DE60314453T2 - Verriegelungsmechanismus für modulare baueinheiten - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft modulare Baueinheiten zur Verwendung beim Errichten von weitgehend vorfabrizierten Büros, Hotels und Wohnblöcken und Gebäuden ähnlicher Natur. Derartige modulare Baueinheiten sind boxartige Strukturen, welche abseits der Baustelle hergestellt und ausgestattet werden und dann zu einer Baustelle für eine schlussendliche Montage transportiert werden können, um das Innere der Räume eines Gebäudes zu bilden. Das Gebäude wird montiert durch Aufeinanderstapeln der einzelnen Module in horizontaler und vertikaler Reihung und Miteinander-Verbinden derselben, um eine starre Struktur zu bilden. Die Erfindung schafft einen neuen Mechanismus zum Miteinander-Verbinden der benachbarten Module. Ein Mechanismus zum Miteinander-Verbinden benachbarter Gebäudemodule ist aus der BE-A-088354 bekannt.
• Stand der Technik
• Insbesondere bei der Konstruktion von Hotels, Appartments und Studentenunterkünften ist es bekannt, die Gebäude aus Leichtgewichtgebäudemodulen zu konstruieren, von denen jedes eine Stahlskelettschale ist, welche aus Leichtgewichtstrukturstahlabschnitten gebildet ist, welche in eine boxartige Struktur verschweißt werden und mit Wandmaterial, wie beispielsweise Gipskartonwand, Sperrholz- oder OSB-Platten ausgekleidet werden. Jedes Gebäudemodul wird anfangs als eine derartige ausgekleidete Schale hergestellt, und wird dann in den gewünschten Standard der inneren Dekoration in einer Fabrik ausgestattet, bevor es zu der endgültigen Baustelle zum Einbau in ein Gebäude transportiert wird.
• Individuelle Gebäudemodule zur Errichtung in einer horizontalen und vertikalen Reihung in ein solches Gebäude sind beschrieben und beansprucht in einer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68004 . Es sind weitere Gebäudemodule bekannt, welche in der Hauptsache aus Holzrahmen und Holzwandmaterial gefertigt sind.
• Eine Schwierigkeit entsteht bei dem Zusammenverbinden der einzelnen Module. Ein erstes Modul kann in eine Position mittels eines Krans gebracht und an den Gebäudefundamenten angeschraubt oder anderweitig befestigt werden. Ein weiteres Modul kann dann in Position längsseits gebracht werden, die Kante, die längsseits des Fundaments direkt neben dem ursprünglich montierten Modul liegt, ist jedoch nicht zugänglich, und nur die zugänglichen Seiten des Fundaments des Moduls können an den Fundamenten befestigt werden. In ähnlicher Weise bei allen folgenden Stockwerken des Gebäudes kann nur das erste Modul, welches in Position gebracht ist, an allen Bodenkanten festgemacht werden. Alle folgenden Module haben wenigstens eine Bodenkante, welche durch das benachbarte Modul oder benachbarte Module verdeckt wird, sodass eine Befestigung auf nicht-verdeckte Kanten beschränkt ist.
• Die Erfindung
• Die Erfindung schlägt einen Verriegelungsmechanismus für modulare Baueinheiten in Raumgröße beim Errichten eines Gebäudes gemäß den hier formulierten Ansprüchen vor. Der Mechanismus kann bei der Befestigung der ersten Reihe der Gebäudemodule an einem Fundament oder einer Grundstruktur, oder für die Befestigung jeder folgenden Reihe an der darunter liegenden Reihe verwendet werden. Beim sich ergebenen Gebäude ist jedes Gebäudemodul entlang beider Längsseiten und vorzugsweise entlang aller Seiten mit der benachbarten Struktur in der vertikalen und auch in der horizontalen Richtung verriegelt.
• Zeichnungen
• 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht von acht Gebäudemodulen, welche in einer 2 × 2 × 2 vertikalen und horizontalen Reihe typischerweise als Teil eines modularen Gebäudes, welches aus derartigen Modulen konstruiert ist, gestapelt sind.
