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Die
Erfindung betrifft ein Stabtragwerk mit Knoten und mit Stäben,
die durch Eingriffsorgane mindestens in der Richtung quer zu ihrer
Längsrichtung formschlüssig zwischen den Knoten
gehalten sind.
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Stabtragwerke
mit steifen Knoten-Stab-Verbindungen werden bisher bei ihrer Montage
entweder gesteckt oder mittels Flanschen, Montageblechen oder dergleichen
montiert, die ein seitliches Einsetzen ganzer Stäbe zwischen
fixierten Knoten ermöglichen. Um die systematisch geringe
Steifigkeit bzw. Biege- und Torsionsfestigkeit von Stab-Knoten-Verbindungen
zu überwinden, werden die Verbindungen bei hochbelasteten
Tragwerken oft als gelenkige Verbindungen modelliert, d. h., das
Tragwerk wird als Fachwerk ausgelegt, in dem nur diagonale Elemente
zur Steifheit der Maschen und damit des Tragwerks insgesamt führen.
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Der
Begriff "Stäbe" ist hier nicht auf Stäbe im eigentlichen
Sinne beschränkt, sondern umfaßt beispielsweise
auch Rohre sowie Flächenelemente wie etwa Glasscheiben
oder geschlossene Abdeckungen. Entscheidend ist allein, daß die
Kräfte im wesentlichen lokal, über die Knoten,
in die benachbarten Stäbe eingeleitet werden.
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Die
Festigkeit und Steifigkeit der Verbindung ist zum einen von der
Verbindungsart, z. B. Klebung, Schweißung oder Pressung,
abhängig und zum anderen von den Materialeigenschaften
der Stäbe und Knoten. Ein wesentlicher Faktor ist dabei
die geometrische Überlappung zwischen den Eingriffsorganen der
Stäbe und der Knoten.
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DE 102 18 597 A1 beschreibt
ein Stabtragwerk mit Stäben aus Holz oder Bambus, die durch Steckverbindungen
zwischen den Knoten gehalten sind. Die Steckverbindungen werden
durch stirnseitige Rundverzinkungen an den Enden der Stäbe
und komplementäre, rotationssymmetrische Aufnahmen in den
Knoten gebildet. Nach dem Zusammenstecken der Elemente kann die
Verbindung durch Verklebung, Verklammerung oder dergleichen fixiert werden.
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Solche
gesteckten Stabtragwerke haben den Nachteil, daß es zum
Herstellen der Steckverbindung erforderlich ist, die Knoten, die
an entgegengesetzten Enden eines Stabes sitzen, relativ zu dem Stab
in Längsrichtung dieses Stabes zu bewegen, damit die Eingriffsorgane
ineinandergesteckt werden können. Bei einem schon teilweise
fertiggestellten Tragwerk ist dies nur möglich, wenn andere
Stäbe, mit denen die betreffenden Knoten bereits verbunden
sind, vorübergehend auf Biegung beansprucht werden, damit der
nötige Bewegungsspielraum für die Knoten geschaffen
wird. Je größer die (Zug-)Festigkeit der Stab-Knoten-Verbindungen
sein soll, desto größer sollte die Überlappung
der Eingriffsorgane sein, und desto stärker müssen
die anderen Stäbe auf Biegung beansprucht werden, was wiederum
der Biegesteifheit der Stäbe Grenzen setzt.
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DE 200 16 876 U1 beschreibt
ein Stabtragwerk, bei dem die Knoten jeweils aus zwei Teilen zusammengesetzt
sind und konkave Aufnahmen für die Enden der Stäbe
jeweils zur Hälfte in jedem der beiden Teile des Knotens
ausgebildet sind. Hier läßt sich eine große Überlappungstiefe
der Verbindungsorgane der Stäbe und Knoten erreichen, ohne
daß bei der Montage des Tragwerks die Stäbe auf
Biegung beansprucht werden müssen. Allerdings müssen
hier die beiden Teile jedes Knotens durch zusätzliche Befestigungsmittel,
beispielsweise durch Schrauben zusammengehalten werden, so daß die
Festigkeit des Tragwerks insgesamt entscheidend von der Festigkeit
dieser zusätzlichen Verbindungsmittel abhängig ist.
Bei hohen Festigkeitsanforderungen ergeben sich daraus Beschränkungen
hinsichtlich der Materialwahl und der geometrischen Gestaltung der
Knoten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Stabtragwerk der eingangs genannten Art
zu schaffen, das eine hohe Festigkeit aufweist und sich dennoch
einfach montieren läßt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß mindestens ein Stab und/oder mindestens zwei durch
einen Stab verbundene Knoten aus mehreren Teilen zusammengesetzt
sind, die durch relative Verdrehung der Eingriffsorgane der Stäbe
und Knoten um eine in Längsrichtung der Stäbe
verlaufende Achse formschlüssig zusammengehalten sind.
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Wenn
der Stab aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, können
die verschiedenen Teile nacheinander in den Zwischenraum zwischen
zwei Knoten eingesetzt werden, ohne daß der Abstand zwischen
diesen Knoten verändert werden muß. Wenn anschließend
der aus den mehreren Teilen zusammengesetzte Stab um seine Längsachse
gedreht wird, so wirken die Eingriffsorgane, die die Verbindung
zu dem Knoten herstellen, wie eine Art Bajonettverschluß,
der nicht nur den Stab mit dem Knoten verbindet, sondern auch dafür
sorgt, daß die mehreren Teile des Stabes durch die Knoten
formschlüssig zusammengehalten werden.
