DE2216868A1

DE2216868A1 - Flächenförmiges, tragendes Bauelement

Info

Publication number: DE2216868A1
Application number: DE19722216868
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Zetlin, Lev, Roslyn, Nassau, N.Y. (V.StA.)
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1972-04-07
Publication date: 1972-10-19
Also published as: GB1390128A; IT954627B; FR2132678A1; FR2132678B1; US3849237A

Description

Flächenförmiges, tragendes Bauelement

Die Erfindung betrifft ein flächenförmiges, tragendes Bauelement, das zur Unterstützung von Lasten und zur Aufnahme von Beanspruchungen und Spannung geeignet ist und z.B. als Fußboden, als Brücke, als Plattform, Pendant od.dgl. verwendet werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein solches flaches, tragendes Bauelement so auszubilden, daß es im wesentlichen aus blatt- oder tafelförmigen Materialien auch minderer Qualität auf billigem Wege hergestellt werden kann und dennoch starken Belastungen zuverlässig standhält,ohne stärkeren Ausbiegungen zu unterliegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System von sich in Längsrichtung erstreckenden Rippen oder Stegen aus blattförmigem Material und aus hohlen, schalenförmigen Elementen aus blattförmigem Material, welche entlang sich überlagernder Flächen miteinander verbunden sind, um eine zusammengesetzte, integrale Konstruktion zu bilden, welche

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die kombinierten Eigenschaften eines Fachwerkes und eines vorgespannten Flächensystems vereinigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine langgestreckte Hippe aus blattförmigem Material vorgesehen, das entlang einer Längsmittellinie in eine V-Form überführt ist. Bausteinartige, schalenförmige Elemente, die ebenfalls aus blatt- oder tafelförmigem Material bestehen und die Form von hohlen Pyramiden besitzen, sind entlang der sich in Längsrichtung erstreckenden Rippe verteilt, wobei die sich überlagernden Flächen der Rippe und der sdalenförmigen Elemente miteinander fest verbunden sind. Dies führt zu einer zusammengesetzten Konstruktion, welche die Eigenschaften einer Reihe von miteinander verbundenen dreieckigen Fachwerkeinheiten zeigt, welche eine Steifigkeit und Stabilität zeigt, die typisch für eine solche dreieckförmige Verbundkonstruktion ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Beispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Brücke, welche nach der Erfindung ausgeführt ist.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Brücke nach Fig. 1 und zeigt den inneren Aufbau an der Unterseite der Brücke.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Brücke entlang der Schnittlinie 3-3der Fig. 1, wobei der Schnitt in Richtung der Ffvile gelegt ist.

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Pig. 4 zeigt im vergrößerten Maßstabe einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt in Längsrichtung entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig. 3.

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung im vergrößerten Maßstabe und teilweise geschnitten von einer Gruppe von pyramidischen Elementen, welche in Übereinstimmung mit den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in den in entgegengesetzte Richtungen weisenden Kanälen eingebettet sind, welche durch eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Rippen gebildet sind.

Fig. 7 ist eine schematische Wiedergabe der gegenseitigen Anpassung von Schichten aus blattförmigem Material zur Bildung der in Längsrichtung verlaufenden Rippe gemäß der Erfindung.

Fig. 8 zeigt in vergrößerter, perspektivischer Darstellung ein einzelnes pyramidisches Element nach der Erfindung.

Fig. 9 veranschaulicht im vergrößerten Maßstabe in perspektivischer auseinandergezogener Darstellung zwei blattförmige Abschnitte, die jeweils in halbpyramidenförmige Gestalt überführt sind und zusammen ein Endverschlußteil für die entgegengesetzten, längsgerichteten Enden jeder aufrechtstehenden Reihe von Pyramiden bilden.

Fig. 10 zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung ein Endverschlußelement für die entgegengesetzten Enden jeder

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Reihe von umgekehrt angeordneten Pyramiden.

Fig. 11 zeigt in vergrößerter perspektivischer Ansicht ein querverlaufendes Rippenelement, das bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Verwendung findet.

Pig. 12 ist eine perspektivische Darstellung eines pyramidenförmigen Verschlußgliedes zum Schließen der offenen Enden der pyramidenförmigen Elemente nach einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 13 ist eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung eines Abschnittes eines Bauelementes nach Fig. 1 und 2 und veranschaulicht die gegenseitige Beziehung zwischen den Längsrippen, den aufrechten und den umgekehrten Pyramiden und den Endverschlußelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung nach Fig.13 und zeigt zusätzlich in auseinandergezogener Gestalt die aufrechten und umgekehrten querverlaufenden Rippen, die pyramiden Verschlußelemente, sowie die Abdeckungen gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

Fig. 15 ist eine vergrößerte Teildarstellung im Längsschnitt einer Brücke, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist, wobei die innere Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform wiedergegeben ist, während

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Pig. 16 im vergrößerten Maßstabe und teilweisen Querschnitt die Anordnung 15 wiedergibt.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind mehrere V-förmige Elemente Seite an Seite miteinander zur Bildung einer Seihe verbunden, um ein flaches Konstruktionselement zur Verwendung als Boden, als Brücke, als Plattform, Pendant oder dgl. zu dienen. Eine flache Decklage überlagert die Oberseite der Reihe von Bauelementen und ist an dieser befestigt und dient dazu, um die zusammengesetzte, gesamte Einheit noch steifer zu machen und im Falle einer Brücke als Unterlage für die flache Straßenbettung zu dienen.

