EP0313925B1

EP0313925B1 - Knoten-Stab-System

Info

Publication number: EP0313925B1
Application number: EP88116979A
Authority: EP
Inventors: Friedrich B. Grimm
Original assignee: Schueco International KG
Current assignee: Schueco International KG
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1992-10-07
Anticipated expiration: 2008-10-13
Also published as: DE3875219D1; EP0313925A1; DE3736784A1; ATE81378T1; ES2035208T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Knoten-Stab-System mit stabförmigen Elementen, die mit Knotenkörpern, von denen sie etwa mittig abgehen, gelenkig verbunden sind, bei dem in voll entfaltetem Zustand die Knotenkörper mit den sie verbindenden Stabelementen in einer Ebene liegend ein Gitter aus geradzahligen Vielecken bilden und in zusammengefaltetem Zustand im Vieleck benachbarte Knotenkörper abwechselnd auf einer von zwei parallelen Ebenen liegen, wobei die stabförmigen Elemente parallel verlaufend nebeneinander angeordnet sind.
Es ist ein Knoten-Stab-System dieser Art aus der DE-A-2 159 969, Fig. 6 bis 10, bekannt, das in voll entfaltetem Zustand ein zweidimensionales Knoten-Stab-System bildet.
Bei einem räumlichen Tragwerk werden nach dieser Literaturstelle die Knotenkörper mit drei Gelenkachsen ausgerüstet, die zueinander in der Höhe versetzt sind und auch zueinander unter einem rechten Winkel verlaufen. Bei diesem Knoten-Stab-System sind in zusammengefaltetem Zustand die Stabelemente nicht parallel verlaufend nebeneinander angeordnet und es liegen auch nicht in zusammengefalteten oder im teilentfalteten Zustand die Knotenkörper auf zwei zueinander parallel sich erstreckenden Ebenen. Das räumliche Tragwerk weist im Raum vorgesehene Knotenkörper auf, die nicht mit einer Fixierungslage verbunden werden.
Es ist ferner ein Knotenkörper bekannt (EP-A-0 34 078), mit dem stabförmige Elemente starr verbunden werden, ohne daß zwischen diesen stabförmigen Elementen und dem Knotenkörper eine Gelenkachse vorgesehen ist. Unter Verwendung dieser Knotenkörper wird ein räumliches Tragwerk vollständig an der Baustelle zusammengebaut.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Knoten-Stab-System der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es in Werkstätten zusammengabaut, in zusammengefaltetem Zustand zur Baustelle transportiert werden kann und an der Baustelle nur entfaltet und die Knotenkörper unter Bildung eines räumlichen Tragwerks versteift werden müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung von drei Lagen, von denen die mittlere ein zu einem räumlichen Tragwerk entfaltetes Knoten-Stab-System ist und die beiden anderen Lagen zur Fixierung der Gebrauchsstellung des genannten Knoten-Stab-Systems verwendet werden, gelöst, wobei die Fixierungslagen aus Platten, Schalen, Wänden, aus gitterförmig verlaufenden Seilen oder aus voll entfalteten, zweidimensionalen Knoten-Stab-Systemen bestehen, wobei die Länge der stabförmigen Elemente des zu einem räumlichen Tragwerk entfalteten Knoten-Stab-Systems und der Fixierungsstabsysteme unterschiedlich ist, sämtliche Knotenkörper des zu einem räumlichen Tragwerk entfalteten Knoten-Stab-Systems mit den Fixierungslagen verbunden sind und die Gelenkachsen der mit der jeweiligen Fixierungslage verbundenen Knotenkörper in einer parallel zur zugeordneten Fixierungslage verlaufenden Ebene liegen.