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Wenn
jeder der beiden Knoten aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist,
kann der Stab zunächst in entsprechende Aufnahmen der beiden
Teilknoten eingelegt werden, wonach die Knoten durch Hinzufügen
des jeweiligen anderen Teils komplettiert werden. Die Fixierung
der Teile der Knoten aneinander erfolgt dann jedoch nicht mit Hilfe
zusätzlicher Befestigungsmittel, sondern wiederum durch
eine Drehung des Stabes um seine Längsachse. Bei dieser
Drehung treten die Eingriffsorgane des Stabes mit den komplementären
Eingriffsorganen beider Teile des Knotens in Eingriff, so daß sie
die Teile des Knotens zusammenhalten.
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Wenn
sowohl die Stäbe als auch die Knoten aus mehreren Teilen
zusammengesetzt sind, wirken die beiden oben beschriebenen Effekte
in Kombination.
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Der
Vorteil besteht in jedem Falle darin, daß eine formschlüssige
Fixierung aller beteiligten Elemente, d. h., der Teile der Stäbe
und der Knoten, ohne zusätzliche Befestigungsmittel erreicht
werden kann, so daß eine einfache Montage ermöglicht
wird, und ohne daß die Knoten in Längsrichtung
des sie verbindenden Stabes bewegt werden müssen, wie es
bei einer Steckverbindung erforderlich wäre. Folglich können
bei dem erfindungsgemäßen Stabtragwerk die Stäbe
und die Knoten sowie deren Verbindungen im Prinzip beliebig steif
ausgelegt werden, und es bestehen auch keine Beschränkungen
hinsichtlich des Ausmaßes der Überlappung der
Eingriffsorgane der Knoten und Stäbe. Insgesamt läßt sich
so mit einfachen Mitteln ein überaus stabiles Stabtragwerk
mit verhältnismäßig zierlich gestalteten Knoten
erreichen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft für Stabtragwerke,
deren Stäbe längsverlaufende Fasern aufweisen,
die ihnen eine hohe Zugfestigkeit verleihen, also beispielsweise
Tragwerke mit Stäben aus Holz, Bambus, faserverstärktem
Kunststoff und dergleichen, ebenso für Tragwerke mit Knoten
aus faserigem Material, z. B. aus Schichtholz. Anders als herkömmliche
Verbindungsmittel wie Schrauben, Querstifte und dergleichen führen
die erfindungsgemäßen Eingriffsorgane nicht zu
einer Schwächung oder einem Aufspalten des Materials in
Laufrichtung der Fasern. Bei geklebten Verbindungen führen
außerdem Zugbeanspruchungen dazu, daß die Fasermaterialien
an den Klebstellen auf Scherung beansprucht werden. Die durch die
Erfindung ermöglichte Vergrößerung der Überlappungszone
und damit der Klebflächen trägt dann zu einer
wesentlichen Verbesserung der Zugfestigkeit bei.
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Bei
den Stäben kann es sich auch um Verbundbauteile aus mehreren
Materialien handeln, z. B. Bambusstäbe mit Endstücken
aus Metall oder dgl., die die Eingriffsorgane bilden.
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Die
Teile der Knoten und/oder Stäbe können selbstverständlich
zusätzlich aneinander fixiert werden, beispielsweise durch
Verkleben, Verklammern, Umwickeln oder zusätzliche Verstrebungen
zwischen verschiedenen Stäben. Im Fall einer Verklebung
können nicht nur die Teile der Stäbe und die Teile
der Knoten miteinander verklebt werden, sondern auch die Kontaktflächen
zwischen den Eingriffsorganen der Stäbe und Knoten, nachdem
diese in ihre endgültige Position gedreht worden sind.
Beispielsweise können diese Flächen vor der Montage
mit einem Leim beleimt werden, der erst aushärtet, nachdem die
Stäbe in ihre endgültige Verriegelungsposition gedreht
worden sind. Alternativ ist es denkbar, den Leim an den Berührungsflächen
der Eingriffsorgane in Form von Kissen zu applizieren, die aufplatzen
und den Leim oder Kleber freisetzen, sobald die Eingriffsorgane
miteinander in Eingriff treten. Ebenso ist es möglich,
die komplementären Eingriffsorgane etwas unrund zu gestalten,
so daß sie bei Verdrehen zugleich radial miteinander verpresst
werden. Auf diese Weise läßt sich eine stabile
Klemmverbindung und/oder eine verpresste und daher festere Klebverbindung
erreichen.
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Sofern
die Knoten aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind und aus Naturholz
bestehen, ist es aus Festigkeitsgründen zweckmäßig,
wenn die Fasern in den verschiedenen Teilen des Knotens an der Teilungsfläche,
an der sie miteinander verklebt werden, wie bei Sperrholz etwa rechtwinklig
zueinander verlaufen.
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Die
Eingriffsorgane können auch so gestaltet werden, daß sie
nicht nur in Querrichtung des Stabes, sondern auch in dessen Längsrichtung
eine formschlüssige Verbindung zwischen Stäben
und Knoten herstellen. In dem Fall kann zudem die relative Verdrehung
von Knoten und Stäben dazu genutzt werden, den Stab fest
zwischen den an seinen beiden Enden sitzenden Knoten zu verspannen.
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Alternativ
läßt sich eine solche Verspannung auch durch ein
eingebettetes Unternetzwerk erreichen, beispielsweise ein Netzwerk
aus zugbelastbaren Seilen oder Drähten, die in durchgehenden
Hohlräumen der Stäbe verlaufen und innerhalb der
Knoten des Tragwerks miteinander verbunden sind. Wenn sowohl die
Stäbe als auch die Knoten des Tragwerks aus mehreren Teilen
bestehen oder zumindest geschlitzt sind, kann ein weitgehend vorgefertigtes
Unternetzwerk während der Montage mit eingelegt werden.
