DE69821617T2

DE69821617T2 - Dreidimensionale isometrische gitterträgerkonstruktion

Info

Publication number: DE69821617T2
Application number: DE69821617T
Authority: DE
Inventors: R. Larry FRANCOM; W. David JENSEN
Original assignee: Brigham Young University
Current assignee: Brigham Young University
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: KR20010006246A; PL336144A1; JP3802569B2; AU7112598A; KR100383393B1; JP2001519879A; EP0986685A1; CN1259186A; EP0986685B1; CN1125224C; DE69821617D1; UA64747C2; WO1998045556A1; CA2285980A1; EP0986685A4; RU2176010C2; HK1029383A1; US5921048A; BR9809756A; CA2285980C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensionales Bauelement mit einer verbesserten Tragfähigkeit pro Masseneinheit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauelement mit einer Vielzahl von wendelförmigen Komponenten, die um eine Längsachse herumgewickelt sind, wobei die Komponenten gerade Segmente, die mit ihren Enden starr verbunden sind, umfassen.
2. Stand der Technik
Das Streben nach in baulicher Hinsicht effizienten Konstruktionen in den Bereichen Bauwesen, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrt ist eine ständig andauernde Suche. Eine effiziente Gitterkonstruktion ist eine, die eine hohe Festigkeit im Verhältnis zu ihrem Gewicht und/oder eine hohe Steifigkeit im Verhältnis zu ihrem Gewicht aufweist. Eine effiziente Gitterkonstruktion kann auch dahingehend beschrieben werden, dass sie relativ preiswert, leicht herzustellen und zusammenzubauen ist und kein Material verschwendet.
Gitter sind typischennreise feststehende, voll verspannte Konstruktionen zum Tragen von Lasten. Sie bestehen aus geraden Teilen, die an den Stoßstellen an den Enden der Teile verbunden sind. Die Teile sind Zwei-Kräfte-Elemente, wobei die Kräfte in Längsrichtung des Teils verlaufen. Zwei-Kräfte-Elemente können nur axiale Kräfte aufbringen, wie zum Beispiel Zug- und Druckkräfte in diesem Teil. Gitter werden oft bei der Errichtung von Brücken und Bauwerken verwendet. Gitter sind so ausgestaltet, dass sie in der Ebene des Gitters wirkende Lasten tragen. Aus diesem Grund werden Gitter oft als zweidimensionale Strukturen behandelt und analysiert. Das einfachste zweidimensionale Gitter besteht aus drei Teilen, die an ihren Enden verbunden sind, um ein Dreieck zu bilden. Indem dieser Struktur anschließend jeweils zwei weitere Teile und eine neue Verbindung hinzugefügt werden, können größere Konstruktionen erzielt werden.
Das einfachste dreidimensionale Gitter besteht aus sechs Teilen, die an ihren Enden verbunden sind, um ein Tetraeder zu bilden. Durch anschließendes Hinzufügen von drei Teilen zu diesem Tetraeder und einer neuen Verbindung können größere Konstruktionen erzielt werden. Diese dreidimensionale Struktur ist als Raumgitter bekannt.
Rahmen sind im Vergleich zu Gittern ebenfalls feststehende voll verspannte Konstruktionen, haben jedoch mindestens ein Multi-Kraft-Element mit einer Kraft, die nicht in Längsrichtung des Teils gerichtet ist. Maschinen sind Konstruktionen, die bewegliche Teile umfassen und vorgesehen sind, um Kräfte zu übertragen und zu modifizieren. Maschinen enthalten genau wie Rahmen mindestens ein Multi-Kraft-Element. Ein Multi-Kraft-Element kann nicht nur Zug- und Druckkräfte sondern auch Scher- und Biegekräfte erzeugen.
Traditionelle Baukonstruktionen wurden auf ein- oder zweidimensionale Analysen beschränkt, um einer einzigen Art von Belastung zu widerstehen. Beispielsweise sind I-Träger optimal, um Biegekräften zu widerstehen und Rohre sind optimal, um Drehkräften zu widerstehen. Das Beschränken der Konstruktionsanalyse auf zwei Dimensionen vereinfacht den Konstruktionsprozess, vernachlässigt jedoch kombinierte Belastungen. Eine dreidimensionale Analyse ist schwierig, da es Schwierigkeiten beim Planen und Berechnen von dreidimensionalen Belastungen und Konstruktionen gibt. In der Realität müssen viele Konstruktionen in der Lage sein, vielfachen Belastungen standzuhalten. Es werden jetzt Computer verwendet, um komplexere Konstruktionen zu entwickeln.
In den letzten 20 Jahren wurden für viele Arten von Anwendungen fortschrittliche aus Zusammensetzungen bestehende Konstruktionen verwendet. Eine typische fortschrittliche Zusammensetzung besteht aus einem Verbundwerkstoff, der mit kontinuierlichen, hochfesten, hochsteifen ausgerichteten Fasern verstärkt ist. Die Fasern können so ausgerichtet sein, dass sie vorteilhafte Festigkeit und Versteifung in den gewünschten Richtungen und Ebenen ermöglichen. Eine richtig konstruierte aus Verbundstoff bestehende Konstruktion hat im Vergleich zu ähnlichen Metallkonstruktionen verschiedene Vorteile. Der Verbundwerkstoff kann erheblich bessere Verhältnisse von Festigkeit zu Gewicht und Steifheit zu Gewicht aufweisen, was zu leichteren Konstruktionen führt. Herstellungsverfahren wie zum Beispiel Präzisionswickelverfahren wurden verwendet, um eine Konstruktion wie beispielsweise einen Behälter oder eine Säule wesentlich schneller herzustellen, als dies bei einer Fertigung aus Metall möglich ist. Ein Verbundwerkstoff kann typischerweise durch die Vorteile der Flexibilität bei der Herstellung verschiedene Metallkomponenten ersetzen.