Weitergebildete Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Knoten-Stab-Systeme sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein Knoten-Stab-System, das ein Quadratgitter bildet (teilentfaltet), in vertikaler Draufsicht,
Fig. 2: das in Fig. 1 dargestellte Knoten-Stab-System in vertikaler Draufsicht und vollentfaltet,
Fig. 3: ein Knoten-Stab-System in allen drei Positionen und Seitenansicht (gefaltet, teilentfaltet, entfaltet)
Fig. 4: das in Fig. 3 dargestellte Knoten-Stab-System mit Rollen,
Fig. 5: ein Knoten-Stab-System in Halboktaeder-Struktur (Aufsicht, Ansicht),
Fig. 6: einen Knotenkörper mit zwei Elementen in Explosionsdarstellung,
Fig. 7: einen Knotenkörper einer Halboktaeder-Struktur in vertikaler Draufsicht,
Fig. 8: den in Fig. 7 dargestellten Knotenkörper im Horizontalschnitt,
Fig. 9: den in Fig. 7 dargestellten Knotenkörper im Vertikalschnitt,
Fig. 10: einen weiteren Knotenkörper einer Halboktaeder-Struktur im Vertikalschnitt,
Fig. 11: einen weiteren Knotenkörper (Auflager) einer Halboktaeder-Struktur im Vertikalschnitt,
Fig. 12: einen weiteren Knotenkörper (Auflager) einer Halboktaeder-Struktur im Vertikalschnitt,
Fig. 13: ein Knoten-Stab-System als Verbundkonstruktion ausgebildet und aus Quadratgittern bestehend (teilgefaltet, Seitenansicht),
Fig. 14: ein Knoten-Stab-System (Verbundkonstruktion) mit Quadratgittern (teilgefaltet, Perspektive),
Fig. 15: einen Knotenkörper (Isometrie),
Fig. 16: ein Knoten-Stab-System als zugbeanspruchte Konstruktion mit Quadratgittern (teilgefaltet, Perspektive),
Fig. 17: einen Vertikalschnitt durch einen Knotenkörper mit einer Seilnetzunterspannung,
Fig. 18: ein Knoten-Stab-System mit Doppelboden (Quadratgitter und teilentfaltet) in Perspektive,
Fig. 19: Knotenkörper für einen Doppelboden (Ansicht, Aufsicht, Schnitt, Isometrie),
Fig. 20: einen oberen Knotenkörper für ein Knoten-Stab-System mit Doppelboden und Quadratgittern (Ansicht, Aufsicht, Schnitt, Isometrie).

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Knoten-Stab-System besteht aus einem Quadratgitter (Fig. 1 teilentfaltet und in Aufsicht, Fig. 2 entfaltet und in Aufsicht). Die Knotenkörper 141 und 142 sind mittels eines Elements 143 gelenkig verbunden. Die Gelenke 144 und 145 ermöglichen ein Verschwenken des Elementes 143 um mehr als 180°. In Fig. 3 ist ein Knoten-Stab-System dargestellt, dessen Elemente ein Quadratgitter definieren. Im gefalteten Zustand (Seitenansicht a) sind die Elemente 151 und 151' nebeneinander angeordnet und verlaufen parallel. Aus dem gefalteten Zustand (Seitenansicht a) kann das Knoten-Stab-System in die teilentfaltete Lage (Seitenansicht b) versetzt werden, wobei die Elemente 151 um die Gelenke 155 und 156 verschwenkt werden. Im voll entfalteten Zustand (Seitenansicht c) liegen alle Knotenkörper 153 und 153' sowie alle Elemente 151 in einer Ebene. Das in Fig. 4 dargestellte Knoten-Stab-System unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 3 dargestellten Knoten-Stab-System dadurch, daß die im gefalteten Zustand unteren Knotenelemente 152 mit Rollen 161 versehen sind, die den Transport des Knoten-Stab-Systems und insbesondere seine sachgerechte Betätigung erleichtern. Die Seitenansicht a zeigt das Quadratgitter im gefalteten Zustand, während die Seitenansicht b das Knoten-Stab-System teilentfaltet und die Seitenansicht c entfaltet darstellen. Die Rollen 161 sind mit den Knotenkörper 152 mittels Steckverbindungen verbunden, so daß sie nach der Montage des Knoten-Stab-Systems ohne weiteres entfaltet werden können.
