EP1989378B1

EP1989378B1 - Pneumatisches bauelement

Info

Publication number: EP1989378B1
Application number: EP06817782.3A
Authority: EP
Inventors: Rolf Luchsinger
Original assignee: Tensairity Solutions Srl
Current assignee: Tensairity Solutions Srl
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: CA2634505C; CN101389821B; ES2647492T3; CA2634505A1; US7836636B2; EP1989378A1; CN101389821A; WO2007071101A1; US20090282746A1; CH704442B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein pneumatisches Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In der Regel balkenartige pneumatische Bauelemente und auch mit flächenhafter Ausformung sind in den letzten Jahren mehrere bekannt geworden. Sie gehen zumeist zurück auf EP 01 903 559 (D1 ). Eine Weiterentwicklung der genannten Erfindung liegt vor in WO 2005/007991 (D2 ). Hier ist der Druckstab fortentwickelt zu einem Paar von bogenförmigen Druckstäben, die auch Zugkräfte aufnehmen können und daher auch als Zug/Druckglieder bezeichnet sind. Diese laufen entlang je einer Mantellinie des zigarrenförmigen pneumatischen Hohlkörpers. D2 wird als der nächstliegende Stand der Technik betrachtet.
Die starke erhöhte Knicksteifigkeit der auf Druckkräfte belasteten Zug/Druckglieder beruht auf der Tatsache, dass ein gemäss D2 eingesetzter Druckstab als auf seine ganze Länge elastisch gebetteter Stab betrachtet werden kann, wobei ein solcher Stab auf virtuelle verteilte Elastizitäten gebettet ist, welche je die Federhärte k aufweisen. Die Federhärte k ist dort bestimmt durch $k = π \cdot p$
wo

k = virtuelle Federhärte [N/m²]
p = Druck im Hohlkörper [N/m²]

_k

F_{k} = 2 \sqrt{k \cdot E \cdot I} [N]

E = E-modul [N/m²]
I = Flächenträgheitsmoment [m⁴]

In der WO 2005/042880 A wird überdies ein pneumatisches Plattenelement offenbart, bestehend aus einem Hohlkörper, der mit einem Druckmedium mit Überdruck beaufschlagt werden kann. Das aus dem Dokument WO 2005/042880 A bekannte pneumatische Bauelement weist die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 auf. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines pneumatischen Bauelementes mit Zug/Druckelementen und einem langgestreckten gasdichten Hohlkörper, welches sowohl zu bogenartigen und/oder flächenhaften Gebilden geformt und ausgedehnt werden kann, mit einer gegenüber den aus dem Stande der Technik bekannten pneumatischen Trägern und Bauelementen wesentlich erhöhten Knicklast F_K.
Über die gestellte Aufgabe hinaus soll ein pneumatisches Bauelement mit einem Hohlkörper bereitgestellt werden, der unabhängig von der durch statische Gegebenheiten bedingten Form der Zug-/Druckelemente ausgebildet werden kann, insbesondere unabhängig von der Form des Zugelements ist.
Ebenfalls über die gestellte Aufgabe hinaus soll ein pneumatisches Bauelement bereitgestellt werden, das unter Betriebslast eine geringere Verformung aufweist, als es bei den pneumatischen Bauelementen des Stands der Technik der Fall ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist bezüglich ihrer Hauptmerkmale wiedergegeben im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1, bezüglich weiterer vorteilhafter Merkmale in den folgenden Patentansprüchen.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen pneumatischen Bauelementes in der Draufsicht,
Fig. 2: das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 im Längsschnitt BB,
Fig. 3: einen Querschnitt AA durch das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 mit den wirkenden Kräften,
Fig. 4: den Querschnitt AA mit einem Ausführungsbeispiel eines ZugDruck-Elementes,
Fig. 5: einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiels eines Zug-Druck-Elementes im Detail,
Fig. 6: einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zug-Druck-Elementes,
Fig. 7: einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Zug-Druck-Elementes,
Fig. 8: eine Seitenansicht eines Knotenelementes,
Fig. 9: eine Isometrie einer flächigen Ausbildung von pneumatischen Bauelementen,
Fig. 10: eine Isometrie eines Flächentragwerkes aus erfindungsgemässen pneumatischen Bauelementen,
Fig. 11: eine Isometrie eines aerodynamischen Tragflügelprofils,
Fig. 12: eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines pneumatischen Bauelementes,
Fig. 13: eine Isometrie eines zweiten Ausführungsbeispiels einer flächigen Ausbildung von pneumatischen Bauelementen.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemässe pneumatische Bauelement in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht. Es ist gebildet aus zwei langgestreckten beispielsweise zigarrenförmigen gasdichten Hohlkörpern 1 mit einer Hülle 9 und je zwei Endkappen 5, wobei die Hohlkörper 1 je eine gerade Mittellinie L aufweisen. Andere Formen von Hohlkörpern 1 sind in der Beschreibung zu Fig. 12 enthalten.
Die Hülle 9 besteht jeweils aus z . Bsp. einer textilarmierten Kunststoff-Folie oder aus flexiblem kunststoffbeschichtetem Gewebe. Diese Hohlkörper 1 schneiden einander - abstrakt geometrisch - in einer Schnittfläche 2, wie aus Fig. 2 ersichtlich, welche einen Schnitt BB durch Fig. 1 darstellt.
Werden die zwei Hohlkörper 1 mit Druckgas befüllt, so nehmen sie - unter nachfolgend beschriebenen Bedingungen - die im Schnitt AA von Fig. 4 gezeigte Form an. Durch den Druck p im Innern der Hohlkörper 1 baut sich in deren Hüllen 9 eine Linienspannung σ auf, welche durch