Das am 30. Januar 1979 herausgegebene US-Patent 4,137,354 von Mayes et al. offenbart eine zylindrische "Iso-Gitter"-Konstruktion mit sich wiederholenden isometrischen Dreiecken, die durch axiales und wendelförmiges Wickeln von Fasern erzeugt wurden. Das Gitter ist jedoch rohrförmig anstatt flach oder gerade. Mit anderen Worten: die Teile sind gebogen. Dies verringert die Knickfestigkeit der Teile im Vergleich zu einem geraden Teil.
Es ist daher von Vorteil, ein Bauelement zu entwickeln, das eine verbesserte Tragfähigkeit pro Masseneinheit aufweist und das in der Lage ist, den verschiedensten Belastungen zu widerstehen.
AUFGABEN UND ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dreidimensionales Bauelement mit einer verbesserten Tragfähigkeit pro Masseneinheit zu schaffen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement zu schaffen, das in der Lage ist, den verschiedensten Belastungen zu widerstehen.
Es ist ferner eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement zu schaffen, das für die Verstärkung von Beton geeignet ist.
Es ist ferner eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement zu schaffen, das für bauliche Anwendungsgebiete geeignet ist, wie zum Beispiel Träger, Ausleger, Stützen, Säulen, Spannelemente usw.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement zu schaffen, das für architektonische Anwendungen geeignet ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bauelement zu schaffen, das für mechanische Anwendungen, wie beispielsweise Antriebswellen, geeignet ist.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch ein Bauelement gemäß Anspruch 1 realisiert, das eine Vielzahl von wendelförmigen Bauteilen aufweist, die um eine Längsachse herumgewickelt sind. Die wendelförmigen Bauteile besitzen gerade Segmente, die mit ihren Enden starr zu einer wendelförmigen Konstruktion verbunden sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Bauelement wenigstens zwölf wendelförmige Bauteile. Wenigstens drei der wendelförmigen Bauteile sind in einer Richtung um die Achse herumgewickelt, während wenigstens drei andere gegenläufig wendelförmige Bauteile in der entgegengesetzten Richtung herumgewickelt sind. Die ersten wenigstens drei wendelförmigen Bauteile haben die gleiche Winkelausrichtung und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die gegenläufig wendelförmigen Bauteile sind in ähnlicher Weise angeordnet, jedoch mit einer entgegengesetzten Winkelausrichtung. Die Bauteile kreuzen sich an äußeren Knotenpunkten am Umfang des Bauelements und an inneren Knotenpunkten. Von der Achse aus gesehen erscheinen die geraden Segmente der Bauteile als Dreiecke. Die restlichen sechs Bauteile sind so wie die ersten sechs Bauteile angeordnet, jedoch sind sie gegenüber den ersten sechs Bauteilen gedreht. Von der Achse aus gesehen hat das Bauelement die Form von zwei Dreiecken, wobei das eine Dreieck gegenüber dem anderen Dreieck gedreht ist, oder von einem sechszackigen Stern. Das Bauteil hat auch das Aussehen einer Vielzahl von Dreiecken, die im Abstand von der Achse um den Umfang des Bauelements herum angeordnet sind und im Inneren des Bauelements ein Vieleck bilden. Die Bauteile kreuzen sich, um äußere und innere Knotenpunkte zu bilden. In dieser Ausführungsform haben alle Bauteile eine gemeinsame Achse.
Zu dieser Konstruktion können zusätzliche Teile hinzugefügt werden. Innere axiale Teile kreuzen die Bauteile an inneren Knotenpunkten und erstrecken sich parallel zu der Achse. Äußere axiale Teile kreuzen die Bauteile an äußeren Knotenpunkten und erstrecken sich ebenfalls parallel zu der Achse. Umfangsteile erstrecken sich zwischen benachbarten Knotenpunkten senkrecht zu der Achse. Diagonale Umfangsteile erstrecken sich zwischen äußeren Knotenpunkten in einer Diagonalen relativ zur Achse.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden drei gerade Segmente ein wendelförmiges Bauteil und machen eine einzige Umdrehung um die Achse, wodurch das Bild eines Dreiecks entsteht, wenn man in Längsrichtung der Achse blickt. Alternativ kann das wendelförmige Bauteil zusätzliche Segmente aufweisen und das Bild eines anderen Vielecks zeigen, wenn man in Längsrichtung der Achse blickt. Bei einer alternativen Ausführungsform bilden vierundzwanzig wendelförmige Bauteile das Bild von zwei Sechsecken, wobei das eine gegenüber dem zweiten gedreht ist, wenn es von der Achse aus betrachtet wird. Sechs wendelförmige Bauteile sind in die eine Richtung gewickelt, während sechs andere, gegenläufig wendelförmige Bauteile in die andere Richtung gewickelt sind. Die restlichen zwölf Bauteile sind ähnlich ausgebildet, und nur gegenüber den ersten zwölf Bauteilen verdreht.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform hat ein Trägerteil eine ähnliche Konstruktion wie die bevorzugte Ausführungsform, jedoch ist die Achse der ersten sechs Bauteile relativ zu der der zweiten sechs Bauteilen versetzt.
Obwohl das Bauteil aus jedem beliebigen Material gefertigt werden kann, ist die wendelförmige Ausbildung für Verbundwerkstoffe gut geeignet.
Die Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements gemäß Anspruch 16 realisiert. Die Fasern können um einen Formkern gewickelt werden, der den wendelförmigen Formen des Bauelements entspricht. Dies erhöht die Stärke des Bauelements, da die Segmente eines Bauteils aus einer kontinuierlichen Faser geformt werden.
