DE2917422C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein aus Rohren und Kugeln beste­ hendes Raumfachwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein Raumfachwerk der genannten Art ist aus der DE-OS 23 05 330 bekannt. Die hierfür verwendeten Rohre sind wahlweise offene oder geschlossene Profile, die an den Enden mit kurzen eingesetzten und mit der Rohrwandung verlöteten Kernen mit einer Axialbohrung versehen sind. Dabei kann die Axialbohrung ein Innengewinde aufweisen oder mit einer Mutter hinterlegt sein, um das Eindrehen einer Schraube vom Inneren einer der Kugeln her zu er­ möglichen.

Nachteilig ist bei dem bekannten Raumfachwerk, daß die Herstellung der Rohre aufgrund der relativ komplizierten Gestaltung ihrer Enden aufwendig und teuer ist. Außerdem ist bei diesen Rohren ein nachträgliches Ablängen auf ein kürzeres Maß praktisch nicht möglich, da dann vor deren Montage zunächst wieder Biegearbeiten erforderlich sind sowie ein Kern zur Aufnahme der Schraube in das Rohrende eingelötet werden muß. Eine eventuelle vorhan­ dene Oberflächenbeschichtung des Rohres würde dabei beschädigt oder sogar zerstört. Weiter ist als Nachteil aufzuführen, daß bei nicht sachgemäßer Herstellung der Lötverbindung zwischen Rohr und Kern die Gefahr besteht, daß es infolge der auftretenden Zugkräfte in einem Teil der Rohre zu einem Ausreißen des Kerns und damit zu einer Beschädigung des Raumfachwerks und einer Vermin­ derung seiner Stabilität kommen kann. Schließlich ist noch festzustellen, daß die hier verwendeten Rohre eine relativ geringe Biegesteifigkeit aufweisen, weshalb ihre Wandungen relativ dick sein müssen, um Ausbeulungen oder Knickungen auszuschließen. Dies führt zu einem hohen Gewicht des Raumfachwerks.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Raumfachwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Rohre ein­ schließlich endseitiger Gewindeanschlüsse einfach her­ stellbar und problemlos in beliebigen Längen zuschneid­ bar sind und welches bei einem geringen Eigengewicht eine verbesserte Stabilität bietet.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Raumfachwerk der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aufgrund ihrer besonderen Gestaltung mit äußerer Zylin­ derwand, hohlem Kern und die verbindenden Rippen sind die Rohre des Raumfachwerks bei geringem Eigengewicht sehr stabil und hoch belastbar. Dies gilt entsprechend für das gesamte Raumfachwerk, da die Rohre die auftre­ tenden Zug- und Druckkräfte gleichförmig über ihren gesamten Querschnitt aufnehmen. Außerdem können die Rohre in beliebiger Länge einfach hergestellt werden, z. B. als Aluminium-Strangpreßteile, und auch nachträglich noch problemlos abgelängt werden. Vor der Verbindung der Rohrenden mit den Kugeln muß lediglich ein Gewinde in das endseitige Innere des hohlen Kerns eingeschnitten werden.

Die Rohre sind genau positioniert mit den Kugeln verbind­ bar, wobei der Spalt zwischen den beiden Teilen nahezu unsichtbar ist. Hierdurch ergibt sich neben den bautech­ nischen Vorteilen ohne weitere Maßnahmen auch ein attrak­ tives Äußeres des Raumfachwerks. Eine Wölbung des Raum­ fachwerks kann auf einfache Weise dadurch erreicht wer­ den, daß zwischen Rohrenden und Kugeln eines Niveaus Un­ terlegscheiben eingefügt werden, wodurch eine geringe aber ausreichende Vergrößerung des Kugelabstandes des einen Fachwerkniveaus bei Verwendung untereinander gleichlanger Rohre bewirkt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines aus Rohren und Kugeln bestehenden Raumfachwerks;