σ = p·R
σ = Linienspannung [N/m]
p = Druck [N/m²]
R = Radius des Hohlkörpers 1 [m]

In den Schnittlinien der beiden Hohlkörper 1 ist, in der Schnittfläche 2, ein beispielsweise textiler Steg 4 eingelegt, auf welchen sich die Linienspannungen σ der beiden Hohlkörper 1 in der Schnittlinie übertragen, wie in Fig. 3 dargestellt. Wesentlich ist die Zugfestigkeit des Steges 4. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache sind selbstverständlich auch andere Materialen in der Form von Folien, erfindungsgemäss.
Eine im Wesentlichen gleiche Konfiguration, wie in den Fig. 1 und 2, kann selbstverständlich auch als ein einziger Hohlkörper betrachtet werden, welcher durch die beiden mit einander verbundenen Zug-Druck-Elemente 3, bzw. den Steg 4 längs eingeschnürt wird, womit die gleichen Linienspannungs-Verhältnisse auftreten, wie zu Fig. 1 bis 3 beschrieben. Fig. 4 lässt zwanglos beide Betrachtungsweisen zu. Die beiden Endkappen 5 gehen jedoch dann in eine einzige Endkappe 5 über.
Fig. 3 zeigt die vektorielle Addition der Linienspannungen σ zur Linienkraft f im textilen Steg 4: $\vec{f} = {\vec{σ}}_{l} + {\vec{σ}}_{r}$
wo

f = Linienkraft im Steg 4
σ _l = Linienspannung im linken Hohlkörper 1
σ _r = Linienspannung im rechten Hohlkörper 1

