DE9207655U1 - Bauelement zur Herstellung insbesondere von Baukörperkonturen - Google Patents

Description

Bauelement zur Herstellung insbesondere von Baukörperkonturen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement zur Herstellung insbesondere von Baukörperkonturen aus stabförmigen Teilen sowie Anschlußknoten zum Verbinden dieser Teile.

Insbesondere bei Netztragwerkkonstruktionen z. B. für Überdachungen ist es bekannt, für das Traggerippe stabförmigen Verbindungselemente sowie Knotenelemente einzusetzen.
Die Knotenelemente können dabei als Kugelknoten oder Scheibenknoten ausgebildet sein. Bekannt sind beispielsweise Kugelknoten aus Metall, die an ihrem Umfang verteilt bis zu 18 Staban-Schlüsse in Form von Gewindebohrungen aufweisen können. An den Stabenden sind entsprechend ausgebildete Schraubanschlüsse vorgesehen.

Dieses System hat sich in der Praxis bewährt, ist jedoch noch verbesserungsfähig. Bei einem vorgefertigten Kugelknoten mit maximal möglicher Anzahl von Stabanschlüssen ist nur eine dadurch vorgegebene Winkelabstufung bzw. Winkelzuordnung der Stäbe möglich. Bei Baukörperoberflächen aus verschiedenen Vieleckflächen ist jeder Knoten für jede Ecke individuell anzufertigen, d. h. für diese speziellen Anschlußwinkel der Stäbe sind Sonderanfertigungen erforderlich.

Durch die axialen Schraubverbindungen können die Stäbe nur in sehr begrenztem Umfang Torsionskräfte aufnehmen und übertragen.

Bei den stabförmigen Verbindungselemente!! müssen deren der Außenhaut - z. B. bei einer Dachkonstruktion - zugewandte Seiten entsprechend dem Verlauf der Beplankung oder dergleichen durch Abgratungen oder Aufsatzteile angepaßt werden, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches in praktisch beliebigen Winkelanordnungen mit Nachbarelementen verbindbar ist, wobei dies auch mit universell vorgefertigten Bauelementen möglich sein soll. Darüber hinaus soll eine stabile Knotenverbindung vorhanden sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß das Bauelement aus zwei parallel zueinander angeodneten, stabförmigen Einzelelementen besteht, die zumindest an einer Außenlängskante durch ein mit seiner Achse parallel zu den Längsseiten der Einzelelemente orientiertes Klappscharnier verbindbar sind und an wenigstens einem Stirnende beider Einzelelemente rechtwinklig zu ihren Längsachsen orientierte Anschlußscharniere zum Verbinden mit gleich aufgebauten oder anderen Bauelementen aufweist und daß sich die Verlängerungen der jeweiligen Scharnierachsen außerhalb der Einzelelemente in einem gemeinsamen Achsenzentrum im Anschlußknoten schneiden.

Die Knotenverbindungen sind bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion beweglich, so daß in vorgegebenen Grenzen jeder beliebige Anschlußwinkel zwischen benachbarten Bauelementen (Stäben) einstellbar ist.

Es können somit vorgefertigte Universal-Bauelemente für praktisch alle Anwendungsfälle eingesetzt werden und es lassen sich Kantenstrukturen von beliebigen Körpern nachbilden und an den Körperecken kraftschlüssig verbinden.

Die Lage des durch den Schnittpunkt der jeweiligen Achsen gebildeten, geometrischen Verbindungsknoten bleibt auch bei Lageveränderungen der angeschlossenen, stabförmigen Bauelemente gleich. Dies bedeutet auch, daß sich bei WinkelVeränderungen keine Stablängen-Veränderungen ergeben und somit immer gleichbleibende Systemlängen vorhanden sind.

Durch die vorgesehenen Scharnierverbindungen ergibt sich im Knotenbereich eine torsionsstabile Verbindung, so daß in vielen Fällen sonst notwendige Stützmaßnahmen entfallen können.

Zweckmäßigerweise sind bei den Enden der Einzelelemente, benachbart zu den Anschlußscharnieren, auf den maximal vorgesehenen Bewegungsspielraum oder auf den jeweiligen Anschlußwinkel zu benachbarten Bauelementen abgestimmte Abschrägungen oder dergleichen vorgesehen.

Durch diese Abschrägungen ist der für den vorgesehenen Verstellwinkel passende Freiraum gebildet, um benachbarte, miteinander verbundene Bauelemente bzw. Einzelelemente z. B. von einer Strecklage in eine abgewinkelte Lage bringen zu können.