In der Grundform umfaßt der Gegenstand der Erfindung ein im wesentlichen V-förmiges, langgestrecktes Rippenelement, das in seinem Inneren einen Kern besitzt, der aus einer Kette von hohlen, vorzugsweise pyramidenförmigen Schalen besteht. Eine Vielzahl von solchen V-förmigen, langgestreckten Rippenelementen kann in kompakter Anordnung Seite an Seite vorgesehen sein, um eine einheitliche Konstruktion zu bilden, z.B. einen Boden, ein Brückenelement, eine Plattform,ein Dach oder Pendant.

Die pyramidenförmigen Elemente können in das V-förmige langgestreckte Element so eingesetzt sein, daß die relativ breiten Oberflächenbereiche von zwei sich gegenüberliegenden Wänden jedes Pyramidenelementes die entsprechenden Oberflächenbereiche des V-förmigen Elementes überlagert, wobei die sich überlagernden Flächenbereiche miteinander im wesentlichen über den gesamten Berührungsbereich fest verbunden sind. Es wird bemerkt, daß

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pyramidenförmige Elemente nicht nur relativ große Oberflächenbereiche in Bezug auf das Volumen zeigen, sondern daß gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die gesamten Oberflächenbereiche der vier dreieckförmigen Flächen jedes Pyramidenelementes sich in einer überlagerten Stellung mit anderen Elementen der Baueinheit befinden und fest mit diesen verbunden sind. So ist vorgesehen, daß die ersten beiden, sich gegenüberliegenden, dreieckförmigen Flächen jedes pyramidenförmigen Elementes über im wesentlichen deren ganzen Flächen entsprechende Flächenbereiche der längsverlaufenden Rippen überdecken und fest mit diesen verbunden sind, während die anderen beiden sich gegenüberliegenden, dreieckförmigen Flächen jedes Pyramidenelementes im wesentlichen über ihre ganze Fläche mit einer von zwei ebenen, dreieckförmigen Flächen von zwei querverlaufenden Rippenelementen in Überdeckung stehen und fest damit verbunden sind. Es ist ersichtlich, daß pyramidenstumpfförmige Verschlußelemente ebenfalls mit ihrer ganzen Oberfläche entsprechende Bereiche der Pyramidenelemente einerseits und eines Abdeckungselementes andererseits überdecken und mit diesen fest verbunden sind.

In Fig. 1 ist eine Brücke B wiedergegeben, welche ein langgestrecktes Rippenelement 10 aufweist, eine Mehrzahl von Pyramidenelementen 20, sowie ein Deckelement 70. Es ist ersichtlich, daß sich die Brücke B zwischen entsprechend im Abstand angeordneten Stützelementen S1 und S2 erstreckt.

Das gesamte Bauelement, beispielsweise die Brücke B, ist gemäß der Erfindung aus blattförmigem Material hergestellt, das in vorbestimmter Weise gefaltet und zusammengeklebt oder in ande-

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rer Weise verbunden ist, und zwar entlang relativ großer, sich überdeckender Flächenbereiche. Vorzugsweise besteht das blattförmige Material, aus dem das Bauelement hergestellt wird, aus Papier oder Pappe. Die Verbindungen zwischen den Elementen, welche das konstruktive System gemäß der Erfindung bilden, werden durch Zusammenkleben od.dgl. von übereinanderliegenden Flächen der blattförmigen Elemente hergestellt. Auf diese Weise besteht das konstruktive System nach der Erfindung aus einem System von geonetrisch gefalteten Bauelementen, die gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung an den sich überlagernden Flächen fest miteinander verklebt oder anderweitig verbunden sind.

Das konstruktive System nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus zwei Grundelementen. Jedes dieser Grundelemente ist aus einem blattförmigen Material, insbesondere aus laminiertem Papier oder aus laminierter Pappe hergestellt, also aus Materialien, die allgemein zur Verpackung schwerer Gegenstände üblich sind. Es können aber auch andere Materialien, beispielsweise Blech, Aluminium, Kunststoff, sowie Elemente aus Stahlmaschendraht od.dgl. mit aufgespritztem Beton oder Mörtel, verwendet werden. Das erste Element ist ein rippenförmiges Element 10 gemäß Fig. 13, das aus einem System von gefalteten Platten gebildet wird, welche durch Laminierung mehrerer in Längsrichtung gefalteter Schichten 12a, 12b, 12c und dgl. gemäß Fig. 7 aus Papier bestehen. Die Längsrippeneinheit, die auf diese Weise gebildet wird, umfaßt wenigstens zwei integral verbundene, langgestreckte, gefaltete Platten 11, welche im Abstand verlau-

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fende Abschnitte 11a und 11b aufweisen, die wiederum zwischen sich einen langgestreckten Kanal 13 begrenzen. In einem Konstruktionssystem, z.B. der Brücke B, sind eine Mehrzahl dieser gefalteten Elemente 12 in Querrichtung miteinander fest(verbunden, wie dies Fig. 7 zeigt. Sie bilden damit ein im wesentlichen sägezahnförmiges Profil, gesehen in einer Querschnittebene. Die in Eingriff stehenden Elemente bilden das Längsrippenelement, das sich in Längsrichtung der Brücke erstreckt.

