WO2005074741A1 - Selbsttragende gewölbekonstruktion - Google Patents

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WO2005074741A1
WO2005074741A1 PCT/DE2005/000245 DE2005000245W WO2005074741A1 WO 2005074741 A1 WO2005074741 A1 WO 2005074741A1 DE 2005000245 W DE2005000245 W DE 2005000245W WO 2005074741 A1 WO2005074741 A1 WO 2005074741A1
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struts
self
construction
center
curvature
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PCT/DE2005/000245
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Inventor
Oliver Lang
Walter C. Reimann
Original Assignee
Heun, Gisela
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Definitions

  • the invention relates to a self-supporting arch structure with flexible struts extending from a point and / or line-shaped center, which are rigid in the center and connected at their ends opposite the center by a tensioning device on the circumferential line of the arch structure, the for A horizontally oriented curvature angle of the arch construction is determined via the balance of forces between the clamping force generated azimuthally by the clamping device and the restoring force of the flexible struts.
  • Such a vault construction is known from DE 102 55914 C1, in which a reversible shape-changeable pop-up construction is described, from which the present invention is based as the closest prior art.
  • the main principle of this known construction is the automatic transition from the surface shape to the spatial shape.
  • the tensioning device between the flexible struts the flexibility of which is known via the modulus of elasticity, is designed as a pre-dimensioned spring tensioning device which, when the center of the structure is relieved, contracts the flexible struts around the center until the force equilibrium is reached.
  • the known construction which depends on the pre-dimensioning of the spring tensioning device and the restoring force of the flexible struts.
  • the degree of curvature is defined by the curvature angle of the spokes in the center to the horizontal. Large bulge angles produce a large degree of bulge.
  • the center of the known construction is unsupported and moves from the surface shape, in which it is pressed flat on a base, into the spatial shape, the highest point or line of which it then forms.
  • rotationally symmetrical vault shapes domes
  • axisymmetric vault shapes barrel vaults
  • the change in curvature is, however, relatively limited and is brought about by actuating devices which move in the manner of a link at the longitudinal ends of the reflector and which adjust the distance between the two longitudinal edges of the reflector, and a degree of curvature which changes over the length of the reflector can also be set.
  • actuating devices which move in the manner of a link at the longitudinal ends of the reflector and which adjust the distance between the two longitudinal edges of the reflector, and a degree of curvature which changes over the length of the reflector can also be set.
  • a strut construction is not provided. The forces are applied directly via the flexible reflector, which can be compared to a covering.
  • a centrally supported vault construction with medium dimensions is known, for example, from the large umbrella according to DE 37 08 921 A1. This umbrella has a central support mast and a number of radial struts attached to it.
  • the screen shows a maximum curvature, as it were, which can be converted into a minimal curvature by mechanically or electrically controlled opening.
  • the state of curvature is not brought about by flexible but centrally rigidly fastened struts, but rather by a hinged fastening of the struts to the support mast.
  • radial tensioning rods are provided on the support mast, which are aligned in the horizontal plane in order to erect the arch shape.
  • a covering covers the screen. The degree of tension is set by an axial displacement of the radial tension rods and thus by reaching a different curvature angle to the horizontal of the Sireben.
  • a vaulted construction of larger size is known from DE 42 35287 A1. This is a portable, walk-in housing on a chassis, for example in the design of a sales stand.
  • the vaulted structure consists of centrally fastened struts, between which a covering is arranged.
  • the struts are arched downwards with a maximum degree of curvature and attached to a chassis as a foundation.
  • Individual segments, consisting of an adjacent pair of struts and the covering in between, can be removed from the fastening and arched back upwards and fastened at the center, so that an opening in the arch construction, here as a sales opening, is created.
  • No further azimuthal connecting elements are provided in this construction either.
  • An earthquake-proof building is known from DE 198 35 539 A1.
  • This is a transportable vaulted construction of large dimensions with a central post and elastic rafters as radial struts. These are suspended centrally and supported by stands along the perimeter of the vault. The stands in turn are supported by radial spokes against the center post. A self-supporting function is therefore not given.
  • a large number of struts and stands disturb the interior.
  • the construction described results in a predetermined degree of curvature that cannot be changed.
  • the struts are encircled by an encircling ring belt held together in a circle. No further connecting elements between the struts are provided in this arch construction either.
  • a self-supporting vaulted structure the size of a building is generally known in the form of a wicker hut, in which willow branches are bent, interwoven over a center and attached to the floor at both ends. The degree of curvature can be determined by the length of the willow branches. Azimuthal connecting elements are also used here at most for building stabilization.
  • a central support post can, but does not have to be used.
  • the vaulted structure can be a centrally supported large vaulted structure on a base that is particularly suitable for stationary architectural applications such as representative halls, sports halls, greenhouses, etc., and in which it is possible to vary between a closed room state and an open open-air state ,
  • This is solved, for example, by a large number of windows or other sliding elements in a rigid matrix.
  • the task for the present invention is therefore to be seen in developing the generic arch construction in such a way that different degrees of curvature can be set easily and precisely.
  • the vault construction should be able to be designed in small and medium as well as in large dimensions.
  • the means used should be simple in terms of their structure and handling, and yet inexpensive, without disturbing the interior of the vaulted structure.
  • the set degree of curvature should be kept reliably even under adverse weather conditions, for example large wind or snow loads.
  • the solution according to the invention for this task is characterized for a self-supporting arch construction of the generic type described at the beginning, characterized in that the tensioning device between the struts has connecting elements whose length can be varied continuously between a maximum length and a minimum length, with the setting the maximum length of the generated clamping force goes to zero and the minimum curvature angle is determined by the weight of the relaxed struts and when setting the minimum length the generated clamping force and thus the curvature angle assume a maximum value, and that the vaulted construction is stationary to support it on a base in the center is mounted, whereby both a positive bulge angle downwards and a negative bulge angle upwards can be set from the base.
  • connecting elements are provided between the strut ends in the arch construction according to the invention, which are adjustable in length, so that a controlled erection is effected.
  • the unloaded state of the arch construction according to the invention is not the arched state, but rather the one with the lowest curvature wheel, in which the struts that are firmly attached centrally hang down a little only in the end region due to their weight and thus form a weakly curved plane. In this state, the struts are at a maximum distance from one another and the connecting elements are accordingly set to their maximum length.
  • the azimuthal clamping force generated in this state approaches zero.
  • the maximum loaded condition is the one with the strongest curvature, in which the struts are contracted to the smallest distance from each other and accordingly the connecting elements are set to their minimum length and exert the greatest azimuthal tension.
  • an arch angle of 90 ° can be set in this position, for example, so that a closed half-arch results.
  • the strut shape usually corresponds to a spherical triangle, formed from 2 geodetic lines on the spherical surface from 0 to 90 degrees and a final geodetic connecting line.
  • the struts can also be designed in such a way that a closed, almost spherical vault shape results.
  • the ideal strut shape in this case corresponds almost to a spherical triangle.
  • the arch construction according to the invention can be easily adjusted to any desired degree of curvature between the relieved and the maximally loaded state in the sense of permanent clamping of the arch construction or continuously adjusted in the sense of opening and closing the arch construction.
  • the free adjustability is also made possible by the support of the center on a base, so that the strut ends do not have to touch a solid surface as in the known arch construction for storage, but also freely in the Space can end, so that a freely accessible space is created under the vault formed by them.
  • three or more supports can also be used for support, which are guided along the curved struts and thus create a free interior.
  • the curvature can be oriented downwards based on the model of a screen (positive curvature angle to the horizontal), but it can also extend upwards (negative curvature angle to the horizontal), so that there is a shell character.
  • the direction of curvature simply results from the protrusion in the initial state, which is normally formed by the weight downward.
  • a bulge device must therefore be provided, which can consist, for example, of a short mast that protrudes above the construction in the center and from which the outer ends of the struts can be easily lifted using a cable winch.
  • the change in shape of the arch structure according to the invention which can be brought about by the clamping device described and which can be rotationally or axially symmetrical or also as a combination of several symmetries, gives the latter a high degree of aesthetic and at the same time futuristic effect.
  • the fixed location of the center ensures its stability during the vaulting of the vaulted structure. However, it is still possible to change the location of the entire vault structure depending on its dimensions.
  • the vaulted construction according to the invention can be designed very individually and therefore preferably used to create representative buildings such as showrooms and sports halls or also for artistic objects with a technical character.
  • the useful function provided by the variable clamping option is a major advantage that combines technical comfort with an aesthetic design.
  • An analogous example is the flower pavilion of Venezuela mentioned at the beginning, which with the Arch construction according to the invention would have been significantly easier to design without a loss of comfort and aesthetics.