Zwei oder mehr Bauelements können verbunden werden, indem die Bauelemente an Knotenpunkten aneinander gefügt werden. Zusätzlich kann das Bauelement mit einem Material bedeckt werden, das ihm das Aussehen einer soliden Konstruktion verschafft oder das Bauelement oder seinen Inhalt schützt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und alternative Aspekte der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann durch das Studium der folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Endansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Vorderansicht eines Bauelements der vorliegenden Erfindung mit einer einzelnen hervorgehobenen Wendel.
6 ist eine Seitenansicht eines Bauelements der vorliegenden Erfindung mit einer einzelnen hervorgehobenen Wendel.
7 ist eine perspektivische Ansicht des prinzipiellen Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform des Bauelements der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine perspektivische Ansicht des prinzipiellen Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform des Bauelements der vorliegenden Erfindung mit einer zusätzlichen Wendel.
9 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Bauelements der vorliegenden Erfindung mit drei wendelförmigen Bauteilen und einem hervorgehobenen gegenläufig wendelförmigen Bauteil.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Bauelements der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Endansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Endansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Endansicht einer alternativen Ausführungsform eines Bauelements der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine perspektivische Ansicht von zwei Bauelementen in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die miteinander verbunden sind.
22 ist eine Seitenansicht von zwei Bauelementen in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die miteinander verbunden sind.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Jetzt wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen die verschiedenen Elemente der vorliegenden Erfindung Ziffernbezeichnungen erhalten haben und in denen die Erfindung erläutert wird, um es einem Fachmann zu ermöglichen, von der Erfindung Gebrauch zu machen.
Wie in den 1–4 dargestellt ist, wird ein Bauelement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Bauelement 10 ist ein dreidimensionales Gitter oder ein räumlicher Rahmen. Das Bauelement 10 ist aus einer Vielzahl von Elementen oder Teilen 12 zusammengesetzt, die in einem sich wiederholenden Muster entlang der Längsachse 14 des Bauelements 10 angeordnet sind.
Zwei oder mehr einzelne Elemente 12 sind an Verbindungsstellen 16 verbunden oder kreuzen sich dort. Die Elemente 12 können starr verbunden oder elastisch verbunden sein oder sich an den Verbindungsstellen 16 einfach kreuzen. Dort, wo sich kreuzende Elemente verbunden sind, wird ein Knotenpunkt gebildet. Ein äußerer Knotenpunkt 18 wird dort gebildet, wo die sich kreuzenden Elemente 12 am Umfang des Bauelements 10 treffen. Ein innerer Knotenpunkt 20 wird dort gebildet, wo die sich kreuzenden Elemente 12 im Inneren des Bauelements 10 treffen.
Durch eine sich wiederholende Einheit oder ein Muster, gesehen in Richtung der Längsachse 14, wird ein Fach 22 gebildet. Ein Fach 22 umfasst ein einzelnes Muster, das von den Elementen 12 gebildet wird. Das Bauelement 10 kann jede beliebige Anzahl von Fächern 22 aufweisen. Zusätzlich kann die Länge des Fachs 22 variiert werden.
Durch eine Ebene, die von zwei entsprechenden Elementen 12 eines Tetraeders und eine Ebene, die von zwei gegenüberliegenden Elementen des gleichen Tetraeders gebildet wird, wird ein innerer Winkel 24 geformt.
Die Konstruktion und die Geometrie der bevorzugten Ausführungsform des Bauelements 10 kann auf verschiedene Arten beschrieben werden. Das sich wiederholende Muster kann als eine Anzahl von Dreiecken oder Tetraedern beschrieben werden. Die Dreiecke und Tetraeder haben verschiedene Größen, wobei kleinere Dreiecke und Tetraeder mit größeren Dreiecken und Tetraedern gemischt sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Bauelements 10 werden die Dreiecke oder Tetraeder durch Ebenen gebildet, die einen inneren Winkel von 60 Grad haben. Der innere Winkel kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungszweck variiert werden. Es wird angenommen, dass ein innerer Winkel von 60 Grad optimal für eine Vielzahl von Belastungen ist. Es wird ebenfalls angenommen, dass ein innerer Winkel von 45 Grad für Anwendungen unter Verdrehbelastung gut geeignet ist.
Das Bauelement 10 der bevorzugten Ausführungsform kann aus zwei imaginären rohrförmigen Teilen mit dreieckigem Querschnitt, die sich überlagern, um ein einziges imaginäres rohrförmiges Teil mit dem Querschnitt eines sechszackigen Sterns zu bilden, konzipiert werden, wie in 2 gezeigt ist. Oder das Bauelement 10 hat, bei einer Blickrichtung vom Ende oder entlang der Längsachse 14, das Aussehen einer Vielzahl von Dreiecken, die im Abstand von der Achse 14 angeordnet und an einem Umfang ausgerichtet sind, um ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem vieleckigen Querschnitt im Inneren des Bauelements 10 zu bilden. Im Fall der bevorzugten Ausführungsform sind sechs gleichseitige Dreiecke im Abstand um die Längsachse angeordnet, um ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem sechseckigen Querschnitt im Inneren des Bauelements 10 zu bilden.
Bei einer Blickrichtung vom Ende oder entlang der Längsachse 14 ist es zusätzlich möglich, sechs Ebenen zu definieren, die parallel zu der Achse 14 sind. Die Ebenen erstrecken sich zwischen bestimmten äußeren Knotenpunkten 18 bei einer Konstruktion als sechszackiger Stern. Die Ebenen sind in 60-Grad-Intervallen um die Achse 14 herum angeordnet.
Weiterhin wird innerhalb des Fachs 22 ein Ring aus dreieckigen Gittern gebildet, von denen angenommen wird, dass sie starke bauliche Eigenschaften besitzen. Dieser Ring aus dreieckigen Gittern umgibt das Innere des Bauelements 10 in der Mitte des Fachs, wie in den 1, 3 und 4 gezeigt ist. Es wird angenommen, dass diese Stärke durch eine größere Anzahl von Verbindungsstellen hervorgerufen wird.