Das zweite Grundelement des Konstruktionssystems ist ein hohles, schalenförmiges Element aus bbltförmigem Material, vorzugsweise in Form einer Pyramide 20 gemäß Fig. 8. Eine Mehrzahl dieser Pyramiden 20 in umgekehrter Stellung, bzw. 20' in aufrechter Stellung sind zwischen den gefalteten Platten 11 an der Oberseite und der Bodenseite des ersten Elementes 10 angeordnet und in die zugehörigen Kanäle 13 und 13', die durch das erste Element gebildet werden, eingeschachtelt. Die Pyramiden 20, 20' sind in Längsrichtung entlang der verschiedenen, langgestreckten Kanäle, 13, 13' verteilt und angeordnet. Dabei liegen jeweils zwei sich gegenüberliegende Flächenbereiche 21a und 21b jeder Pyramide in Überdeckung mit den im Abstand angeordneten Flächenbereichen 11a, 11b der zugehörigen Kanäle, 13, 13'. Die Faltlinien der Längsrippen bilden abwechselnd Kämme 14 und Vertiefungen 14', welche jeweils in zwei im Abstand liegenden parallelen Ebenen angeordnet sind, die ihrerseits die Grenzen des Konstruktionssystems bilden. Die hohlen, schalenförmigen Pyramiden 20 und 20' sind im Bereich der Basis offen und sind Seite an Seite in den zugehörigen, langgestreckten Kanälen 13, 13' angeordnet, und

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zwar in einer solchen Weise, daß vorzugsweise die Basis jeder Pyramide 20 in der einen und die Basis jeder Pyramide 20' in der anderen der genannten parallelen Ebenen zu liegen kommt. Dies führt dazu, daß die Pyramiden 20 in einem nach oben offenen Kanal 13 und die Pyramiden 20' in einem nach unten offenen Kanal 13 angeordnet und in Bezug auf die Pyramiden 20 um 180° gedreht sind. Vorzugsweise sind die Pyramiden 20 und 20' in zwei benachbarten, nach oben und nach unten offenen Kanälen 13» 13' gegeneinander versetzt, wie dies Pig. 6 zeigt. Die Versetzung ist derart getroffen, daß die Spitzen der Pyramiden 20 im wesentlichen im Bereich der Berührungslinie zwischen den benachbarten Basiskanten benachbarter Pyramidenelemente 20' liegen, welche an entgegengesetzten Seiten des Plattenelementes 11 angrenzen, das die Kanäle 13 und 13' trennt. Die Folge davon ist, daß die Spitze 22' der aufrechten Pyramide 20' in dem einen Kanal 13' vorzugsweise im Bereich der Basiskantenlinie 23a der benachbarten, umgekehrten Pyramide 20 angeordnet ist, welche in dem angrenzenden Kanal 13 liegt. Die gleiche Anordnung ist für die weiteren Pyramidenelemente vorgesehen. Das Ergebnis ist, daß die geneigten Kanten der gegeneinander versetzten, aufrechten und umgekehrten Pyramiden 20' und 20 im benachbarten Kanal mit sehr großer Annäherung kolinear verlaufen und so zusammenwirken, daß sie wie die Streben eines Pachwerkbauelementes wirksam sind.

Es ist ersichtlich, wenn auch hier nicht dargestellt, daß die Pyramiden 20 und 20' in benachbarten Kanälen 13 und 13' nicht unbedingt gegeneinander versetzt sein müssen, sondern auch so angeordnet sein können, daß die Spitze jeder Pyramide 20 im Bereich des Mittelpunktes der Grundlinie 23' der benachbarten, auf-

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rechten Pyramiden 20' auf der entgegengesetzten Seite eines Plattenelementes 11 liegt.

Die hohlen, schalenförmigen Pyramidenelemente 20, 20' sind dadurch gebildet, daß ein entsprechender flacher Zuschnitt der entsprechenden geometrischen Form aus blattförmigem Material ausgeschnitten und nachfolgend entlang der entsprechenden Faltlinien 24 in die gewünschte Pyramidenform gemäß Fig. 8 gefaltet wird.

Nachdem die Pyramiden 20 in das Rippenelement 10 eingeschachtelt sind, werden sie vorzugsweise mit einem dritten Element, nämlich einem Querrippenelement 30 nach Fig. 11, fest miteinander verbunden.

