufnehmen kann. Deswegen hat der Aufbau gemäß der Erfindung aus Metall oder aus Metall und Beton bzw. Schamotte im Vergleich zu den üblichen, herkömmlichen Aufbauten vergleichbarer Art aus Mettll, bei denen dieselben Beanspruchungen auf Biegung, auf Abscherung und infolge panktförmiger Belastung vorhanden sind, bei gleicher Öffnung ein Gewicht, das nur etwa ein Zehntel des Gewichtes bekannter Aufbauten trägt, während im Vergleich zu denselben Aufbauten aus armiertem Beton das Gewicht sich auf ein Hundertstel ermäßigt.

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Dieselben Ergebnisse sind auch dann erreichbar, wenn die Gesamtheit des Aufbaus erzielt wird mit einer Reihe von tragenden bogenförmigen Tragelementen 1 und mit einer Reihe von Verbindungsseilen aus Stahl anstelle der verbindenden bogenförmigen Verbindungselemente 2. Mit anderen Worten: Es ist auch möglich, die Kalotte unter Verwendung von bogenförmigen Tragelementen aus Stahl herzustellen, die aus hohlen rohrförmigen Elementen bestehen, damit sie der punktförmigen Belastung widerstehen können, und aus Metallseilen, welche die verbindende Aufgabe haben und die Rolle der Verbindungselemente spielen.

Dies vorausgesetzt, ergeben sich weaentliche Verringerungen des Materials und somit auch Verringerungen der Kosten auch infolge der Tatsache, daß die Montage der am Boden bereitstehenden Materialien sehr schnell erfolgen kann. Im Hinblick auf das geringe Gewicht des gesamten Aufbaus können demzufolge große und sehr große Kuppeln bis zur Größenordnung von Hunderten von Metern freier Öffnung hergestellt werden, was mit bogenförmigen Elementen aus armiertem Beton unmöglich und mit bogenförmigen Elementen aus Metall problematisch ist.

Die Basis oder die Grundlage, auf der sich Kalotte abstützt, kann verschiedene Formen haben, z.B. die Form eines Kreises, einer Ellipse, oder eines Polygons, und die Ebene, welche die die Kalotte enthaltende Kugel schneidet, kann so weit herabgehen, bis sie mit dem Zentrum zusammenfällt, derart, daß auf diese Weise ein Aufbau mit halbkugelförmiger Kalotte erzielt werdenlann.

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Der Halterungsring 3, an dem die bogenförmigen Elemente der beiden Reihen oder Serien von bogenförmigen Elementen befestigt sind, ist einer Beanspruchung unterworfen, deren beide in zwei kartesischen Ebenen betrachteten Komponenten einen sinusförmigen Verlauf haben werden, wobei die Ordinaten-Achse entlang dem Durchmesser des Bogens 1 mit der größten Länge verläuft. In den Zonen, in denen die Beanspruchung von unten nach oben geht, wird die Halterung durch das Gewicht des Halterungsringes sichergestellt, und wenn es notwendig ist, tann man noch eine zusätzliche Belastung, z.B. durch Ballast usw. vorsehen. Die Halterung gegenüber den horizontalen Komponenten der Kräfte, die in den bogenförmigen Elementen 1 und 2 erzeugt werden, wird der Unterstützungsgrundlage, dem Boden tibertragen. Im Hinblick auf das beachtenswert kleine Gewicht des Aufbaus wird es leicht sein, den gesamten Aufbau auf Rädern oder Rollen zu verfahren, um auf diese Weise beliebige Flächen zu bedecken oder freizugeben.

Bei einer Abgewandelten Ausführungsform, durch die jedoch der Sinn der vorliegenden Erfindung in keiner Weise geändert wird, erhält der Aufbau gemäß vorliegender Erfindung (vgl.Figuren 8 und 9) eine Reihe von tragenden bogenförmigen Elementen 10, die alle gleifeh sind,und sternartig angeordnet sind, damit sie sich im Zentrum kreuzen, eine erste Reihe νonvverbindenden bogenförmigen Tragele-■enten 1^f, die in konvergierenden Ebenen enthalten sind, die sich entlang einer horizontalen Geraden schneiden, und eine zweite Reihe von verbindenden bogenförmigen Verbindungselementen 2«, die in Ebenen enthalten sind, die sichjentlang einer horizontalen Geraden

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schneiden, die sich unter 90° mit der Konvergenzlinie der "bogenförmigen Elemente 1^f achneidet, wobei die erste und die zweite Reihe von verbindenden "bogenförmigen Elementen 1·, 2¹ im wesentlichen aus dem Aufbau gemäß Pig$ gebildet wird.