  • the central mast M has been replaced by a construction made of supports SK, which are guided along the curved struts BS and thus create a free inner surface.
  • the height of the strut ends above the floor is determined by the height of the base in the different degrees of curvature.
  • the base can be designed as a mast of a predetermined height and the arch construction closed all round.
  • the arch construction according to the invention can be designed in very different dimensions up to the hall size.
  • a closed state when the strut ends of the arch construction reach the floor or a platform in the maximally arched state, and an open open-air state when the connecting elements are extended to their maximum length and the struts have straightened up , given.
  • Each arched intermediate state can also be implemented depending on the weather conditions.
  • the maximum arched state can be achieved, for example, at a bulge angle of 90 ° (hemisphere) or at a bulge angle of 180 ° (ball).
  • a utility platform could be provided in the equatorial plane or one or more objects could be arranged inside, which are to be protected in the manner of a flower.
  • the center can also be mounted in a stationary manner using a construction consisting of at least 3 supports, which are guided along the vaulted structure from the center to the base.
  • the mast is anchored in a foundation, which has a locking groove corresponding to the circumferential line of the vault construction, in the struts when a predetermined positive arch angle is reached snap into place.
  • the curvature is determined by the height of attachment of the center of the arch structure to the mast, the strut shape and the diameter of the locking groove.
  • the base can also be designed as an anchor point in a wall and the arch construction open, the open side adjoining the wall. Then one arises
  • the degree of shading can be adjusted by the degree of curvature.
  • a strong curvature ensures strong shading, whereas a flat curvature with extended connecting elements enables less shading.
  • it must be ensured that the struts on the wall or wall do not have any torsion
  • struts with a large width and low height can be used for reinforcement, or alternatively the struts resting on the wall run in guide rails attached to the wall.
  • An automated and Autonomous control depending on the sunlight can also be integrated.
  • the connecting elements between the strut ends can be designed differently. For example, these can be threaded rods that run in a rotatable nut and are thus extended and retracted.
  • one or more cable winches are each arranged at the end of the struts, by means of which the length of the connecting elements between the struts is adjusted.
  • the struts are then pulled together, for example, by means of wire ropes which are pulled together by one or more winches. Since the bending stress in the struts would be greatly changed by guiding the cables longitudinally over one or more struts towards the center, the cable winches can advantageously be attached to the outer end of the struts.
  • a cable winch can be arranged on each end of the strut to produce ideal symmetry.
  • the cable winches can consist of relatively small and light motors, for example electric motors, which apply the necessary torque via gearboxes with high gear ratios in order to apply the bending moment of the respectively contracted struts.
  • the winches can also be controlled by a suitable control so that the individual connecting elements are of different lengths and thus interesting geometric shapes such as waves can be represented.
  • Another option for motor positioning is the central area of the arch construction, for example in the upper part of the mast or next to it. From there, the rotary movement can also be guided outwards via one or more flexible shafts along the struts, where the cable winches are then located. With this arrangement, the bending stress of the strut lying above the shaft is influenced only slightly.
  • solar cells can be arranged on the upper side of the struts for the power supply of the cable winches, the energy of which is buffered in accumulators, which due to their weight are ideally arranged in the center of the arch construction.
  • This measure gives the arch structure according to the invention, in addition to its aesthetic and technical aspects, an energy-self-sufficient and environmentally friendly character. A self-sufficient energy supply is particularly important from the point of view of operational safety.
  • the arch construction according to the invention is to be water and windproof, a flexible covering can be provided according to the next invention. However, this extends both in the closed and in the open state over the arch construction and reduces the open-air character of the arch construction according to the invention in the open state. This can be avoided by a rigid segmented cover. In this case, a segmented cover closed at a predetermined curvature angle can advantageously be provided. If the tightness is to be achieved, the arch construction must be moved to the corresponding degree of curvature, in which the segments overlap or a positive connection of adjacent segments is achieved.
  • an overlying cover element can also be provided between each two segments, which lies either on the segments as elastic covering or as a loose element and also provides an “umbrella effect” in the arched state of the arch structure.
  • the struts in particular in the case of a linear center (axially symmetrical arch construction), can also have different distances from one another and the cover elements can have different widths and shapes.
  • the degree of curvature depends on the bending stress in the struts and the azimuthal force exerted by the tensioning device between the strut ends. The bending stress of the struts results from their modulus of elasticity, cross-section and length.
  • the struts each have a support strut with a predetermined modulus of elasticity which, when the maximum length of the connecting elements is set, has a correspondingly defined curvature angle Carrier strut caused, and an overlying or underlying cover element with a low modulus of elasticity are divided, the width of the cover elements being such that a closed cover results at a predetermined maximum curvature angle.
  • This measure enables the bending behavior of the struts to be separated from the external appearance of the arch construction and is particularly useful because the bending stress is greatest for a bar with a constant cross section in the area of the central clamping.
  • the support struts are designed as hollow struts into which a gas or a liquid is pressed at high pressure from the center to adjust their modulus of elasticity.
  • the modulus of elasticity of the struts can thus be increased in proportion to the pressure in accordance with the requirement described above, and thus additionally Influence the mechanical properties of the arch structure according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a vault construction in different curvatures
  • FIG. 2 top views of a vault construction in different curvatures
  • FIG. 3 shows a sectional side view of a vault construction in differently oriented curvatures
  • FIG. 44 shows a sectional side view of a vault construction in a spherical curvature
  • FIG. 5 shows a plan view of a vaulted construction in a barrel-shaped configuration
  • FIG. 6 covering segments of a vaulted construction in hemispherical curvature in detail
  • FIG. 6a shows a cover segment of a vaulted construction in a spherical curvature
  • Figure 7 shows a hollow strut in detail
  • Figure 8 is a perspective view of a vault construction in an open design.
  • FIG. 1 shows a self-supporting arch structure GK with a point-like center PZ, from which a row of flexible struts BS radially originate.
  • the flexible struts BS are rigidly fixed in the point-like center PZ, whereas at their strut ends they are fastened by a device SE are azimuthally connected to each other on the circumference of the arch construction GK.
  • the punctiform center PZ is fixed in place on a base B. In the exemplary embodiment shown, this is a mast M which is anchored in a foundation F. This has a locking groove RN into which the flexible struts BS can snap. Due to the central base B, the vaulted structure GK is built all the way round like a mushroom. Depending on the embodiment, the central base B can, in the open position, close off the arch construction GK or protrude from it.
  • the accessible platform PF is lowered compared to the foundation for safety reasons.
  • FIG. 1 also shows the changeable curvature angle ⁇ , which results between the flexible struts BS and an imaginary horizontal H (can be positive or negative, compare FIG. 3) and is a measure of the degree of curvature of the arch construction GK.
  • the degree of curvature is caused by the balance of forces between the clamping force generated azimuthally by the clamping device SE and the restoring force of the flexible struts BS.
  • FIG. 1 shows the two possible extreme positions of the arch structure GK for a given length of the flexible struts BS and the mast M. To achieve these extreme positions, the tensioning device SE has connecting elements VE between the flexible struts BS, which can have a maximum and a minimum length (see FIG. 2).
  • the flexible struts BS achieve this in the selected exemplary embodiment Foundation F and a maximum curvature WM A X with a maximum curvature angle CCMAX is set. All intermediate positions in the degree of curvature (indicated by double arrows in FIG. 1) are possible by varying the length of the connecting elements VE.
  • FIG. 2 shows a top view schematically of the arch construction GK according to FIG. 1 in the open position (left, arch construction GK open) and in the closed position (right, arch construction GK closed).
  • the flexible struts BS (shown in dashed lines) attached to the central mast M are designed in the selected exemplary embodiment as support struts TS, which are covered with segmented covers SA, which in the open position (left) have radial gaps and thus do not have the open-air character of the arched structure GK disturb, but in the closed position (right) touch or cover radially and form a closed cover.
  • the tensioning device SE consists of cable winches SW which are arranged at the ends of the support struts TS (or flexible struts BS if no division into support struts TS with segmented covers SA is provided) (an arrangement is shown on every third support strut TS, a different, preferably symmetrical arrangement (in particular also on each support strut TS is also possible), and from cable sections S which can be wound up and unwound onto the cable winches SW.
  • the respective rope section S is guided at the end of the strut, for example in an eyelet OS.
  • FIG. 3 schematically shows possible curvatures of the arch construction GK downwards (positive arching angle + ⁇ ) or upwards (negative arching angle - ⁇ ). The direction of curvature will normally extend downward due to the bulging of the flexible struts BS due to gravity.