Fig. 2 eine Teilansicht, gesehen von der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine detaillierte Ansicht, teilweise im Schnitt gemäß der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht einer typischen Kugel, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 einen horizontalen Schnitt gemäß Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt gemäß Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 die Kugel von der Unterseite her, gesehen von der Linie 7-7 in Fig. 4;

Fig. 8 die Ansicht eines Deckels für die Kugel, gesehen von der Linie 8-8 in Fig. 4;

Fig. 9 einen senkrechten Schnitt durch eine angebaute Kugel gemäß Linie 9-9 in Fig. 1;

Fig. 9a ein Rohr im Querschnitt entlang der Linie 9a-9a in Fig. 9;

Fig. 10 einen Schnitt unter rechtem Winkel gegenüber der Fig. 9, gemäß der Linie 10-10 in letzterer Figur;

Fig. 10a eine Teilansicht, in welcher die Übertragung der Spannung vom Kern zur Wand des Rohres dargestellt ist;

Fig. 11 eine Ansicht ähnlich der Fig. 6, in der jedoch eine in einem oberen Niveau verwendete und durch eine flache Platte abgeschlossene Kugel darge­ stellt ist;

Fig. 12 und 12a Reliefformen an den Rohrenden.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Raumfachwerk aus Rohren und Kugeln dargestellt. Es enthält mehrere hohle Metall­ kugeln, die mit 3, 5, 6, 7 und 8 bezeichnet sind und in einem oberen Niveau U und in einem unteren Niveau L angeordnet sind. Die Zahl gibt die gesamte Anzahl von Verbindungen an, welche an der jeweiligen Kugel auftre­ ten. Die Kugeln sind durch Metallrohre 11, 12 verbunden, die horizontal unter rechtem Winkel zueinander angeordnet sind, sowie durch geneigt verlaufende Rohre 13. Die Rohre 11, 12, 13 bilden zusammen ein Raumfachwerk, welches ineinanderpassende Einheiten pyramidenförmiger Gestalt enthält. Das Fachwerk ist ein kontinuierliches räumliches Gebilde mit einer vertikalen Dicke, welches sich in zwei horizontalen Richtungen erstreckt. Zur Unterstützung der seitlichen Ränder des Gitters überlappen die äußeren Kugeln 5, sowie die an den Ecken angeordneten Kugeln 3 die Seitenwände eines zu überdeckenden Raumes, von denen eine Wand bei W (Fig. 2) gezeigt ist. Unter jeder Kugel 5 bzw. 3 ist ein kurzes Rohrstück 14 angeordnet, welches einen Sockel bildet. Auf diese Weise liegen die Kugeln 5 bzw. 3 nicht direkt auf der Wand W auf. Ein Abschnitt des Raumfachwerks ist vergrößert, jedoch ver­ kürzt, in Fig. 3 dargestellt.

Zum besseren Verständnis der Einzelheiten der Kugelkon­ struktion und der Art, wie die Kugeln die Rohre 11, 12, 13 aufnehmen, wird zunächst auf die Fig. 4 bis 7 Bezug genommen. Jede Kugel 3, 5, 6, 7, 8 besitzt radiale Durch­ gangsöffnungen 21 sowie eine Zugangsöffnung 25, wobei jede Durchgangsöffnung 21 von einer flachen, kreisförmi­ gen Anschlußfläche 22 umgeben ist. Die Enden der Rohre 11, 12, 13 sind an die Anschlußflächen 22 anstoßend zentriert. Beispielsweise enthält die typische Kugel 8 von Fig. 4 eine Außenfläche 20 mit Durchgangsöffnungen 21, die voneinander einen Winkelabstand besitzen und von denen jede von einer kreisförmigen Anschlußfläche 22 umgeben ist. Jede Anschlußfläche 22 liegt senkrecht zur Achse 21 a der zugehörigen radialen Durchgangsöffnung 21.

