DE69007277T2

DE69007277T2 - Verglasungsbauweise mit geringen Ausströmen, für eine räumliche Stabwerkstruktur.

Info

Publication number: DE69007277T2
Application number: DE69007277T
Authority: DE
Inventors: Roger A Conrad; William F Dempster; E Leonard Pate; Peter J Pearce
Original assignee: Space Biospheres Venture
Current assignee: Space Biospheres Venture
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: DE69007277D1; ATE102677T1; EP0442133A1; ES2052150T3; JPH04242782A; EP0574033A1; US5138820A; EP0442133B1; JP2501957B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verglasungsbauweise, die mindestens ein Paar angrenzender Verglasungsplatten umfaßt, wobei jede Verglasungsplatte eine Tafel aus Verglasungsmaterial und einen umgebenden Metallrahmen und ein Stützelement zwischen den Platten, das mit dem Rahmen der Platten verbunden ist, umfaßt.
Solch eine Verglasungsbauweise ist aus der DE-C-30 955 bekannt. Die darin beschriebene Verglasungsbauweise umfaßt mindestens zwei Platten aus Verglasungsmaterial, die durch ein Stützelement gehalten sind, wobei eine Kittschicht zwischen dein Stützelement und den Platten oder einem Randelement angeordnet ist, und wobei die Lücke zwischen zwei Platten mit nicht aushärtbarem Dichtungsmaterial gefüllt ist. Die Dichtung von dieser Verglasungsbauweise verhindert Leckage von Wasser.
Es ist wünschenswert, einen Mikrokosmus, der als Erde bekannten Biosphäre zum Studieren der Wechselwirkungen von Komponenten und zur Entwicklung von Techniken zum Beeinflussen unserer Umwelt bereitzustellen. Solche Experimente sind schwierig, besonders in dem offenen System, das auf der Erde vorhanden ist, wo Stoffe zwischen der Erdumwelt und dem Experiment selbst ausgetauscht werden. Es ist deshalb wünschenswert, ein System bereitzustellen, das vollständig geschlossen ist, so daß keine Stoffe mit der Erdumwelt ausgetauscht werden.
Da ist, deshalb in der Nähe von Oracle, Arizona, ein geschlossenes ökologisches System errichtet worden, das als Biosphäre 2 bekannt ist. Das System umschließt vollständig ca. ein Hektar Land und 142000 m³ Raum, der von der Erdumwelt durch eine undurchlässige Hülle isoliert ist, so daß keine Stoffe ausgetauscht werden. Der obererdige Teil der Hülle ist transparentes Glas zur Aufnahme der Sonnenstrahlung. Elektrische Energie wird den geschlossenen Systemen zugeführt, und die Wärme kann, wenn erforderlich, in das oder von dem System transferieren.
Das geschlossene System sollte eine Atmosphäre mit einer Zusammensetzung bereitstellen, die als Lebensraum für Menschen und andere Lebewesen geeignet ist. Um die Wirkungen von mehreren Faktoren auf die Umwelt in dem System zu studieren ist es von großer Bedeutung, daß die undurchlässige Haut der Biosphäre 2 im wesentlichen vollständig dicht bleibt, so daß dort scheinbar kein Austausch von Luft zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Systems stattfindet. Das Biosphäre 2 - geschlossene System weist eine große, räumliche Stahlstabwerkstruktur auf, die auf einem Betonfundament errichtet ist. Der räumliche Rahmen dient als Stütze für eine Sicherheitsverglasungsbauweise, welche die undurchlässige Hülle für das System bereitstellt.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verglasungsbauweise bereitzustellen, welche scheinbar frei von jeglicher Leckage ist.
Solch eine Verglasungsbauweise sollte eine Leckrate aufweisen, die nicht 1% pro Jahr des eingeschlossenen Luftvolumens überschreitet. Die Größe der Anordnung und die Meilen von Dichtungen entlang den Kanten der Verglasungsplatten betrachtend, ist dies eine enorme Herausforderung. Ein wirksames System sollte Platten und Anbringelemente umfassen, die in der Lage sind, einfach, schnell und sicher zu räumlichen Stabwerkstrukturen montiert zu werden, und unkomplizierte Montagestrukturen und -verfahren miteinschließen. Ein wirksames System sollte ebenfalls Einrichtungen bereitstellen, um die Ermittlung von Luftleckage durch die Dichtungen in dem Fall, daß es auftreten sollte, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verglasungsbauweise, welche ein im wesentlichen U-förmiges Verbindungselement, das auf dem Stützelement aufsitzt und eine Menge von Naßdichtmaterial angrenzendem Verbindungselement umfaßt, das zwischen dem Metallrahmen der angrenzenden Verglasungsplatten angebracht ist, wobei das Verbindungselement aus einem Material geformt ist, welches nicht durch das Dichtmaterial benetzt ist, so daß Dichtmaterial eine im wesentlichen luftdichte Dichtung zwischen den Platten formt, ohne mit dem Verbindungselement verbunden zu sein.