• 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verriegelungsmechanismus gemäß der Erfindung, welche vier der Module von 1 miteinander verriegelt.
• 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Verriegelungsmechanismus von 2.
• 4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verriegelungsmechanismus gemäß der Erfindung zum Verriegeln zweier horizontal benachbarter Module gemäß 1, obwohl in 4 aus Gründen der Klarheit die seitliche Fixierung nur eines dieser Module gezeigt ist.
• 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Mechanismus nach 4.
• In 1 ist schematisch ein Teil eines Gebäudes dargestellt, welches aus modularen Gebäudeeinheiten konstruiert ist, wie beispielsweise solche, welche in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68004 beschrieben und beansprucht werden. Die Module sind in einer 2 × 2 × 2-Reihung gezeigt, obwohl in einem kompletten Gebäude die Reihung wesentlich größer sein könnte. Zweifach tiefe Räume sind ein übliches Merkmal für solche Gebäude, da die äußeren Wände der Module mit äußeren Fenstern vormontiert werden können. Die inneren Wände können mit Verbindungstüren oder Korridorabschnitten versehen werden, um die Stockwerkebenen zu bilden, welche zu allen modernen Hotelzimmergrundrissen passen. Die Anzahl von Modulen in jedem Korridor ist nur von der Größe der Baustelle abhängig, und die Höhe des Gebäudes wird nur durch die Festigkeit der einzelnen Einheiten und die Steifheit und die Tragfähigkeit der unteren Einheiten beeinflusst.
• In 1 sind die Module 1, 2 und 3 der vier Module des Erdgeschosses sichtbar. Ein viertes Erdgeschossmodul, welches das Bezugszeichen 4 getragen hätte ist nicht sichtbar. In dem Stockwerk darüber sind jedoch alle vier Module 5, 6, 7 und 8 gezeigt.
• Wenn die einzelnen Module in eine Position in der oben nummerierten Reihenfolge angeordnet wurden, ist es klar, dass das Modul 1 an den Fundamenten (oder am Boden unterhalb, wenn die Darstellung in einem höheren Niveau in dem Gebäude gemeint ist) auf allen vier Seiten seiner Bodenkanten befestigt werden, da keine dieser Kanten durch ein benachbartes Modul verdeckt ist, wenn Modul 1 das einzige auf der Baustelle ist. Wenn nun Modul 2 längsseits in Position gebracht wird, kann es jedoch nicht an den Fundamenten oder der unteren Reihe entlang seiner kurzen Bodenkante, welche am Modul 1 anliegt befestigt werden. Es wurde in der Vergangenheit nur an den anderen freiliegenden Bodenkanten befestigt. In ähnlicher Weise wurde das Modul 3 nur entlang von zwei kurzen und einer langen Bodenkante befestigt. Und Modul 4 wurde dann entlang einer langen und einer kurzen Kante befestigt. Genau dieselben Einschränkungen treten auf, wenn die Module 5 bis 8 in Position gehoben werden und diese an den Modulen 1 bis 4 befestigt werden.
• 2 und 3 zeigen einen Verriegelungsmechanismus gemäß der Erfindung, welche alle Module entlang all ihrer Kanten oder Seiten in vertikaler und horizontaler Richtung verriegelt. Die vier gezeigten Gebäudemodule sind die Module 1, 2, 5 und 6 von 1, es kann jedoch natürlich jedes benachbarte Set von vier Modulen ebenfalls in gleicher Weise miteinander verbunden werden. Die Details der Ecken der einzelnen Module sind wie in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68005 beschrieben und beansprucht gestaltet. Jede der wechselweise zueinanderzeigenden vertikalen Wände der individuellen Module ist gezeigt, als habe sie eine doppelte Dicke, wobei der äußersten Wand jedes Moduls das Bezugszeichen 10 gegeben wurde. Dass die Wände als doppelt-dicke Wände dargestellt sind, ist für diese Erfindung nicht relevant, und dies ist nur eine Reflexion der Tatsache, dass die einzelnen Gebäudemodule, welche so gestaltet sein können, wie sie in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68004 beschrieben und beansprucht sind, aus einem Skelettrahmenwerk gemacht sind, welches innen beschichtet ist und durch Ausstattung vor dem Transport zur Baustelle fertig gestellt wurde.