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Da
die Eingriffsorgane des erfindungsgemäßen Tragwerks
aufgrund der Drehbarkeit ohnehin eine gewisse Rotationssymmetrie
aufweisen müssen, bietet es sich an, diese Eingriffsorgane
ringförmig oder teilringförmig zu gestalten. Daraus
ergibt sich die Möglichkeit, die Stäbe als Hohlstäbe
auszubilden, die an den Enden über Hohlräume in
den Knoten miteinander verbunden sind. Auf diese Weise erhält
man innerhalb des Tragwerkes ein Leitungsnetzwerk, das für
elektrische Leitungen, Signalleitungen, Gas- oder Flüssigkeitsleitungen
oder dergleichen genutzt werden kann. Durch Verkleben oder Verpressen
der Eingriffsorgane des Tragwerks läßt sich das
Netzwerk der in den Stäben und Knoten gebildeten Hohlräume
auch hermetisch nach außen abdichten, so daß es
unmittelbar als Leitungssystem für fluide Medien genutzt
werden kann.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Stabtragwerks
gemäß der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Detaildarstellung von Eingriffsorganen an einem
erfindungsgemäßen Stabtragwerk;
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3 und 4 die
Eingriffsorgane nach 2 in unterschiedlichen Stellungen
während der Montage;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Stabes eines erfindungsgemäßen
Stabtragwerks;
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6 einen
Schnitt durch einen Eingriffsbereich eines Tragwerks mit einem Stab
nach 5;
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7 bis 10 Beispiele
für unterschiedliche gestaltete Eingriffsorgane an dem
Stabtragwerk;
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11 eine
perspektivische Ansicht eines Knotens eines Stabtragwerks gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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12 bis 15 unterschiedliche
Stadien bei der Montage eines Stabtragwerks gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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16 einen
Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen
Stabtragwerks;
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17 einen
Schnitt durch einen einzelnen Stab mit einem Spannmechanismus;
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18 einen
Schnitt durch einen Rahmen eines Stabtragwerks mit einem plattenförmigen
Füllelement, in einem Stadium während der Montage; und
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19 einen
Schnitt durch den fertig montierten Rahmen gemäß 18.
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In 1 ist
ein einfaches Beispiel eines Stabtragwerks dargestellt, das hier
die Form eines Tetraeders hat, mit kugelförmigen Knoten 10, 12, 14, die
durch Stäbe 16, 18, 20 miteinander
verbunden sind. Bei der Montage dieses Tragwerks können
die Stäbe 16 in bekannter Weise in entsprechende Steckaufnahmen
der Knoten 10, 12 und 14 eingesteckt
werden. Wenn jedoch die unteren Stäbe 18 und 20 eingesetzt
werden sollen, wäre eine solche Steckverbindung nicht mehr
möglich, ohne die Stäbe 16 vorübergehend
auseinanderzubiegen, um ausreichend Platz zwischen den Knoten 12 und 14 zu schaffen.
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Aus
diesem Grund sind bei dem hier vorgeschlagenen Tragwerk die Knoten 12, 14 und
auch die sie verbindenden Stäbe 18, 20 jeweils
aus zwei Teilen zusammengesetzt. Die Knoten 12, 14 sind
an waagerechten Teilungsebenen 22 in zwei Teile (Halbkugeln) 24, 26 unterteilt.
Entsprechend sind die Stäbe 18 und 20 an
längsverlaufenden Teilungsebenen 28 in Halbstäbe 30, 32 unterteilt.
Bei den Stäben 18 verlaufen die Teilungsebenen 28 vertikal.
Die Knoten 14 sind dagegen in 1 in einem
noch nicht fertig montierten Zustand dargestellt, in dem die beiden Halbkugeln 24, 26 noch
nicht zu einem fertigen Knoten 14 zusammengesetzt wurden
und auch die Halbstäbe 30, 32 noch nicht
zu dem kompletten Stab 20 zusammengesetzt wurden.
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Jeder
Halbstab 30, 32 ist an seinen Enden durch Eingriffsorgane 34,
deren Aufbau weiter unten näher beschrieben werden soll,
bereits mit den zugehörigen Halbkugeln 24, 26 verbunden.
Diese Eingriffsorgane sind so gestaltet, daß sich der Stab 30 zwischen
den beiden Halbkugeln 24 einfügen läßt, ohne
daß der Abstand zwischen diesen beiden Halbkugeln verändert
werden muß. Wenn nun die Halbkugeln 26 und der
Halbstab 32 angesetzt werden, um die Knoten 14 und
den Stab 20 zu komplettieren, so wird anschließend
der Stab 20 um 90° um seine Längsachse gedreht,
so daß die Teilungsebene 28 in die vertikale Position
gelangt, wie sie bei den Stäben 18 gezeigt ist.
Die Eingriffsorgane 34 an den Enden der beiden Halbstäbe 30 und 32 treten
dabei jeweils mit entsprechenden (in 1 nicht
gezeigten) Eingriffsorganen beider Halbkugeln 24, 26 in
Eingriff, so daß die beiden Halbkugeln 24, 26 jedes
Knotens und auch die beiden Halbstäbe 30, 32 jedes
Stabes formschlüssig verriegelt werden und nicht mehr auseinanderfallen
können. Auf diese Weise erhält man ein sehr stabiles,
starres Stabtragwerk, zu dessen Fixierung im Prinzip weder Klebungen
noch der Einsatz sonstiger Befestigungsmittel wie Schrauben, Klammern
oder dergleichen erforderlich ist.