Deshalb sind in der Ausübung dieser Erfindung gemäß eines zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiels mehrere Verglasungsplatten bereitgestellt, in welchen eine Glastafel an einem Rahmen dichtend angeordnet ist und angrenzende Rahmen dichtend aneinander angeordnet sind, um die Möglichkeiten von Luftleckage zu minimieren. Eine Verglasungsplatte umfaßt eine Glastatel oder ähnliches und ein inneres und äußeres Metallwinkelelement entlang der Kanten der Platte. Im Querschnitt weist jedes Winkelelement einen ersten und einen zweiten Arm auf. Der erste Arm des inneren Winkelelementes ist in der Nähe der inneren Oberfläche der Tafel angeordnet, während der erste Arm des äußeren Winkelelementes in der Nähe der äußeren Oberfläche der Tafel angeordnet ist. Die zweiten Arme der Winkelelemente, welche sich im wesentlichen rechtwinkelig zu der Tafel erstrecken, sind miteinander zum Formen eines Rahmens für das Verglasungsmaterial miteinander verbunden.
Ein elastomerer Deckring ist zwischen und in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Tafel und dem ersten Arm des äußeren Winkelelementes angeordnet. Der Rest des Volumens zwischen der Tafel und den Winkelelementen ist mit einem elastischen Dichtmaterial gefüllt, welches an den Oberflächen der Tafel und den Winkelelementen haftet. Der Deckring und das Dichtmaterial formen eine im wesentlichen luftdichte Dichtung, die den Durchtritt von Luft von der inneren Oberfläche der Tafel zu ihrer äußeren Oberfläche entlang der Kante verhindert.
Im Querschnitt weist eine bevorzugte Ausführungsform des Deckrings einen Schaft-, Kopf- und Fußbereich auf. Der Schaftbereich umfaßt zwei entgegengerichtete im wesentlichen plane Hauptoberflächen entsprechend in Kontakt mit dem äußeren Winkelelement und der äußeren Oberfläche der Tafel. Der im wesentlichen dreieckige Kopfbereich weist einen Spitzen- und Schwanzbereich auf und erstreckt sich von dem Ende des Schaftes nächst der Kante des ersten Armes von dem äußeren Winkelelement. Der Schwanzbereich des Kopfes erstreckt sich rechtwinkelig weg von dem Schaft, so daß die Rückseite des Schwanzes die Kante des ersten Armes von dem äußeren Winkelelement abdeckt. Der Kopfbereich weist zusätzlich eine bogenförmige innere Oberfläche auf, die sich von der planen Innenoberfläche des Schaftbereiches zu der Spitze des Kopfbereiches erstreckt. Wenn die bogenförmig geformte Oberfläche in Berührung mit der flachen äußeren Oberfläche der Tafel steht und so hergestellt ist, um an diese angepaßt zu sein, bringt die Kraft, die durch die Tafel aufgebracht ist, den Kopfbereich zum Drehen. Diese Drehung verspannt die Kante des Schwanzbereiches gegen die Kante des ersten Armes des äußeren Winkelelementes. Der Fußbereich begrenzt das äußere Ende des Deckrings. Der Fußbereich ist angrenzend angeordnet an und angepaßt an der inneren Oberfläche des Verbindungspunktes von dem ersten und zweiten Arm des äußeren Winkelelementes.
Der Deckring weist zusätzlich mindestens zwei Kanäle in seiner Hauptoberfläche auf, die sich entlang der Länge des Deckrings erstrecken. Diese Kanäle leiten jegliches Gas, das zwischen der Kante der Platte und dem Rahmen leckt, zu einem Bereich des Deckrings, wo es ermittelt werden kann. Die Kanäle sind in Grenzflächen zwischen dem Deckring und der Tafel und dem Deckring und dem ersten Arm des äußeren Winkelelementes eingeformt.
Die Verglasungsbauweise umfaßt mindestens zwei Verglasungstafeln mit im wesentlichen parallelen kantenverbundenen Rändern, die an einem Tragsteg der räumlichen Stabwerksstruktur befestigt sind und sich teilweise zwischen den Tafeln erstrecken. Die Kantenränder des Tragstegs sind durch ein im wesentlichen U-förmiges Verbindungselement abgedeckt. Das Verbindungselement stellt eine Oberfläche bereit, die widerstandsfähig gegenüber einem adhäsiven Dichtungsmaterial zwischen den angrenzenden Tafeln ist.
In einer anderen Ausführung der Erfindung sind die Ecken der Winkelelemente des Plattenrahmens entlang der Kanten der Tafeln mit Öffnungen versehen, so daß Dichtmaterial zuverlässig in die Ecken eingefüllt werden kann, um Luftblasen in einer Blindecke und einen potentiell bedeutsamen Luftleckageweg zu vermeiden. Die Winkelelemente sind miteinander durch ein Eckstützelement befestigt, welches die Ecke zum Einfüllen des Dichtmaterials offenläßt.
Die vorangegangenen und anderen vorteilhaften und abgrenzenden Merkmale der Erfindung werden gewürdigt werden, wenn dieselben durch Bezugnahme der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in Betracht gezogen werden, in welchen:
Fig. 1 ist eine isometrische Darstellung einer beispielhaften Verglasungsplatten dieser Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Kanten zweier Tafeln und eines Stützelementes in einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht von einem Deckring, der in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Verbindungselementes, das in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 5 ist eine Draufsicht einer Eckenbefestigung, welche ein anderer Aspekt der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 6 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer Eckenverbindung zwischen den Platten; und
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Eckenverbindung zwischen Verglasungsplatten.