• Für diese Erfindung ist von Bedeutung, dass jedes Modul an seiner äußeren Wand ein daran befestigtes metallenes Kanalbauteil 11 mit einem Zylinderquerschnitt hat, welches sich um die Außenseite des Moduls entlang jeder Wand, welches in dem fertiggestellten Gebäude gegenüber der Wand eines benachbarten Moduls liegt, erstreckt. Ein solches Kanalbauteil 11 wird um das Dach jedes Moduls herum befestigt, wie für die Module 1 und 2 gezeigt ist, und eines wird um den Boden jedes Moduls herum verriegelt, wie dies für die Module 5 und 6 gezeigt ist. Jedes individuelle Modul trägt deshalb zwei solcher Kanalbauteile 11 um seinen Umfang herum, oder einen Teil seines Umfangs herum, eines an dem unteren Niveau und eines an dem oberen Niveau. Jedes Kanalbauteil 11 liegt parallel zur benachbarten Ecke des Moduls und ist von dieser Ecke um einen konstanten Abstand d beabstandet.
• Wenn die Module aufeinander gestapelt werden bleibt ein kleiner, jedoch konstanter Abstand zwischen den benachbarten vertikalen Wänden. Dies ist eine notwendige Bedingung für die akustische Isolierung und wird beim Befestigungsmechanismus gemäß der Erfindung verwendet. Eine Verbindungseinrichtung 12 wird in den Raum eingesetzt, welcher zwischen benachbarten Modulen 1 und 2 gelassen wird, wie in 2 gezeigt ist und dann mit den Oberkanten der beiden Module verriegelt, bevor die Module 5 und 6 in Position geschwenkt werden. Die Verbindungseinrichtung 12, in 3 etwas genauer gezeigt, hat einen Basisstreifen 13 aus galvanisiertem Stahl, von welchem eine regelmäßige Reihe entlang der Länge des Basisstreifens von elastisch-flexiblen Füßen 14 aufrecht steht, welche jeweils einen Rastflansch 15 an ihrem oberen und äußeren Rand aufweisen. Unter dem Basisstreifen 13 ist eine symmetrisch angeordnete, in ähnlicher Weise reguläre Reihe elastisch-flexibler Füße 16 angeordnet, welche jeweils einen Rastflansch 17, welcher entlang ihrer oberen und äußeren Kante gebildet ist. Der vertikale Abstand zwischen dem Basisstreifen und den Flanschen 15 und 17 ist der Abstand d.
• Wenn die Verbindungseinrichtung 12 in den Spalt zwischen den benachbarten Modulen 1 und 2 eingebracht wird, biegen sich die Füße 16 nach innen, bis die Flansche unter die Kanalbauteile 11 geraten und federn dann aufgrund ihrer eigenen Elastizität nach außen, um die Verbindungseinrichtung mit ihrem Basisstreifen 13 fest nach unten zu halten, welcher an der oberen Oberfläche der benachbarten Module 1 und 2 anliegt. Der Basisstreifen 13 wird dann entlang seiner Längskanten mit den unteren Modulen 1 und 2, beispielsweise mittels Schrauben, befestigt. Blechschrauben in den Strukturstahlrahmen der Module ergeben eine gute Befestigung. Oder alternativ kann der Basisstreifen mit einem Umfangskanal an den Oberkanten der Module Punkt- oder nahtgeschweißt werden. In 3 sind mit den Bezugszeichen 18 die Orte der Schrauben oder Punktschweißungen angegeben.