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Wahlweise
ist eine zusätzliche Fixierung, etwa durch Verklebung der
Halbstäbe 30, 32 und auch der Halbkugeln 24, 26 selbstverständlich
möglich. Auch die Berührungsflächen der
Eingriffsorgane 34 können mit den entsprechenden
Eingriffsorganen der Halbkugeln verklebt werden, wodurch insbesondere
ein Zurückdrehen des Stabes in die entriegelte Stellung
verhindert wird. Wahlweise kann die Verdrehsicherung jedoch auch
auf irgendeine andere bekannte Art erfolgen, etwa durch in die Eingriffsorgane 34 und
die entsprechenden Aufnahmen in den Knoten eingearbeitete Anschläge
und Widerhaken, die den Drehwinkel der Stäbe begrenzen
und ein Zurückdrehen verhindern. Ebenso können
als Verdrehsicherung auch Splinte verwendet werden, die im Bereich
der Knoten durch die Eingriffsorgane hindurchgesteckt werden. Diese
Splinte dienen hier jedoch ausschließlich als Verdrehsicherung
und sind anders als bei herkömmlichen Tragwerken mit zusammengesetzten
Knoten nicht für die Grundstabilität des Tragwerks
erforderlich.
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Zur
näheren Illustration einer möglichen Gestaltung
der Eingriffsorgane zeigt 2 eine perspektivische
Darstellung eines in diesem Fall quaderförmigen Knotens 14,
der aus zwei Teilen 24, 26 zusammengesetzt ist,
die den Halbkugeln in 1 entsprechen. Das Teil 24 ist
nur strichpunktiert angedeutet. Von dem Stab 20 ist nur
ein abgeschnittenes Ende des Halbstabes 32 in durchgezogenen
Linien dargestellt, während der komplementäre
Halbstab 30 nur strichpunktiert angedeutet ist. Das Eingriffsorgan 34 jedes
Halbstabes hat in diesem Beispiel die Form eines halbzylindrischen,
hohlen und am freien Ende offenen Fortsatzes des betreffenden Halbstabes.
Die halbzylindrischen Fortsätze beider Halbstäbe 30 und 32 ergänzen
sich daher zu einem hohlen Vollzylinder. Zu den Eingriffsorganen 34 komplementäre
Eingriffsorgane 36 in den Teilen 24, 26 des
Knotens 14 haben die Form von halbzylindrischen Nuten,
die sich nach dem Zusammensetzen der Teile zu einer Ringnut ergänzen.
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Die
Eingriffsorgane 34 und 36 sind in 2 jeweils
in der Winkelstellung gezeigt, die ihrer Eingriffsposition entspricht,
doch sind diese Eingriffsorgane axial versetzt dargestellt, damit
die Strukturen deutlicher erkennbar sind.
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In 3 und 4 ist
gezeigt, wie die Verbindung zwischen dem Halbstab 32 und
dem Teil 26 eines Knotens hergestellt wird. Der Halbstab
wird zunächst so gehalten, daß eine Oberfläche,
die der Teilungsebene 28 entspricht, der Oberfläche
des Teils 26 zugewandt ist, die der Teilungsebene 22 entspricht,
und daß die Eingriffsorgane 34 und 36 miteinander
fluchten (3). Anschließend wird
der Halbstab 32 in Richtung des Pfeils A um die Längsmittelachse
des späteren kompletten Stabes 20 gedreht, so
daß das Eingriffsorgan 34 in das nutförmige
Eingriffsorgan 36 eintritt. Zunächst wird der
Halbstab um einen Drehwinkel von 180° gedreht, so daß das
Eingriffsorgan 34 vollständig in dem Eingriffsorgan 36 aufgenommen
wird und die Teilungsebenen 22 und 28 miteinander
bündig sind. Dieser Zustand ist in 3 und 4 nicht
gezeigt, entspricht aber dem Zustand des Halbstabes 32 in 1.
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Entsprechend
verfährt man dann mit dem anderen Halbstab 30 und
den zugehörigen Teilen 24 der Knoten. Anschließend
werden die Teile der Knoten 14 und des Stabes 20 zusammengesetzt
und wahlweise miteinander verklebt, und schließlich wird der
dann komplettierte Stab 20 um 90° zurückgedreht,
so daß der Halbstab 32 die in 4 gezeigte Position
einnimmt. In diesem Zustand stehen die Eingriffsorgane 34, 36 immer
noch miteinander in Eingriff, jedoch nicht mehr auf einem Bogen
von 180°, sondern nur noch auf einem Bogen von 90°.
Dafür steht jedoch das Eingriffsorgan 34 des Halbstabes 32 auch
mit dem nutförmigen Eingriffsorgan des in 4 nicht
gezeigten Teils 24 des Knotens in Eingriff. Die halbzylindrischen
Eingriffsorgane 34 ergänzen sich dann zu einem
hohlen Vollzylinder, der einen zylindrischen Zapfen umschließt,
der von den nutförmigen Eingriffsorganen 36 begrenzt
wird und je zur Hälfte durch das Teil 24 und das
Teil 26 gebildet wird. Auf diese Weise werden die beiden
Teile 24, 26 des Knotens nunmehr in der Richtung
quer zur Längsrichtung des Stabes 20 formschlüssig
zusammengehalten, ohne daß es auf die Verklebung zwischen
ihnen noch ankommt. Umgekehrt werden auch die beiden Halbstäbe 30 und 32 durch
die Eingriffsorgane 36 der Knoten formschlüssig
zusammengehalten.