Diese Erfindung umfaßt mehrere Verglasungsplatten, die jeweils eine Tafel aus Verglasungsmaterial 15, wie z.B. Mehrschichtsicherheitsglas, und einen Metallrahmen 19, der mit dem Glas zum Befestigen der Platte dichtend verbunden ist.
Eine Anzahl dieser Platten sind Kante an Kante dichtend miteinander verbunden, um einen luftdichten Abschluß einer Struktur, sowie z.B. Biosphäre 2, wo lediglich minimale Luftleckage toleriert werden kann, bereitzustellen. Die Verglasungsplatten können rechtwinkelig, dreieckig oder andere erforderliche Formen aufweisen, um die Oberfläche der Struktur abzudecken. Die äußere Fläche der Struktur ist aus Verglasungsplatten ohne Stützpfosten oder ähnliches, die zwischen den Platten hervorstehen, geformt. Die Rahmen von angrenzenden Platten sind aneinander dichtend angeordnet, anstatt an einer Tragstruktur. Jede Glastafel kann aus Glas, Sicherheitsglas, Kunststoff oder anderen lichtdurchlässigen oder -undurchlässigen Materialien mit einer im wesentlichen planen Form bestehen.
Die Verbindung entlang der Kanten zwischen zwei Verglasungsplatten 10, 11 sind im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt. Die Platten sind auf einem Stützsteg 13 angebracht, welcher an dem räumlichen Rahmen angeordnet ist, der das innere Skelett der Struktur formt. In der dargestellten Verbindung sind die Kanten der Glastafeln parallel zueinander ausgerichtet und an dem Steg durch Befestigungsrahmen 19, die an die Kante der Tafel angebracht sind, befestigt.
Die Verbindungsrahmen 19 der Verglasungsplatten umfassen jeweils ein inneres Winkelelement 21 und ein äußeres Winkelelement 23, bevorzugt aus angestrichenem Stahl. Erste Arme 25, 27 des inneren und äußeren Winkelelementes, entsprechend, sind in der Nähe der inneren und äußeren Oberflächen der Glastafel entsprechend, angeordnet. Die ersten Arme 25, 27 sind bevorzugt parallel zu der Oberfläche der Glastafel angeordnet. Zweite Arme 29, 30 des inneren und äußeren Winkelelementes sind miteinander in einer flächenangrenzenden Beziehung rechtwinkelig zu der Ebene des Glases verbunden.
Ein länglicher, extrudierter Deckring 33, der aus Neopren, Silikongummi oder anderen verformbaren elastischen Materialien hergestellt ist, ist zwischen und in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Glastafel und der inneren Oberfläche des ersten Armes 27 des äußeren Winkelelementes angeordnet. Das verbleibende Volumen zwischen der Kante des Glases und des inneren und äußeren Winkelelementes ist mit einer geeigneten Menge von harzähnlichem Naßelastomer-Dichtmaterial 35 gefüllt. Mit Naßdichtmaterial ist ein Material gemeint, welches eine Flüssigkeit oder ein Gel ist, wenn es unausgehärtet ist zum Benetzen von Oberflächen und welches an der benetzten Oberfläche nach dem Aushärten haftend verbleibt. "Naß" bezieht sich auf das Material entweder in seinem ausgehärteten oder nicht ausgehärteten Zustand.
Ein bevorzugtes Naßdichtmaterial ist ein Einfachkomponenten-Silikonelastomer, welches in einer dicken pastenähnlichen Konsistenz aufgetragen wird, aber welches zu einem etwas härteren, doch nicht völlig harten, elastischen und nachgiebigen Zustand aushärtet, und welches ebenso mit den meisten Oberflächen, mit welchen es in Kontakt ist, anbindet. Das Ergebnis ist eine mechanisch sichere, im wesentlichen luftdichte und relativ flexible Verbindung von jeder Glastafel mit dem inneren und äußeren Winkelelement. Ein zur Zeit bevorzugtes Dichtmittel umfaßt Dow Corning 795 Silikon, weil es keinen Starter auf der Verbindungsoberfläche erfordert und schnell und zuverlässig aufgebracht werden kann.
Zusätzlich bezugnehmend auf Fig. 3, kann gesehen werden, daß der Querschnitt des Deckrings 33 eine komplexe Form mit Schaft 35, Kopf 37 und Fuß 39-Bereichen umfaßt. Der Schaftbereich 35 umfaßt im wesentlichen plane gegenüberliegende Hauptoberflächen, welche Dichtung bereitstellen, wenn der Deckring zwischen der inneren Oberfläche des ersten Armes des äußeren Winkelelementes 27 und der äußeren Oberfläche des Glases angeordnet ist.
Der Schaftbereich 35 des Deckrings, der sich weg von der Kante der Tafel in Richtung der Mitte der Tafel erstreckt, ist durch einen Kopfbereich 37 begrenzt. Der Kopfbereich ist im wesentlichen dreieckig im Querschnitt mit einem scharfen Spitzen- 41 und einem Schwanzbereich 43. Der Schwanzbereich erstreckt sich rechtwinkelig weg von der äußeren Oberfläche des Schaftes 35 in Berührung mit dem äußeren Winkelelement 23. Der Schwanz erstreckt sich über eine ausreichende Distanz, um die Kante des ersten Armes 27 des äußeren Winkelelementes abzudecken.
Die Innenfläche des Kopfes, die einen Vorsprung der planen Oberfläche des Schaftes in Kontakt mit der Glastafel darstellt, ist bogenförmig ausgebildet und durch die Spitze 41 begrenzt. Die dritte Oberfläche des dreieckigen Kopfes erstreckt sich zwischen dem Spitzen- 41 und dem Schwanzbereich 43 und kann von jeglicher angenehmer Form sein, die geeignet ist, mit den Elementen in Verbindung zu stehen. Eine bevorzugte Form umfaßt eine im wesentlichen flache Oberfläche, die einen Winkel von ca. 45º relativ zu der äußeren Oberfläche der Glastafel formt.