Weiterhin kann das Bauelement 10 der bevorzugten Ausführungsform als eine Vielzahl von wendelförmigen Bauteilen 30 konzipiert und beschrieben werden, die um die Längsachse 14 herumgewickelt sind und gerade Segmente 32 aufweisen, die die Elemente 12 des Bauelements 10 bilden. Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ist ein einzelnes wendelförmiges Bauteil 30 hervorgehoben. Das wendelförmige Bauteil 30 bildet beim Herumwickeln um die Achse 14 wenigstens drei gerade Segmente 32. Das wendelförmige Bauteil 30 kann sich unbegrenzt fortsetzen und jede beliebige Anzahl von geraden Segmenten 32 bilden. Die geraden Segmente 32 sind in einem Winkel relativ zur Achse 14 ausgerichtet. Die geraden Segmente 32 sind an ihren Enden starr zu einer wendelförmigen Konstruktion verbunden.
Wie in der 7 dargestellt ist, hat die Grundkonstruktion 40 des Bauelements 10 der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wenigstens zwei wendelförmige Bauteile 42 und wenigstes zwei gegenläufig wendelförmige Bauteile 44, die um die Achse 14 herumgewickelt sind. Die wendelförmigen Bauteile 42 sind um die Achse 14 in einer Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, herumgewickelt, während die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 42 in der entgegen gesetzten Richtung, beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, um die Achse 14 herumgewickelt sind. Jedes wendelförmige Bauteil 42 und 44 bildet gerade Segmente 32. Die geraden Segmente der wendelförmigen Bauteile 42 haben eine gemeinsame Winkelausrichtung und eine gemeinsame Achse 14. Die geraden Segmente des gegenläufig wendelförmigen Bauteils 44 haben eine den Segmenten des wendelförmigen Bauteils 42 ähnliche wendelförmige Konstruktion, jedoch mit einer entgegen gesetzten Winkelausrichtung. Diese Grundkonstruktion 40 erscheint als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit dreieckigem Querschnitt, wenn sie vom Ende oder in Richtung der Achse 14 betrachtet wird.
Das gegenläufig wendelförmige Bauteil 44 kreuzt die beiden wendelförmigen Bauteile 42 an äußeren Knotenpunkten 18 und inneren Knotenpunkten 20. Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden die Knotenpunkte 18 und 20 starre Verbindungen oder sind starr befestigt.
Wie in der 8, aufbauend auf der oben beschriebenen Grundkonstruktion 40 der 7, dargestellt ist, besitzt eine verbesserte Grundkonstruktion 50 des Bauelements 10 drei wendelförmige Bauteile 42 und wenigstens ein gegenläufig wendelförmiges Bauteil 44. Die geraden Segmente 32 der drei wendelförmigen Bauteile 42 haben eine gemeinsame Winkelausrichtung und eine gemeinsame Achse 14 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Unter Bezugnahme auf die 9 ist diese verbesserte Grundkonstruktion 50 aus drei wendelförmigen Bauteilen 42 und einem gegenläufig wendelförmigen Bauteil 44 am Bauelement 10 der bevorzugten Ausführungsform hervorgehoben dargestellt.
Wie in der 1 gezeigt ist, hat das Bauelement 10 in der bevorzugten Ausführungsform eine Vielzahl von wendelförmigen Bauteilen 60: drei wendelförmige Bauteile 62, drei gegenläufig wendelförmige Bauteile 64, drei gedrehte wendelförmige Bauteile 66 und drei gedrehte gegenläufig wendelförmige Bauteile 68. Somit hat das Bauelement 10 eine Gesamtzahl von zwölf wendelförmigen Bauteilen 60 in der bevorzugten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben wurde, haben die geraden Segmente der drei wendelförmigen Bauteile 62 eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame Achse 14 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. In ähnlicher Weise haben die Segmente der drei gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame Achse 14 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die geraden Segmente der drei gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 haben jedoch eine Winkelausrichtung, die der Winkelausrichtung der Segmente der drei wendelförmigen Bauteile 62 entgegengesetzt ist. Auch diese Konstruktion erscheint, wenn man sie vom Ende oder in Richtung der Achse 14 betrachtet, als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem dreieckigen Querschnitt, wie in 2 gezeigt ist.
Die geraden Segmente der drei gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 haben wie die wendelförmigen Bauteile 62 eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame Achse 14 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die Segmente der drei gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 haben, wie die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame Achse 14 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die geraden Segmente der drei gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 haben jedoch eine Winkelausrichtung, die der Winkelausrichtung der Segmente der drei gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 entgegengesetzt ist.
Die gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 und die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 sind gegenüber den wendelförmigen Bauteile 62 und den gegenläufig wendelförmigen Bauteilen 64 gedreht. Mit anderen Worten erscheint diese Konstruktion, wenn sie vom Ende oder in Richtung der Achse 14 betrachtet wird, als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem dreieckigen Querschnitt, ist jedoch gegenüber dem imaginären rohrförmigen Teil, der von den wendelförmigen und den gegenläufig wendelförmigen Bauteilen 62 und 64 gebildet wird, gedreht, wie in 2 dargestellt ist. Zusammen erscheinen die wendelförmigen, gegenläufig wendelförmigen, gedreht wendelförmigen und gedreht gegenläufig wendelförmigen Bauteile als imaginäres rohrförmiges Teil mit dem Querschnitt eines sechszackigen Sterns bei einer Betrachtung von der Achse 14 aus, wie in 2 gezeigt ist.
Die wendelförmigen Bauteile 62 kreuzen die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 an äußeren Knotenpunkten 18. In ähnlicher Weise kreuzen die gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 an äußeren Knotenpunkten 18.