Die Querrippenelemente 30 sind vorzugsweise in Form eines diamantförmigen Blattes 31, welches entlang der kurzen Achse 32 gefaltet ist. Jedes Element 31 umfaßt folglich zwei integral miteinander verbundene Blattabschnitte 33 und 34, die dazu dienen, jeweils benachbarte Pyramiden 20 oder 20' in den zugehörigen Kanälen 13oder 13' miteinander zu verbinden. Nach der Faltung begrenzen die Abschnitte 33, 34 der Querrippenelemente zwischen sich zweite Kanäle 35, die sich in Querrichtung in Bezug auf die Kanäle 13, 13' des langgestreckten Rippenelementes erstrecken. Einer der dreieckförmigen, blattförmigen Abschnitte, beispielsweise der Abschnitt 33 des Querrippenelementes 30, wird in Überdeckung mit einem zweiten Flächenabschnitt 25b nach Fig. 14 der einen von zwei in Längsrichtung benachbarten Pyra-

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miden 20a gebracht, während der dreieckförmige Blattabschnitt 34 des Querrippenelementes 30 in Überdeckung mit einer benachbarten Fläche 25a der in Längsrichtung benachbarten Pyramide 20b gebracht wird. Vorzugsweise korrespondieren die erwähnten, dreieckförmigen Blattabschnitte 33, 34 des Querrippenelementee 30 im wesentlichen der Form der zweiten Flächenabschnitte 25b, 25a der Pyramiden und überlagern diese Flächen und sind mit diesen festjverbunden, um solche Pyramidenelemente in enger Seiten an Seitenanordnung fest miteinander zu verbinden. Die Querrippenelemente 30 wirken mit den Pyramidenelementen zusammen, um weiterhin die Längsrippenelemente 10 zu versteifen und damit den letzteren einen noch größeren Widerstand gegen Ausbiegen zu verleihen. Dem entsprechend wird hiermit ein sehr suverlässiges, starres Konstruktionssystem entwickelt, das auf ökonomische Weise hergestellt werden kann und geeignet ist, wirkungsvoll relativ große Abstände oder Zwischenräume zu überbrücken.

Als Ergebnis der oben beschriebenen Flächenverbindung aller Elemente des Systems werden äußere Lasten, die auf das System einwirken, in allen Richtungen verteilt, so daß Spannungskonzentrationen in den direkt belasteten Teilen ausgeschaltet werden.

Verbindungsmittel 50, die in Form üblicher Klebelemente oder ähnlicher Bindemittel vorgesehen sein können, welche für die jeweils gewählten Blattmaterialien geeignet sind, dienen dazu, um die einzelnen hohlen, schalenförmigen Elemente, die Querrippenelemente und die Längsrippenelemente aufzurichten und alle

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diese Elemente integral miteinander und mit der zuvor erwähnten, darüberliegenden Oberflächenbereiche zu verbinden, um eine zusammengesetzte, integrale Konstruktion zu bilden.

Die bevorzugte Ausführungsform der Konstruktion umfaßt weiterhin eine Vielzahl von Verschlußelementen aus Blattmaterial. Eine erste Gruppe dieser Verschlußelemente sind die Elemente 60, welche vorzugsweise als Pyramidenstümpfe gemäß Fig. 12 ausgebildet sind. Ihre Form ist so gewählt, daß sie in die offenen Basiselemente der umgekehrten Pyramiden 20 aufgenommen werden können. Die Elemente 60 haben Seitenwandflächen 60a, 60b, 60c und 6Od, welche entsprechende Flächenbereiche der Wände 25a, 25b, 25c und 25d der Pyramiden 20 überlagern können, in welche die Verschlußelemente eingeschachtelt sind. Die Verschlußelemente 60 weisen weiterhin eine geschlossene Stirnwand 61 auf, welche einen Verschluß für die sonst offene Basis der Pyramiden 20 bildet. Die Verschlußflächen 61 aller der Verschlußelemente 60 sind im wesentlichen in der Ebene "x" angeordnet, d.h. in der oberen der beiden erwähnten parallelen Ebenen "x" und "y", welche das Rippenelement 10 begrenzen. Miteinander bilden die Stirnwände 61 eine im wesentlichen flache, fortlaufende Fläche in der Ebene "x". Die pyramidenstumpfförmigen Verschlußelemente 60 sind, wie Fig. 12 zeigt, vorzugsweise vorgefaltet und stehen unter Vorspannung, so daß die mit den Innenflächen der zugehörigen Pyramidenelemente 20 nach dem Einschachteln fest und ordnungsgemäß verbunden werden.

Alternativ zu dieser Ausführungsform können die Pyramiden 20 selbstverständlich auch von vornherein als hohle, jedoch voll-

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ständig geschlossene, also auch an der Basis geschlossene. Elemente ausgebildet sein.

Zum Schließen der Enden jeder der Kanäle 13' (in denen die Pyramiden 20' vorzugsweise in Bezug auf die Pyramiden 20 im benachbarten Kanal 13 mittels Abständen versetzt angeordnet sind, welche der Hälfte der Länge einer Pyramide 20' entspricht) sind vorzugsweise hohle Verschlußelemente 64 nach Fig. 9 vorgesehen, von denen ein jedes im wesentlichen in Größe und Form der Hälfte eines Pyramidenelementes 20* entspricht. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Pyramiden 20 und 20' von gleicher Größe..Jedes Element ist vorzugsweise aus zwei zusammengeklebten, gefalteten Abschnitten 64a und 64b gebildet.

Die entgegengesetzten Enden jeder Reihe von umgekehrten Pyramiden 20 können entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls mit Endverschlußelementen 63, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind, versehen sein. Die Endverschlußelemente sind vorzugsweise in Form eines hohlen, schalenförmigen Elementes, welches jeweils drei dreieckförmige Seiten und eine dreieckförmige offene Seite besitzt. Die Spitze der mittleren Seite 63a liegt in der Fluchtungslinie der Grundlinie der übrigen dreieckförmigen Seiten 63b und 63c Die hohlen Elemente 63 bilden ein flaches Endverschlußglied 63a an den Enden jeder Reihe von in Längsrichtung verteilten Pyramidenelementen 20.