• Wenn die Module 1 und 2 so verriegelt wurden, wie oben beschrieben, dann sind sie entlang ihrer oberen Kanten in der vertikalen sowie in der horizontalen Ebene durch Verbindungseinrichtungen 12 miteinander fest verbunden. Darüber hinaus sind die nach oben stehenden elastischen flexiblen Füße 14 und die Rastflansche 15 angeordnet, um mit dem unteren Kanalbauteil 11 der nächsten Ebene der Module 5 und 6 in Kontakt zu kommen, wenn diese in Position gehoben werden. Wenn jedes der Module 5 und 6 auf die Oberseiten der Module 1 und 2 in Position abgesenkt wird, dann biegen sich die elastisch flexiblen Füße und kehren mit ihrem Rastflanschen 15 zurück, wobei sie oberhalb des Kanalbauteils 11 des zugeordneten Moduls in Verbindung kommen, wobei sie eine sichere Befestigung der nächsten Modullage um alle Kanten, Oberseite und Unterseite jedes Moduls herum schaffen.
• Der Basisabschnitt 13 jedes Einsatzes 12 hat eine weitere wichtige Funktion. Er bedeckt den Spalt zwischen benachbarten Modulen vollständig und verschließt ihn. Deshalb vergeht nur eine kurze Zeit, während der Regen oder Schmutz nach unten zwischen benachbarte Module geraten kann, was auf der Baustelle höchst wünschenswert ist, wenn die Module auf der Baustelle errichtet werden. Ebenfalls wird bei der Fertigstellung des Gebäudes die Schaffung eines durchgehenden Kamins oder Hohlraums vom Boden zum Dach des fertiggestellten Gebäudes vermieden, was ein großer Vorteil vom Standpunkt der Feuersicherheit ist. In 3 ist der Basisstreifen 13 flach dargestellt. Eine bevorzugte Form besteht darin, diesen Basisstreifen als Ablaufrinne auszubilden, sodass jeder Regen, welcher während der Errichtung des Gebäudes auf die Gebäudemodule fällt, zum einen oder anderen Ende des Gebäudes abgeleitet wird.
• Es ist klar, dass in der Praxis zwischen benachbarten Modulen und zwischen den Modulen und den Einsätzen 12 zweckmäßige akustische Isolierungen vorgesehen werden, obwohl hiervon in den Zeichnungen nichts gezeigt ist. Beispielsweise könnte zwischen benachbarten Modulen durch Einsetzen einer Schicht eines akustischen Isolierungsmaterials, wie beispielsweise Neoprenschaum zwischen den äußeren Wänden 10 jedes Moduls und den Kanalbauteilen 11 oder durch Bedecken der äußeren Oberflächen der Kanalbauteile 11 mit einem ähnlichen Material eine akustische Barriere geschaffen werden.
• Die 4 und 5 zeigen einen alternativen Verriegelungsmechanismus gemäß der Erfindung. Jedes Modul hat an seiner äußeren Wand 10 eine Reihe von Führungskanälen 21. Jeder Führungskanal 21 ist auf einer Befestigungsplatte 22 montiert, welche mit der äußeren Wand 10, beispielsweise durch Verschweißen oder Verschrauben oder Verstiften durch eine (nicht gezeigte) akustische Isolierungsschicht angebracht sind. Jeder Führungskanal 21 ist nach außen von seiner Fixierungsplatte 22 um einen Abstand d1 (4) in Richtung der benachbarten Module in dem Gebäude versetzt. Der Abstand d1 ist kleiner als die Hälfte des Abstands, welcher zwischen den benachbarten Modulen gelassen wird, wenn diese in Position in dem fertigen Gebäude wie in 1 gezeigt ist, gehoben sind, sodass im fertigen Gebäude ein Raum zwischen den benachbarten und zueinander ausgerichteten Führungskanälen 21 besteht.
• Jeder Führungskanal hat einen Führungsschlitz 23, welcher an seiner äußeren Seite angeformt ist, welcher sich von einer divergierenden Klaue 24 in einen Kelchabschnitt 25 mit parallelen Seiten erstreckt. Am Boden der Befestigungsplatte 22 und innerhalb des Führungskanals 21 liegend ist eine elastisch verformbare Platte aus Federstahl 26 angeordnet, welche als eine Rast für einen Verbindungsstift 27 wirkt, welcher im Folgendem beschrieben werden wird. Eine kreisförmige Öffnung 28 in der Federraste 26 ist so positioniert, dass sie längs des Bodens des Kelchabschnitts 25 des Führungskanal 23 liegt, um ein Ende des Verbindungsstifts 27 aufzunehmen.