Durch die räumliche Anordnung der Elemente von der Art, wie sie "bei der vorliegenden Erfindung "beschrieben worden sind, kann man auch "bei geeigneter analytischer Rechnung Kugelkalotten erzMen, "bei denen auch die verbindenden Elemente auf Kompression beansprucht werden.

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Claims

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Ans ρ r ti α. h e

Γ 1 .y Kalottenförmiger Aufbau zum Abdecken von Oberflächen, die z.B. Sportanlagen, industrielle Bauten usw. tragen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine erste Reihe oder Serie von "bogenförmigen Tragelementen (I₉I'), die in radialen Ebenen enthalten sind, die sich entlang einer einzigen horizontalen, durch das Zentrum einer Kugel mit einem Radius, der demjenigen der Kalotte entspricht, hindurchgehenden Geraden schneiden, und eine zweite, gleichartig ausgebildete Reihe bzw, Serie von bogenförmigen Verbindungselementen (2,2*) besitzt, die ihrerseits in radialen Ebenen enthalten sind, die sich entlang einer einzigen G-eraden schneiden, die durch das Zentrum der Kugel mit gleichem Radius wie die Kalotte hindurchgeht und die gegenüber der ersten Schnittlinie der Ebenen der ersten bogenförmigen Tragelemente um 90° gedreht ist, daß äie bogenförmigen Verbindungselemente auf die bogenförmigen Tragelemente aufgelegt und an diesen z.B. durch Verschweißen befestigt sind und daß die Enden der bogenförmigen Elemente in geeigneter Weise an einem Halterungsring aus Metall oder aus armiertem Beton verankert sind, der am Boden oder an der Unterlage befestigt ist.
2. Kalottenförmiger Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Verbindungselemente (2) der zweiten Reihe an ihren Enden so befestigt sind, daß sie auf Zug beansprucht werden und hierbei auf die Tragelesiente (1) der ersten

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Reihe eine Kompressionsbeanspruchung ausüben, und daß die Enden der Verbindungselemente (2) der zweiten Reihe "bzw. Serie an Unterstützungselementen statisch verankert sind.
3. Kalottenförmiger Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle bogenförmigen Elemente der ersten und der zweiten Reihe (1 bzw. 2) den gleichen Krümmungsradius haben,
4. Kalottenförmiger Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle bogeförmigen Elemente aus rohrförmigen Metallprofilen bestehen.
5. Kalottenförmiger Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente (1) aus Stahlrohren oder dergleichen und die Verbindungselemente (2) aus Stahlseilen und dergleichen bestehen.

6. Kalottenförmiger Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Elemente (1,2) der ersten und der zweiten Reihe verschiedene Länge haben, wobei die Länge der Elemente jeweils von den dem zentralen Bereich zugeordneten Elementen nach außen hin abnimmt.

7. Kalottenförmiger Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus bogenförmigen Tragelementen (1) und aus bogenförmigen Verbindungselementen (2) bestehende Aufbau mit einer Füllung aus Schamotte oder Beton versehen ist,

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die geeignet ist, einen Teil der Kompressionsbelastungen oder -"beanspruchung aufzunehmen, und daß auf die "bogenförmigen Elemente die Decke oder AMeckung aufgebracht ist.

8. Kalottenförmiger Aufbau nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einer unteren Schicht aus Blech, z.B. Wellblech, aus einer Wärmedämmschicht und aus einer Asphaltschicht besteht.

9· Kalottenförmiger Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der zum Abdecken von großen Flächen dient, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl von bogenförmigen Elementen (1o) gleicher Länge und gleichen Krümmungsradius besitzt, die sternförmig angeordnet sind, um sich im Zentrum und an der nächsten Stelle zu schneiden, und daß er weiterhin eine Mehrzahl von bogenförmigen Elementen (1«,2·) gleichen Krümmungsradiusses, jedoch verschiedener Längen besitzt, die in zwei Reihen von konvergierenden und sich schneidenden Elementen angeordnet sind, wobei die Elemente der ersten Reihe unter Druckbeanspruchung stehen, während die Elemente der zweiten Reihe auf Zug beansprucht sind, und daß weiterhin alle bogenförmigen Elemente in geeigneter Weise an einem Halterungsring befestigt sind, der am Boden verankert ist.

1o. Kalottenförmiger Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gtkennzeichnet, daß alle bogenförmigen Elemente an ihren

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Enden am Halterungsring mit Hilfe von einstellbaren, regulierbaren Befestigungsorganen angebracht sind, mit deren Hilfe die Enden dieser Elemente näher zum Ring herangebracht oder weiter vom Ring entfernt werden können, wobei der Änderung des Abstandes dieser Enden der bogenförmigen Elemente vom Ring die Änderung der Zugbeanspruchung einer Reihe von Elementen und die Änderung der Druckbeanspruchung einer Änderen Reihe von Elementen entspricht.

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