Die Brücke B gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt weiterhin eine Abdeckung 70 zur gleichmäßigen Übertragung der Lasten auf die übrigen Elemente der Konstruktion.

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Diese Abdeckung, die vorzugsweise ebenfalls aus blattförmigem Material hergestellt ist, ist so ausgebildet, daß sie geeignet ist, dem konzentrierten Raddruck eines Motorfahrzeuges, z.B. eines schweren Lastwagens, zu widerstehen. Wie zuvor bemerkt, bilden die Stirnwände 61 der Verschlußelemente 60 eine flache, fortgesetzte Fläche auf der Oberseite der Konstruktion, welche geeignet ist, wie bei 51 gezeigt, in direktem Flächenkontakt mit der Unterseite des flachen Abdeckelementes 70 verbunden zu werden.

In der bevorzugten Form umfaßt das Abdeckelement 70 zwei laminierte Schichten 71 und 72 aus Blattmaterial und eine Zwischenschicht 73 aus einer Reihe von parallel verlaufenden zylindrischen Rohren 74, die ebenfalls aus Blattmaterial hergestellt sind. Diese Rohre stehen vorzugsweise in unmittelbarer Seitenberührung und erstrecken sich vorzugsweise quer zur Längsrichtung der Abdeckung, um die beiden im Abstand angeordneten flachen Schichten 71, 72 aus laminiertem Blattmaterial zu verstärken, die jeweils auf den entgegengesetzten Seiten der aus Rohren bestehenden Zwischenschicht angeordnet und fest mit den Rohren verbunden sind.

Die Folge der beschriebenen, außergewöhnlichen Ausbildung besteht darin, daß die oben erläuterten Komponenten des Konstruktionssystemes nach Fig. 14 leicht an Ort und Stelle zusammengesetzt und miteinander an den erwähnten, sich überlagernden Flächenbereichen, fest verbunden werden können. Die großen zur Verbindung zur Verfügung stehenden Flächen führen zu ausgesprochen festen und zuverlässigen Verbindungen. Die jeweils am besten

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für die Verbindung geeigneten Klebstoffe oder Zemente od.dgl. hängen von dem jeweils verwendeten, besonderen blattförmigen Material ab und sind für den Fachmann bekannt. Ein hochbelastbares Konstruktionssystem, z.B. eine Brücke, kann damit allein aus blattförmigen Materialien, wie aus Papierblättern, hergestellt werden.

Vorzugsweise ist jedes der Komponententeile, z.B. die Pyramiden 20, 20', die Längsrippenelemente 10, die Querrippenelemente 50 und die Verschlußelemente 60 und 83 jeweils aus individuellen Lagergrößen aus Blattmaterialien hergestellt, indem diese inldie gewünschte Größe geschnitten werden, das Papier entlang der gewünschten Faltlinien gekerbt und dann die einzelnen Blätter des gekerbten Papiers in einer solchen Weise zusammsiilaminiert werden daß, wie dies im Zusammenhang mit dem Element 10 in Fig. 7 gezeigt ist, abwechselnd die Papierblätter mit ihren Kanten, so angeordnet sind, daß sich die Stoßstellen nicht überlagern. Aus Fig. 13 ist beispielsweise ersichtlich» daß die Kanten oder Unterbrechungslinien 26a und 27a der benachbarten Schichten 26,27 eines Pyramidenelementes 20 an entgegengesetzten Kanten der Pyramide angeordnet sind und nicht benachbart liegen. Damit wird jeder Bereich der Unterbrechung jedes einzelnen Blattes verstärkt durch einen ununterbrochenen Bereich eines benachbarten Blattes, so daß die Wirkung dieser Unterbrechungsstellen auf die Festigkeit des Konstruktionselementes klein bleibt. Mach dem Falten in die gewünschte Form können die Kerbfalten der Pyramiden ausgefüllt werden mit einem Füllmaterial, um eine noch stärkere Verbindung entlang der Faltlinien zu erhalten.

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Der Ausdiuck "Papier", wie er hier verwendet wird, soll umfassen Blattmaterialien, Putterplatten, Faserplatten und Kartons.

Es ist bekannt, daß nicht nur die P_estigkeit und die Steifigkeite eigenschaften von Papier im starken Umfange bei Pressung oder Zugbeanspruchung variieren, sondern das Papier auch ein anisotropes Material ist, welches unterschiedliche Eigenschaften entlang unterschiedlicher Achsen zeigt. Dementsprechend wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit besonderem Vorteil Nut__zen aus der erwähnten speziellen Eigenschaften von Papier gezogen. Beispielsweise ist die Zugfestigkeit vom Papier nahezu zweimal so groß in Richtung der Kornorientierung des Papiers als in der Querrichtung. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind alle Elemente der Konstruktion so gefaltet und flach zusammengeklebt und geformt, daß aus den genannten speziellen Eigenschaften des Papiers voller Nutzen gezogen wird. So sind die Rippenbahnen 10 so ausgebildet, daß sich die Faserung oder das Korn des Papieres in Längsrichtung erstreckt. Die Pyramiden 20, 20' sind so ausgebildet, daß das Papierkorn sich in Umfangsrichtung, d.h. in Richtung um die Spitze herum erstreckt. Die Pyramidenverschlußelemente 60 sind so ausgeschnitten und vorgefaltet, daß sie vorgespannte Elemente, d.h. federartige Einsätze, für die Basisbereiche der Pyramiden bilden. Nach dem Überziehen mit Klebstoff werden die Verschlußelemente 60 in die offenen Flächen der Pyramiden eingesetzt und durch die Vorspannung nach außen gegen die Pyramidenwände gedrückt, so daß über die ganzen Berührungsbereiche eine zuverlässige Verbindung gewährleistet ist.