Jede Anschlußfläche 22 ist zurückgesetzt bzw. versenkt, und zwar um den Betrag "c" und besitzt einen Durchmesser "d", der geringfügig den Durchmesser der Rohre 11 bis 13 übersteigt. Auf diese Weise wird eine flache Einsteckbuchse 23 gebildet, die die Enden der Rohre 11 bis 13 eng aufnimmt.

Die Unterseite der Kugel 8 besitzt, wie in Fig. 4 darge­ stellt, eine Zugangsöffnung 25, welche einen kleineren Abschnitt der Kugelfläche einnimmt. Diese Zugangsöffnung 25 wird von einer Kappe 26 verschlossen, die eine kuge­ lige Außenfläche 27 besitzt und eine glatte Fortsetzung der Außenfläche 20 der Kugel 8 bildet. Die Kappe 26 wird auf der Kugel 8 durch einen Satz von Niederhaltefedern 28 festgehalten.

Jedes Rohr 11 bis 13 besitzt eine durchgehende Quer­ schnittsform mit einer äußeren Zylinderwand 31 und einem zentralen, axial verlaufenden Kern 32; longitudinal konti­ nuierliche, in Winkelabstand befindliche Rippen 33 tragen den Kern 32 gegenüber der Wand 31. Dies ermöglicht eine Herstellung der Rohre als Strangpreßprofile. Jedes Rohr 11 bis 13 endet in parallelen Endflächen, in welchen die Zylinder­ wand 31, der Kern 32 und die Rippen 33 miteinander fluchten, so daß sie flach in den als Einsteckbuchsen 23 dienenden vertieften Anschlußflächen 22 einsitzen können. Nimmt man das in den Fig. 9 und 9a gezeigte Rohr 11 als repräsentativ, so enthält dieses eine äußere Zylinderwand 31, einen zentralen, axial verlaufenden Kern 32 und einen Satz von drei einstückigen, in Längsrichtung kontinuierlichen und in Winkelabstand voneinander befind­ lichen Rippen 33. Der Kern 32 ist mit einer kontinuier­ lichen, Axialbohrung 34 erzeugt, wodurch zur Ausbil­ dung einer Gewindebohrung 35 nur ein Gewindebohrer ein- und ausgefahren werden muß.

Zur Herstellung einer die entsprechenden Einsteckbuchsen 23 benutzenden Verklammerung zwischen Rohren 11-13 und Kugeln 3, 5 bis 8 werden Schrauben 40 verwendet. Jede Schraube 40 besitzt einen Kopf 41 und einen Schaft 42, der durch die zugehörige Durchgangsöffnung 21 geführt ist. Jede Schraube 40 ist mit einer flachen, spannungs­ verteilenden Unterlegscheibe 43 sowie einer Sicherungs­ scheibe 44 versehen.

Wenn ein Rohr, beispielsweise das Rohr 11, mit einer Schraube 40 angeklammert wird, was schnell und leicht durch einen angetriebenen Steckschlüssel geschehen kann, der in die Zugangsöffnung 25 eingeführt wird, wird an die Rippen 33 eine mechanische Spannung angelegt, wie durch die in Fig. 10a gezeigten Pfeile angedeutet wird. Die Klemmkraft der Schraube wird gleichmäßig über die Endflä­ che des Rohres 11 angelegt. Da die Köpfe 41 der Schrauben 40 verhältnismäßig flach sind, nehmen sie im Mittelraum der Kugeln 3, 5 bis 8 nicht viel Platz ein. Auf diese Weise sind leicht acht oder auch neun Schrauben 40 in derselben Kugel 3, 5 bis 8 durch die geräumige Zugangs­ öffnung 25 erreichbar.