  • FIG. 4 shows a vault construction GK with flexible struts BS of such a length and a central mast M of such a height that the connecting elements VE can be contracted to the minimum length towards zero and thus the strut ends until the mast M comes into contact.
  • the result is a spherical arch structure GK (shown in dashed lines) which, for example, can have a walk-on platform PF inside. When the arch structure GK is open, this platform PF is then only covered and not enclosed.
  • FIG. 5 shows an open vault construction GK with a linear center LZ and two point-like centers PZi, PZ 2 , so that a barrel-shaped vault with two final, rotationally symmetrical vaults results.
  • This combined arch shape is particularly suitable for large tents that should not have too large a diameter.
  • Radial, flexible support struts TS with segmented covers SA can again be seen in the two rotationally symmetrical vault ends.
  • only a central strut BSM is arranged in the axisymmetric region, which has an almost rectangular cover element RA. In the closed State (not shown in FIG. 5), the cover elements SA, RA then touch again and form a closed cover.
  • FIG. 6 shows in detail a possible implementation in which a closed cover can also be achieved when the arch construction GK is open.
  • additional covering elements ZA are provided which cover the segmented covering elements SA connected to the flexible support struts TS on the top or bottom.
  • the additional covering elements ZA can be centrally fixed (here point-shaped center PZ) and connected at the ends of the segmented covering elements SA while maintaining an azimuthal displaceability.
  • FIG. 6a shows the special triangular shape of the segmented covers SA in the case of a spherical construction.
  • the horizon line H marks the equatorial plane of the sphere.
  • FIG. 7 shows a design of the flexible support strut TS as a hollow strut HS into which a gas or a liquid can be pressed at high pressure from the center PZ (represented by an arrow) to adjust its modulus of elasticity (downward bending direction according to the arrow).
  • a modifiable modulus of elasticity can be generated, which can be adapted to the respective loads on the hollow strut HS.
  • a modulus of elasticity that changes along a flexible strut BS which makes it possible to adapt to the changing bending stress from the central clamping of the strut to its free end, can be achieved, for example, by changing the cross section of the strut profile.
  • a combination of both measures results in adaptability to static and dynamic loads.
  • FIG. 8 shows an arched structure GK in open form, which is attached to a wall W, for example a building wall, above a window FE followed.
  • the base of the arch construction GK is formed here by an anchor point AP, which is attached to the wall WA.
  • the tensioning device SE is accordingly only half-made, but can have connecting elements VE, for example cable pull elements, analogous to the above-described embodiments.
  • the degree of curvature of the arch construction GK on the wall WA can be varied from very slight to strong (shown in dashed lines). The result is a differently curved awning construction over the window FE, which causes different degrees of shading.
  • the outer struts AS run along the wall WA, it must be ensured here that no torsion occurs in the direction of the other flexible struts BS.
  • guide aids FH shown in dashed lines can be provided on the wall WA here.

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Abstract

Eine bekannte Gewölbekonstruktion mit zentral zusammengefassten, radial biegsamen Streben weist nach der Art einer Pop-Up-Konstruktion eine voreingestellte Federspanneinrichtung an den Strebenenden auf, durch die es sich aus der kraftbelasteten flächigen Form in die kraftausgeglichene Gewölbeform selbsttätig errichten kann. Verschiedene Wölbungsgrade oder offene Formen können jedoch nicht realisiert werden. Bei der zentral abgestützten Gewölbekonstruktion (GK) nach der Erfindung hingegen weist die Spanneinrichtung (SE) zwischen den biegsamen Streben (BS) Verbindungselemente (VE), beispielsweise Seilzugelemente, auf, die in ihrer Länge zwischen einer Maximallänge und einer Minimallänge kontinuierlich und reversibel veränderbar einstellbar sind. Dadurch kann der azimutale Abstand der Strebenenden beliebig eingestellt werden, wodurch jeder Wölbungsgrad der Gewölbekonstruktion (GK) zwischen einem minimalen Wölbungswinkel (αMIN) und einem maximalen Wölbungswinkel (αMAX) erzielt werden kann. Die mit einer segmentierten Abdeckung ausrüstbare Gewölbekonstruktion (GK) kann so zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand hin- und her gefahren werden. Auch eine Wölbung nach oben ist möglich. Geeignet ist die voll- oder halbkreisförmige Gewölbekonstruktion (GK) in unterschiedlichen Dimensionen zur Verwendung insbesondere bei Repräsentationsbauten und Beschattungseinrichtungen.

Description

Selbsttragende Gewölbekonstruktion
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttragende Gewölbekonstruktion mit von einem punkt- und/oder linienförmig ausgeprägten Zentrum ausgehenden biegsamen Streben, die im Zentrum starr und an ihren dem Zentrum gegenüber liegenden Enden durch eine Spanneinrichtung an der Umlauflinie der Gewölbekonstruktion miteinander verbunden sind, wobei der zur Horizontalen orientierte Wölbungswinkel der Gewölbekonstruktion über das Kräftegleichgewicht zwischen der von der Spanneinrichtung azimutal erzeugten Spannkraft und der Rückstellkraft der biegsamen Streben bestimmt ist.
Eine derartige Gewölbekonstruktion ist aus der DE 102 55914 C1 bekannt, in der eine reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion beschrieben wird, von der die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht. Hauptprinzip dieser bekannten Konstruktion ist jedoch der selbsttätige Übergang aus der Flächenform in die Raumform. Dazu ist die Spann- einrichtung zwischen den biegsamen Streben, deren Biegsamkeit über den Elastizitätsmodul bekannt ist, als fest vordimensionierte Federspanneinrichtung ausgebildet, die bei einer Entlastung des Zentrums der Konstruktion die biegsamen Streben um das Zentrum bis zum Erreichen des Kräftegleichgewichts zusammenzieht. Somit ist mit der bekannten Konstruktion nur ein einzelner Wölbungsgrad erreichbar, der von der Vordimensionierung der Federspanneinrichtung und der Rückstellkraft der biegsamen Streben abhängt. Unterschiedliche Wölbungsgrade können nicht eingestellt werden. Dabei wird der Wölbungsgrad von dem im Zentrum ansetzenden Wölbungswinkel der Speichen zur Horizontalen definiert. Große Wölbungswinkel erzeugen einen großen Wölbungsgrad. Das Zentrum der bekannten Konstruktion ist ungestützt und wandert von der Flächenform, bei der es flach auf eine Unterlage gedrückt wird, in die Raumform, deren höchsten Punkt oder Linie es dann bildet. Dabei können bei einer punktförmigen Ausprägung des Zentrums rotationssymmetrische Gewölbeformen (Kuppeln) und bei einer linienförmigen Ausprägung des Zentrums achsensymmetrische Gewölbeformen (Tonnengewölbe) erzeugt werden. Auch Kombinationen aus gleichen Zentren (Doppelge- wölbe, Kreuzgewölbe) oder unterschiedlichen Zentren sind möglich (Tonnengewölbe mit abschließenden Kuppelgewölben). In jedem Falle handelt es sich jedoch immer um ein umlaufend geschlossenes Gewölbe, da aufgrund des Fehlens einer Abstützung nur so das Kräftegleichgewicht herbeigeführt werden kann. Dabei ist zu beachten, dass das Kräftegleichgewicht grundsätzlich auch nur im gewölbten Zustand eintritt. Der ungewölbte oder nur wenige gewölbte Zustand hingegen benötigt eine relativ große Niederhaltekraft. Hauptsächliches Anwendungsgebiet der bekannten Konstruktion sind Grußkarten und Anschauungsmaterial mit kleinen Abmessungen. Die verwendeten Materialen sind dabei beispielsweise Pappe oder Kunststofffolien für die Streben und ein einfacher Gummifaden für die Federspanneinrichtung. Es können aber auch selbsterrichtende Zelte, Schutznetze, Pavillons oder Nutzbauten mit größeren Abmessungen konzipiert werden. Dabei liegt der Schwerpunkt der bekannten Pop-Up-Konstruktion jedoch wiederum in der selbsttätigen Errichtung, die einen besonders leichten Auf- und wieder Abbau und Transport in der niedergehaltenen Flächenform ermöglicht.