Laufen die Enden der Einzelelemente abgeschrägt zu den Anschlußscharnieren in einem spitzen Winkel von z. B. 20 , so ergibt sich in einer Ebene und ausgehend von der Strecklage ein Bewegungsspielraum von etwa 140 . Gleichzeitig ist auch eine Bewegung der Einzelelemente um ihre Klappscharnier-Achse für sphärische Oberflächenstrukturen möglich mit einem Bewegungsspielraum um die Klappscharnier-Achse von bis zu 90 pro Einzelelement.

Vorteilhaft ist es, wenn sich an die an einer Längskante daß Klappscharnier aufweisenden Seitenfläche der Einzelelemente, dem Klappscharnier abgewandt, eine längsseitige und vorzugsweise zur Seitenfläche rechtwinklige Befestigungs- und/oder Auflageseite vorzugsweise für eine Beplankung oder dergleichen anschließt.

Die Befestigungs- bzw. Auflageseite für die Beplankung oder dergeleichen folgt einer Bewegung der Einzelelemente um ihre Klappscharnier- und Anschlußscharnier-Achsen, wobei sie sich immer fluchtend zur Körperbegrenzungsfläche ausrichtet. Dadurch sind keine an die jeweilige Lage des Bauelemtes angepaßte Abgratungen oder dergleichen, die einen entsprechenden Aufwand verursachen, erforderlich.

Zusätzlich Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektifische Ansicht eines Ausschnittes einer

Netztragwerkkonstruktion unter Verwendung erfindungsgemäßer Bauelemente,

Fig. 2 eine Aufsicht von drei miteinander verbundenen Bauelementen in unterschiedlichen Lagen,

Fig. 3

und 4 Stinseitenansichten eines Bauelementes mit unterschiedlich angeordneten Klappscharnier-Achsen,
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Fig. 5

bis 7 eine Aufsicht sowie zugehörige Stirnseitenansichten eines Einzelelementes,

Fig. 8

bis 10 Ansichten eines Einzelelementes in gegenüber Fig. 5 bis 7 um 90° verdrehter Lage,

Fig. 11

bis 13 wiederum gegenüber Fig. 8 um 90 verdrehte Ansichten eines Einzelelementes und

Fig. 14

bis 19 schematische Darstellungen von Anwendungsbeispielen des erfindungsgemäßen Bauelementes bei unter-schiedlichen Baukörperkonturen.

Fig. 1 zeigt sieben erfindungsgemäße Bauelemente 1 bis 1 f, die an ihren Enden zu einer Netztragwerkkonstruktion verbunden sind. Sie bilden eine Kantenstruktur und begrenzen jeweils unterschiedliche Flächenabschnitte.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die beiden Bauelemente 1 a und 1 b Seitenkanten eines Sechseckes, die Bauelemente 1 b und 1 c zwei Seiten eines Quadrates, ebenso die Bauelemente 1 d und 1 e sowie 1 e und 1 f. Die Bauelemente 1, 1 a und 1 d umgrenzen ein Dreieck. Die Seiten 1, Ic und 1 f bilden drei Seiten eines Fünfeckes.

Jedes der Bauelemente 1 bis 1 f besteht aus jeweils zwei parallel zueinander angeordneten, stabförmigen Einzelelementen 2 (vgl. hierzu auch Fig. 2 bis 13), die im Ausführungsbeispiel aus im Querschnitt rechteckigen Stäben bestehen können, die an einer Außenlängskante mit Hilfe eines Klappscharnieres 4 (vgl. Fig. 3 und 4) verbindbar sind. Dadurch lassen sich diese Einzelelemente um die Klappscharnierachse mit ihren zueinander gewandten Längsseitenflächen 5 aneinanderlegen oder auseinanderklappen.

An den Stirnenden 6 der Einzelelemente 2 befinden sich Anschlußscharniere 7, deren Achsen rechtwinklig zu der des Klappscharnieres 4 orientiert sind.

In Fig. 1 sind der Einfachheit halber von den Klappscharnieren 4 und den Anschlußscharnieren 7 nur jeweils deren Scharnierachsen 4 a bzw. 7 a dargestellt. Durch die erfindungsgemäße

Anordnung der Klappscharniere 4 und der Anschlußscharniere 7 sind die besonders in den Figuren 2 bis 4 erkennbaren Bewegungen der Einzelelemente 2 eines Bauelementes 1 sowie von Einzelelementen benachbarter Bauelemente erkennbar.

In den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 bis 13 sind die beiden Einzelelemente 2 wahlweise an benachbarten Außenlängskanten 8 oder 9 über Klappscharniere 4 miteinander verbindbar, um positive oder negative Raumformen bilden zu können.