Wie dem Bauingenieur wohlbekannt ist, befinden sich einige der Rohre 11 bis 13, welche ein Raumfachwerk der be­ schriebenen Art bilden, unter Zugspannung, während andere gleichzeitig unter Druckspannung stehen. Es ist ein beson­ deres Merkmal der vorliegenden Bauweise, daß die Rohre 11 bis 13, mit Ausnahme der örtlichen Kräfte in der Klemm­ zone, entweder vollständig unter Zugspannung oder voll­ ständig unter Druckspannung stehen, jedoch nicht beide Zustände gleichzeitig an einem Metallrohr auftreten. Rein axiale Spannungen werden im wesentlichen gleichmäßig über die drei Elemente, Wand 31, Kern 32 und Rippen 33, welche jedes Rohr 11 bis 13 bilden, verteilt. Somit wird das ge­ samte Rohrmaterial vollständig genutzt, wodurch bei einer vorgegebenen maximalen Einheitsbeanspruchung der Quer­ schnitt des Materials im Rohr 11 bis 13 und demzufolge das Gewicht des Rohrs bei einem vorgegebenen Durchmesser und einer bestimmten Länge minimalisiert werden können. Auf­ grund der Querschnittsform der Rohre 11 bis 13 werden die Druckkräfte gleichmäßig über den Querschnitt verteilt, was ein Ausbauchen oder Knicken zu vermeiden hilft.

Die Verbindung zwischen den Enden der Rohre 11 bis 13 und der Außenfläche 20 der Kugeln 3, 5 bis 8 ist besonders sauber; sie besitzt die Form eines Spaltes, der kaum für das Auge sichtbar ist und eine im wesentlichen wasser­ dichte Verbindungsstelle erzeugt. Diese Verbindungsstelle kann absolut leckdicht gemacht werden, wenn dies ge­ wünscht wird, indem eine dünne Schicht aus elastischem Dichtungsmaterial zwischen den Enden der Rohre 11 bis 13 und den Anschlußflächen 22, gegen welche die Rohre 11 bis 13 anliegen, eingesetzt wird.

Das beschriebene Raumfachwerk kann mit außerordentlich geringen Kosten hergestellt und zusammengebaut werden. Strangpreßlinge, normalerweise aus Baualuminium, können mit relativ geringen Kilopreisen erzeugt und so auf die richtige Länge beschnitten werden, daß sich flache End­ flächen ergeben. Die Kugeln lassen sich leicht durch einen Guß- oder Schmiedeprozeß herstellen, wobei die zurückgesetzten Anschlußflächen 22 durch Flächenbearbei­ tung mit einem Fräser hergestellt werden. Dabei wird bevorzugt eine indexierte Spannvorrichtung verwendet, welche die Konzentrizität und den rechten Winkel gegen­ über der Achse der Durchgangsöffnung 21 sicherstellt. Vorzugsweise wird ein kombiniertes Bohr-Fräswerkzeug dazu verwendet, sowohl das Bohren als auch die Flächenbear­ beitung auszuführen. Dasselbe, hohle, kugelige Werkstück kann leicht und schnell zu den seches Kugel-Versionen verarbeitet werden, die für das dargestellte Fachwerk benötigt werden.

In den Rohren 11 bis 13 sind keine Bohrungen erforder­ lich, da die Bohrung 34 beim Strangpressen ausge­ bildet wird. Alles, was zur Aufnahme der Schraube notwen­ dig ist, ist das Ein- und Ausfahren eines Gewindebohrers, was automatisch rasch stattfinden kann.

Beim Zusammenbau werden die Enden der Rohre 11 bis 13 auto­ matisch konzentrisch durch Einsitzen in die Einsteckbuch­ sen 23 positioniert. Darauffolgend kann die Schraube 40 gleichzeitig in Position gebracht werden, während sie durch einen angetriebenen Steckschlüssel o. dgl. gedreht wird. Dabei wird sichergestellt, daß die Gewindebohrung 35 in ausgerichteter Aufnahmeposition ist.