Aus dem Stand der Technik sind noch weitere selbstragende Gewölbekonstruktionen in unterschiedlichen Dimensionen bekannt. Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass unter dem Begriff „selbstragend" eine stützenfreie Konstruktion zur Errichtung des Gewölbes verstanden wird. Eingesetzte Masten dienen nur der Höhenpositionierung und tragen nicht zur Sicherung der Gewolbekonstruktion selbst bei, sodass sie - im Gegensatz zu Strebepfeilern bei bekannten Gewölbekonstruktionen - entbehrlich wären, wenn eine Positionierung der Gewölbekonstruktion direkt auf dem Boden akzeptiert werden kann, wie es beispielsweise bei einem Zelt der Fall ist. Eine Gewölbekonstruktion mit kleinen Abmessungen ist beispielsweise aus der DE 198 22 580 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen in seiner Krümmung verstellbaren Reflektor einer wannenförmigen Leuchte zur Veränderung deren Abstrahlcharakteristik. Die Krümmungsänderung ist jedoch relativ begrenzt und wird bewirkt, indem an den Längsenden des Reflektors kulissenartig verschiebbare Stelleinrichtungen angreifen, die den Abstand der beiden Längskanten des Reflektors zueinander verstellen, wobei auch ein sich über die Reflektorlänge verändernder Wölbungsgrad eingestellt werden kann. Eine Strebenkonstruktion ist nicht jedoch vorgesehen. Die Kräfte werden direkt über den biegsamen Reflektor, der mit eine Bespannung zu vergleichen ist, aufgebracht. Eine zentral gestützte Gewölbekonstruktion mit mittleren Ausmaßen ist beispielsweise von dem Großschirm gemäß der DE 37 08 921 A1 her bekannt ist. Dieser Schirm weist einen zentralen Stützmast und eine Reihe von daran befestigten, radialen Streben auf. Im zusammengeklappten Zustand zeigt der Schirm gleichsam eine maximale Wölbung, die durch mechanisches oder elektrisch gesteuertes Aufklappen in eine minimale Wölbung überführt werden kann. Dabei wird der Wölbungszustand aber nicht durch biegsame, aber zentral starr befestigte Streben, sondern durch eine klappbare Befestigung der Streben am Stützmast herbeigeführt. Weiterhin sind am Stützmast radiale Spannstäbe vorgesehen, die in horizontaler Ebene ausgerichtet werden, um die Gewölbeform zu errichten. Eine Bespannung deckt den Schirm ab. Der Spannungsgrad wird durch eine axiale Verschiebung der radialen Spannstäbe und damit durch die Erreichung eines unterschiedlichen Wölbungswinkels zur Horizontalen der Sireben eingestellt. Durch das Herunterklappen der Streben wird die Bespannung zwar angezogen, übt aber keine Rückstellkraft auf die Streben aus. Zwischen den Enden der Streben sind keine weiteren Verbindungselemente vorgesehen. Aus der DE 100 53 068 A1 ist ein Großschirm mit einem dezentralen Stützpfosten und radialen Speichen bekannt, bei dem die Bespannung im geschlossenen Zustand gespannt wird und so das Aufspannen durch seine Rückstellkraft unterstützt. Weitere Verbindungsele- mente sind auch hier zwischen den Strebenenden nicht vorgesehen. Ein Großschirm mit einer nach oben oder nach unten ausrichtbaren Wölbung ist aus der DE 199 19 142 C2 bekannt. Die Verbindungselemente verlaufen auch hier ausschließlich radial. Ein Großschirm mit einem axialen Federspeicher zur Unterstützung des Aufspannvorganges ist aus der DE 43 18 914 A1 bekannt. Die Vorspannung des Federspeichers erfolgt beim Schließen des Schirms, ähnlich wie bei einem automatischen Regenschirm, und wird über radiale Spannstreben auf die Schirmstreben weitergeleitet. Unterschiedliche Wölbungsgrade der Schirmbespannung sind bei den genannten Gewölbekonstruktionen nicht einstellbar.
Eine Gewölbekonstruktion größerer Größe ist aus der DE 42 35287 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein transportables, begehbares Gehäuse auf einem Fahrgestell, beispielsweise in der Ausgestaltung eines Verkaufsstandes. Die Gewölbekonstruktion besteht aus zentral befestigten Streben, zwischen denen eine Bespannung angeordnet ist. Die Streben sind mit einem maximalen Wölbungsgrad nach unten gewölbt und auf einem Fahrgestell als Fundament befestigt. Einzelne Segmente, bestehend aus einem benachbarten Strebenpaar und der dazwischen liegenden Bespannung können aus der Befestigung gelöst und nach oben zurückgewölbt und am Zentrum befestigt werden, sodass eine Öffnung in der Gewölbekonstruktion, hier als Verkaufsöffnung, entsteht. Auch bei dieser Konstruktion sind keine weiteren azimutalen Verbindungselemente vorgesehen. Eine zentrale Abstützung entfällt ebenfalls, da die Konstruktion zeltähnlich direkt auf dem Fahrgestell aufliegt.
Ein erdbebensicheres Gebäude ist aus der DE 198 35 539 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine transportable Gewölbekonstruktion großer Abmessung mit einem Mittelpfosten und elastischen Dachsparren als radialen Streben. Diese sind zentral aufgehängt und durch Ständer entlang des Gewölbeum- fangs abgestützt. Die Ständer wiederum sind durch radiale Speichen gegenüber dem Mittelpfosten abgestützt. Eine selbsttragende Funktion ist somit nicht gegeben. Eine Vielzahl von Streben und Ständern durchmessen störend den Innenraum. Durch die beschriebene Konstruktion wird ein vorgegebener Wölbungsgrad hervorgerufen, der nicht verändert werden kann. An ihrem Ende werden die Streben von einem auf Zug belasteten, umlaufenden Ringgurt kreisförmig zusammengehalten. Weitere Verbindungselemente zwischen den Streben sind auch bei dieser Gewölbekonstruktion nicht vorgesehen. Eine selbstragende Gewölbekonstruktion in Gebäudegröße ist allgemein in Form einer Weidenhütte bekannt, bei der Weidenruten gebogen, über eine Zentrum verflochten und an beiden Enden am Boden befestigt werden. Hierbei kann der Wölbungsgrad durch die Länge der Weidenruten festgelegt werden. Azimutale Verbindungselemente werden auch hier allenfalls zur Gebäudestabilisierung eingesetzt. Ein zentraler Stützpfosten kann, muss aber nicht verwendet werden.
Weiterhin kann es sich bei der Gewölbekonstruktion um eine zentral gestützte große Gewölbekonstruktion auf einer Basis handeln, die insbesondere für ortsfeste architektonische Anwendungen wie z.B. repräsentative Hallen, Sporthallen, Gewächshäuser etc. geeignet ist und bei der zwischen einem geschlossenen Raumzustand und einem offenen Freiluftzustand variiert werden kann. Dies wird beispielsweise durch eine Vielzahl von Fenstern oder sonstigen Schiebeelementen in einer starren Matrix gelöst. Es ergeben sich jedoch räumlich und ästhetisch störende Verstrebungen im Innenbereich, weiterhin besteht Abknickgefahr der Stützen bei großer Windlast im offenen Zustand. Von dem Pavillon des Landes Venezuela auf der Weltausstellung 2000 in Hannover, Deutschland (vergleiche Veröffentlichung „Der EXPO- Guide", Offizieller Führer durch die EXPO 2000, Seite 221) ist es bekannt, diesen wie eine riesige, umgekehrte Blüte aus eine Vielzahl von einzelnen Blütenblättern zu gestalten, die zwischen dem geschlossenen und voll geöffneten Zustand elektromotorisch verfahren werden und in jeder Zwischenstellung mit einem anderen Wölbungsgrad angehalten werden können, was jedoch relativ aufwändig in der Konstruktion und besonders kostenintensiv ist. Zwischen den Spitzen der Blütenblätter ist dabei keine Verbindungseinrichtung vorgesehen, die Spitzen bewegen sich frei. Die Bewegung erfolgt ausschließlich vom gestützten Zentrum her. Zusammenfassend gesehen sind also aus dem Stand der Technik entweder Gewölbekonstruktionen mit einem fest vorgegebenen Wölbungsgrad oder mit einer sehr aufwändigen oder unzulänglichen Technik zu dessen Veränderung bekannt. Ausgehend von der eingangs genannten DE 101 55914 C1 als der Erfindung nächstliegendem Stand der Technik ist die Aufgabe für die vorliegende Erfindung daher darin zu sehen, die gattungsgemäße Gewölbekonstruktion so weiterzubilden, dass verschiedene Wölbungsgrade einfach und genau einstellbar sind. Dabei soll die Gewölbekonstruktion sowohl in kleinen und mittleren als auch in großen Dimensionen ausbildbar sein. Die verwen- deten Mittel sollen ohne eine Störung des Innenraumes der Gewölbekonstruktion einfach in ihrem Aufbau und in ihrer Handhabung und dabei doch kostengünstig sein. Dabei soll der eingestellte Wölbungsgrad auch unter widrigen Witterungsverhältnissen, beispielsweise großen Wind- oder Schneelasten, zuverlässig gehalten werden.
Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist für eine selbstragende Gewölbekonstruktion der eingangs beschriebenen, gattungsgemäßen Art dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung zwischen den Streben Verbindungselemente aufweist, die in ihrer Länge zwischen einer Maximal- länge und einer Minimallänge kontinuierlich veränderbar einstellbar sind, wobei bei der Einstellung der Maximallänge die erzeugte Spannkraft gegen Null geht und der minimale Wölbungswinkel von dem Gewicht der entspannten Streben bestimmt ist und bei der Einstellung der Minimallänge die erzeugte Spannkraft und damit der Wölbungswinkel einen Maximalwert annehmen, und dass die Gewölbekonstruktion zu ihrer Abstützung auf einer Basis im Zentrum ortsfest gelagert ist, wobei von der Basis aus sowohl ein positiver Wölbungswinkel nach unten als auch ein negativer Wölbungswinkel nach oben eingestellt werden kann.
Gegenüber dem nächstliegenden Stand der Technik, bei dem die Gewölbe eine voreingestellte Federspanneinrichtung zwischen den Strebenenden aufweist, die zu einer selbsttätigen, automatischen Errichtung aus der Flächenform führt, sind bei der erfindungsgemäßen Gewölbekonstruktion Verbindungselemente zwischen den Strebenenden vorgesehen, die in ihrer Länge veränderbar einstellbar sind, sodass eine gesteuerte Errichtung bewirkt wird. Der entlastete Zustand der erfindungsgemäßen Gewölbekonstruktion ist nicht der gewölbte Zustand, sondern derjenige mit dem geringsten Wölbungsrad, bei dem die zentral fest angeschlagenen Streben nur aufgrund ihrer Gewichtskraft im Endbereich etwas herunterhängen und somit eine schwach gekrümmte Ebene bilden. In diesem Zustand weisen die Streben einen maximalen Abstand voneinander auf und entsprechend sind die Verbindungselemente auf ihre Maximallänge eingestellt. Die in diesem Zustand erzeugte azimutale Spannkraft geht dabei gegen Null. Der maximal belastete Zustand ist derjenige mit der stärksten Wölbung, bei dem die Streben auf den geringsten Abstand zueinander zusammengezogen und dementsprechend die Verbindungselemente auf ihre Minimallänge eingestellt sind und die größte azimutale Spannkraft ausüben. In Abhängigkeit von dieser Länge sowie auch von der Ausformung der Streben kann in dieser Stellung beispielsweise ein Wölbungswinkel von 90° eingestellt werden, sodass sich ein geschlossenes Halbgewölbe ergibt. Die Strebenform entpricht in diesem Fall iealerweise einem sphärischen Dreieck, gebildet aus 2 geodätischen Linien auf der Kugelfläche von 0 bis 90 Grad und einer abschließenden geodätischen Verbindungslinie. Im Extremfall können die Streben auch so ausgeführt sein, dass sich eine geschlossene, nahezu kugelförmige Gewölbeform ergibt. Die ideale Strebenform entpricht in diesem Fall nahezu einem Kugelzweieck. Durch einfache Variation der Länge der Verbindungselemente kann die erfindungsgemäße Gewölbekonstruktion auf jeden gewünschten Wölbungsgrad zwischen dem entlasteten und dem maximal belasteten Zustand einfach eingestellt werden im Sinne einer dauerhaften Aufspannung der Gewölbekonstruktion oder kontinuierlich verstellt werden im Sinne eines Öffnens und Schließens der Gewölbekonstruktion. Die freie Verstellbarkeit wird dabei auch durch die Abstützung des Zentrums auf einer Basis ermöglicht, sodass die Strebenenden nicht wie bei der bekannten Gewölbekonstruktion zur Lagerung einen festen Untergrund berühren müssen, sondern auch frei im Raum enden können, sodass unter dem von ihnen gebildeten Gewölbe ein frei zugänglicher Raum entsteht. Anstatt eines zentralen Mastes können dabei zur Abstützung auch drei oder mehr Stützen eingesetzt werden, die entlang der gewölbten Streben geführt sind und somit einen freien Innenraum schaffen.
Die Wölbung kann nach dem Vorbild eines Schirmes nach unten orientiert sein (positiver Wölbungswinkel zur Horizontalen), sie kann sich aber auch nach oben erstrecken (negativer Wölbungswinkel zur Horizontalen), sodass sich ein Schalencharakter ergibt. Die Wölbungsrichtung ergibt sich dabei einfach aus der Vorwölbung im Anfangszustand, die im Normalfall durch die Gewichtskraft nach unten ausgebildet ist. Für eine Hochwölbung muss somit noch eine Hochwölbungseinrichtung vorgesehen werden, die beispielsweise aus einem kurzen Mast bestehen kann, der im Zentrum über die Konstruktion herausragt und von dem aus mit einer Seilwinde die äußeren Enden der Streben leicht angehoben werden können.
Die durch die beschriebene Spanneinrichtung bewirkbare Formveränderung der erfindungsgemäßen Gewölbekonstruktion, die rotations- oder achsensymmetrisch oder auch als Kombination mehrere Symmetrien miteinander ausgebildet sein kann, verleiht dieser ein hohes Maß an ästhetischer und gleichzeitig futuristischer Wirkung. Dabei bewirkt die ortsfeste Lagerung des Zentrums dessen Ortsstabilität während der Wölbungsänderung der Gewölbekonstruktion. Eine Ortsveränderung der gesamten Gewölbekonstruktion in Abhängigkeit von deren Dimensionen ist aber trotzdem möglich. Die Gewölbekonstruktion nach der Erfindung kann sehr individuell gestaltet und daher bevorzugt zur Erstellung repräsentativer Gebäude wie beispielsweise Schauräume und Sporthallen oder auch für künstlerische Objekte mit Technik- Charakter verwendet werden. Die gegebene Nutzfunktion durch die variable Aufspannmöglichkeit ist dabei ein wesentlicher Vorteil, der technischen Komfort mit ästhetischer Formgestaltung verbindet. Ein analoges Beispiel ist hier der eingangs erwähnte Blütenpavillon von Venezuela, der mit der Gewölbekonstruktion nach der Erfindung ohne eine Einbuße an Komfort und Ästhetik bedeutend einfacher gestaltbar gewesen wäre.
In der Figur 3b ist der zentrale Mast M durch eine Konstruktion aus Stützen SK ersetzt, die entlang der gewölbten Streben BS geführt sind und somit eine freie Innenfläche schaffen.
Durch die Höhe der Basis wird die Höhe der Strebenenden über dem Boden in den unterschiedlichen Wölbungsgraden festgelegt. Nach einer vorteilhaften Weiterführung der erfindungsgemäßen Gewölbekonstruktion kann die Basis als Mast vorgegebener Höhe und die Gewölbekonstruktion umlaufend geschlossen ausgebildet sein. Hier ergibt sich dann eine optische Parallele zu einem Großschirm, allerdings kann die Gewölbekonstruktion nach der Erfindung in ganz unterschiedlichen Dimensionen bis hin zur Hallengröße ausgebildet sein. Gerade bei einer Halle ist dann die Möglichkeit zur Einstellung zwischen einem geschlossenen Zustand, wenn die Strebenenden der Gewölbekonstruktion im maximal gewölbten Zustand den Boden oder eine Plattform erreichen, und einem geöffneten Freiluftzustand, wenn die Verbindungselemente auf ihre Maximallänge ausgefahren sind und die Streben sich aufgerichtet haben, gegeben. Jeder gewölbte Zwischenzustand ist je nach Witterungseinfluss auch realisierbar. Dabei kann der maximal gewölbte Zustand je nach Ausführung beispielsweise bei einem Wölbungswinkel von 90° (Halbkugel) oder bei einem Wölbungswinkel von 180° (Kugel) erreicht sein. Im zweiten Falle könnte entweder eine Nutzplattform in der Äquatorebene vorgesehen sein oder im Innern ein oder mehrere Objekte angeordnet sein, die nach Art einer Blüte geschützt werden sollen. Zur Erzielung eines weitgehend stützenfreien Innenraums, z.B. für Sporthallen mit nur einer Spielfläche, kann die ortsfeste Lagerung des Zentrums auch über eine aus mindestens 3 Stützen bestehende Konstruktion realisiert werden, die innen entlang der Gewölbekonstruktion vom Zentrum bis zur Basis geführt sind. Zur Sicherung des geschlossenen Zustande der nicht zur Kugel zusammengezogenen Gewölbekonstruktion kann gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung noch vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Mast in einem Fundament verankert ist, das eine der Umlauflinie der Gewölbekonstruktion entsprechend verlaufende Rastnut aufweist, in die Streben bei Erreichen eines vorgegebenen positiven Wölbungswinkels formschlüssig einrasten. Die Wölbung wird dabei durch die Befestigungshöhe des Zentrums der Gewölbekonstruktion am Mast, die Strebenform und den Durchmesser der Rastnut festgelegt. Somit ergibt sich ein stabiler geschlossener Zustand, der das Innere der Gewölbekonstruktion vor allen Witterungseinflüssen sicher schützt. Durch eine derartige Konstruktion können sicher Unfälle durch Einklemmen oder Stolpern vermieden werden. Dafür sollte das Fundament eine gewisse Mindesthöhe, z.B. 2,5 m, aufweisen. In diesem Fundament können bei einer Nutzung der Gewölbekonstruktion nach der Erfindung als Gebäude dann auch die Zugänge integriert sein. Bei der beschriebenen zentralen Unterstützung ist die Gewölbeform umlaufend geschlossen und rotationssymmetrisch ausgebildet.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Basis aber auch als Ankerpunkt in einer Wand und die Gewölbekonstruktion offen ausgebildet sein, wobei die offene Seite an die Wand anschließt. Es entsteht dann eine
Gewölbekonstruktion nach der Art einer halbrunden Markise, die beispielsweise über einem Fenster angeordnet ist und dieses beschattet.