Die absolute Grösse von f ist bei gleichem Druck p und gleichem Radius R abhängig vom Schnittwinkel der beiden Schnittkreise der zwei Hohlkörper 1.
Um Zug- und Druckkräfte des so aufgebauten pneumatischen Bauelementes aufzunehmen, ist der Steg 4 eingespannt in ein Zug-Druck-Element 3, welches die in Fig. 2 dargestellte Form aufweist. Das Zug-Druck-Element 3 übernimmt den durch die Vektoraddition bestimmten Teil dieser oben dargestellten Linienkraft und wird damit in der durch die Vektordarstellung gegebenen Richtung vorgespannt. Durch das Befüllen der Hohlkörper 1 mit Druckluft ergibt sich eine Vorspannung des Steges 4 durch die Linienkraft f zu f = 2 σ sinϕ. Die Linienkraft f beschreibt also die Resultierende der von der Hülle auf den
Steg ausgeübten Kräfte, die in Figur 3 mit σ bezeichnet sind. Da der Radius entlang des Bauelementes im Allgemeinen nicht konstant ist, verändert sich auch die Vorspannung des Steges entlang des Bauelementes. Durch geeignete Wahl von Hüllenumfang und Steghöhe kann die Vorspannung des Steges gemäss dem Einsatz des pneumatischen Bauelementes optimiert werden.
Diese Vorspannung bewirkt ein Verhalten der Zug-Druck-Elemente 3 analog zu einer vorgespannten Feder, welche erst bei Überschreiten der Vorspannkraft mit einer Längenänderung reagiert. Erst bei diesem Überschreiten der Vorspannkraft tritt Gefahr des Einknickens der Zug-Druck-Elemente 3 auf. Durch die gezeigte Art der elastischen Bettung des Zug-Druck-Elementes 3 ist die Federkonstante k, im Unterschied zu der aus D2 bekannten, im erfindungsgemässen pneumatischen Bauelement durch die Elastizität des Steges bestimmt $k = E$
wo $E = Elastizit \ddot{a} tsmodul des Steges [N / m^{2}] .$
Der Elastizitätsmodul des Steges ist durch das Material bestimmt. Für textile Stege liegt der Elastizitätsmodul im Bereich von 10⁸ N/m². Ein typischer Wert für den Innendruck p ist 10⁴ N/m² (100 mBar). Durch das Einbringen des Steges ist also die Federhärte um Grössenordnungen erhöht worden und entsprechend auch die Knicklast.
Im erfindungsgemässen pneumatischen Bauelement wird also die komprimierte Luft zur Vorspannung des biegeweichen Steges benutzt, so dass dieser Zugund Druckkräfte übertragen kann und das Druckglied optimal gegen Ausknicken stabilisiert. Dadurch wird das pneumatische Bauelement stabiler und leichter und kann besser lokale Lasten tragen. Ferner lassen sich mit den Stegen 4 komplizierte dreidimensionale pneumatische Bauelemente wie zum Beispiel ein Flügel realisieren, die durch die Kombination mit den Zug-Druck-Elementen 3 wesentlich tragfähiger sind als herkömmliche pneumatische Strukturen.
Seitlich ist das Zug-Druck-Element 3 durch die Linienspannungen σ in der Hülle 9 stabilisiert.
Der durch das Bauelement hindurchverlaufende Steg 4 bildet, zusammen mit den Zug-/Druckelementen 3, einen unterspannten Träger für eine jeweils auf den Träger wirkende, gegen die Unterspannung hin gerichtete Last. Ebenso kann der Steg 4 mit den Zug-/Druckelementen 3 wie folgt als Fachwerk interpretiert werden:
Wirkt im Betrieb eine Last auf eines der Zug-/Druckelemente 3, z.Bsp. auf das dann aufgrund der Lastrichtung (Pfeil 40) als druckbelastbares Versteifungselement 30 ausgebildete Zug-/Druckelement, siehe Figur 2b, erfüllt das Element 30 die Funktion eines Obergurts des Fachwerks 50, und das als zugbelastbares Element 33 ausgebildete Zug-/Druckelement die Funktion eines Untergurts. Das Fachwerk 50 besteht somit aus Steg 4, druckbelastbarem Versteifungselement 30 und zugbelastbarem Versteifungselement 33.
Die durch den Pfeil 40 symbolisierte Last wird in der Regel eine über die Länge des Elements 30 verteilte Last sein. Im Fall einer ebenfalls möglichen lokalen Last muss das Element 30 entsprechend biegesteif ausgebildet werden, um lokales Knicken zu verhindern.
Wie erwähnt, ist der Steg 4 durch den im Bauelement herrschenden Innendruck um eine der Linienkraft f entsprechende Kraft vorgespannt. Belastet verschiebt sich das druckbelastbare Versteifungselement 30 in Wirkrichtung der Last 40. Verbleibt Letztere im Fall der verteilten Last unter der Linienkraft f , ist die Verschiebung gering (und erfolgt ensprechend dem E Modul des immer noch vorgespannten Stegs 4). Übersteigt diese jedoch die Linienkraft f , ist die Verschiebung grösser, mit der Gefahr, dass das Fachwerk 50 überbeanstprucht wird.