Bei den in den Fig. 5 bis 11 dargestellten Knoten-Stab-Systemen bzw. deren Knotenkörpern handelt es sich um ein Raumfachwerk mit Halboktaeder-Struktur. Die vertikale Draufsicht (a) des Knoten-Stab-Systems läßt erkennen, daß die Knotenkörper 172 und 173 jeweils acht Schenkel 176 besitzen.
Die Seitenansicht b läßt erkennen, daß die Knotenkörper 172 und 172' in der oberen Ebene liegen, während die Knotenkörper 173 und 173' in der unteren Ebene liegen. Wie die Knotenkörper 182 im einzelnen aussehen, geht z.B. aus der Fig. 6 hervor. Der Knotenkörper 182 besteht aus zwei gleichen Teilen 182' und 182'', wobei diese beiden Teile z.B. mittels einer Schraube 210 (vgl. Fig. 9) lösbar verbindbar sind. Jedes Teil besitzt vier Schenkel 183,184, die mit Bezug auf die Längsmittelachse des Knotenkörpers 182 symmetrisch ausgebildet sind und nach oben bzw. nach unten abstehen. Diese Schenkel 183 und 184 sind mit den Gabeln 185 der Elemente 181 mittels Bolzen 186 und Sicherungsstiften 187 gelenkig verbindbar. Die Elemente 181 bestehen aus Hohlprofilstücken, deren Enden mit den Gabeln 185 durch Schweißen verbunden sind. Die Schweißnaht 211 (vgl. Fig. 9) verbindet die Gabel 185 dicht mit dem Element 181 ab. Die einander zugekehrten Seiten der Knotenkörper 182' und 182'' besitzen mit Bezug auf die Längsmittelachse des Knotenkörpers 182 radial verlaufende Vorsprünge 188, die mit Ausnehmungen 189 komplementärer Gestalt formschlüssig verbindbar sind. Ein Verdrehen der Körperteile 182' und 182'' gegeneinander ist daher im wirksamen Zustand des Knotenkörpers nicht möglich. Wie die Fig. 8 zeigt, ist das dem Element zugekehrte Ende der Gabel 185 stufenförmig abgesetzt und greift in das Element 181 ein. Die eigentliche feste Verbindung zwischen dem Element 181 und der Gabel 185 ist mittels einer Schweißnaht 211 hergestellt.
Der in Fig. 11 dargestellte Knotenkörper mit Elementen 181 hat ebenfalls acht Schenkel 183, die mit acht Elementen 181 lösbar verbindbar sind, er stützt sich jedoch auf einem Auflager 230 ab.Dieses Auflager, das aus einem Rohrstück 231 und einem Kegelstumpf 232 besteht, stellt eine Verbindung zwischen dem Knoten des Knoten-Stab - Systems und dem Boden bzw. einer anderen Auflagefläche her. Die Verbindung des Auflagers 130 mit dem Knotenkörper ist mittels einer Schraube 233 mit Gewinde 234 hergestellt. Die zylindrische Bohrung des Teiles 232 ist mit einem Gewinde versehen, das mit der Schraube 133 zusammenarbeitet.
In Fig. 12 ist der Knotenkörper 182 mit Elementen 181 dargestellt, der sich auf einem Auflager 240 abstützt. Dieses Auflager 240 besitzt einen Grundkörper 241, der mit dem Knotenkörper 182 mittels eines Bolzens 242 verbindbar ist. Der Grundkörper 241 besitzt eine Gabel mit zwei Schenkeln 244 und 245, in die ein Schenkel 138 des Knotenkörpers 182 eingreift. Zwischen dem Schenkel 183 und den Teilen 244 und 145 sind Unterlegscheiben 246 und 247 angeordnet. Der Grundkörper 241 ist mit einem Rohrstück 248, das sich auf einer Auflagefläche abstützt, mittels Schrauben 249 lösbar verbindbar.