Die wendelförmigen Bauteile 62 kreuzen die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 an inneren Knotenpunkten 20. In ähnlicher Weise kreuzen die gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 an inneren Knotenpunkten 20.
Die wendelförmigen Bauteile 62 und die gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 kreuzen sich nicht. Die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 und die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 kreuzen sich ebenfalls nicht.
Zusätzlich zu der Vielzahl von wendelförmigen Teilen 60 hat die bevorzugte Ausführungsform des Bauelements 10 auch sechs innere axiale Bauteile 70, die im Inneren des Bauelements 10 angeordnet sind und die Vielzahl von wendelförmigen Teilen 60 an inneren Knotenpunkten 20 kreuzen. Die axialen Bauteile 70 erstrecken sich parallel zu der Längsachse 14.
Die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 kreuzen die wendelförmigen Bauteile 62 an äußeren Knotenpunkten 18 und die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 kreuzen die gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 an äußeren Knotenpunkten 18. Die äußeren Knotenpunkte 18 bilden die Spitzen des sechszackigen Sterns bei einer Betrachtung von der Achse 14 aus, wie in 2 gezeigt ist.
Die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 64 kreuzen die gedrehten wendelförmigen Bauteile 66 an inneren Knotenpunkten 20 und die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 68 kreuzen die wendelförmigen Bauteile 62 an inneren Knotenpunkten 20. Diese inneren Knotenpunkte 20 bilden die Spitzen des Sechsecks bei einer Betrachtung von der Achse 14 aus, wie in 2 gezeigt ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden die äußeren und inneren Knotenpunkte 18 und 20 starre Verbindungen oder die Bauteile sind starr aneinander befestigt. Zusätzlich sind die axialen Bauteile 70 an den inneren Knotenpunkten 20 starr mit den Bauteilen verbunden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Bauteile aus einem Verbundmaterial hergestellt. Die wendelförmige Konstruk tion des Bauelements 10 macht es für eine Verbundkonstruktion besonders gut geeignet. Die Bauteile werden miteinander verbunden, wenn die Fasern der verschiedenen Bauteile einander überlappen. Die Fasern können in einem wendelförmigen Muster um einen Formkern entsprechend der wendelförmigen Konstruktion des Bauelements herumgewickelt werden. Dies schafft große Festigkeit, da die Segmente eines Bauteils durch kontinuierliche Faserstränge erzeugt werden. Die Bauelemente oder Bauteile können aus Fasern, wie Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Bor-Fasern oder Kevlar in einer Einlagerungsmasse, wie beispielsweise Epoxid oder Vinylester, bestehen.
Ausgehend von der Grundkonstruktion 40 des Bauelements 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind verschiedene alternative Ausführungsformen unter Hinzufügung von zusätzlichen Teilen möglich. Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 können äußere axiale Bauteile auch am Umfang des Bauelements 10 angeordnet sein und die Vielzahl von wendelförmigen Teilen 60 an den äußeren Knotenpunkten 18 kreuzen. Die axialen Bauteile 72 erstrecken sich parallel zur Längsachse 14. Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 können Umfangsteile 74 um den Umfang herum zwischen den Knotenpunkten 18 angeordnet sein, die in einer sich senkrecht zur Längsachse 14 erstreckenden Ebene liegen. Die Umfangsteile 74 bilden ein Vieleck bei einer Betrachtung von der Achse 14 aus, wie in 13 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf die 14 können diagonale Umfangsteile 76 um den Umfang des Bauelements 10 herum zwischen den Knotenpunkten 18 auf einer Diagonalen relativ zur Längsachse 14 angeordnet sein. Diese diagonalen Umfangsteile 76 können durch Segmente von zusätzlichen wendelförmigen Bauteilen gebildet werden, die um den Umfang der Vielzahl von wendelförmigen Teilen 60 herumgewickelt sind. Die diagonalen Umfangsteile 76 können sich zwischen benachbarten Knotenpunkten 18 erstrecken, wie in 14 gezeigt ist, oder sich im Zickzack zu Knotenpunkten 18 erstrecken, wie in 15 gezeigt ist.
Wie in der 16 gezeigt ist, können viele zusätzliche Teile kombiniert werden, wie innere und äußere axiale Bauteile 70 und 72, Umfangsteile 74 und diagonale Umfangsteile 76.
Es versteht sich natürlich, dass zusätzliche Teile sich sowohl zwischen inneren Knotenpunkten 20 als auch zwischen äußeren Knotenpunkten 18 erstrecken können.
Wie in den 17 und 18 dargestellt ist, wird eine alternative Ausführungsform eines Trägerteils 80 gezeigt. Diese Ausführungsform ähnelt der bevorzugten Ausführungsform, indem das Trägerteil 80 wenigstens drei wendelförmige Bauteile 82, wenigstens drei gegenläufig wendelförmige Bauteile 84, wenigstens drei gedrehte wendelförmige Bauteile 86 und wenigstens drei gedrehte gegenläufig wendelförmige Bauteile 87 aufweist. Somit besitzt das Teil 80 eine Gesamtzahl von wenigstens zwölf wendelförmigen Bauteilen.
Die geraden Segmente der drei wendelförmigen Bauteile 82 haben eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame Längsachse 90 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz abgeordnet. In ähnlicher Weise haben die Segmente der drei gegenläufig wendelförmigen Bauteile 84 eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame Längsachse 90 und sind im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die geraden Segmente der drei gegenläufig wendelförmigen Bauteile 84 haben jedoch eine Winkelausrichtung, die der Winkelausrichtung der Segmente der drei wendelförmigen Bauteile 82 entgegengesetzt ist. Auch diese Konstruktion erscheint, wenn man sie vom Ende oder in Richtung der Achse 14 betrachtet, als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem dreieckigen Querschnitt.