Die Verformung bei einer Last unterhalb der Linienkraft f ist somit geringer als es bei den pneumatischen Bauelementen des Stands der Technik der Fall ist. Überschreitet die Betriebslast die Linienkraft f nicht, ist in erster Näherung auch bei nicht konstanter Last keine Verformung des erfindungsgemässen Bauelements gegeben.
Sind das druckbelastbare Versteifungselement 30 und das zugbelastbare Verbindungselement 33 gleich ausgebildet, z.Bsp. als Träger, wie sie in den Figuren 4 bis 8 dargestellt sind, besitzt das Fachwerk 50 Symmetrie, mit der Folge, dass bei Angriff einer Last 44 dieselben Verhältnisse herrschen: Das Versteifungselement 33 ist druckbelastbar und wirkt als Obergurt des Fachwerks 50; das Versteifungselement 30 ist zugbelastbar und wirkt als dessen Untergurt. Belastbarkeit ist also von beiden Seiten her (Last 40 und Last 44) gegeben.
In einer weiteren, erfindungsgemässen Ausführungsform ist das zugbelastbare Versteifungselement 33 ausschliesslich zugbelastbar ausgebildet, z.Bsp. als flexibles Zugglied, wie es ein Seil darstellt. Dann ist die Belastbarkeit des Fachwerks 50 nur einseitig, hier durch die Last 40 gegeben. Der für die Funktion des Fachwerks 50 notwendige, vorbestimmte Abstand der Versteifungselemente 30,33 (Zug-/Druckglieder 3) wird durch den Innendruck p sichergestellt, der den flexiblen Steg 4 über die Linienkraft f betriebsfähig z.Bsp. in der in Figur 4 dargestellten Art vorspannt. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch geringes Gewicht aus und ist, wie erwähnt, für einseitige Last (Last 40) geeignet.
Erfindungsgemäss sind der Steg 4 und die an ihm angeordneten Elemente (Zug-/Druckglieder 3 bzw. druckbelastbares Versteifungselement 30 und zugbelastbares Versteifungselement 33 in der Ausführungsform von Figur 2b) mit der Hülle 9 wirkverbunden, d.h. derart verbunden, dass Kräfte übertragen werden können und das druckbelastbare Versteifungselement in der Art eines Obergurts die entsprechende (d.h. in Richtung des Untergurts wirkende), auf das Bauelement wirkende Last aufnehmen kann. Damit kommt es nicht darauf an, ob die am Versteifungselement 30,33 angreifende Last (40,44) direkt am Element 30,33 angreift oder über die Hülle 9 (Figur 4) in das Element 30,33 eingeleitet wird. Letzteres wäre denkbar, wenn ein Dach gemäss Figur 13 eine Schneelast trägt oder bei einem Tragflügel nach den Figuren 10 und 11. Es ist auch denkbar, dass die Last direkt am Steg 4 angreift und über diesen in das Element 30,33 eingeleitet wird, was zum Zweck der Beschreibung der Erfindung ebenfalls als direkt am Element 30,33 angreifende Last verstanden wird.
Überschreitet die Last 40, die Linienkraft f , verformt sich das Fachwerk 50 entsprechend, trägt aber die Last 40,44 solange weiter, bis entweder das druckbelastbare Element 30 knickt bzw. aufgrund der Druckspannungen zerstört wird oder das zugbelastbare Element 33 reisst. Dabei ist natürlich Voraussetzung, dass die Elemente 30,33 ihre relative Lage zueinander behalten, die für die tragenden Eigenschaften des Fachwerks 50 massgebend ist. Diese relative Lage wird durch die aufgrund der Linienkraft f im Steg 4 herrschende Vorspannung sichergestellt. Damit ergibt sich neben der oben erwähnten mechanischen Beanspruchbarkeit der Elemente 30,33 als zweite Randbedingung für die maximale Last 40 die zulässige Deformation des Fachwerks 50, die solange gegeben ist, wie die Vorspannung des Stegs 4 als solche noch existiert. Letzteres ist abhängig vom Innendruck p.
Erfindungsgemäss ergeben sich hervorragende Lasteigenschaften des pneumatischen Bauelements, zusammen mit den Vorteilen eines pneumatischen Bauelements, dessen Elemente 30,33 von vergleichsweise geringer und minimal möglicher Masse sind. Es besitzt darüber hinaus die Eigenschaften (Lastaufnahme, Masse) eines optimierten, konventionellen Fachwerks, ohne dass aber der beträchtliche Aufwand (Auslegung, Fertigung und Kosten) zur Optimierung des konventionellen Fachwerks aufgebracht werden muss.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bauelements ist in Figur 2c dargestellt.