In Fig. 13 ist ein Knoten-Stab-System als Verbundkonstruktion dargestellt. In der oberen Abbildung a ist das Knoten-Stab-System zwischen zwei Platten oder Wänden 251 und 252 angeordnet und mittels Knotenkörper (vgl. Fig. 15) verbindbar. Diese Knotenkörper bestehen aus einem Grundkörper 271, hier Laschen 272 bis 274 und vier Ankerbolzen 275, die in den Platten oder Betonstrukturen 251 und 252 eingelassen (z.B. einbetoniert) sind. Da der Knotenkörper 270 auch eine mittige Bohrung 277 besitzt, besteht die Möglichkeit, ihn mit den Platten 251 bzw. 252 mittels Schrauben zu verbinden.
Bei der Verbundkonstruktion nach Abbildung b (Fig. 13) ist der untere Knotenkörper 290 mit Spannhülsen 291 (vgl. auch Fig. 17) verbunden, die zur Aufnahme von Seilen 294 und 295 vorgesehen sind. Die Spannhülsen 291 sind mit dem Knotenkörper 290 mittels einer Schraube 297 lösbar verbindbar. Es handelt sich daher um eine zugbeanspruchte Konstruktion.
Die in den Fig. 14 und 16 dargestellten Knoten-Stab-Systeme dienen als Verbundkonstruktionen. Die unteren bzw. die oberen Knotenkörper 262 bzw. 263 stützen sich auf den unteren plattenförmigen Körper 261 bzw. oberen plattenförmigen Körper 260 ab. Die in Fig. 16 dargestellte zugbeanspruchte Konstruktion bildet ein Quadratgitter und stützt sich auf Seilen 285 und 186 ab, die mit den Knotenkörpern 289 bzw. 283 mittels einer Spannhülse 287 lösbar verbindbar sind.
Der in Fig. 18 dargestellte Doppelboden besteht aus einer Grundplatte oder Grundboden 340 und Auflageplatten 341, wobei zwischen dem Grundboden 340 und den Auflageplatten 341 ein Knoten-Stab-System angeordnet ist, das sich über seine Knotenkörper 343 und 344 abstützt.
In den Fig. 18 und 19 sind die für den Doppelboden nach der Fig. 18 vorgesehenen Knotenkörper gezeigt. Bei den Knotenkörpern nach Fig. 19 handelt es sich um einen unteren Knotenkörper mit einer kreisrunden Grundplatte 350 (vgl. Fig. 19 d), der einen rechtwinklig abstehenden Bolzen 351 besitzt, auf dem ein vierschenkliger Knotenpunkt 355 drehbar gelagert ist. Die Grundplatte 350 besitzt Bohrungen 356, die zur Verankerung des Knotenkörpers auf der Platte 340 dienen. Der Knotenpunkt 355 ist höhenverstellbar, und zwar mittels einer Schraubenmutter 357 mit einer Auflagescheibe 358. Der Knotenkörper 344 ist in Fig. 19a in Ansicht, in Fig. Fig. 19b Aufsicht, in Fig. 19c im Schnitt und in Fig. 19d in Isometrie dargestellt.
Der in Fig. 20 dargestellte Knotenkörper 343 besteht aus einer Grundplatte 360 mit Bohrungen 361, die zur Verbindung des Knotenkörpers mit den Platten 341 dienen. Die Platte 360 besitzt eine Zentralbohrung 362, um die vier Schenkel 364 und 365 umfangseitig verteilt sind. Die Schenkel 364 und 365 sind gabelförmig ausgebildet, so daß in sie Schenkel der nicht näher dargestellten Elemente einsteckbar sind.