Es können zwar alle Rohre 11, 12, 13 aus Preisgründen auf dieselbe Länge zugeschnitten werden; gleichwohl ist es beim vorliegenden System möglich, daß das Raumfachwerk in einer oder beiden horizontalen Richtungen Wölbungen auf­ weist. Dies geschieht durch Einliegen einer Unterlegschei­ be an mindestens einem Ende von jedem oberen Rohr 11, 12, wodurch die effektive Länge des Rohres 11, 12 geringfügig vergrößert wird. Eine derartige Unterlegscheibe ist in Fig. 3 mit W′ bezeichnet. Sie besitzt vorzugsweise eine solche Größe, daß sie dem Durchmesser des Rohres 11, 12 entspricht. Hierdurch kann die Unterlegscheibe leicht dadurch positioniert werden, daß sie auf den Boden einer Einsteckbuchse 23 aufgelegt wird. Je nach Wunsch können die Unterlegscheiben nur bei den Rohren 11 verwendet werden, wodurch eine Wölbung in einer Richtung bewirkt wird, oder bei den Rohren 11 und 12, wodurch eine Wölbung in beiden Richtung erzeugt wird, d. h., daß hierdurch eine leichte "Dombildung" hervorgerufen wird, welche einer senkrechten Belastung besser standhält.

Um eine Deckenstruktur an den Kugeln 3, 5, 8 im oberen Niveau U zu befestigen, wird die Kappe 26 durch eine flache Sockelplatte 26 a (Fig. 11) ersetzt. Diese wird durch einen Satz aus vier Maschinenschrauben 28 a festge­ halten, welche in Gewindebohrungen 28 b eingreifen. Diese besitzen einen gleichmäßigen Abstand voneinander um die Zugangsöffnung 25 herum.

Wenn die Anschlußfläche 22 als "flach" und die Einsteck­ buchse 23 als "flachgrundig" bezeichnet wird, so ist damit einfach gemeint, daß eine planare Unterstützung vorgesehen ist, welche das dargebotene Ende des Rohres 11 bis 13 flach berührt. Die Fläche 22 muß nicht notwendi­ gerweise über den ganzen Querschnitt hinweg glatt und kontinuierlich sein. Wenn außerdem die Anschlußfläche 22 als "kreisförmig" bezeichnet wird, so ist damit gemeint, daß die Fläche die zugehörige Durchgangsöffnung 21 um­ gibt; der Umfang der Fläche braucht nicht im geometri­ schen Sinne genau kreisförmig zu sein und braucht auch nicht zurückgesetzt zu sein.

Vorzugsweise sind zwar die Anschlußflächen 22 sowohl flach als auch zurückgesetzt; falls gewünscht, können jedoch die Anschlußflächen 22 auch kugelige Fortsetzungen der Außenfläche 20 der Kugeln 3, 5 bis 8 und die Enden von jedem Rohr 11 bis 13 können mittig auf eine ausrei­ chende Tiefe ausgespart sein, wodurch der Krümmung der anliegenden Anschlußflächen 22 entsprochen wird. So wird das feste und kontinuierliche Aufsitzen der äußeren Zy­ linderwand 31 des Rohres 11 bis 13 auf der Kugel 3, 5 bis 8 sichergestellt. Bei der in Fig. 12 dargestellten Ver­ sion ist die Anschlußfläche, die hier mit 22′ bezeichnet ist, kugelig und das Ende des Rohres 11 bis 13 ist zen­ tral und kugelig ausgespart, so daß es im wesentlichen der dargebotenen Kugelfläche entspricht. Dies ergibt einen "flächigen" Kontakt zwischen diesen Teilen. Alter­ nativ kann das Ende des Rohres 11 bis 13 auch zylindrisch bis auf eine geringe Tiefe ausgenommen sein, wie dies in Fig. 12a gezeigt ist. Der Kern 32 des Rohres 11 bis 13 kann, falls gewünscht, auch kurz vor der Anschlußfläche enden, wodurch die Auflagerbeanspruchung durch die Zylinderwand 31 des Rohres 11 bis 13 auf eine verhältnismäßig schmale, kreisförmige Linie am Rand der Anschlußfläche 22 konzen­ triert wird.