Die Figur zeigt ein pneumatisches Bauelement 100, das durch einen Steg 110 zu zwei Zylinderförmigen Abschnitten 101 und 102 in der Art eines Doppelzylinders geformt ist. Die Hülle 103 (bestehend aus einem flexiblen, gasdichten Material) ist mit einem als geraden, druckbelastbaren Träger 104 ausgebildeten druckbelastbarem Element, und über dieses mit dem Steg 110, betriebsfähig verbunden, in der Art, wie dies beispielhaft in den Figuren 4 bis 7 gezeigt ist. Entlang seiner anderen Längsseite 111 ist der Steg 110 mit der Hülle 103 z.Bsp. durch verschweissen oder durch gasdichte Vernähung verbunden. Der Innendruck p spannt den aus flexiblem Material bestehenden Steg 110 zur dargestellten, ebenen Rechtecksform auf.
Im Steg 110 verläuft ein zugbelastbares flexibles Zugglied, z.Bsp. ein Drahtseil 113, das über Verbindungen 114 am Steg 110 ortsfest in betriebsfähiger Lage festgelegt ist. Damit ergibt sich ein Fachwerk 120, gebildet aus dem Seil 113, dem Träger 104 und dem Steg 110, welcher durch seine Vorspannung (Linienkraft f ) die betriebsfähige Lage der Fachwerkselemente sicherstellt.
Die Verbindungen 114 können als durch den Steg 110 hindurchgeführte Laschen ausgebildet werden oder durch jede geeignete, fachmännische Weise.
Durch diese Anordnung wird ermöglicht, die äussere Form der Hülle unabhängig von der Anordnung der Elemente des Fachwerks 120 auszubilden; die Notwendigkeit der spindelähnlichen Form gemäss den Figuren 1 und 2 entfällt.
Es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung, sowohl den Steg 110 als auch das zugbelastbare Versteifungselement 113 teilweise fest und teilweise flexibel auszubilden, was z.Bsp. beim Zugelement 113 zur besseren Festlegung am Steg 110 oder auch anderen Zwecken dienen mag.
Ebenso kann neben der Form des Doppelzylinders noch eine weitere, im Rahmen der erfindungsgemässen Ausführung beliebige Ausbildung der Hülle 103 vorgesehen werden.
Figur 2d zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Bauelements, wobei die dargestellten Teile dieselben Referenzzeichen wie in Figur 2c tragen. Der Träger 104 ist im Steg 110 nach unten versetzt angeordnet und ist mit der Hülle 103 nicht mehr direkt, aber dennoch wirkverbunden. Zudem ist der Träger 104 gekrümmt angeordnet. Der Fachmann kann die zulässige Krümmung des Trägers 104 je nach Auslegungsfall frei bestimmen; Randbedingung ist, dass der Träger 104 dann über seine gesamte Länge in der Druckzone des Fachwerks (Träger 104, Steg 110 und Zugelement 113) verbleibt. Die Trageigenschaften dieser Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der Ausführungsform von Figur 2c.
Fig. 4 ist eine technische Ausführungsversion der Darstellung gemäss Fig. 3 im Schnitt AA gemäss Fig. 1. Das Zug-Druck-Element 3 besteht hier beispielsweise aus zwei miteinander verschraubten C-Profilen 8. Die Hülle 9 der Hohlkörper 1 ist ohne Unterbrechung zwischen den C-Profilen 8 hindurchgezogen und wird aussen am Zug-Druck-Element 3 durch einen Keder 10 gesichert. Der Steg 4 ist zwischen die aussen liegenden Lagen der Hülle 9 eingelegt und wird durch die Schraubenverbindung der C-Profile 8 festgeklemmt.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das so ausgeführte Zug-Druck-Element 3 im Detail.
In Fig. 6 ist eine Variante zur Ausführung des Zug-Druck-Elementes 3 im Querschnitt dargestellt. Das Zug-Druck-Element 3 weist hier drei Nuten für Keder 10 auf. In die oberen beiden Nuten sind die Hüllen 9 der beiden Hohlkörper 1 mittels Kedern 10 eingelassen, in die untere Nut der Steg 4.
Fig. 7 ist die Querschnittsdarstellung einer weiteren Variante des Zug-Druck-Elementes 3 mit seiner Befestigung. Das Zug-Druck-Element 3 weist hier beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf, kann jedoch zur Optimierung des Flächenträgheitsmomentes auch anders ausgeführt sein. Es ist in eine Tasche 11 eingelegt, welche mit der Hülle 9 durch Schweissen oder Nähen und anschliessendes Abdichten verbunden ist.
An ihren Enden sind die Zug-Druck-Elemente 3 in einem Knoten 14 zusammengeführt, wie in Fig. 8 dargestellt. Ein solcher Knoten 14 kann in mannigfacher Art ausgeführt sein und ist in der Baustatik an sich bekannt. Hier besteht er beispielsweise aus einer Platte 13, welche mit den Zug-Druck-Elementen 3 beispielsweise verschraubt ist. Der luftdichte Abschluss der Hülle 9 kann ebenso auf viele Arten gelöst werden. Das Wesentliche ist hier, dass die Zug-Druck-Elemente 3 aus der Hülle 9 herausgeführt sind und der Knoten 14 frei liegt zur geeigneten Befestigung beispielsweise auf einem Auflager.