Dabei kann der Beschattungsgrad durch den Wölbungsgrad eingestellt werden. Eine starke Wölbung gewährleistet eine starke Beschattung, wohingegen eine flache Wölbung mit ausgefahrenen Verbindungselementen eine geringere Beschattung ermöglicht. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass die an der Wand oder Mauer anliegenden Streben keiner Torsion in
Richtung der anderen Streben unterworfen werden. Hierzu können beispielsweise Streben mit großer Breite und geringer Höhe zur Verstärkung eingesetzt werden oder alternativ die an der Wand anliegenden Streben in an der Wand angebrachten Führungsschienen laufen. Eine automatisierte und autarke Steuerung in Abhängigkeit von der Sonnenlichteinstrahlung ist ebenfalls integrierbar.
Die Verbindungselemente zwischen den Strebenenden können unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um Gewindestangen handeln, die in einer drehbaren Mutter laufen und so aus- und eingefahren werden. Wesentlich eleganter ist es aber, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung eine oder mehrere Seilwinden jeweils am Ende der Streben angeordnet sind, über die die Verbindungselemente zwischen den Streben in ihrer Länge eingestellt werden. Das Zusammenziehen der Streben erfolgt dann beispielsweise durch Drahtseile, die von einer oder mehreren Seilwinden umlaufend zusammengezogen werden. Da die Biegespannung in den Streben durch eine Führung der Seile längs über eine oder mehrere Streben zum Zentrum hin stark verändert werden würde, können die Seilwinden vorteilhaft am äußeren Ende der Streben angebracht sein. Zur Herstellung idealer Symmetrie kann auf jedem Strebenende eine Seilwinde angeordnet sein.
In der Praxis können die Seilwinden aus relativ kleinen und leichten Motoren, z.B. Elektromotoren, bestehen, die über Getriebe mit hoher Übersetzung das nötige Drehmoment aufbringen, um das Biegemoment der jeweils zusammengezogenen Streben aufzubringen. Über eine geeignete Steuerung können die Seilwinden dabei auch so angesteuert werden, dass die einzelnen Verbindungselemente verschieden lang sind und somit interessante geometrische Formen wie z.B. Wellen darstellbar sind. Als weitere Möglichkeit der Motorenpositionierung bietet sich der zentrale Bereich der Gewölbekonstruktion an, beispielsweise im oberen Teil des Masts oder daneben. Von dort aus kann die Drehbewegung auch über eine oder mehrere biegsame Wellen entlang der Streben nach außen geführt werden, wo dann die Seilwinden sitzen. Mit dieser Anordnung wird die Biegespannung der über der Welle liegenden Strebe nur geringfügig beeinflusst. Gemäß einer weiteren Erfindungsfortführung können zur Stromversorgung der Seilwinden Solarzellen auf der Oberseite der Streben angeordnet sein, deren Energie in Akkus gepuffert wird, die aufgrund ihres Gewichtes idealerweise im Zentrum der Gewölbekonstruktion angeordnet sind. Durch diese Maßnahme erhält die Gewölbekonstruktion nach der Erfindung neben ihren ästhetischen und technischen Aspekten auch noch einen energieautarken und umweltfreundlichen Charakter. Eine autarke Energieversorgung ist insbesondere auch Unter dem Aspekt der Betriebssicherheit von Bedeutung.
Falls die Gewölbekonstruktion nach der Erfindung wasser- und winddicht sein soll, kann gemäß einer nächsten Erfindungsfortführung eine flexible Bespannung vorgesehen sein. Diese erstreckt sich aber sowohl im geschlossenen als auch im offenen Zustand über die Gewölbekonstruktion und verringert im geöffneten Zustand den Freiluftcharakter der Gewölbekonstruktion nach der Erfindung. Dies kann durch eine starre segmentierte Abdeckung vermieden werden. Im diesem Fall kann vorteilhaft eine bei einem vorgegebenen Wölbungswinkel geschlossene segmentierte Abdeckung vorgesehen sein. Soll die Dichtigkeit erreicht werden, ist die Gewölbekonstruktion in den entsprechenden Wölbungsgrad zu verfahren, in dem sich die Segmente überdecken oder eine formschlüssige Verbindung benachbarter Segmente erreicht wird. Darüber hinaus kann auch zwischen jeweils zwei Segmenten ein darüberliegendes Abdeckelement vorgesehen sein, das entweder als elastische Bespannung oder als loses Element auf den Segmenten aufliegt und auch im gewölbten Zustand der Gewölbekonstruktion für einen „Regenschirmeffekt" sorgt. Um für eine an den jeweiligen Verwendungszweck der Gewölbekonstruktion optimale Gestaltung sorgen zu können, können die Streben insbesondere bei einem linienförmigen Zentrum (axialsymmetrische Gewölbekonstruktion) auch unterschiedliche Abstände zueinander und die Abdeckelemente unterschiedliche Breiten und Formen aufweisen. Wie eingangs erwähnt, hängt der Wölbungsgrad von der Biegespannung in den Streben und der von der Spanneinrichtung ausgeübten azimutalen Kraft zwischen den Strebenenden ab. Die Biegespannung der Streben ergibt sich aus deren Elastizitätsmodul, Querschnitt und Länge. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Gewölbekonstruktion nach der Erfindung in Verbindung mit einer Abdeckung ergibt sich dabei, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsfortführung vorgesehen ist, dass die Streben in jeweils eine Tragstrebe mit vorgegebenem Elastizitätsmodul, der bei Einstellung der Maximallänge der Verbindungselemente einen entsprechend definierten Wöl- bungswinkel der Tragstrebe verursacht, und ein darüber- oder darunterliegendes Abdeckelement mit geringem Elastizitätsmodul aufgeteilt sind, wobei die Abdeckelemente in ihrer Breite so ausgebildet sind, dass sich bei einem vorgegebenen maximalen Wölbungswinkel eine geschlossene Abdeckung ergibt. Diese Maßnahme ermöglicht eine Trennung des Biegeverhaltens der Streben vom äußeren Erscheinungsbild der Gewölbekonstruktion und ist besonders sinnvoll, weil die Biegespannung bei einem Stab konstanten Querschnitts im Bereich der zentralen Einspannung am größten ist. Dieser Effekt würde bei Verwendung eines einzigen Segmentes aus einem Material mit gleichförmiger Dicke ohne tragende Strebe extrem verstärkt werden, da die Breite des Segments und damit auch der Elastizitätsmodul zum Zentrum hin abnimmt. Die tragenden Streben sollen daher sogar einen zum Zentrum hin zunehmenden Querschnitt aufweisen, um eine gleichförmige Wölbung über die Segmentlänge zu erzielen. Dabei können vorteilhaft wie bei einer einfachen Strebe Zusatz-Abdeckelementen ober- oder unterhalb der Abdeckelemente vorgesehen sein, wobei die Zusatz-Abdeckelemente in ihrer Breite so ausgebildet sind, dass sich auch bei anderen eingestellten Wölbungswinkeln eine geschlossene Abdeckung ergibt. Desweiteren kann nach einer anderen Erfindungsausgestaltung vorgesehen sein, dass die Tragstreben als Hohlstreben ausgebildet sind, in die zur Einstellung ihres Elastizitätsmoduls vom Zentrum aus mit hohem Druck ein Gas oder eine Flüssigkeit gepresst wird. Damit lässt sich der Elastizitätsmodul der Streben gemäß der oben beschriebenen Anforderung proportional zum Druck erhöhen und so zusätzlich Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Gewölbekonstruktion nach der Erfindung ausüben.