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Wahlweise
können vor der oben beschriebenen Montage auch die inneren
und äußeren Oberflächen der Eingriffsorgane 34 (und/oder 36)
beleimt werden, wodurch der Stab 20 nach dem Aushärten des
Klebers in seiner Winkelstellung fixiert wird. Die formschlüssige
Verriegelung der Teile aneinander bleibt dann dauerhaft erhalten,
und die Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit, der Knoten-Stab-Verbindung
ist von der Stärke (Dicke und Länge) der Eingriffsorgane 34 abhängig,
jedoch nicht von der Klebkraft, mit der die verschiedenen Teile miteinander
verklebt sind. Da die Stab-Knoten-Verbindungen nicht durch Steckverbindungen
gebildet werden, läßt sich das Ausmaß der Überlappung
zwischen den Eingriffsorganen 34 und 36, hier
also die Länge der halbzylindrischen Strukturen, so groß wählen,
daß die erforderliche Festigkeit erreicht wird, ohne daß damit
die Montage des Tragwerkes erschwert wird. Eine Verlängerung
dieser Überlappung vergrößert zugleich
auch die Klebfläche und damit insbesondere die Zugfestigkeit.
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Die
Stäbe des Stabtragwerks brauchen nicht notwendigerweise
an ihrer Längsmittelebene in zwei Halbstäbe aufgeteilt
zu sein. 5 zeigt ein Beispiel eines Stabes 20a,
dessen Mittelteil als runder Vollstab ausgebildet ist. Dieser Stab 20a kann
wahlweise durch Teile, die komplementär zu den beiden Endabschnitten
ausgebildet sind, zu einem Vollstab komplettiert werden, der sich
dann in gleicher Weise wie der oben beschriebene Stab 20 zwischen
Knoten 14 einsetzen läßt.
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Wenn
die Stabilitätsanforderungen nicht so hoch sind, kann ein
Stab mit der in 5 gezeigten Grundkonfiguration
jedoch auch allein, ohne zusätzliche komplementäre
Teile verwendet werden. Der vollzylindrische mittlere Abschnitt
sollte sich dann bis unmittelbar an die halbzylindrischen Eingriffsorgane 34 erstrecken
und somit den Zwischenraum zwischen den Knoten vollständig
ausfüllen. 6 zeigt einen Schnitt durch
das Eingriffsorgan 34 eines solchen Stabes und durch die
Teile 24, 26 des Knotens in der Eingriffsposition.
Man erkennt, daß auch hier das einzige Eingriffsorgan 34 des
Stabes in die Eingriffsorgane 36 beider Knotenteile eingreift
und diese formschlüssig zusammenhält.
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Auch
die meisten der nachstehend beschriebenen Varianten lassen sich
wahlweise mit einteiligen oder mehrteiligen Stäben realisieren.
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7 zeigt
eine Ausführungsform ähnlich derjenigen nach 2 bis 4,
bei der jedoch die Eingriffsorgane 34, 36 zueinander
komplementäre Schwalbenschwanzprofile haben. In der Zeichnung blickt
man auf die Oberfläche des Teils 26, die in der Teilungsebene 22 liegt,
und auf die von der Teilungsebene abgewandte, gerundete Rückseite
des Halbstabes 32. Die schwalbenschwanz förmigen
Eingriffsorgane 34 und 36 stellen auch in Längsrichtung des
Stabes 20 bzw. des Halbstabes 32 eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Stab und dem angrenzenden Knoten her.
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8 zeigt
in ähnlicher Darstellung wie in 7 eine Variante,
bei welcher der Formschluß nicht durch Schwalbenschwanzprofile,
sondern durch einen Bund 38 bzw. eine Ringnut 40 an
den Eingriffsorganen 34a, 36 erreicht wird.
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Bei
einem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel
weisen die Eingriffsorgane 34 und 36 gewindeartige
Strukturen auf, die sowohl einen Formschluß in Längsrichtung
der Stäbe wie auch eine Verspannung der Stäbe
und Knoten in dieser Richtung ermöglichen. Gezeigt sind
hier beide Teile 24, 26 des Knotens, jeweils mit
Blick auf die Teilungsebene 22, sowie beide Halbstäbe 30, 32,
jeweils mit Blick auf die von der Teilungsebene 28 abgewandte
Seite.
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Das
Eingriffsorgan 34 des Halbstabes 32 hat auf seiner äußeren
Umfangsfläche, die sich über einen Bogenwinkel
von 180° erstreckt, einen gewindeförmig verlaufenden
Wulst 42, und das Eingriffsorgan 36 des Teils 26 des
Knotens weist zwei gewindeförmige Nuten 44, 46 auf,
die beide Teil eines zu dem Wulst 42 komplementären
Gewindegangs sind. Bei dem Halbstab 30 weist das Eingriffsorgan 34 einen entsprechenden
Wulst 48 auf, der jedoch in einer anderen axialen Position
als der Wulst 42 liegt, und das Teil 24 des Knotens
hat an seinem Eingriffsorgan 36 eine dazu komplementäre
Nut 50.
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Zur
Verbindung des Halbstabes 32 mit dem Teil 26 wird
das Eingriffsorgan 34 in eine Position gebracht, in der
das in der Zeichnung obere Ende des Wulstes 42 mit dem
in der Zeichnung oberen Ende der Nut 44 fluchtet. Anschließend
wird der Halbstab 32 um 180° im Uhrzeigersinn
gedreht, so daß sich das Eingriffsorgan 34 in
das Eingriffsorgan 36 hineinschraubt. Entsprechend verfährt
man mit dem Halbstab 30 und dem Teil 24. Anschließend
werden die beiden Knotenteile und die Halbstäbe zusammengefügt.