Die an den Stirnenden 6 befindlichen Anschlußscharniere 7 und die rechtwinklig dazu verlaufenden Klappscharniere 4 begrenzen gemeinsam eine Längsseitenfläche 5 eines Einzelelementes 2.
Bei den miteinander verbundenen Bauelementen 1 bzw. 1 a bis 1 f ist im Verbindungsbereich ein Anschlußknoten 10 gebildet, der auch jeweils einen geomentrischen Eckpunkt der Raumfachwerkkonstruktion bildet. Bei diesem Anschlußknoten schneiden sich die Verlängerungen der jeweiligen Scharnierachsen in einem gemeinsamen Achsenzentrum 11. Im praktischen Ausführungsbeispiel liegt dieses Achsenzentrum 11 außerhalb der Einzel- elemente 2 im "stofffreien Raum", um die vorgesehene Bewegungsmöglichkeit der Bauelemente 1 zu erreichen.

Durch die Aufteilung des Bauelementes in zwei über das Klappscharnier 4 verbundene Einzelelemente 2 und die Kopplung mit weiteren Bauelementen über die Anschlußscharniere 7, ist eine kardanische Gelenkverbindung und eine direkte Bewegungskopplung vorhanden, durch die sich die an ein Bauelement angekoppelten Einzelelemente benachbarter Bauelemente jeweils mitbewegen, wenn das erste Bauelement in seiner Lage verändert wird. Somit passen sich die ein Feld umgrenzenden Einzelelemente gleichzeitig an Lageveränderungen an.

Dies hat den erheblichen Vorteil, daß sich die den Klappscharnieren 4 abgewandten, in Fig. 1 oberen Seiten jeweils auf die von diesen Einzelelementen umgrenzten Flächen einstellen.

Bevorzugt können diese Seiten rechtwinklig zu den

Längsseitenflächen 5, an die sich Klappscharniere anschließen, angeordnet sein und Auflage- bzw. Befestigungsseiten 12 für eine Beplankung 13 (vgl. Fig. 14 bis 19) , beispielsweise eine Dachhaut bilden.

Bei rechtwinkliger Anordnung von Auflageseiten und Längsseitenflächen 5 verlaufen die von Bauelementen eingeschlossenen Flächen eines Feldes fluchtend mit den Auflage- bzw. Befestigungsseiten 12. Denkbar ist jedoch auch eine Ausbildung, bei der zwischen den Längsseitenflächen 5 und den Auflageseiten 12 von einem rechten Winkel abweichende Zuordnungen vorgesehen sind, beispielsweise wenn die Beplankung 13 selbst sphärisch geformt ist. Wesentlich ist hierbei nur, daß durch die erfindungsgemäße Kopplung der Bauelemente ein gemeinsamens Ausrichten der ein Feld umgrenzenden Einzelelemente vorhanden ist.

Wie gut in Fig. 2 erkennbar, können die Einzelelemente 2 eines Bauelementes 1 an ihren Klappscharnierverbindungen auch entkoppelt werden. Dadurch ist ein wesentlich erweiterter An-Wendungsbereich des erfindungsgemäßen Bauelementes 1 möglich.

Je nach vorgesehenem Bewegungsspielraum kann entweder die Lage der Anschlußscharniere 7, insbesondere deren Abstand von den Enden der Einzelelemente 2 variiert werden und/oder die zu den Anschlußscharnieren 7 laufenden Abschrägungen 14 können entsprechend ausgebildet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Abschrägungen 14 so ausgebildet, daß in einer Ebene, ausgehend von der Strecklage, die jeweils miteinander verbundenen Bauelemente bzw. deren Einzelelemente 2 bis zu 135° - wie strichliniert dargestellt - verschwenkbar sind.

Wie bereits vorerwähnt, lassen sich die Klappscharniere 4 wahlweise an den beiden Außenlängskanten 8 oder 9 der inneren Längsseitenflächen 5 anbringen. Dadurch können sowohl konkav als auch konvex geformte Felder einer Netztragwerkkonstruktion realisiert werden.