Die geraden Segmente der drei gedrehten wendelförmigen Bauteile 86 haben eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame gedrehte Längsachse 92 und sind, wie die wendelförmigen Bauteile 82, im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die Segmente der drei gedrehten, gegenläufig wendelförmigen Bauteile 88 haben eine gemeinsame Winkelausrichtung, eine gemeinsame gedrehte Längsachse 92 und sind, wie die gegenläufig wendelförmigen Bauteile 84, im Abstand voneinander mit gleicher Distanz angeordnet. Die geraden Segmente der drei gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 88 haben jedoch eine Winkelausrichtung, die der Winkelausrichtung der Segmente der drei gedrehten wendelförmigen Bauteile 86 entgegengesetzt ist.
Die gedrehten wendelförmigen Bauteile 86 und die gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 88 sind gegenüber den wendelförmigen Bauteilen 82 und den gegenläufig wendelförmigen Bauteilen 84 gedreht. Mit anderen Worten erscheint diese Konstruktion, wenn sie vom Ende oder in Richtung der Achse 14 betrachtet wird, als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem dreieckigen Querschnitt, ist jedoch gegenüber dem imaginären rohrförmigen Teil, der von den wendelförmigen und den gegenläufig wendelförmigen Bauteilen 82 und 84 gebildet wird, gedreht.
In dieser Ausführungsform wird ein Trägerteil 80 jedoch dadurch gebildet, dass die Längsachse 90 der wendelförmigen und gegenläufig wendelförmigen Bauteile 82 und 84 gegenüber der Achse des Bauelements 14 versetzt ist, und dass die gedrehte Längsachse 92 der gedrehten wendelförmigen und gedrehten gegenläufig wendelförmigen Bauteile 86 und 88 gegenüber der Achse 14 des Bauelements versetzt ist, dies jedoch in einer der Längsachse 90 der wendelförmigen und der gegenläufig wendelförmigen Bauteile 82 und 84 entgegengesetzten Richtung. Mit anderen Worten erscheint das Trägerteil 80, wenn es in Richtung der Achse 14 betrachtet wird, als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit einem Querschnitt wie er in der 18 dargestellt ist.
Wie in den 19 und 20 dargestellt ist, wird eine alternative Ausführungsform eines Teils 100 gezeigt. Diese Ausführungsform ähnelt der bevorzugten Ausführungsform, indem das Bauelement eine Vielzahl von wendelförmigen Bauteilen 102 aufweist: sechs wendelförmige Bauteile , sechs gegenläufig wendelförmige Bauteile, sechs gedrehte wendelförmige Bauteile und sechs gedrehte gegenläufig wendelförmige Bauteile. Somit hat das Bauelement eine Gesamtzahl von vierundzwanzig wendelförmigen Bauteilen.
Da die Vielzahl von wendelförmigen Bauteilen 102 um die Längsachse 14 herumgewickelt ist, bilden die wendelförmigen Bauteile sechs gerade Segmente bei dieser Ausführungsform im Gegensatz zu den drei Segmenten bei der bevorzugten Ausführungsform. Dieses Teil 100 erscheint bei Betrachtung vom Ende oder in Richtung der Achse 14 als zwei imaginäre rohrtörmige Teile mit sechseckigem Querschnitt, wobei das eine Sechseck gegenüber dem anderen Sechseck gedreht ist, oder als ein imaginäres rohrförmiges Teil mit dem Querschnitt ei nes zwölfzackigen Sterns, wie in der 20 gezeigt ist. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform kann jede beliebige Anzahl von zusätzlichen Teilen in verschiedenen Konfigurationen hinzugefügt werden, einschließlich innerer und äußerer axialer Bauteile, radialer Bauteile und diagonaler Bauteile.
Bei allen Ausführungsformen erhält man ein Bauelement mit einem Inneren, das im wesentlichen frei von jeglichem Material ist, während wichtige bauliche Eigenschaften beibehalten werden. Das Bauelement kann in effizienter Weise Axial, Verdreh- und Biegekräften standhalten. Diese Fähigkeit, verschiedenen Belastungen zu widerstehen, macht das Bauelement ideal für viele Anwendungen, bei denen vielfältige und dynamische Belastungen auftreten, wie beispielsweise bei Windmühlen. Zusätzlich ist das Bauelement durch das geringe Gewicht ideal für andere Anwendungen, bei denen geringes Gewicht und hohe Festigkeit wichtig sind, wie beispielsweise bei Flugzeugen oder Raumfahrtkonstruktionen.
Durch die offene Bauweise ist das Bauelement sehr gut für Anwendungen geeignet, die einen geringen Windwiderstand erfordern.
Durch die Geometrie des Bauelements ist es für Raumfahrtkonstruktionen geeignet. Das Bauelement kann mit nachgiebigen Verbindungselementen versehen sein, so dass es für den Transport zusammengeklappt und für die Benutzung auseinandergefaltet werden kann.
Das Bauelement kann auch verwendet werden, um Beton zu verstärken, indem das Bauelement in den Beton eingebettet wird. Durch die offene Bauweise kann der Beton ungehindert durch die Konstruktion fließen. Die vielfältigen Belastungsfähigkeiten erlauben es, Säulen und Träger aus Beton effizienter zu gestalten.
Das Aussehen des Bauelements macht es auch für architektonische Anwendungen geeignet. Das Bauelement hat ein Aussehen, das dem High-Tech- oder Raumfahrt-Zeitalter entspricht.
Das Bauelement kann genauso gut mechanische Aufgaben übernehmen. Das Bauelement kann durch seine Verdrehfestigkeit als Antriebswelle verwendet werden.