In der Zeichnung würde das bedeuten, daß das Teil 24 um
die Achse X in 9 auf das Teil 26 geklappt
wird. Das in 9 obere Ende der Nut 50 kommt
dabei in eine Lage, in der es mit dem unteren Ende der Nut 44 fluchtet.
Wenn nun der durch die beiden Halbstäbe 30 und 32 gebildete
Stab um 90° in Einschraubrichtung weitergedreht wird, so
tritt der Wulst 42 in die Nut 50 des Teils 24 ein,
während gleichzeitig der Wulst 48 teilweise aus
der Nut 50 austritt (und damit Platz für den Wulst 42 schafft)
und in die Nut 46 des Teils 26 eintritt. Durch
diese Einschraubbewegung werden beide Halbstäbe 32, 34 fest
gegen die Teile 24 und 26 des Knotens gespannt. Dies
erfordert eine korrekte Wahl der axialen Position der Wülste 42 und 48 und
der Nuten 44, 46 und 50. Speziell muß dazu
das in 9 eingezeichnete Maß d1 gleich dem Maß c1
sein und das Maß d2 gleich dem Maß c2. Die Maße
c1 und c2 geben dabei die axiale Position des vorauslaufenden Endes
des Wulstes 48 bzw. 42 in Bezug auf den Fußpunkt
des Eingriffsorgans 34 an, und die Maße d1 und
d2 geben die axiale Position dieses vorauslaufenden Endes des Wulstes 48 bzw. 42 im
vollständig eingeschraubten Zustand innerhalb der Nut 46 bzw. 50 an.
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10 zeigt
eine Ausführungsvariante, bei der die Eingriffsorgane 34 und 36 jeweils
in der inneren und äußeren Halbzylinder-Umfangsfläche
eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 52 bzw. 54 in
einander entsprechenden Positionen aufweisen. Wenn die Eingriffsorgane
ineinander eingedreht werden, können zusätzlich
halbringförmige Drähte oder Schnüre 56, 58 eingeführt
werden, die dann einen Formschluß in axialer Richtung herstellen.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform des Knotens 14. Dieser
Knoten ist würfelförmig und weist in jeder seiner
sechs Seiten ein Eingriffsorgan 36 für einen Stab
auf, so daß der Knoten an zentraler Stelle in einem Raumfachwerk
eingesetzt werden kann, bei dem Stäbe in allen sechs Raumrichtungen von
dem Knoten ausgehen. Damit all diese Stäbe in der oben
beschriebenen Weise montiert werden können, ist der Knoten
gemäß 11 mehrteilig
aufgebaut, mit einem Basisteil 24' und sechs Schiebeteilen 26',
die jeweils so in einer der Flächen des Würfels angeordnet
sind, daß eine Teilungslinie zwischen dem Schiebeteil und
dem Basisteil durch die Mitte des Eingriffsorgans 36 verläuft.
Wie durch Pfeile in 11 veranschaulicht wird, lassen
sich die Schiebeteile 26' jeweils rechtwinklig zu der genannten
Teilungslinie von dem Basisteil 24' abziehen und – nach Einsetzen
der Halbstäbe in das Basisteil 24' und das Schiebeteil 26' – in
entgegengesetzter Richtung wieder einschieben, um die Halbstäbe
zu einem Vollstab zusammenzufügen.
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Auf
analoge Weise lassen sich mehrteilige Knoten in nahezu beliebigen
geometrischen Formen für verschiedenartige Tragwerkkonfigurationen
herstellen.
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12 bis 15 illustrieren
die Montage eines Tragwerks mit einem einteiligen Knoten 14 und einem
mindestens zweiteiligen Stab 20. Das Eingriffsorgan 36 des
Knotens wird wieder durch eine ringförmige Nut gebildet,
die in diesem Fall jedoch durch eine Einschleusungsnut 60 mit
einer Seitenfläche des Knotens verbunden ist. Der Stab 20 wird
wieder durch zwei komplementäre Halbstäbe 30, 32 gebildet,
doch sind die Eingriffsorgane 34 in diesem Fall nicht halbzylindrisch,
sondern als exzentrisch angeordnete vorspringende Zapfen ausgebildet.
Das Profil der Halbstäbe 30, 32 ist hier
nur strichpunktiert angedeutet, und die als Eingriffsorgane 34 dienenden Zapfen
sind im Schnitt dargestellt.
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In 12 ist
noch keiner der Halbstäbe mit dem Knoten 14' verbunden.
Dann wird zunächst der Halbstab 30 zwischen dem
Knoten 14' und einem entsprechenden Knoten am entgegengesetzten Ende
des Halbstabes eingesetzt. Dabei wird das Eingriffsorgan 34 durch
die Einschleusungsnut 60 bewegt, bis die in 13 gezeigte
Konfiguration erreicht ist.
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Der
Halbstab 30 wird dann um 180° um die Mittelachse
des ringförmigen Eingriffsorgans 36 (und damit
die Mittelachse des späteren Vollstabes) gedreht, wobei
sich sein Eingriffsorgan 34 durch die ringförmige
Nut bewegt, und der zweite Halbstab 32 wird in entsprechender
Weise über die Einschleusungsnut 60 eingeführt,
um den Stab 20 zu komplettieren, wie in 14 dargestellt
ist. Der Stab 20 wird dann als ganzes um 90° in
die in 15 gezeigte Position gedreht,
so daß seine Eingriffsorgane 34 die in 15 gezeigte
Position einnehmen und im Zusammenwirken mit dem Eingriffsorgan 36 die
beiden Halbstäbe formschlüssig zusammenhalten.