• Der Verbindungsstift 27 ist an einem unteren Ende eines Einsetzstabs 29 angeordnet. Wenn zwei Module eines einzelnen Stockwerks eines Gebäudes sich in ihrer Endposition zueinander benachbart, beispielsweise wie in 1 gezeigt ist, befinden, dann liegen die Verbindungskanäle 21 dieser beiden Module direkt einander gegenüber. Der Einsetzstab 29 wird in den Spalt zwischen den benachbarten Modulen abgesenkt und der Stift 27 wird durch die divergierenden Klauen 24 in die Kelchabschnitte 25 der beiden benachbarten Führungskanäle 21 geführt. Wenn der Einsetzstab 29 abgesenkt wird, biegt er die Federstahlrasten 26 nach innen, federt jedoch zurück, wobei er die Enden des Stifts 27 in der kreisförmigen Öffnung 28 aufgenommen hat. Die Federstahlrasten 26 verhindern, dass der Stift 27 sich in vertikaler Richtung bewegt, und die Schultern 30 des Stifts 27 kommen hinter der Wand der Führungskanäle 21, welche die Kelchabschnitte 25 definieren, in Verbindung, um eine seitliche Bewegung eines Gebäudemoduls relativ zu einem anderen zu verhindern.
• Die Führungskanäle 21 können an jedem Ort und in jeder Höhe der gegenseitig zueinander zeigenden Außenseiten der Gebäudemodule vorgesehen werden. Wenn sie an einem unteren Level, in der Nähe des Bodens der Module vorgesehen werden, dann kann es gewünscht sein, zusätzliche Führungseinrichtungen einzubauen, um die Verbindung des Stifts 28 in den Führungskanälen 21 zu erleichtern, wenn der Einsetzstab von der Oberkante benachbarter Module abgesenkt wird.
• Wenn alle Ebenen des Gebäudes fertig gestellt sind, wird wunschweise ein Deckstreifen aus Stahl über dem schmalen Spalt zwischen den benachbarten Modulen befestigt, um das Eindringen von Regen auf der Baustelle zu verhindern, bevor das Gebäude fertiggestellt ist und um in dem fertiggestellten Gebäude als Feuerbarriere zu wirken. Ein derartiger Deckstreifen hilft auch bei der gegenseitigen Verriegelung benachbarter Module, da er die Oberkanten der benachbarten Module in der Horizontalebene verbindet. Die Erfindung umfasst dementsprechend ein Bauverfahren, bei dem ein derartiger Metallstreifen mit einer darin geformten Regenrinne über die Verbindungen zwischen den Oberkanten benachbarter modularer Gebäudeeinheiten in dem Gebäude in jedem Stockwerk befestigt werden. Vorzugsweise leiten die Regenrinnen, welche in solchen Metallstreifen gebildet sind, Regenwasser und/oder Kondensationswasser an die Außenseite des Gebäudes.

Claims (8)

1. Verriegelungsmechanismus für modulare Baueinheiten in Raumgröße beim Errichten eines Gebäudes, mit aufeinander ausgerichteten Kanaleinrichtungen (11, 21) auf den nach außen zeigenden Wänden (10) jedes Paares benachbarter modularer Baueinheiten, mit Verbindungseinrichtungen (12, 27), welche zwischen zwei benachbarten jedoch zueinander beabstandeten modularen Baueinheiten im fertigen Gebäude abgesenkt werden sollen und vertikal in die zueinander ausgerichteten Kanaleinrichtungen (11, 21) zur Verbindung mit den zueinander ausgerichteten Kanaleinrichtungen (11, 21) verlaufen, um diese zu verriegeln, gekennzeichnet durch eine elastisch vorgespannte Rasteinrichtung (14, 26), welche es ermöglicht, dass die Verbindungseinrichtungen (12, 27) vertikal in die ausgerichteten Kanaleinrichtungen (11, 21) gelangen, um die Kanaleinrichtungen (11, 21) zu verbinden, jedoch eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung verhindern.
2. Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die elastisch vorgespannte Rasteinrichtung einen Federträger (14) für die Verbindungseinrichtung (12) aufweist, welches ermöglicht, dass die Verbindungseinrichtung (12) sich biegt und vertikal in die Kanaleinrichtung (11) hineinverläuft, wenn die Verbindungseinrichtung (12) abgesenkt wird, und hinter einer Schulter der Kanaleinrichtung (11) zurückfedert, um eine Rückwärtsbewegung zu verhindern.
3. Mechanismus nach Anspruch 2, wobei die Verbindungseinrichtungen ein Paar nach außen gebogener Flansche (15) an den Bodenkanten der Federträger (14) aufweist, und wobei die Kanaleinrichtung (11) ein Paar Kanalglieder aufweist, welche an der Außen seite der Module verriegelt sind, so dass die Flansche hinter den Schultern der Kanalelemente eine Verbindung eingehen, wenn die Verbindungseinrichtung in den Raum zwischen benachbarten Baumodulen abgesenkt wird.
4. Mechanismus nach Anspruch 3, wobei die Federträger von einer Basisplatte (13) abhängen, welche breit genug ist, um den Raum zwischen benachbarten Modulen zu überspannen, und welche im Einsatz mit den Oberteilen der Gebäudeeinheiten verriegelt ist, um eine Relativbewegung dazwischen in der horizontalen Ebene zu verhindern.
5. Mechanismus nach Anspruch 4, wobei sich ein weiteres Paar von Federträgern (16) von der Basisplatte (13) nach oben erstreckt, um in nach außen gerichteten Flanschen (17) zur Verbindung über den Oberteilen eines weiteren Paars von Kanalgliedern (11) zu enden, welche mit der Außenseite der Module verriegelt sind, während die nächste Lage von Modulen in Position gebracht wird, um das nächste Stockwerk des Gebäudes zu bilden.
6. Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung ein doppelköpfiges Stiftglied (27) aufweist, welches sich quer zu dem Raum zwischen benachbarten Gebäudemodulen erstreckt und von einem Einsatzstab (29), auf dem das Stiftglied (27) in den genannten Raum abgesenkt werden kann, getragen wird, und wobei jede Kanaleinrichtung ein Kanalglied auf der Außenwand jedes Gebäudemoduls ist, welches einen Führungskanal (21) zum Führen eines Endabschnitts des Stiftglieds (27) aufweist, während die Köpfe des Stiftglieds (27) mit den zu einander ausgerichteten Kanaleinrichtungen in Verbindung stehen, um diese miteinander zu verriegeln.
7. Mechanismus nach Anspruch 6, wobei die elastische Einrichtung ein Federglied (26) ist, welches eine Öffnung (28) aufweist, in welcher ein Ende des Stifts (27) aufgenommen werden kann, sodass ein Absenken der Verbindungseinrichtung in den Raum zwischen den Gebäudemodulen ein Verbiegen des Federglieds (26) verursacht, bis das Ende des Stifts (27) in der Öffnung aufgenommen ist, wobei das Federglied (26) zurückfedert, um das Stiftglied (27) festzuhalten.
8. Verfahren zum Konstruieren eines Gebäudes aus einer Anzahl von modularen Baueinheiten in Raumgröße, mit dem Schritt Zusammenbinden benachbarter Gebäudemoduleinheiten unter Verwendung eines Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und Verriegeln über die horizontalen Verbindungen zwischen den Oberseiten benachbarter modularer Gebäudeeinheiten, mit einer Metallplatte, in welcher eine Rinne zum Führen von Regenwasser oder Kondenswasser von der Oberseite jedes Stockwerks der modularen Gebäudeeinheiten in dem Gebäude zur Außenseite des Gebäudes geformt ist.