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Da das Konstruktionssystem nach der Erfindung aus hohlen Elementen zusammengesetzt ist und da die hohlen Pyramidenelemente 20 mit den Innenflächen der Längsrippenelemente 10 fest verbunden sind, werden die Pyramidenelemente auch den Spannungen ausgesetzt, die durch diejenigen Bereiche der langgestreckten Rippenelemente aufgenommen werden müssen, an denen die Pyramiden fest angebracht sind. Weiterhin ist ersichtlich, daß die geneigten Ecken, z.B. die Ecken 24 jeder Pyramideneinheit 20, 20* von der Spitze 22 bis zur Basis 23 als Fachwerkelemente wirksam sind, so daß sie zusammen mit den anderen geneigten Kanten der übrigen Pyramideneinheiten ein integriertes Fachwerksystem bilden.

Jede der Kanten 24 der Pyramidenelemente bilden damit eine

Schrägstrebe eines Fachwerkes, so daß die sich ergebende Konstruktion aus einer Reihe von miteinander verbundenen dreieckförmigen Fachwerkeinheiten zusammengesetzt ist, welche jeweils die Steifigkeit und Stabilität zeigen, die solchen Dreieckskonstruktionen eigen ist. Die Folge der flächenmäßigen Verbindung aller Elemente der Konstruktion besteht darin, daß die von außen einwirkenden Lasten in allen Richtungen verteilt werden, so daß im hohen Maße die sonst hohen Spannungskonzentrationen in den direkt belasteten Bereichen stark vermindert werden.

Als Beispiel sei eine Papierbrücke angeführt, deren Breite etwa 3 m und deren Tiefe etwa 1,20 m betrug. Diese nach der Erfindung hergestellte Brücke besaß eine Länge von etwa 9,50 m und konnte ohne Schwierigkeiten das Gewicht eines 5,5-t-Lastkraftwagens aufnehmen, der mehrere Male über die Brücke gefahren wurde. Während des Belastungstestes ergab sich,dass zur Aufnahme des 5,5-t-

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Lastkraftwagens die Papierkonstruktion nur etwa etwa 12 mm bei der freien Spannweite von 9,5m durchbog. Die Brücke selbst wog etwa annähernd 4 t und bestand vollständig aus Papier und Klebstoff. Das blattförmige Material, das zur Herstellung der Elemente der Konstruktion verwendet wurde, beispielsweise für die Herstellung der Pyramidenelemente, der Längsrippen, der Querrippen und der Abdeckung, war ein etwa 2,5 mm dickes, festes Fasermaterial, das aus vier Schichten aus Kraftpapier der Nr. 90 bestand, welche zusammenlaminiert waren. Die verschiedenen Komponentenelemente der Konstruktion wurden entlang der sich überlagernden Flächen in der beschriebenen Weise miteinander verbunden und bildeten laminierte Abschnitte. So war beispielsweise der Abschnitt E gemäß Fig. 15 etwa 10 mm und der Abschnitt F gemäß Fig. 15 etwa 15 mm dick. Diese Elemente bildeten nach der Vereinigung eine vorgespannte Flächenkonstruktion, welche sich wie eine orthotropische Brücke verhielt. Die Blätter 12a, 12b, 12c und dgl., ebenso wie die Blätter 26a, 27a usw. besaßen jeweils eine Dicke von etwa 2,5 mm, wie oben beschrieben.

Die Abdeckung 70 nach den Fig. 15 und 16 wurde aus parallelen, dicht an dicht liegenden, zylindrischen Papierrohren 74 gebildet, welche ebenfalls aus laminierten Papierblättern bestand. Als Beispiel besaßen die Rohre 74 eine Wanddicke von annähernd 12 mm und einen lichten Durchmesser von annähernd 7,5 cm. Die Rohre waren eingeschachtelt zwischen zwei im Abstand liegenden flachen Schichten 71 und 72 aus laminierten Papierblättern 1.

Während die Abdeckung 70 mit einem Kern aus zylindrischen Papierrohren 74 zwischen flachen Schichten aus blattförmigem Material

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71 dargestellt ist, ist ersichtlich, daß andere Deckschichten vorgesehen sein können. So kann beispielsweise eine Deckschicht mit einem sägezahnförmigen, laminierten Kern vorgesehen sein, wie dies nicht dargestellt ist. Diese Schicht kann ähnlich aufgebaut sein wie die in Längsrichtung verlaufende Rippenschicht 10, die oben anhand der Fig. 3 beschrieben ist und die zwischen zwei laminierten Blattschichten 71 angeordnet sind. Auch eine solche Anordnung kann zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen.