Die praktische Ausbildung der Klappscharniere 4 und der Anschlußscharniere 7 sind in Fig. 2 bis 4 und insbesondere auch in den Figuren 5 bis 13 erkennbar. Zur Bildung der Klappscharniere 4 sind jeweils zumindest an den Endbereichen der Einzelelemente 2 bei entsprechender Länge auch in Zwischenbereichen axial fluchtende Ösenteile 15 vorgesehen, die hier jeweils paarweise mit Abstand zum Eingreifen jeweils eines Gegen-Ösenteiles des zur Bildung eines Bauelementes vorgesehenen, zweiten Einzelelementes angeordnet sind. Die Ösenpaare sind jeweils bezogen auf eine Mittelebene in der Mitte der Längserstreckung der Einzelelemente jeweils um die Breite eines Ösenteiles 15 zueinander versetzt angeordnet. Dadurch können alle Einzelelemente 2 (bei gleichen Systemlängen) gleich ausgebildet sein, so daß einerseits fertigungstechnische Vorteile vorhanden sind und wodurch andererseits auch ein universelles Baukastensystem vorgefertigt werden könnte. Die Ösenteile 15 sind im Bereich von Anfasungen 17 der Längskanten 8, 9 angeordnet, so daß die Klappscharnierachse 4 a in der Ebene der angrenzenden Seitenfläche liegen.

Auch zur Bildung der Anschlußscharniere 7 an den Enden der Einzelelemente 2 sind hier laschenförmig ausgebildete Ösenteile 16 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß deren Achsen rechtwinklig zu der des Klappscharnieres 4 verlaufen und wobei beide Achsen in einer Ebene liegen. Dies ist beispielsweise gut in Fig. 8 bis 10 erkennbar. Die Ösenteile 16 der Anschlußscharniere 7 sind an den beiden Stirnenden 6 eines Einzelelementes 2 seitlich zueinander versetzt angeordnet.
Anstatt paarweise angeordneten Ösenteilen 15 bzw. 16 können auch bei höheren Belastungen entsprechend mehr nebeneinander angeordnete Ösenteile vorgesehen sein, oder bei geringerer Belastung auf einer Seite nur jeweils eine zwischen ein Ösenpaar eingreifende Einzelöse. Beim Zusammensetzen der Einzelelemente 2 zu einem Bauelement 1 werden die Einzelelemente 2 seitenver-

dreht bezüglich ihrer Enden miteinander verbunden, damit die axial versetzten Scharnierteile 15, 16 ineinander passen.

Die Anordnung von Ösenteilen 15 sowohl an der Außenlängskante 8 als auch an der Längskante 9 gemäß Fig. 3 bis 13 sollen insbesondere verdeutlichen, daß die Einzelelemente 2 universell für unterschiedliche Baukörperkonturen mit Positivformen und Negativformen ausgebildet sein können. Ist von vorne herein die Form der Konstruktion bekannt, genügt es, Ösenteile 15 nur an einer der Außenlängskanten 8 oder 9 vorzusehen, um in diesem Falle unnötigen Aufwand zu vermeiden.

Zum Verbinden der Ösenteile 15 bzw. 16 zu einem Klappscharnier 4 bzw. einem Anschlußscharnier 7 können die Ösenteile durchgreifende Steckachsen vorgesehen sein.

Erwähnt sei noch, daß insbesondere bei Quadrat- bzw. Rechteckflächen Aussteifungen z. B. in Form von Diagonalstreben vorgesehen sein können, die mit ihren Enden bei den Anschlußscharnieren 7 angebracht sind. Die Diagonalstreben weisen dann an ihren Enden Ösenteile 16 auf, die mit von dem beim jeweiligen Anschlußscharnier 7 eingesteckten Scharnierbolzen durchgriffen werden.

Die Einzelelemente 2 können aus Holz bestehen und beispielsweise auch als Leimbinder ausgebildet sein. Sie können jedoch für andere Anwendungsfälle auch aus Metall oder Kunststoff bestehen. Die durch die Ösenteile 15 und 16 gebildeten Verbindungsbeschläge können Metallteile oder Kunststoffteile sein, die entsprechende den Festigkeitsanforderungen dimensioniert und mit den Einzelelementen 2 verbunden sind. Die Einzelelemente 2 können die unterschiedlichsten Querschnittsformen aufweisen. Insbesondere bei Ausführungen aus Metall können auch Strangprofile verwendet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Scharnierteile insbesondere bei Kunststoff-Einzelelementen 2 einstückig mit anzuformen. Bei geringeren

Belastungsanforderungen können die Scharniere als Schnappoder Rastverbindungen ausgebildet sein, insbesondere bei Spielzeugteilen.

Die Figuren 14 bis 19 zeigen unterschiedliche Baukörperoberflächen, bei denen die erfindungsgemäßen Bauelemente 1 einsetzbar sind. Es handelt sich hier im wesentlichen um kuppelfömige Netztragwerkkonstruktionen. Jedoch erstreckt sich der Anwendungsbereich außer über Dachkonstruktionen, Pavi11ionbauten und dergleichen über Spielzeuge, Klettersysteme, den Dekorationsbereich, Messesysteme und dergleichen. Es ist somit ein sehr breiter Anwendungsbereich vorhanden.
Kurz zusammengefaßt sind als wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Bauelemente deren bezogen auf den Anschlußwinkel stufenlose Einstellbarkeit, der konstruktiv einfache Aufbau, die Lage des Achsenzentrums jeweils innerhalb von dem einen Konstruktionseckpunkt bildenden Anschlußknoten und auch die torsionssteife Anschlußverbindung zwischen den einzelenen Bauelementen zu nennen.