Im Falle des Anbringens des Deckrings gegen die Glastafel, bringt die Kraft, die durch die Tafel gegen des Deckrings bogenförmige Oberfläche 45 drückt, den Kopf zum leichten Drehen. Diese Drehung verspannt den Schwanzbereich 43 gegen die Kante des ersten Armes 27 des äußeren Winkelelementes, wobei eine wetterbeständige Dichtung geformt ist. Dies ist bedeutsam für das Verhindern von Feuchtigkeitseindringen in diesen Bereich, die Korrosion zur Folge hätte.
Der Fußbereich 39 des Deckrings begrenzt die Kante des Schaftes 35 gegenüberliegend dem Kopfbereich. Der Fußbereich ist angrenzend angeordnet an und angepaßt an die innere Oberfläche des Verbindungspunkts von dem ersten und zweiten Arm 25, 27 des äußeren Winkelelementes 23.
Der Deckring weist zusätzlich mindestens einen Kanal 47 auf, der sich entlang der gesamten Länge der Grenzfläche zwischen dem Deckring und dem ersten Arm 27 des äußeren Winkelelementes 23 erstreckt, sowie mindestens einen und bevorzugt zwei Kanäle 48 auf, die sich entlang der gesamten Länge der Grenzfläche zwischen dem Deckring und der äußeren Oberfläche der Glastafel erstrecken. Die Kanäle 47, 48 sind bevorzugt in die plane Oberfläche des Deckrings eingeformt und stellen einen Fließweg für jegliches Gas, das durch die Dichtung entlang der Kante der Tafel entweicht, bereit. Jedes austretende Gas wird zu dem Ende einer Kante des Rahmens geleitet, wo die Leckage durch eine geeignete Ausrüstung ermittelt werden kann.
Die Biosphäre 2 wird einen positiven Innendruck aufweisen, so daß jede Leckage von Gas vom Inneren der Struktur zum Äußeren erfolgen wird. Der Kanal in der Außenfläche des Deckrings würde jede Leckage zwischen dem äußeren Winkelelement und dem Silikondichtmittel 35 unterbinden. Der äußere Kanal 48 in der inneren Fläche des Deckrings würde jegliche Leckage entlang der äußeren Oberfläche des Glases verhindern. Der innere Kanal 48 in der inneren Fläche des Deckrings würde jegliche Leckage entlang der inneren Fläche des Glases und entlang der Kante der Glastafel unterbinden.
Die Verglasungsbauweise umfaßt ebenfalls ein im wesentlichen U-förmiges Verbindungselement 51, das auf dem Stützsteg 13 aufsitzt. Der Stützsteg weist einen Kantenrand 55 auf, der sich zwischen angrenzenden Glasplatten 10 und 11 erstreckt. Der Steg 13 ist bevorzugt aus Metall mit Wärmeausdehnungseigenschaften hergestellt, die ähnlich zu dem inneren und äußeren Winkelelement des Tafelrahmens sind, wie z.B. Stahl. Der Steg ist angeschweißt oder andersartig an ein rohrförmiges Element 54 angebracht. Das Rohrelement, der Steg und andere Tragstrukturen (nicht gezeigt) umfassen eine räumliche Stabwerksstruktur, welche gemeinsam die Verglasungsplatten trägt. Der Stegkantenrand 55 ist durch das Verbindungselement 51 abgedeckt. Das Verbindungselement ist bevorzugt aus Polypropylen, Polyethylen, Nylon oder anderen verformbaren Materialien mit der Eigenschaft hergestellt, daß sie widerstandsfähig gegen das Aufbringen von Klebemitteln und anderen Verbindungsmaterialien sind, und insbesondere widerstandsfähig gegen gute Adhäsion durch Silikondichtmittel sind, das zwischen die angrenzenden Rahmen aufgebracht ist. Bezugnehmend nun auf Fig. 4, umfaßt das Verbindungselement einen Kanalbereich 57 mit einem Basisteil 59 und zwei Seitenarmen 61. Das Verbindungselement umfaßt zusätzlich zwei Seitenbeine 63, welche sich auswärts von dem Basisteil 59 außerhalb der Seitenarme erstrecken. Die Seitenarme erstrecken sich rechtwinkelig von dem Basisteil annähernd parallel zu den Hauptoberflächen des Steges 53. Der Abstand zwischen den Seitenarmen ist an ihren Befestigungspunkten an dem Basisteil 59 etwas größer als an ihren Enden. Der Abstand zwischen den Seitenarmen und ihren Enden ist bevorzugt ein wenig kleiner als die Dicke des Steges, wodurch eine Preßfassung zwischen dem Stützelement und dem Steg erzeugt ist, wenn das Befestigungselement 51 mit dem Kantenrand 55 des Steges im Eingriff steht. Dieses unterstützt die Befestigung des Befestigungselementes an seinem Platz auf dem Steg während der Montage der Verglasung an der Stabwerkstruktur.
Die Seitenbeine 63 erstrecken sich anfänglich von dem Basisteil 59 nach außen, schwenken dann ungefähr um 90º und erstrecken sich ungefähr parallel zu den Hauptflächen der Stege 53. Jedes der Beine ist etwa sinusförmig im Querschnitt des Verbindungselementes. Die sinusförmigen Beine agieren als Federn, wenn die Rahmen auf den Steg montiert werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Seitenbeine etwas zusammengepreßt durch den Kontakt mit dem äußeren Winkelelement 23, wenn die Verglasungstateln an dem Verbindungselement 51 und dem Stützelement 13 angebracht werden. Der senkrechte Abstand zwischen jedem Rahmen und dem Steg beträgt ungefähr vier mm. Die Verbindungselementbeine erstrecken sich weiter als die von dem Steg. Dadurch, wenn eine Verglasungsplatte an der räumlichen Stabwerkstruktur angeordnet wird, trägt das Verbindungselement die Platte und verhindert deren Durchsacken zwischen die Stege. Die untere Kante des äußeren Winkelelementes winkelt sich in Richtung der Mitte der Platte ab, so daß die Platte mehr oder weniger in der Öffnung in der Stabwerkstruktur während der Installation zentriert ist.