Das Bauelement kann auch mit einer Verkleidung umwickelt werden, um ihm ein solides Aussehen zu geben. Eine derartige Verkleidung kann ein mit Mylar beschichtetes Metall sein. Die Verkleidung kann optischen Zwecken oder zum Schutz des Bauelements und der in dem Bauelement eingeschlossenen Objekte, wie Rohre, Leitungen, Beleuchtung und elektrische Bauteile, dienen.
Wie in den 21 und 22 dargestellt ist, können zwei Bauelemente 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform zusammengefügt werden, um eine erwünschte Konstruktion zu bilden. Wenn die beiden Bauelemente 10 so verbunden werden, dass die Achsen 14 senkrecht verlaufen, können die äußeren Knotenpunkte 18 des einen Bauelements 10 mit den äußeren Knotenpunkten 18 des anderen Bauelements 10 verbunden werden.
Es ist selbstverständlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur illustrativen Zwecken dienen und das Modifikationen daran für einen Fachmann denkbar sind. Demgemäss beschränkt sich die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen, sondern wird nur durch den Umfang der hier beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Bauelement (10, 80, 100) mit einer erheblich verbesserten Tragfähigkeit pro Masseneinheit, wobei das Bauelement folgendes umfasst: wenigstens zwei wendelförmige Bauteile (62), wobei jedes Bauteil wenigstens drei langgestreckte gerade Segmente (32) aufweist, die mit ihren Enden starr zu einer wendelförmigen Konstruktion verbunden sind, wobei die Bauteilsegmente hinsichtlich einer gemeinsamen Längsachse (14, 90) eine gemeinsame Winkelausrichtung haben, und wobei die wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile im Abstand voneinander mit ungefähr gleichbleibender Distanz angeordnet sind und jeweils kontinuierliche Faserstränge aufweisen; wenigstens ein gegenläufig wendelförmiges Bauteil (64) mit wenigstens drei langgestreckten geraden Segmenten (32), die mit ihren Enden starr zu einer wendelförmigen Konstruktion verbunden sind, die der Konstruktion der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile (62) ähnlich ist und eine mit dieser gemeinsame Längsachse (14, 90) aufweist, wobei die Segmente jedoch eine entgegengesetzte Winkelausrichtung hinsichtlich der gemeinsamen Längsachse (14, 90) aufweisen und wobei das wenigstens eine gegenläufig wendelförmige Bauteil kontinuierliche Faserstränge aufweist; und Mittel zum Verbinden der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile (62) und des wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteils (64) an den Schnittpunkten, wobei die Mittel zum Verbinden der wendelförmigen Bauteile und der gegenläufig wendelförmigen Bauteile das Überlappen der Fasern der wendelförmigen Bauteile und der Fasern der gegenläufig wendelförmigen Bauteile zu einem Verbund umfasst, und wobei die wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile (62) und das wenigstens eine gegenläufig wendelförmige Bauteil (64) einen hohlen Innenraum bilden, der im wesentlichen frei von Material ist; und wobei die wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile (62) und das wenigstens eine gegenläufig wendelförmige Bauteil (64) zwischen ihnen liegende Öffnungen umgrenzen.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Verbinden der wendelförmigen Bauteile (62) und des gegenläufig wendelförmigen Bauteils (64) Verbinder (18, 20) mit Buchsen umfassen, die so angeordnet und ausgerichtet sind, dass sie die Enden der Bauteile (62, 64) aufnehmen.
Bauelement nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: wenigstens ein axiales Bauteil (70, 72), das mit den wenigstens zwei wendelförmigen Bauteilen (62) und dem wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteil (64) verbunden ist, wobei das wenigstens eine axiale Bauteil sich im wesentlichen parallel zu der Längsachse (14) erstreckt.
Bauelement nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine axiale Bauteil (70, 72) an äußeren Knotenpunkten (18) mit den wenigstens zwei wendelförmigen Bauteilen (62) und dem wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteil (64) verbunden ist.
Bauelement nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine axiale Bauteil (70, 72) an inneren Knotenpunkten (20) mit den wenigstens zwei wendelförmigen Bauteilen (62) und dem wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteil (64) verbunden ist.
Bauelement nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: wenigstens ein zusätzliches Bauteil (70, 72, 74, 76), das zwischen benachbarten Knotenpunkten (18, 20) eingebunden ist.
Bauelement nach Anspruch 6, wobei das zusätzliche Bauteil ein Begrenzungsteil (74) ist, das zwischen zwei Knotenpunkten in einer senkrecht zu der Längsachse verlaufenden Ebene eingebunden ist.
Bauelement nach Anspruch 6, wobei das zusätzliche Bauteil ein diagonales Begrenzungsteil (76) ist, das zwischen zwei Knotenpunkten eingebunden und hinsichtlich der Längsachse in einem Winkel ausgerichtet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Segmente der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile (62) und des wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteils (64) ein imaginäres rohrförmiges Element mit dreieckigem Querschnitt bilden.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Segmente der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile (62) und des wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteils (64) ein imaginäres rohrförmiges Element mit vieleckigem Querschnitt bilden.