Die Pyramideneinheiten der oben beschriebenen, praktisch ausgeführten Brücke waren jeweils annähernd etwa 45 cm hoch und besaßen eine rechteckförmige, offene Basis mit einer Länge von etwa 1,22m (gemessen in Längsrichtung des Eippenslementes 10) und einer Breite von annähernd 61 cm (gemessen quer zur Längsrichtung des Rippenelementes 10).

Die Pyramiden 20 und 20' sind in Längsrichtung verteilt, wobei jeweils die Basiskanten in den jeweiligen langgestreckten Kanälen 13, 13' dicht aneinander liegen. Die Spitzenwinkel von zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden 21a und 21b der Pyramidenelemente 20 ist vorzugsweise so gewählt, daß er dem Spitsenwinkel entspricht, der zwischen den Platten 11a und 11b der Längsrippen 10 herrscht. Das Blattmaterial, das bei der Herstellung nach der Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise Papier» Es kann aber auch ein anderes Blattmaterial, z.B. Stahlblech, Aluminiumblech, Tafeln aus Fiberglas, ebenso wie andere strukturelle Kunststofftafeln od.dgl. verwendet werden.

Es ist ersichtlich, daß die Konstruktion nach der Erfindung derart ist, daß die Komponeatenteile der Konstruktion leicht

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and billig hergestellt, transportiert und zusammengesetzt werden können.

Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebene Konstruktion vide Anwendungsmöglichkeiten zusätzlich zur Verwendung als Stützträger oder Brückenelement bietet. Beispielsweise kann eine Konstruktion nach der vorliegenden Erfindung auch mit Vorteil angewendet werden in Fällen, in denen eine Schwimmfähigkeit gewünscht wird. So ist es möglich, durch Verwendung von wasserwiderstandafähigem Material oder einer gegen wasaerwideratandsfähigen Überzugsschicht über wasserdurchlässigem Material eine Konstruktion gemäß der Erfindung hergestellt werden kann, die beispielsweise als FendantbrUckenelement verwendet werden kann. Durch Verwendung zusätzlicher Verachlußelemente ähnlich den Elementen 60, ist dae Abschließen der offenen Enden der Bodenpyramiden 20' möglich, so daß ein vollatändig geschlossenes zellenförmiges Konatruktlonselement erhalten wird. Lie vollständirfgeschlossenen und mit Luft gefüllten Pyramidenelemente und die dazwischen eingeschlossenen Räume führen zu einer schwimmfähigen Konstruktion.

Ea iat weiterhin eraichtlich, daß eine zuaammengeaetzte KonatruktionaeinheiL ^emäß der Erfindung, die beiBpielaweiüo auu langgeatreck ten Rippenelementen und pyramidenförmigen Elementen bei.Leht, die in der beachriebenen Weiae in dom lunggeatreck ten Element verteilt und mit diesem verbunden aind, alch außerordentlich günstig als Konatruktionaelement anbietet. Ein solehea Konstruktionselement, kann beiapielaweiue auu einem einzigen V-formigen Rippeneleinent 11a und 11b und mehreren in Längsrichtung

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verteilten Pyramiden 20 in dem Kanal 13 bestehen. Ein solches zusammengesetztes Bauelement kann relativ große Zwischenräume ohne eine Zwischenabstützung überspannen. Das Konstruktionssystem nach der Erfindung kombiniert die strukturellen Eigenschaften eines Skelettrahmensystems mit denen eines vorgespannten Flächensystems. Das neue Konstruktionssystem gemäß der Erfindung besitzt damit ein ungewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, und zwar aufgrund der inneren kontinuierlichen verstrebten Haut- oder Flächenkonstruktion und aufgrund der Tatsache, daß die Pyramidenelemente ein großes Verh&ltnisjvon Oberfläche pro Vclumeneinheit besitzen und folglich zu den stabilsten aller Polyeder zu rechnen sind.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung verbesserte Trag- oder Belastungselemente für Brücken, für Dachkonstruktionen od.dgl. liefert, das aus einheitlich aus Blattmaterial gebildeten Elementen besteht, die in besonderer Weise miteinander kombiniert sind, um eine Stützkonstruktion von relativ geringem Gewicht und hoher Festigkeit zu bilden.

Es ist weiterhin zu sehen, daß in den Fällen, in denen andere blattförmige Materialien als Papier verwendet werden, beispielsweise Plastik oder dünne Stahlbleche oder Aluminium die Mittel zur integralen Verbindung der blattförmigen Elemente an den sich überdeckenden Flächenbereichen andere Verbindungselemente umfassen können als beschrieben, z.B. Punktschweißung, lötung, Nieten, Heißsiegeln oder andere Befestigungs- oder Verbindungsmittel, welche eine flächenhafte Verbindung zwischen den flachen Oberflächen der geometrischen Formen gestatten, die durch

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die gefalteten Blätter des Materials gebildet aind. An Stelle von Pyramidenelementen können auch andere hohle, geschlossene geometrische Elemente verwendet werden, sofern sie flache Oberflächen besitzen, welche für eine flächenhafte Verbindung in der zuvor beschriebenen Weise geeignet sind.