Die Platte wird in den Raum zwischen den Stegen eingedrückt, wobei die Beine des Verbindungselementes gegen den jeweiligen Steg drücken. Der Abstand ist so, daß die Beine mit der Seite des Steges, sowie mit der Seite des äußeren Winkelelementes in Eingriff stehen. Die sinusförmigen Beine agieren deshalb als Federn, die die Platten zwischen den Stegen zentrieren. Deshalb stellt das Verbindungselement Funktionen zusätzlich zum Verhindern eines Anbindens an das Dichtmittel zwischen den Rahmen bereit. Sie stellen ebenfalls Reibung während der Installation der Platten bereit, zentrieren die Platten in den Öffnungen der Stabwerkstruktur und füllen Lücken, die einem Dichtmittel erlauben würden, zwischen den Steg und Rahmen einzudringen.
Mehrere Schrauben oder Nieten 65, die im Abstand durch das innere und äußere Winkelelement 21, 23 und den Stützsteg 13 angeordnet sind, verbinden die Glasplatten mit dem Stützsteg.
Wenn die zwei Verglasungstafeln mechanisch in ihrer Position auf dem Stützsteg 13 durch die Verwendung einer geeigneten Anzahl von Nieten gesichert sind, verbleibt dort ein Abstand zwischen dem äußeren -Winkelelement 23 der angrenzenden Rahmen oberhalb des Verbindungselementes 55. Dieser Abstand wird durch eine geeignete Menge von Naßdichtmaterial 67 gefüllt, das in den Raum über dem Verbindungselement eingebracht wird. Das Dichtmaterial umfaßt bevorzugt ein Silikonelastomer mit denselben Eigenschaften wie das Dichtmaterial, das zum Verbinden der Kantenränder des Glases mit dem inneren und äußeren Winkelelement verwendet wurde. Bevorzugterweise, wird das Dichtmittel in zwei Durchläufen aufgebracht, wobei in jedem etwa die Hälfte des Dichtmaterials aufgebracht wird. Die Zuverlässigkeit der Dichtung ist verbessert, weil es sehr unwahrscheinlich ist, daß Defekte in beiden Dichtmaterialschichten aufeinandertreffen würden und einen Leckweg durch die Verbindung bereitstellen.
Das Dichtmaterial kann in Kontakt mit dem Verbindungselement aushärten, jedoch, aufgrund der Eigenschaft des Materials des Verbindungselementes, ist keine oder nur eine minimale Adhäsion zwischen dem Verbindungselement und dem Dichtmaterial erzeugt. Dieses verhindert einen potentiellen Spannungspunkt für das Dichtmaterial, wenn dort eine Bewegung des Stützstegs relativ zu den Kantenrändern der Verglasungsplatten auftritt. Solche Bewegung kann durch Wärmeausdehnung, Winddruck, Erdbeben oder andere externe oder interne Kräfte verursacht werden. Das Ergebnis ist eine mechanisch sichere, wetterfeste, im wesentlichen luftdichte und relativ flexible Verbindung von jeder Verglasungsplatte mit dem Stützelement.
Fig. 5 ist eine Draufsicht der Innenseite einer Ecke von einer einzigen Verglasungsplatte, die die Anordnung des inneren und äußeren Winkelelementes 21, 23 an der Ecke der Platte darstellt, um sicherzustellen, daß Dichtmittel vollständig die Ecke ausfüllt, wobei ein potentieller störender Leckweg vermieden wird. Das innere und äußere Winkelelement 21, 23 weisen abgewinkelte Enden nahe der Ecke der Glastafel 15 auf. Die elastomeren Deckringe (nicht in Fig. 5 gezeigt) sind ebenfalls an den Enden abgewinkelt. Die Länge eines jeden Winkelelementes 21, 23 ist geringer als die Länge der Ecke 71 des Glases, so daß eine offene diagonale Lücke 73 an der Ecke zwischen den Enden der Winkelelemente 21, 23 gelassen wird.
Die Winkelelemente 21, 23 sind in einer fixierten Beziehung aneinander und dem Glas durch ein Eckenstützeleiwent 75 an den Winkelelementen 21, 23 durch Niete 77 oder Schrauben befestigt. Das Eckenstützelement weist zwei Beine 69, welche an die inneren Winkelelemente 21, 23 entlang der inneren Flächen unterhalb der Ebene des Glases angrenzen, und einen diagonalen Verbindungssteg 70 zwischen den Beinen auf. Der Winkel zwischen den Beinen in der dargestellten Ausführungsform beträgt 90º für einen rechteckigen Rahmen, kann aber auch einen spitzen oder stumpfen Winkel erfordern, um an die Form der Platte angepaßt zu sein. Zum Beispiel, erstrecken sich für das Verglasungssystem der Biosphäre 2-Struktur die Winkel der Eckenstützelemente im Bereich von 34º zu 134º zur Montage verschiedenster polygonaler Platten. Das Stützelement besteht aus Stahl mit Wärmeausdehnungseigenschaften ähnlich der der Winkelelemente 21, 23. Das Stützelement ist unterhalb des zweiten Armes des inneren Winkelelementes angeordnet, jedoch blockiert es nicht die offene Eckenlücke 73 zwischen den Enden der Winkelelemente 21, 23.