Bauelement nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: wenigstens zwei gedrehte wendelförmige Bauteile (66), wobei jedes Bauteil wenigstens drei langgestreckte gerade Segmente (32) aufweist, die mit ihren Enden starr zu einer wendelförmigen Konstruktion verbunden sind, wobei die Segmente hinsichtlich einer gemeinsamen gedrehten Längsachse (14, 90, 92) eine gemeinsame Winkelausrichtung haben, und wobei die wenigstens zwei gedrehten wendelförmigen Bauteile im Abstand voneinander mit ungefähr gleichbleibender Distanz angeordnet sind und jeweils kontinuierliche Faserstränge aufweisen, wobei die Segmente der wenigstens zwei gedrehten wendelförmigen Bauteile hinsichtlich der Segmente der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile gedreht sind; wenigstens ein gedrehtes, gegenläufig wendelförmiges Bauteil (68) mit wenigstens drei langgestreckten geraden Segmenten (32), die mit ihren Enden starr zu einer wendelförmigen Konstruktion verbunden sind, die der Konstruktion der wenigstens zwei gedrehten wendelförmigen Bauteile ähnlich ist und eine mit dieser gemeinsame gedrehte Längsachse (14, 90, 92) aufweist, wobei die Segmente jedoch eine entgegengesetzte Winkelausrichtung hinsichtlich der gemeinsamen gedrehten Längsachse aufweisen und wobei die Segmente des wenigstens einen gedrehten, gegenläufig wendelförmigen Bauteils hinsichtlich der Segmente des wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteils gedreht sind, und wobei das wenigstens eine gedrehte, gegenläufig wendelförmige Bauteil kontinuierliche Faserstränge aufweist; und Mittel zum Verbinden der wenigstens zwei gedrehten wendelförmigen Bauteile und des wenigstens einen gedrehten, gegenläufig wendelförmigen Bauteils mit den wenigstens zwei wendelförmigen Bauteilen und dem wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteil an den Schnittpunkten, einschließlich Überlappen der Fasern der Bauteile an den Schnittpunkten zu einem Verbund.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei die Längsachse (14, 90) und die gedrehte Längsachse (14, 92) konzentrisch sind und die Segmente der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile, des wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteils, der wenigstens zwei gedrehten wendelförmigen Bauteile und des wenigstens einen gedrehten, gegenläufig wendelförmigen Bauteils ein imaginäres rohrförmiges Element bilden, das den Querschnitt eines sechszackigen Sterns aufweist.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei die Längsachse (14, 90) und die gedrehte Längsachse (14, 92) konzentrisch sind und die Segmente der wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile, des wenigstens einen gegenläufig wendelförmigen Bauteils, der wenigstens zwei gedrehten wendelförmigen Bauteile und des wenigstens einen gedrehten, gegenläufig wendelförmigen Bauteils ein imaginäres rohrförmiges Element bilden, das den Querschnitt von zwei Vielecken aufweist, die eine gemeinsame Längsachse haben, wobei jedoch das eine Vieleck gegenüber dem anderen gedreht ist.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei die Längsachse (14, 90) und die gedrehte Längsachse (14, 92) konzentrisch sind und die Segmente der Bauteile sich an ihren Ende kreuzen, um äußere Knotenpunkte (18) zu bilden, wobei sich eine Vielzahl von Ebenen zwischen den einzelnen Knotenpunkten erstreckt, wobei die Ebenen parallel zu der Längsachse und der gedrehten Längsachse sind, wobei die Segmente in der Vielzahl von Ebenen angeordnet sind, wobei drei Ebenen aus der Vielzahl von Ebenen so ausgerichtet sind, dass sie ein erstes imaginäres rohrförmiges Element mit dreieckigem Querschnitt bilden und wobei drei weitere Ebenen aus der Vielzahl von Ebenen so ausgerichtet sind, dass sie ein zweites imaginäres rohrförmiges Element mit dreieckigem Querschnitt bilden, wobei das erste imaginäre rohrförmige Element und das zweite imaginäre rohrförmige Element eine gemeinsame Achse haben, wobei das zweite imaginäre rohrförmige Element gegenüber dem ersten imaginären rohrförmigen Element um die gemeinsame Achse gedreht ist.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei die Längsachse (90) und die gedrehte Längsachse (92) parallel und im Abstand voneinander verlaufen und die Segmente der Bauteile sich an ihren Ende kreuzen, um äußere Knotenpunkte (18) zu bilden, wobei sich eine Vielzahl von Ebenen zwischen den einzelnen Knotenpunkten erstreckt, wobei die Ebenen parallel zu der Längsachse und der gedrehten Längsachse sind, wobei die Segmente in der Vielzahl von Ebenen angeordnet sind, wobei drei Ebenen aus der Vielzahl von Ebenen so um die Längsachse ausgerichtet sind, dass sie ein erstes imaginäres rohrförmiges Element mit dreieckigem Querschnitt bilden und wobei drei weitere Ebenen aus der Vielzahl von Ebenen so um die gedrehte Längsachse ausgerichtet sind, dass sie ein zweites imaginäres rohrförmiges Element mit dreieckigem Querschnitt bilden.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements (10, 80, 100) mit einer erheblich verbesserten Tragfähigkeit pro Masseneinheit, wobei das Verfahren folgendes umfasst: (a) Bereitstellen eines Formkernes; (b) Umwickeln des Formkernes mit einer Faser, um wenigstens zwei wendelförmige Bauteile (62) herzustellen, wobei jedes Bauteil wenigstens drei langgestreckte gerade Segmente (32) aufweist, wobei die Segmente eine gemeinsame Winkelausrichtung hinsichtlich einer gemeinsamen Längsachse (14, 90) haben, und wobei die wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile im Abstand voneinander mit ungefähr gleichbleibender Distanz angeordnet sind; (c) Umwickeln des Formkernes mit einer Faser, um wenigstens ein gegenläufig wendelförmiges Bauteil (64) mit wenigstens drei langgestreckten geraden Segmenten (32) herzustellen, das den wenigstens zwei wendelförmigen Bauteilen ähnlich ist und mit diesen eine gemeinsame Längsachse (14, 90) hat, wobei die Segmente jedoch eine entgegengesetzte Winkelausrichtung hinsichtlich der gemeinsamen Längsachse aufweisen, wobei die wenigstens zwei wendelförmigen Bauteile und das wenigstens eine gegenläufig wendelförmige Bauteil zwischen ihnen liegende Öffnungen umgrenzen; (d) Hinzufügen eines Verbundwerkstoffs zu der Faser; und (e) Aushärten des Verbundwerkstoffs.