Ausbildungsformen der selbsttragenden Gewölbekonstruktion nach der Erfindung werden zu deren weiteren Verständnis nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt :
Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Gewölbekonstruktion in unterschiedlichen Wölbungen,
Figur 2 Draufsichten auf eine Gewölbekonstruktion in unterschiedlichen Wölbungen,
Figur 3 eine geschnittene Seitenansicht einer Gewölbekonstruktion in unterschiedlich orientierten Wölbungen, FFiigguurr 44 eine geschnittene Seitenansicht einer Gewölbekonstruktion in kugelförmiger Wölbung,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine Gewölbekonstruktion in tonnen- förmiger Ausbildung,
Figur 6 Abdecksegmente einer Gewölbekonstruktion in halbkugel- förmiger Wölbung im Detail,
Figur 6a ein Abdecksegment einer Gewölbekonstruktion in kugelförmiger Wölbung,
Figur 7 eine Hohlstrebe im Detail und
Figur 8 eine perspektivische Ansicht auf eine Gewölbekonstruktion in offener Ausbildung.
Die Figur 1 zeigt eine selbsttragende Gewölbekonstruktion GK mit einem punktförmigen Zentrum PZ, von dem radial eine Reihe von biegsamen Streben BS ausgehen. Die biegsamen Streben BS sind im punktförmigen Zentrum PZ starr befestigt, wohingegen sie an ihren Strebenenden durch eine Spann- einrichtung SE an der Umlauflinie der Gewölbekonstruktion GK azimutal miteinander verbunden sind. Das punktförmige Zentrum PZ ist auf einer Basis B ortsfest gelagert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Mast M, der in einem Fundament F verankert ist. Dieses weist eine Rastnut RN auf, in die die biegsamen Streben BS einrasten können. Durch die zentrale Basis B ist die Gewölbekonstruktion GK umlaufend geschlossen nach der Art eines Pilzes aufgebaut. Dabei kann die zentrale Basis B je nach Ausführungsform in der geöffneten Stellung die Gewölbekonstruktion GK nach unten abschließen oder aus dieser herausragen. Die zugängliche Plattform PF ist aus Sicherheitsgründen gegenüber dem Fundament abgesenkt.
In die Figur 1 ist auch der veränderbare Wölbungswinkel α eingezeichnet, der sich zwischen den biegsamen Streben BS und einer gedachten Horizontalen H ergibt (positiv oder negativ sein kann, vergleiche Figur 3) und ein Maß für den Wölbungsgrad der Gewölbekonstruktion GK ist. Hervorgerufen wird der Wölbungsgrad durch das Kräftegleichgewicht zwischen der von der Spanneinrichtung SE azimutal erzeugten Spannkraft und der Rückstellkraft der biegsamen Streben BS. In der Figur 1 sind die beiden möglichen Extremstellungen der Gewölbekonstruktion GK bei einer gegebenen Länge der biegsamen Streben BS und des Mastes M dargestellt. Zur Erreichung dieser Extremstellungen weist die Spanneinrichtung SE zwischen den biegsamen Streben BS Verbindungselemente VE auf, die eine Maximal- und eine Minimallänge einnehmen können (vergleiche Figur 2). Wird die Maximallänge der Verbindungselemente VE eingestellt (geöffnete Stellung), ergibt sich bei einer gegen Null gehenden Spannkraft eine minimale Wölbung WMιN mit einem minimalen Wölbungswinkel OCMIN- Bei Einstellung der Minimallänge (geschlossene Stellung) erreichen im gewählten Ausführungsbeispiel die biegsamen Streben BS das Fundament F und es wird eine maximale Wölbung WMAX mit einem maximalen Wölbungswinkel CCMAX eingestellt. Alle Zwischenstellungen im Wölbungsgrad (in der Figur 1 angedeutet durch Doppelpfeile) sind durch Variation der Länge der Verbindungselemente VE möglich. Ist kein Fundament F vorgesehen und der Mast M länger bzw. sind die biegsamen Speichen BS kürzer dimensioniert und entsprechend anders geformt, kann die maximale Wölbung bei der maximal erforderlichen Spannkraft mit einer gegen Null gehenden Einstellung der Längen der Verbindungselemente VE auch erst im Kugelzustand erreicht werden (vergleiche Figuren 4 und 4b).
Die Figur 2 zeigt in der Draufsicht schematisch die Gewölbekonstruktion GK gemäß Figur 1 in der geöffneten Stellung (links, Gewölbekonstruktion GK geöffnet) und der geschlossenen Stellung (rechts, Gewölbekonstruktion GK geschlossen). Die an dem zentralen Mast M angeschlagenen biegsamen Streben BS (gestrichelt dargestellt) sind im gewählten Ausführungsbeispiel als Tragstreben TS ausgebildet, die mit segmentierten Abdeckungen SA belegt sind, die in der geöffneten Stellung (links) radiale Zwischenräume aufweisen und so den Freiluftcharakter der Gewölbekonstruktion GK nicht stören, sich in der geschlossenen Stellung (rechts) aber radial berühren oder überdecken und eine geschlossene Abdeckung bilden. Die Spanneinrichtung SE besteht im gewählten Ausführungsbeispiel aus Seilwinden SW, die an den Enden der Tragstreben TS (oder biegsamen Streben BS, wenn keine Aufteilung in Tragstreben TS mit segmentierten Abdeckungen SA vorgesehen ist) angeordnet sind (gezeigt ist eine Anordnung an jeder dritten Tragstrebe TS, eine andere, bevorzugt symmetrische Anordnung insbesondere auch an jeder Tragstrebe TS ist aber ebenfalls möglich), und aus Seilabschnitten S, die auf die Seilwinden SW auf- und abgewickelt werden können. Bei Tragstreben TS ohne Seilwinde SW wird der jeweilige Seilabschnitt S am Strebenende beispielsweise in einer Öse OS geführt. Durch eine motorische oder manuelle Betätigung der Seilwinden SW kann nun eine Verlängerung oder Verkürzung der Seilabschnitte S zwischen der maximalen Seilabschnittlänge SMAX und der minimale Seilabschnittlänge SMI und damit der gewünschte Wölbungsgrad der Gewölbekonstruktion GK einfach bewirkt werden. In der Figur 3 sind mögliche Wölbungen der Gewölbekonstruktion GK nach unten (positiver Wölbungswinkel +α) oder nach oben (negativer Wölbungswinkel -α) schematisch dargestellt. Dabei wird sich die Wölbungsrichtung im Normalfall durch die schwerkraftbedingte Vorwölbung der biegsamen Streben BS nach unten erstrecken. Wird jedoch eine Vorwölbung nach oben bewirkt, beispielsweise durch ein kurzes Maststück MS und eine Seilzugvorrichtung SV, wird durch eine Verkürzung der Verbindungselemente zwischen den biegsamen Streben BS nunmehr eine weitere Wölbung nach oben mit wählbarem Wölbungsgrad erreicht.
Die Figur 4 zeigt eine Gewölbekonstruktion GK mit biegsamen Streben BS einer solchen Länge und einem zentralen Mast M einer solchen Höhe, dass eine Zusammenziehung der Verbindungselemente VE auf die minimale Länge gegen Null und damit der Strebenenden bis zur Berührung des Mastes M möglich ist. Es entsteht eine im geschlossenen Zustand kugelförmige Gewölbekonstruktion GK (gestrichelt dargestellt), die im Innern beispielsweise eine begehbare Plattform PF aufweisen kann. Im geöffneten Zustand der Gewölbekonstruktion GK wird diese Plattform PF dann nur überdacht und nicht eingeschlossen.
In der Figur 5 ist eine geöffnete Gewölbekonstruktion GK mit einem linien- förmigen Zentrum LZ und zwei punktförmigen Zentren PZi, PZ2 dargestellt, sodass sich ein tonnenförmiges Gewölbe mit zwei abschließenden rotationssymmetrischen Gewölben ergibt. Diese kombinierte Gewölbeform ist besonders für Großzelte geeignet, die keinen zu großen Durchmesser aufweisen sollen. Zu erkennen sind in den beiden rotationssymmetrischen Gewölbeabschlüssen wiederum radiale biegsame Tragstreben TS mit segmentierten Abdeckungen SA. Im achsensymmetrischen Bereich ist hingegen im gewählten Ausführungsbeispiel nur eine mittlere Strebe BSM angeordnet, die ein nahezu rechteckiges Abdeckelement RA aufweist. Im geschlossenen Zustand (in der Figur 5 nicht gezeigt) berühren sich die Abdeckelemente SA, RA dann wieder und bilden eine geschlossene Abdeckung.