Der Raum zwischen den Enden der Winkelelemente 21, 23 ist mit einer Menge von Dichtmaterial 35 gefüllt, welches das Glas mit den Winkelelementen 21, 23 dichtend verbindet, wobei eine im wesentlichen luftdichte Dichtung zwischen den Glastateln und den Winkelelementen 21, 23 bereitgestellt ist. Weil die Ecke offen ist, kann das Dichtmittel das Volumen der Ecke vollständig ausfüllen. Wenn dieser offene Raum zwischen den Enden der Winkelelemente 21, 23 nicht vorhanden wäre, würde eine Blindecke zwischen den Winkelelementen 21, 23 entstehen, welche eine Luftblase umschließen könnte und das Dichtmittel am vollständigen Füllen hindert, wobei ein potenieller Leckweg durch die Platte verbleiben würde. Dieses verhindert Probleme, welche vermieden sind durch vollständiges Abdichten der Ecken, wo angrenzende Rahmenelemente miteinander verschweißt sind, zu der Ecke von einem langen Winkelelement gebogen sind, einen blockierenden Eckenverbinder aufweisen, oder ähnlichem.
Eine Platte wird durch Verbinden der äußeren Rahmenelemente an den Ecken mit den Stützelementen verbunden. Die Deckringe entlang der Kanten der Rahmen sind an ihrem Platz im äußeren Winkel durch ein Silikonklebemittel zementiert. Die Tafeln aus Glas oder anderem Verglasungsmaterial werdem dann angeordnet. Diese Montage wird umgekehrt ausgeführt, so daß das Gewicht des Glases die Vorrichtung in ihrer Position hält und den Kopf des Deckrings schwenkt. Der innere Winkel ist zeitweise in Position gehalten oder kann an dem äußeren Winkel befestigt sein. Eine Schicht von Silikondichtmittel wird dann in den Raum zwischen den Winkeln und dem Glas eingebracht. Etwa die Hälfte des Dichtmittels wird eingebracht und mindestens teilweise ausgehärtet. Der zweite Teil des Dichtmittels wird in einem zweiten Durchgang eingebracht, so daß keine Poren in dem Dichtmittel der beiden Schichten zueinander ausgerichtet sind und eine sichere Dichtung bereitgestellt ist.
Bevor das Dichtmittel aufgebracht wird, wird ein "Stopfen" in einem Bereich der offenen Ecke plaziert, so daß das Ende des Deckrings abgedeckt ist und Dichtmittel nicht in die Kanäle des Deckrings eindringt. Die Kanäle in dem Deckring können dann an jeder Ecke des Rahmens zum Entnehmen von Gasproben zur Leckageermittlung zugänglich sein. Nach der Montage und Abdichtung kann jede Platte auf Dichtigkeit geprüft werden durch Aufbringen eines angemessenen Druckes von Argon oder ähnlichem auf die Innenseite der Platte. Ein Argon-empfindlicher Leckagedetektor wird dann verwendet zum Ermitteln jeglicher Leckage in den Kanälen. Das Tal, das in jeder Eckenlücke verbleibt, wenn der Stopfen entfernt wird, stellt ebenfalls einen Wasserablaufweg durch den äußeren Arm des äußeren Winkelelementes bereit, so daß Wasser nicht übermäßig horizontale Verglasungsplatten bedeckt.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Eckenverbindung, wo vier Platten mit einem anderen als einem rechten Winkel zusammenstoßen. Solche Platten können dreieckig sein oder andere polygonale Formen aufweisen. An solchen Eckenverbindungen weist ein Paar von Verglasungsplatten 80 stumpfe Winkel in den Ecken auf und miteinander bef estigte Platten 81 weisen spitze Winkel in den Ecken auf. Die Rahmenwinkelelemente 82 um die Glastafeln der Platten sind abgewinkelt in der Nähe der Ecken mit einer Lücke 83 zwischen den Enden der angrenzenden Rahmenwinkelelemente zum sicheren Einführen von Dichtmittel, wenn die Platten hergestellt werden. Die Enden der Winkelelemente sind an den Ecken miteinander verbunden durch Brückenstützelemente (nicht gezeigt) ähnlich den Stützelementen 75, wie in Fig. 5 gezeigt. Der Raum 84 zwischen angrenzenden Platten, einschließlich des zentralen Raums in der Eckenverbindung, ist mit einem naßformbaren Dichtmittel zum dichten aneinander Anordnen der Platten gefüllt.
In anderen Ausführungsbeispielen, wo angrenzende Platten nicht in der selben Ebene angeordnet sind, sind spezielle Kantenverbindungselemente mit den Tragstegen verschraubt oder vernietet, um eine Fläche normal zu der Ebene der Verglasungsplatte, an welcher die Rahmenwinkelelemente angebracht sein können, bereitzustellen. Zum Beispiel, zeigt Fig. 7 etwas schematisch eine Verbindungsanordnung, wo angrenzende Platten 86 nicht auf einer gemeinsamen Ebene liegen. Ein Paar von Kantenverbindungselementen 87 sind an einen Stützsteg 88 an der Stabwerkstruktur angenietet. Verschiedene andere Formen von Kantenverbindungselementen sind geeignet, abhängig davon, ob die Kreuzungsstelle der Tafeln "konkav" oder "konvex" ist und von den relativen Winkeln. Ebenfalls können speziell geformte Verbindungselemente, Lückenfüller und Eckenteile verwendet werden für solche Kanten, wo die Verglasungsplatten nicht in einer Ebene liegen.
Von der vorhergehenden Beschreibung wird es erkannt werden, daß diese Erfindung ein Niedrigleckage-Verglasungssystem bereitstellt, das geeignet ist zur Verwendung bei räumlichen Stabwerkstrukturen. Diese sind dargestellte Ausführungsformen der Erfindung, welche nicht einen erschöpfenden Katalog von allen Formen der baulichen und produzierbaren Ausführungsformen dieser Erfindung bereitstellen können.