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Wahlweise
können auch hier die Halbstäbe miteinander verklebt
werden, wodurch verhindert wird, daß sich die Halbstäbe
nacheinander wieder über die Einschleusungsnut 60 herausziehen
lassen.
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Im
hier gezeigten Beispiel ist zudem an der Einmündung der
Einschleusungsnut 60 in das Eingriffsorgan 36 eine
Rücklaufsperre 62 (15) in
der Form einer federnden Klinke angeordnet, die beim Einführen
des zapfenförmigen Eingriffsorgans 34 ausweicht,
jedoch eine Rückkehr des Zapfens in die Einschleusungsnut 60 verhindert.
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Wahlweise
kann auch die Einschleusungsnut 60 durch einen Stopfen
verschlossen werden, oder diese Einschleusungsnut und/oder die als
Eingriffsorgan 36 dienende Ringnut oder Teile davon können
mit einer Vergußmasse ausgespritzt werden.
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Das
in 12 bis 15 dargestellte
Prinzip läßt sich auf Stabtragwerke verallgemeinern,
deren Stäbe im Bereich der Eingriffsorgane aus drei oder mehr
(sektorförmigen) Teilen zusammengesetzt sind.
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16 zeigt
einen Schnitt durch einen dreieckigen Rahmen, der durch Knoten 14 und
Stäbe 20 gebildet wird und Teil eines größeren
Tragwerkes sein kann. Die Knoten 14 sind in diesem Fall
mindestens dreiteilig, damit sich die Stäbe 20 in
der bereits beschriebenen Weise einsetzen lassen. Die Besonderheit
besteht hier darin, daß die Stäbe 20 einschließlich
ihrer Eingriffsorgane als Rohre ausgebildet sind und somit einen
in Längsrichtung durchgehenden zentralen Kanal 64 bilden.
Auch die Knoten 14 weisen innere Hohlräume 66 auf,
die die Kanäle 64 der verschiedenen Stäbe
miteinander verbinden, so daß ein zusammenhängendes
Hohlraumnetz gebildet wird, das sich durch das gesamte Tragwerk oder
Teile desselben erstrecken kann. Dieses Hohlraumnetzwerk kann z.
B. für elektrische Leitungen, Signalleitungen und dergleichen
genutzt werden. Wenn die Teile, aus denen die Stäbe 20 und
die Knoten 14 zusammengesetzt sind, fluiddicht miteinander verbunden
sind, beispielsweise durch Verklebung oder Verschweißung,
so ist das Hohlraumnetzwerk hermetisch abgeschlossen, so daß es
auch als Leitungsnetz für flüssige oder gasförmige
Medien dienen kann.
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In
dem in 16 gezeigten Beispiel dient das
Hohlraumnetzwerk zur Aufnahme einer Armierung, die beispielsweise
durch Zugseile oder sonstige Zugglieder 68 gebildet wird.
Wenn diese Zugglieder 68 mit ihren Enden in den jeweiligen
Knoten 14 formschlüssig verankert sind, wird die
Zugfestigkeit der durch den Stab 20 gebildeten Verbindung
zwischen den betreffenden Knoten beträchtlich erhöht. Wenn
das Zugglied unter Zugspannung steht, werden zudem die Knoten und
der dazwischenliegende Stab fest zusammengespannt.
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Im
gezeigten Beispiel sind die Zugglieder 68 der einzelnen
Stäbe 20 innerhalb der Knoten 14 miteinander
verbunden, in 16 zu einer dreieckigen Masche,
im allgemeinen Fall zu einem Netzwerk, das dem durch die Kanäle 64 und
die Hohlräume 66 gebildeten Hohlraumnetzwerk entspricht.
Jede Masche des durch die Zugglieder 68 gebildeten Netzwerkes braucht
nur an einer Stelle unter Zugspannung gesetzt werden, mit dem Effekt,
daß alle zu der Masche gehörenden Knoten 14 und
Stäbe 20 fest miteinander verspannt werden.
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Bei
der Montage eines in solcher Weise armierten Tragwerkes kann man
beispielsweise so vorgehen, daß zunächst Teile
der Knoten 14 und Teile, z. B. Halbstäbe, der
Stäbe 20 zu einem Teiltragwerk miteinander verbunden
werden. Bei diesem Teiltragwerk sind die Kanäle 64 und
die Hohlräume 66 offen, so daß die Armierung
eingelegt werden kann. Dabei kann die Armierung aus geschlossenen,
vorgefertigten Maschen bestehen, ähnlich der dreieckigen
Masche, die in 16 durch die Zugglieder 68 gebildet wird.
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Je
nach Konfiguration des Tragwerks kann das Netz auch die gesamte
Struktur des Tragwerkes abbilden und dann in das Teiltragwerk eigelegt
werden, so daß die Maschen des Netzes in den Kanälen 64 und
Hohlräumen 66 aufgenommen werden. Sofern das als
Armierung verwendete Netz zugelastisch ist oder bei Abkühlung
schrumpft, kann es auch dazu dienen, eine Vorspannung zu erzeugen.
Schließlich wird das Tragwerk durch Einsetzen der komplementären,
bereits miteinander verbundenen Knotenteile und Teilstäbe
komplettiert und durch Drehen der Stäbe 20 verriegelt.