Fig. 9 ist die Isometrie einer flächigen Ausbildung eines pneumatischen Bauelementes gemäss dieser Erfindung. Hier ist eine Vielzahl von Zug-Druck-Elementen 3 vorgesehen, wobei jeweils ein Steg 4 gemäss Fig. 2 eingelegt ist. Zwischen zwei benachbarten Zug-Druck-Elementen 3 ist jeweils ein Hohlkörper 1 eingespannt und mit Druckgas befüllt. An die zwei zu äusserst liegenden Zug-Druck-Elemente 3 schliesst sich jeweils ein unpaariger Hohlkörper 1 an, um die Vorspannung der Zug-Druck-Elemente 3 zu erzeugen und um die Zug-Druck-Elemente 3 seitlich zu stabilisieren. Für den Aufbau eines solchen flächigen Bauelementes kann so vorgegangen werden, dass alle Zug-Druck-Elemente 3 und die Hüllen 9 der Hohlkörper 1 bereits montiert sind und das ganze beschriebene Arrangement auf Auflager 15 aufgelegt und anschliessend mit Druckgas befüllt wird. Oder die Montage kann vor Ort geschehen, indem die Zug-Druck-Elemente 3 auf den Auflagern befestigt und die Hüllen 9 anschliessend an die Zug-Druck-Elemente 3 angefügt werden.
In der Darstellung von Fig. 10 sind zwei Scharen von Zug-Druck-Elementen 3 gekreuzt angeordnet und bilden ein Flächentragwerk 16 mit hoher Biegesteifigkeit in zwei, beispielsweise zueinander senkrechten, Achsenrichtungen. Die gasdichten Abschlüsse in den Regionen, wo die Zug-Druck-Elemente 3 einander kreuzen, können beispielsweise ebenfalls mit Kedern gelöst werden; selbstverständlich sind auch hier mannigfache andere Lösungen vorhanden.
Der Vorteil einer Ausgestaltung als eigentliches Flächentragwerk 16 gemäss Fig. 10 hat den Vorteil, dass die einzelnen Zug-Druck-Elemente 3 vorzugsweise gegen Kippen stabilisiert sind, und von einem geeigneten Auflager keine Momente aufgebracht werden müssen.
Fig. 11 zeigt, ausgehend von Fig. 10, ein erfindungsgemässes Tragflügel-Profil 17. Wie gemäss Fig. 10 sind hier zwei Scharen von Zug-Druck-Elementen 3 gekreuzt angeordnet. Die Mengen von Zug-Druck-Elementen 3 in den beiden Scharen - hier zwei in der einen, acht in der anderen Richtung - können den Anforderungen an das Tragflügel-Profil 17 angepasst werden. Ebenso ist die Ausbildung der Konturen der Zug-Druck-Elemente 3 variabel in dem Sinne, dass neben den statischen Anforderungen an ein solches Profil auch die aerodynamischen Formen von Anström- und Abströmkanten 18, 19 entsprechend ausgestaltet werden können, dies allenfalls mit Profilaufsätzen, welche zwar aerodynamisch wirksam sind, jedoch nicht Bestandteil der Statik des Tragflügelprofils 17 hinsichtlich seiner Eigenschaften als Flächentragwerk.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 12 sind die Mittellinien L der Hohlkörper 1 nicht, wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1, gerade, sondern von der Schnittfläche 2 der zwei Hohlkörper 1 aus, nach aussen gebogen. Die zwei Hohlkörper 1 - welche einander hier in der Schnittfläche 2 gemäss Fig. 2 schneiden und welche in ihrer Form unverändert bleibt - weisen also im Querschnitt AA gemäss Fig. 1 den kleinsten Durchmesser auf. Zu den Enden der Höhlkörper 1 nimmt dieser jedoch zu. Damit steigt auch die zum lokalen Radius R proportionale Linienspannung σ an. Und damit kann die auf den Steg 4 übertragene Linienkraft gesteigert oder - allgemein gesagt - optimiert werden. Anstelle eines nach den Enden der Hohlkörper 1 zunehmenden lokalen Radius kann selbstverständlich auch ein konstant bleibender oder auch ein abnehmender gewählt werden. Im letzteren Falle nimmt die Linienspannung gegen die Enden der Hohlkörper 1 und damit auch des Steges 4 ab. Dies kann erreicht werden durch eine Mittellinie L, welche im Gegensatz zu der in Fig. 12 gezeigten, gegen die Enden der Hohlkörper 1 zu der Schnittfläche 2 hin gebogen ist. Dasselbe gilt auch für Hohlkörper 1 mit beispielsweise konstantem Radius, also von toroidischer Form.
Fig. 13 ist die Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Erfindungsgedankens. Hier sind eine Vielzahl - in Fig. 13 beispielsweise fünf - von Hohlkörpern 1 an eine weitere, kleinere, Vielzahl von Zug-Druck-Elementen 3 angeordnet. Diese tragen wiederum Stege 4 und sind aus den Hohlkörpern 1 gasdicht herausgeführt. Die Zug-Druck-Elemente können unterschiedlich gewählt werden, sowohl ihrer Länge, ihrer Höhe als auch ihrer Richtung nach. Jeweils anschliessend an die zwei äussersten Zug-Druck-Elemente 3 und an ihnen befestigt ist, wie zu Fig. 9 ausgeführt, je ein Hohlkörper 1 angefügt, zum Symmetrisieren der Linienspannungen in den genannten zwei äussersten Zug-Druck-Elementen 3 und deren Stegen 4 und zu deren seitlicher Stabilisierung.