Claims

1. Verglasungsbauweise umfassend:

mindenstens ein Paar angrenzender Verglasungsplatten, wobei jede Verglasungsplatte eine Tafel (15) aus Verglasungsmaterial und einen umgebenden Metallrahmen umfaßt;

ein Stützelement (53) zwischen den Platten, das mit dem Rahmen der Platten verbunden ist,

gekennzeichnet durch weiterhin umfassend:

ein im wesentlichen U-förmiges Verbindungselement (51) , das auf dem Stützelement (53) aufsitzt; und

eine Menge von Naßdichtmaterial (67) angrenzend dem Verbindungselement (51), das zwischen dem Metallrahmen der angrenzenden Verglasungsplatten angebracht ist, wobei das Verbindungselement (51) aus einem Material geformt ist, welches nicht durch das Dichtmaterial (67) benetzt ist, so daß Dichtmaterial (67) eine im wesentlichen luftdichte Dichtung zwischen den Platten formt, ohne mit dem Verbindungselement (51) verbunden zu sein.

2. Eine Verglasungsbauweise aus Anspruch 1, worin das Verbindungselement (51) umfaßt:

ein inneres Armpaar (61) , das mit einer Kante (55) des Stützelements (53) zum zumindest zeitweise sichern des Verbindungselements (51) auf dem Stützelement (53) im Eingriff steht; und

ein äußeres Beinpaar (63) zwischen dem Stützelement (53) und dem angrenzenden Rahmen.

3. Eine Verglasungsbauweise nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin die äußeren Beine (63) des Verbinungselements (51) sinusförmig im Querschnitt ausgebildet sind.

4. Eine Verglasungsbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jedes äußere Bein (73) des Verbindungselements (51) elastisch zwischen dem Stützelement (53) und dem angrenzenden Rahmen zum Vorspannen der Rahmen weg von dem Stützelement (53) im Eingriff steht.

5. Eine Verglasungsbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die zwei neren Arme (61) sich in einem Winkel einander nähern, so daß der Abstand zwischen den Armen (61) an ihren Enden kleiner ist, als der an ihrem Fuß, wo die Arme (6l) mit dem U- förmigen Element (51) verbunden sind, wobei der Abstand zwischen den Armen (61) an ihren Enden auch ausreichend kleiner ist, als die Breite des Stützelementes (53), um eine Presspassung zu erzeugen, wenn das Verbindungselement (51) mit dem Stützelement (53) im Eingriff steht.