Man erkennt, daß das vorgeschlagene Knoten-Stab-System vielfach angewandt werden kann (vgl. Fig. 7 bis 12). Ihr besonderer Vorteil besteht im hohen Grad der Versteifung bei Knotenkörpern und Stäben, so daß z.B. auf einer Baustelle die Knotenkörper nur verspannt werden müssen. Zusammengebaut werden die Knoten-Stab-Systeme in Werkstätten, während auf den Baustellen sie nur entfaltet und die Knotenkörper versteift werden müssen. Für mehrlagige Raumfachwerke aus faltbaren Knoten-Stab-Systemen eignen sich Gliedernetze mit quadratischen und sechseckigen oder quadratischen und achteckigen Maschen. Dabei werden immer mindestens drei Knoten-Stab-Systeme schubfest mitenander verbunden. Die räumliche Faltbarkeit sämtlicher geradzahliger Vielecke als Einzelfiguren oder als modulare Flächengebilde führt zu einer Vielzahl von Strukturen, die untereinander verbindbar sind und dabei mehr oder weniger stabile Zustände einnehmen können. Die Zahl der Kombinationsmöglichkeiten ist daher sehr groß.
Bei der Verwendung als Verbundkonstruktionen (Fig. 13, 14 und 15) können Gliedernetze verwendet werden. Eine schubfeste Verbindung mit Beton oder einer anderen festen Unterlage kann mittels Kopfbolzen, Dübeln oder dergleichen erfolgen. Bei diesen Konstruktionen kommen auch fertige Betonplatten in Betracht, so daß die Herstellung einer kompletten Verbundkonstruktion rasch erfolgen kann. Im Hohlraum zwischen den beiden Ebenen befindet sich das Knoten-Stab-System als Abstandshalter. Ein auf diese Weise hergestellter Hohlraum ist z.B. für Installationen bestens geeignet und zudem vor Brandeinwirkung und Korrosion geschützt.
Bei Anwendung als Seilnetzkonstruktion ist von Bedeutung, daß die Herstellung sehr kostengünstig ist und daher die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund steht.

Claims

Knoten-Stab-System mit stabförmigen Elementen (143,151,151',181), die mit Knotenkörpern (141,142,152,153,153',172,172',173,173',182,290,262,263,283, 289,343,344), von denen sie etwa mittig abgehen, gelenkig verbunden sind, bei dem in voll entfaltetem Zustand die Knotenkörper mit den sie verbindenden Stabelementen in einer Ebene liegend ein Gitter aus geradzahligen Vielecken bilden und in zusammengefaltetem Zustand im Vieleck benachbarte Knotenkörper abwechselnd auf einer von zwei parallelen Ebenen liegen, wobei die stabförmigen Elemente (143,151,151',181) parallel verlaufend nebeneinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Verwendung von drei Lagen, von denen die mittlere ein zu einem räumlichen Tragwerk entfaltetes Knoten-Stab-System ist und die beiden anderen Lagen zur Fixierung der Gebrauchsstellung des genannten Knoten-Stab-Systems verwendet werden und daß die Fixierungslagen aus Platten (252,340,341), Schalen, Wänden (151), aus gitterförmig verlaufenden Seilen (285,286,294,295) oder aus voll entfalteten, zweidimensionalen Knoten-Stab-Systemen bestehen, wobei die Länge der stabförmigen Elemente (143,151,151',181) des zu einem räumlichen Tragwerk entfalteten Knoten-Stab-Systems und der Fixierungsknoten-Stab-Systeme unterschiedlich ist, daß sämtliche Knotenkörper des zu einem räumlichen Tragwerk entfalteten Knoten-Stab-Systems mit den Fixierungslagen verbunden sind und die Gelenkachsen der mit der jeweiligen Fixierungslage verbundenen Knotenkörper in einer parallel zur zugeordneten Fixierungslage verlaufenden Ebene liegen.
Knoten-Stab-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Knotenkörper (290) mit einer oder mehreren Spannhülsen (287,291) zur Aufnahme der gitterförmig verlaufenden Seile (285,286,294,295) versehen sind.
Knoten-Stab-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Boden zugekehrten Seiten der in der unteren Ebene liegenden Knotenkörper (152) mit Rollen (161) ausrüstbar sind.