Claims

Pneumatisches Bauelement mit einer gasdichten Hülle (9,103) und mit Druck-Zugelementen (3), bestehend aus mindestens einem druckbelastbaren (3,30,104) und mindestens einem zugbelastbaren (3,33,113) Versteifungselement, wobei weiter ein durch das Bauelement hindurch verlaufender, unter Betriebsdruck des Bauelements durch diesen vorgespannter Steg (2,4,110) vorgesehen ist, der im Betrieb einander gegenüber liegende Seiten der Hülle (9,103) miteinander verbindet, dass die Versteifungselemente (3,30,104; 3,33,113) an ihren zugeordneten Enden beidseitig in je einem gemeinsamen Knoten miteinander verbunden und über ihre Länge am Steg (2,4,110) betriebsfähig und in vorbestimmt maximalem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Steg (2,4,110) und die an ihm angeordneten Versteifungselemente (3,30,104; 3,33,113) mit der Hülle (9,103) wirkverbunden sind, derart, dass das druckbelastbare Versteifungselement (3,30,104) in der Art eines Obergurts eines Fachwerks (50) entsprechende, auf das Bauelement wirkende Last (40,44) aufnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg aus Textil oder aus anderen Materialien in der Form von Folien besteht.
Pneumatisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Steg (2,4,110) mindestens teilweise aus flexiblem, zugfestem Material besteht und über seine Länge beidseitig mit der jeweils zugeordneten Hüllenwand der Hülle (9,103) verbunden ist, derart, dass er im unter Betriebsdruck stehenden Bauelement betriebsfähig vorgespannt wird.
Pneumatisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zugbelastbare Versteifungselement (3,33,113) mindestens teilweise flexibel ausgebildet und über seine Länge am Steg (2,4,110) ortsfest festgelegt ist, derart, dass es im unter Betriebsdruck stehenden Bauelement eine betriebsfähige Lage in der Art eines Untergurts eines Fachwerks einnimmt.
Pneumatisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zugbelastbare Versteifungselement (3,33,113) auch druckbelastbar und das druckbelastbare Versteifungselement (3,30,104) auch zugbelastbar ausgebildet ist.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das druckbelastbare Versteifungselement (3,30,104) als gerader Träger ausgebildet ist.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei vorzugsweise mindestens zwei langgestreckte Hohlkörper (1) bestehend aus einer gasdichten Hülle (9) aus flexiblem Material, und mindestens zwei Zug-Druck-Versteifungselemente (3), welche an beiden Enden in einem Knoten (14) miteinander verbunden sind und im Wesentlichen auf ihrer ganzen Länge mit der Hülle (9) verbunden sind, vorgesehen sind, und wobei
- jeweils zwischen zwei miteinander in einem Knoten (14) verbundenen Zug-Druck-Elemente (3) ein Steg (4) aus zugfestem Material angeordnet und mit den zwei Zug-Druck-Elementen (3) im Wesentlichen auf deren ganzen Länge zugfest verbunden ist, dergestalt, dass beim Befüllen der Hohlkörper (1) mit Druckgas die Spannung der Hüllen auf die Zug-Druck-Elemente (3) und auf den Steg (4) übertragen wird und diesen damit vorspannt.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Zug-Druck-Element (3) aus zwei miteinander verschraubten C-Profilen aufgebaut ist,
- für das mindestens eine Zug-Druck-Element (3) ein Keder (10) vorhanden ist, welcher vom Material der Hülle (9) umfasst wird, und welcher auf der Außenseite des Zug-Druck-Elementes (3) angeordnet ist,