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17 illustriert
eine Möglichkeit, ein Zugglied 68, das sich durch
das Innere eines Stabes 70 erstreckt, auch noch nachträglich,
nach der Montage des Tragwerkes, unter Zugspannung zu setzen. Dabei
zeigt 17 nur den einzelnen Stab 70 ohne
angeschlossene Knoten und weitere Teile des Tragwerkes. Das Zugglied 68,
beispielsweise ein Stahlseil, ein Hanfseil oder dergleichen, ist
an den Enden mit Nippeln 72 versehen, die formschlüssig
in den nicht gezeigten Knoten verankert sind. (In einer alternativen
Ausführungsform können die Nippel auch an Stäben
verankert sein, die über mindestens einen Knoten verbunden
sind.)
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Der
Stab 70 ist in seiner Länge unterteilt in einen
hohlen aber nicht geteilten Stab 16 und einen aus zwei
Halbstäben zusammengesetzten Stab 20 mit zylindrischen
Eingriffsorganen 34. Die Stäbe 16 und 20 sind
durch einen Knoten 74 verbunden, der ähnlich wie
die zuvor beschriebenen Knoten 14 aus zwei Teilen zusammengesetzt
ist und Eingriffsorgane bildet, die zu den Eingriffsorganen 34 des
Stabes 20 komplementär sind.
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Der
Stab 16 kann dagegen durch herkömmliche Steckverbindungen
mit dem Knoten 74 und dem nicht gezeigten Knoten am entgegengesetzten
Ende verbunden sein. Bei der Montage des Tragwerks werden dann ähnlich
wie in 1 zunächst die Steckverbindungen hergestellt,
und schließlich wird der Stab 20 in der beschriebenen
Weise zwischen dem mehrteiligen Knoten 74 und einem nicht
gezeigten mehrteiligen Knoten 14 eingesetzt und verriegelt. Die
Teile des Knotens 74 und die Halbstäbe des Stabes 20 können
miteinander verklebt werden, doch werden die Berührungsflächen
der Eingriffsorgane 34 nicht mit dem Knoten 74 verklebt,
damit der Knoten 74 um die Längsachse des Stabes 70 drehbar bleibt.
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Die
Stäbe 16 und 20 und der Knoten 74 bilden
zusammen den durchgehenden Kanal 64, der das Zugglied 68 aufnimmt.
Im Inneren des Knotens 74 ist jedoch ein Seilspanner 76 bekannter
Bauart befestigt, mit dem sich das Zugglied spannen läßt. Beispielsweise
kann der Seilspanner eine fest in dem Knoten 74 gehaltenen
Muffe sein, die an einem Ende ein Rechtsgewinde und am anderen Ende
ein Linksgewinde aufweist und mit entsprechenden Gewindebolzen an
den Enden der beiden Abschnitte des Zugliedes 68 verschraubt
ist, so daß sich das Zuglied spannen läßt,
indem der Knoten 74 gedreht wird.
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Sofern
sich das Zugglied 68 bei Torsion oder Verdrillung verkürzt,
wie es beispielsweise bei einem Seil der Fall ist, kann der Seilspanner
auch einfach dadurch gebildet werden, daß der durch den
Knoten 74 laufende Teil des Seils an diesem Knoten fixiert wird,
so daß, wenn der Knoten gedreht wird, die beiderseits desselben
liegenden Abschnitte des Seils in entgegengesetztem Drehsinn verdrillt
werden. Gegebenenfalls muß dann durch eine Verdrehsicherung verhindert
werden, daß sich der Knoten 74 unter der Zugspannung
wieder in der entgegengesetzten Richtung zurückdreht. Die
Verdrehsicherung kann beispielsweise durch einen quer durch den
Knoten 74 und einen der Stäbe 16, 20 gesteckten
Stift, ein zwischen dem Knoten 74 und einem der Stäbe
wirkendes Klinkengesperre oder dergleichen gebildet werden.
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Die
Stäbe des erfindungsgemäßen Tragwerkes
können in einer modifizierten Ausführungsform auch
durch flächige Elemente gebildet werden. Als Beispiel zeigen 18 und 19 einen
Schnitt durch einen rechteckigen Rahmen 78 eines Tragwerks
mit vier Knoten 14 (von denen nur zwei sichtbar sind),
drei Stäben 20' und einem Stab 20'',
die jeweils aus Halbstäben 30', 32' bzw. 30'' und 32'' zusammengesetzt
sind. Der Stab 20'' ist drehbar zwischen den zugehörigen
Knoten gehalten und sein Halbstab 30'' bildet eine Klappe 80,
die in der Lage ist, den gesamten Rahmen 78 auszufüllen.
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In 18 ist
diese Klappe 80 in geöffneter Stellung gezeigt.
Wenn die Eingriffsorgane beispielsweise so gestaltet sind, wie im
Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde, ist die
Stellung gemäß 18 zugleich
die Stellung, in der die Teile des Knotens nicht formschlüssig
durch diese Eingriffsorgane verriegelt werden. Wenn die Klappe 80 in
die in 19 gezeigte, geschlossene Position
geschwenkt wird, so wird dagegen auch die Verriegelung der Teile des
Knotens 14 hergestellt.
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Die
drei übrigen Stäbe 20' bilden jeweils
einen Anschlag 82 für die Klappe 80.
Dieser Anschlag sitzt jeweils an dem Halbstab 32' und wird
in die wirksame Position geschwenkt, wenn die beiden Halbstäbe 30' und 32 in
die Verriegelungsposition gedreht werden. Wenn schließlich
noch das freie (in 19 das rechte Ende) der Klappe 80 auf
irgendeine Weise mechanisch an den Anschlag 82 verriegelt
wird, so sind auch der Stab 20'' und der ihm gegenüberliegende
Stab 20' in der Verriegelungsposition fixiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10218597
A1 [0005]
- - DE 20016876 U1 [0007]