Die Figur 6 zeigt im Ausschnittdetail eine Realisierungsmöglichkeit, bei der auch im geöffneten Zustand der Gewölbekonstruktion GK eine geschlossene Abdeckung erreicht werden kann. Dazu sind Zusatz-Abdeckelemente ZA vorgesehen, die die mit den biegsamen Tragstreben TS verbundenen segmentierten Abdeckelemente SA auf der Ober- oder Unterseite überdecken. Die Zusatz-Abdeckelemente ZA können zentral fest (hier punktförmiges Zentrum PZ) und an den Enden der segmentierten Abdeckelemente SA unter Wahrung einer azimutalen Verschiebbarkeit verbunden sein.
In der Figur 6a ist die spezielle zweieckige Form der segmentierten Abeckungen SA bei einer kugelförmigen Konstruktion verdeutlicht. Die Horizontlinie H markiert dabei die Äquatorebene der Kugel.
In der Figur 7 ist eine Ausbildung der biegsamen Tragstrebe TS als Hohlstrebe HS dargestellt, in die zur Einstellung deren Elastizitätsmoduls vom Zentrum PZ aus (dargestellt durch einen Pfeil) mit hohem Druck ein Gas oder eine Flüssigkeit gepresst werden kann (Biegerichtung nach unten gemäß Pfeil). Dadurch kann ein veränderbarer Elastizitätsmodul erzeugt werden, der an die jeweiligen Belastungen der Hohlstrebe HS angepasst werden kann. Ein sich entlang einer biegsamen Strebe BS ändernder Elastizitätsmodul, der eine Anpassung an die sich ändernde Biegespannung von der zentralen Einspan- nung der Strebe bis zu ihrem freien Ende möglich macht, kann beispielsweise durch eine Querschnittsänderung des Strebenprofils erreicht werden. Eine Kombination aus beiden Maßnahmen ergibt eine Anpassbarkeit an statische und dynamische Belastungen.
Die Figur 8 zeigt eine Gewölbekonstruktion GK in offener Form, die an eine Wand W, beispielsweise eine Gebäudemauer, über einem Fenster FE anschließt. Die Basis der Gewölbekonstruktion GK wird hier von einem Ankerpunkt AP gebildet, der an der Wand WA befestigt ist. Die Spanneinrichtung SE ist entsprechend nur halb ausgeführt, kann aber zu den oben beschriebenen Ausführungsformen analoge Verbindungselemente VE, beispielsweise Seilzug- elemente, aufweisen. Durch deren Längenveränderung kann der Wölbungsgrad der Gewölbekonstruktion GK an der Wand WA von sehr gering bis stark variiert (gestrichelt dargestellt) werden. Als Ergebnis ergibt sich eine unterschiedlich gekrümmte Markisenkonstruktion über dem Fenster FE, die eine unterschiedlich starke Beschattung hervorruft. Bei der Wölbungs- Veränderung laufen die Außenstreben AS entlang der Wand WA, hier ist darauf zu achten, dass keine Torsion in Richtung der anderen biegsamen Streben BS eintritt. Gegebenenfalls können hier Führungshilfen FH (gestrichelt dargestellt) an der Wand WA vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
α Wölbungswinkel
AP Ankerpunkt
B Basis
BS biegsame Strebe
BSM mittlere biegsame Strebe
F Fundament
FE Fenster
FH Führungshilfe
GK Gewölbekonstruktion
H Horizontale
HS Hohlstrebe
LZ linienförmiges Zentrum
M Mast
MS Maststück OE Öse
PF Plattform
PZ punktförmiges Zentrum
RA rechteckiges Abdeckelement
RN Rastnut
S Seilabschnitt
SA segmentierte Abdeckung
SE Spanneinrichtung
SK Stützenkonstruktion
SV Seilzugvorrichtung
SW Seilwinde
TS Tragstrebe
VE Verbindungselement
W Wölbung
WA Wand
ZA Zusatz-Abdeckelement

Claims

Patentansprüche
1. Selbsttragende Gewölbekonstruktion mit von einem punkt- oder linienförmig ausgeprägten Zentrum ausgehenden biegsamen Streben, die im Zentrum starr und an ihren dem Zentrum gegenüber liegenden Enden durch eine Spanneinrichtung an der Umlauflinie der Gewölbekonstruktion miteinander verbunden sind, wobei der zur Horizontalen orientierte Wölbungswinkel der Gewölbekonstruktion über das Kräftegleichgewicht zwischen der von der Spanneinrichtung azimutal erzeugten Spannkraft und der Rückstellkraft der biegsamen Streben bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (SE) zwischen den Streben (BS) Verbindungselemente (VE) aufweist, die in ihrer Länge zwischen einer Maximallänge und einer Minimallänge kontinuierlich veränderbar einstellbar sind, wobei bei der Einstellung der Maximallänge die erzeugte Spannkraft gegen Null geht und der minimale Wölbungswinkel (C MIN) von dem Gewicht der entspannten Streben (BS) bestimmt ist und bei der Einstellung der Minimallänge die erzeugte Spannkraft und damit der Wölbungswinkel (GCMAX) einen Maximalwert anneh- men, und dass die Gewölbekonstruktion (GK) zu ihrer Abstützung auf einer Basis (B) im Zentrum (PZ) ortsfest gelagert ist, wobei von der Basis (B) aus sowohl ein positiver Wölbungswinkel (+α) nach unten als auch ein negativer Wölbungswinkel (-α) nach oben eingestellt werden kann.
2. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (B) als Mast (M) vorgegebener Höhe und die Gewölbekonstruktion (GK) umlaufend geschlossen ausgebildet ist .
3. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast unterhalb des Zentrums (PZ) der Gewölbekonstruktion in eine aus mindestens 3 Stützen bestehende Konstruktion (SK) übergeht, die innen entlang der Gewölbekonstruktion vom Zentrum (PZ) bis zur Basis (B) geführt sind.
4. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (M) oder die Stützenkonstruktion (SK) in einem Fundament (F) verankert ist, das eine der Umlauflinie der Gewölbekonstruktion (GK) entsprechend verlaufende Rastnut (RN) aufweist, in die Streben (BS) bei Erreichen eines vorgegebenen positiven Wölbungswinkels (OC AX) formschlüssig einrasten.
5. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (B) als Ankerpunkt (AP) in einer Wand (W) und die Gewölbekonstruktion (GK) offen ausgebildet ist, wobei die offene Seite an die Wand (W) anschließt.
6. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Seilwinden (SW) jeweils am Ende der Streben (BS) angeordnet sind, über die die Verbindungselemente (VE) zwischen den Streben (BS) in ihrer Länge eingestellt werden.
7. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seilwinde (SW) mit einer biegsamen Welle verbunden ist, die vom Bereich des Zentrums (PZ) oder Mastes (M) aus die Drehbewegung von einem Elektromotor oder einer anderen Kraftquelle überträgt.
8. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinden (SW) aus elektrisch angesteuerten Motoren bestehen.
9. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stromversorgung der Motoren Solarzellen auf der Oberseite der Streben (SW) angeordnet sind und zur Pufferung Akkus verwendet werden.
10. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine flexible Bespannung vorgesehen ist.
11. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei einem vorgegebenen Wölbungswinkel (CCMAX) geschlossene segmentierte Abdeckung (SA) vorgesehen ist.
12. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (BS) in jeweils eine Tragstrebe (TS) mit vorgegebenem Elastizitätsmodul, der bei Einstellung der Maximallänge der Verbindungselemente (VE) einen entsprechend definierten Wölbungswinkel (CCMAX) der Tragstrebe (TS) verursacht, und ein darüber- oder darunterliegendes Abdeckelement (SA) mit geringem Elastizitätsmodul aufgeteilt sind, wobei die Abdeckelemente (SA) in ihrer Breite so ausgebildet sind, dass sich bei einem vorgegebenen Wölbungswinkel (CCMAX) eine geschlossene Abdeckung ergibt.
13. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
Zusatz-Abdeckelementen (ZA) ober- oder unterhalb der Abdeckelemente (SA) vorgesehen sind, wobei die Zusatz-Abdeckelemente (ZA) in ihrer Breite so ausgebildet sind, dass sich auch bei anderen eingestellten Wölbungswinkeln (cc) eine geschlossene Abdeckung ergibt.
14. Selbsttragende Gewölbekonstruktion nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstreben (TS) als Hohlstreben (HS) ausgebildet sind, in die zur Einstellung ihres Elastizitätsmoduls vom Zentrum (PZ) aus mit hohem Druck ein Gas oder eine Flüssigkeit gepresst wird.
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