- der Steg (4) zwischen den beiden C-Profilen des mindestens einen Zug-Druck-Elementes (3) durch die Verschraubung festgeklemmt wird.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Zug-Druck-Elemente (3) aus einem Profilstab besteht, welcher drei Nuten für je einen Keder (10) aufweist, wobei zwei Nuten für Keder (10) seitlich und eine dritte Nut für einen Keder (10) mittig angeordnet ist,
- die Hülle (9) durch die seitlichen Keder (10), und der Steg (4) durch den mittig angeordneten Keder (10) festgeklemmt werden.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Zug-Druck-Elemente (3) aus einem Profilstab mit geeignetem Flächenträgheitsmoment besteht,
- jeder Profilstab in eine längs zum Zug-Druck-Element (3) verlaufende Tasche (11) eingelegt wird,

- die Hülle (9) der Hohlkörper (1) mit dieser Tasche (11) gasdicht verbunden sind,

- der Steg (4) mit dieser Tasche (11) ebenfalls verbunden ist,

- die Verbindungen von Hüllen (9) und Steg (4) mit der Tasche (11) durch Schweißen oder Kleben oder Nähen mit anschließendem Abdichten erzeugt werden.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Mittel vorhanden sind, um mindestens ein Paar von einander zugeordneten Zug-Druck-Elementen (3) gasdicht aus dem oder den Hohlkörpern (1) herauszuführen, und wobei
- die Knoten (14) dieser einander zugeordneten Elemente (3) außerhalb der Hohlkörper (1) angeordnet sind.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens eine Vielzahl von Zug-Druck-Elementen (3) vorhanden ist,
- jeweils zwischen zwei benachbarten Paaren von Zug-Druck-Elementen (3) ein gegen außen gasdichter Hohlkörper (1) eingelegt und mit den Zug-Druck-Elementen (3) verbunden ist,

- die beiden äußersten Zug-Druck-Elemente (3) je einen unpaarigen Hohlkörper (1) tragen, um die Vorspannung des Steges (4) symmetrisch zu machen und um diesen seitlich zu stabilisieren.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei aus den Hohlkörpern (1) herausgeführten Knoten (14) auf ein Auflager (15) gelegt und darauf befestigt sind.
Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vielzahl von je einander zugeordneten Zug-Druck-Elementen (3) vorhanden und in zwei Scharen angeordnet sind, welche einander kreuzen, wodurch ein Flächentragwerk (16) gebildet wird,
- die gasdichten Hohlkörper (1) ebenfalls in zwei einander kreuzenden Scharen vorhanden und angeordnet sind,

- die Hohlkörper (1) miteinander und mit den Zug-Druck-Elementen (3) gasdicht verbunden sind,

- die Stege (4) zwischen den beiden sie spannenden Zug-Druck-Elementen (3) verlaufen.
Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächentragwerk (16) eine geeignete aerodynamische Form aufweist, so dass es als Tragflügelprofil (17) eingesetzt werden kann.
Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Aufsätze auf die Zug-Druck-Elemente (3) vorhanden sind zur Optimierung der Anström- und/oder Abströmkanten (18, 19) des Tragflügelprofiles (17).
Dach oder Boden für eine Baute mit nebeneinander angeordneten Bauelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 13.