/Ansprüche

Claims (11)

11 Ansprüche

1. Bauelement zur Herstellung insbesondere von Baukörperkonturen aus stabförmigen Teilen sowie Anschlußknoten zum Verbinden dieser Teile, dadurch gekennzeichnet. daß das Bauelement (1) aus zwei parallel zueinader angeordneten, stabförmigen Einzelelementen (2) besteht, die zumindest an einer Längskante (8, 9) durch ein mit seiner Achse parallel zu den Längsachsen der Einzelelemente orientiertes Klappscharnier (4) verbindbar sind und an wenigstens einem Stirnende beider Einzelelemente (2) rechtwinklig zu ihrem Längsachsen orientierte Anschlußscharniere (7) zum Verbinden mit gleich aufgebauten oder anderen Bauelementen aufweist und daß sich die Verlängerungen der jeweiligen Scharnierachsen außerhalb der Einzelelemente in einem gemeinsamen Achsenzentrum (11) im Anschlußknoten (10) schneiden.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Enden der Einzelelemente (2) , benachbart zu den

Anschlußscharnieren (7) auf den maximal vorgesehenen Bewegungsspielraum oder auf den jeweiligen Anschlußwinkel zu benachbarten Bauelementen abgestimmte Abschrägungen (14) oder dergleichen vorgesehen sind.
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3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (2) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt sowie rechtwinklig zur Längsachse orientierte Stirnenden aufweisen, daß das Klappscharnier (4) wahlweise an Außenlängskanten (8, 9), die an eine gemeinsame Längsseitenfläche (5) angrenzen, angebracht ist und daß die Anschlußscharniere (7) jeweils an einer die gleiche Seitenfläche (5) wie das Klappscharnier stirnseitig begrenzenden, rechtwinklig zur Klappscharnierachse (4a) verlaufenden Kante vorgesehen sind.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappscharnier (4) jeweils zumindest an den Endbereichen der Einzelelemente (2) axial fluchtende Ösenteile (15) aufweist, die vorzugsweise paarweise mit Abstand zum Eingreifen jeweils eines Gegen-Ösenteiles des zweiten Einzelelementes angeordnet und in Verbindungsstellung von einer oder mehreren Steckachsen durchgriffen sind.
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5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der oder den zum Anbringen der Klappscharniere (4) vorgesehenen Längskanten (8, 9) der Einzelelemente (2) Einformungen, vorzugsweise Anfasungen (17) vorgesehen sind und daß die Ösenteile (15) bei diesen Einformungen so angebracht sind, daß die Klappscharnierachse (4 a) in der Ebene der angrenzenden Seitenflächen liegt.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußscharnier (7) an dem oder den Stirnenden der Einzelelemente (2) ein oder mehrere Ösenteile (16) aufweist, die mit Abstand zum Eingreifen jeweils eines Gegen-Ösenteiles eines anzuschließenden Bauelementes angeordnet sind und daß die Ösenteile an einem Stirnende um eine Ösenbreite zu den Ösenteilen am anderen Stirnende seitenversetzt sind.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ein Bauelement (1) bildenden Einzelelemente (2) um die Klappscharnierachse (4a) im wesentlichen spiegelsyemmtrisch zueinander ausgebildet bzw. angeordnet sind.

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die an einer Längskante (8, 9)

das Klappscharnier (4) aufweisenden Seitenfläche (5) der Einzelelemente (2) , dem Klappscharnier abgewandt, eine längsseitige und vorzugsweise zur Seitenfläche (5) rechtwinklige Befestigungs- und/oder Auflageseite (12), vorzugsweise für eine Beplankung oder dergleichen anschließt.

9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (2) aus Holz, Kunststoff oder Metall bestehen und die Verbindungs- und Anschlußbeschläge (4, 7) vorzugsweise Metall- oder Kunststoffteile sind und daß insbesondere aus Metall bestehende Einzelelementen durch Strangprofile gebildet sind.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei aus Kunststoff oder Metall bestehenden Einzelelementen (2) Scharnierteile einstückig angeformt sind.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharnierverbindungen insbesondere bei aus Kunststoff bestehenden Einzelelementen (2) durch . bewegliche Rastverbindungen gebildet sind.

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