Claims (7)

1. Aus Rohren und Kugeln bestehendes Raumfachwerk, das umfaßt:

• a) eine Vielzahl hohler Metallkugeln (3, 5, 6, 7, 8), die in einer dreidimensionalen Anordnung einen Abstand voneinander aufweisen, deren Außenfläche (20) sich aufteilt in einen größeren Teil mit ra­ dialen Durchgangsöffnungen (21), die außen von Anschlußflächen (22) umgeben sind, und in einen kleineren Teil mit einer geräumigen Zugangsöffnung (25) auf der anderen Seiten,
• b) Metallrohre (11, 12, 13), die gerade und starr zwischen benachbarten Metallkugeln (3, 5, 6, 7, 8) verlaufen und eine durchgehende glatte äußere Zy­ linderwand (31) und einen mittleren, axial verlau­ fenden Kern (32) aufweisen, an dessen Enden axiale Gewindebohrungen (35) vorgesehen sind, deren Durch­ messer ein kleiner Bruchteil des Außendurchmessers der Metallrohre (11, 12, 13) ist und
• c) zur Befestigung der Metallrohre (11, 12, 13) an den anliegenden Metallkugeln (3, 5, 6, 7, 8) Schrau­ ben (40), deren Köpfe (41) innerhalb der Metall­ kugeln angeordnet sind und deren Schäfte (42) durch die Durchgangsöffnungen (21) verlaufen und in die entsprechenden Gewindebohrungen (35) einge­ schraubt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (32) über die gesamte Länge der Metallrohre (11, 12, 13) innerhalb der äußeren Zylinderwand (31) verlaufen und mit die­ ser durch Rippen (33) verbunden sind und daß die hohlen Kerne (32) eine durchgehende Axialbohrung (34) aufweisen, die im wesentlichen in ihrer Abmessung dem Durchmesser der Schraubenschäfte (42) entspricht.

2. Raumfachwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Kern (32), die Rippen (33) und die äußere Zylinderwand (31) der Metallrohre (11, 12, 13) fluchtend in einer senkrecht zur Rohrachse liegenden Stirnfläche enden, und daß die Anschlußfläche (22) abgeflacht und senkrecht gegenüber den Achsen der Durchgangsöffnungen (21) angeordnet sind und einen solchen Durchmesser aufweisen, daß sich eine flache Aufstandsfläche für die Stirnflächen der Metallrohre (11, 12, 13) ergibt.

3. Raumfachwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (22) gegenüber der Außenfläche (20) der Metallkugeln (3, 5, 6, 7, 8) als Vertiefung mit einem solchen Durchmesser ausgebildet ist, daß sich eine flache Einsteckbuchse (23) für die Stirnflä­ che der Metallrohre (11, 12, 13) ergibt.

4. Raumfachwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflächen (22) eine der Oberfläche der Metallkugeln (3, 5, 6, 7, 8) angepaßte Krümmung auf­ weisen und daß an den Enden jedes Metallrohres (11, 12, 13) der Kern (32) und die Rippen (33) mittig derart ausgespart sind, daß zumindest die äußere Zy­ linderwand (31) der Metallrohre (11, 12, 13) fest auf der Anschlußfläche (22) aufsitzt.

5. Raumfachwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung des Kernes (32) und der Rippen (33) konkav kugelförmig mit dem gleichen Radius wie die Krümmung der Anschlußflächen (22) ausgebildet ist.

6. Raumfachwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es obere und untere Metallrohre (11, 12, 13) ent­ hält, die im wesentlichen parallel zueinander ange­ ordnet sind und die gleiche Länge aufweisen, wobei an mindestens einem Ende jedes oberen Metallrohrs (11, 12) eine Unterlegscheibe (W) zwischen Rohrende und Metallkugel angeordnet ist, die die wirksame Länge der oberen Metallrohre (11, 12) vergrößert und so eine Wölbung des Raumfachwerks erzeugt.