6. Eine Verglasungsbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jede von den Platten umfaßt:

eine Tafel (15) aus Verglasungsmaterial mit einer gefasten Kante, einer Innenfläche und einer Außenfläche;

ein inneres und ein äußeres Winkelelement (21,23) entlang der gefasten Kante der Tafel (15), wobei ein erster Arm (25) des inneren Winkelelements (24) nahe der Innenfläche der Tafel (15) angeordnet ist, wobei ein zweiter Arm (27) des äußeren Winkelelements (23) nahe der Außenfläche der Tafel (15) angeordnet ist, wobei ein zweiter Arm (29) des inneren Winkelelements (21) und ein zweiter Arm (31) des äußeren Winkelelements (23) miteinander verbunden sind; und

eine Menge von eleastischem Dichtmateria1 (35), das zwischen den Tafeln (15) und den Winkele1ementen (21, 23) angebracht ist und eine im wesentlichen luftdichte Dichtung dazwischen formt.

7. Eine Verglasungsbauweise nach Anspruch 6, worin jede Platte weiterhin umfaßt:

eine Einrichtung (47,48) zum Ableiten von Gas, das zwischen den Tafeln (15) und den Winkelelementen (21, 23) auf ein Ende von einem der Winkelelemente (21,23) zuströmt.

8. Eine Verglasungsbauweise nach einem der Ansprüche 6 oder 7, die weiterhin einen Deckring (33) umfaßt, der zwischen und in Berührung mit der äußeren Oberfläche der Tafel (15) und dem äußeren Winkelelement (23) angeordnet ist, wobei der Deckring (33) im Querschnitt umf aßt:

einen Schaftbereich (35) mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen, wobei die Hauptflächen sich entlang der Kante der Tafel (15) in einer Flächenanlage-Beziehung entsprechend mit dem äußeren Winkelelement (23) und der Außenfläche von der Tafel (15) erstrecken;

einen Kopfbereich (37) mit Spitzen- (41) und Schwanzbereich (43), die sich von dem Schaft (35) weg in Richtung der Mitte der Tafel (15) erstrecken, wobei der Schwanzbereich (43) den Schaft (35) begrenzt und sich seitlich von der ersten Hauptfläche weg erstreckt, so daß das Ende des Schwanzes (43) die Kante des ersten Arms (27) von dem äußeren Winkelelement (23) abdeckt, wobei der Kopfbereich (37) zusätzlich eine bogenförmige Fläche aufweist, die sich zwischen dem Bereich des Schwanzbereiches (43), der die zweite Oberfläche des Schaftes (35) und der Spitze (4l), erstreckt, so daß, wenn die bogenförmige Fläche so hergestellt ist, um an die Außenfläche der Tafel (15) angepaßt zu sein, sich der Kopfbereich (37) dreht und das Ende von dem Schwanzbereich (43) gegen die Kante des ersten Arms (27) des äußeren Winkelelements (23) verspannt wird; und

einen Fußbereich (39) an dem anderen Ende des Schafts (35) von dem Kopf (37), wobei der Fußbereich (39) angrenzend an die Innenfläche angeordnet ist und bereitgestellt ist, um an die Innenfläche des Stoßbereiches von dem ersten und zweiten Arm (27, 31) des äußeren Winkelelements angepaßt zu sein.

9. Eine Verglasungsbauweise nach Anspruch 8, worin die Gasleiteinrichtung (47,48) mindestens zwei Kanäle umfaßt, die sich entlang der Länge des Deckrings (33) erstrecken, wobei der erste Kanal (48) in der Grenzfläche zwischen dem Deckring (33) und der Außenoberfläche von der Tafel (15) angeordnet ist, und wobei der zweite Kanal (47) in der Grenzfläche zwischen dem Deckring (33) und dem äußeren Winkelelement (23) angeordnet ist.

10. Eine Verglasungsbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Metallrahmen von jeder Platte

gekennzeichnet ist durch:

Metallrahmenelemente (21, 23), die sich entlang der Kante der Tafel (15) aus Verglasungsmaterial erstrecken, wobei mindestens eines der Elemente mit einer Länge von weniger als die Länge der Kante (71) der Tafel (15) versehen ist, wobei eine offene Lücke (73) zwischen den Enden der Elemente (21, 23) an jeder Ecke der Platten belassen wird;

eine Einrichtung (75) zum Verbinden der Enden von den Rahmenelementen (21, 23) miteinander an jeder Ecke ohne die offene Lücke (73) zu verschließen, und

ein elastisches Naßdichtmittel, das den Raum zwischen den Rahmenelementen (21, 23) und der Kante der Tafel (15) ausfüllt, wobei das Füllen der Lücke (73) an jeder Ecke der Platte miteingeschlossen ist.

11. Eine Verglasungsbauweise nach Anspruch 10, worin die Enden der Metallrahmenelemente (21, 23) in einem Winkel zueinander angeordnet sind und die Lücke (73) zwischen den Enden der Elemente (21, 23) sich diagonal erstreckt.

12. Eine Verglasungsbauweise nach Anspruch 10, worin jede Platte eine ausreichende Öffnung an der Eckenlücke (73) des Rahmens zum Aufnehmen einer Gasprobe von dem Ende eines jeden Ermittlungskanals (47, 48) umfaßt.

13. Eine Verglasungsbauweise nach einem der Ansprüche 10 oder 11, worin der elastische Deckring (33) einen im wesentlichen dreieckigen Kopfbereich (37) aufweist.

14. Eine Verglasungsbauweise nach einem der Ansprüche 10 bis 13, worin die Beine (63) des Verbindungselements (51) sinusförmig im Querschnitt zum elastischen Verbinden der Rahmen und einer Seite des Stützelementes (53) sind.