Durch Vergrößerung der Dicke der Blattmaterialien oder der Zahl der Blätter in jeder Schicht und/oder durch Vergrößerung der Anzahl der Pyramidenelemente in einem vorgegebenen Kanal läßt sich die Festigkeit der zusammengesetzten Konstruktion weiter vergrößern.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

\j) Konstruktion- oder Bauelement, gekennzeichnet durch langgestreckte Rippen (10) aue blattförmigem Material, welche wenigstens zwei langgestreckte und im gegenseitigen Abstand angeordnete Abschnitte (11a, 11b) aufweisen, die zwischen eich einen langgestreckten Kanal (13) begrenzen, durch eine Mehrzahl von hohlen, schalenförmigen Elementen (20) aus blattförmigem Material, die Seite an Seite angrenzend und in Längsrichtung entlang dem Kanal verteilt sind, wobei jedea hohle, achulenförmige Element zwei sich gegenüberliegende Fläehenbereiche (21a, 21b) in überlagerung mit entsprechenden Bereichen der im Abstand angeordneten Flächen (11a, 11b) aufweisen, sowie durch Mittel (50), welche die hohlen Schaleiß<3l©tient© rait den langgestreckten Rippenelementen an den genanntem, übereinanderliegenden PUichenbereichen integral sur Bildung einer zuaammeageaetzten, einheitlichen Konstruktion verbinden.
2. Konatruktionselement nach Anaprueh 1, dadurch gekennzeichnet , daß dua blattförmige Material Papier iat und daß die Verbindungsmittel einen Klebstoff zur Herstellung der Haftung zwischen den jeweils übereinanderliegenden Flächenbereichen umfaßt.
3. Konatruktionaelement nach den Ansprüchen 1 oder 2„ dadurch tfekennzeichne t, daü die hohlen, sohalenförmigen Elemente jeweils ein zweites Paar von^ich gegenüberliegenden Fliiohenbereiohen (?bn, 2^>b) zwischen den beidan erstgeüiannten Flachen aufweiuen und Verbindungselemente (30) vorgesehen sind₉

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welche jeweils eine der Zwischenflächenabschnitte des einen schalenförmigen Elementes mit dem benachbarten Zwischenflächenabschnitt des nächsten benachbarten Schalenelementes in dem gleichen Kanal integral verbindet.
4. Konstruktionselement nach Anspruch 3, dadurch g e k e η nzeichne t , daß das Verbindungsmittel (30) ein Querrippenelement aus Blattmaterial aufweist, das zwei einstückig miteinander verbundene blattförmige Abschnitte (33, 34) aufweist, die jeweils in dem genannten Kanal angeordnet sind und zwischen sich einen zweiten Kanal (35) begrenzen, der sich gegenüber dem ersten Kanal (13) quer erstreckt, wobei der eine Flächenabschnitt des Verbindungselementes (30) in überdeckung mit dem einen Zwischenflächenabschnitt eines schalenförmigen Elementes und der andere Flächenabschnitt in überdeckung mit der einen Zwischenfläche des benachbarten Schalenelementes angeordnet sind.
5. Konstruktionselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schalenelemente (20, 20') und die in Längsrichtung und in Querrichtung verlaufenden Rippenelemente (10, 30) jeweils aus einer Mehrzahl von laminierten Fapierblättern bestehen.
6. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (13 und 35) jeweils einen V-förmigen Querschnitt aufweisen und daß die hohlen Elemente (20, 20·) aus blattförmigem Material in Pyramidenform ausgebildet sind.

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7. Konstruktionselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Spitzenwinkel des ersten Vförmigen Kanals (13) im wesentlichai identisch mit dem Spitzenwinkel (22) ist, der durch die zwei im gegenseitigen Abstand angeordneten Flächenbereiche (21a, 21b) jedes pyramidenförmigen, hohlen Elementes gebildet wird und daß die hohlen Elemente mit engem Sitz in den Kanal eingeschachtelt sind.
8. Konstruktionselement nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten langgestreckten Blattabschnitte im wesentlichen eben sind und jeder von diesen Blattabschnitten einen ersten und einen im Abstand dazu verlaufenden zweiten langgestreckten Kantenabschnitt (13, 14) aufweist und daß alle der Kantenabschnitte im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei benachbarte blattförmige Abschnitte entlang der zweiten Abschnitte miteinander verbunden sind und wobei die ersten Kantenabschnitte jeweils eine gemeinsame, vorgegebene Ebene definieren, während die zweiten blattförmigen Abschnitte miteinander entlang der Faltlinie verbunden sind, die im wesentlichen in der vorgegebenen Ebene liegt.
9. Konstruktionselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die verbundenen zweiten, blattförmigen Abschnitte jeweils auf entgegengesetzten Seiten einer Ebene angeordnet und zu dieser geneigt sind, welche senkrecht zu jedem der beiden ersten Blattabschnitte verläuft und die Faltlinie enthält.

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10. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die hohlen, pyramidenförmigen Elemente an der Basis (23) offen sind und aus einem gefalteten, flachen Blattmaterial bestehen und in dem ersten langgestreckten Kanal (13) so angeordnet sind, daß die Basisabschnitte im wesentlichen in der vorgegebenen Ebene liegen.
11. Konstruktionselement nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsmittel Klebmittel aufweisen, um die hohlen Elemente (20, 20¹), die langgestreckten Rippenelemente (10) und die Querrippenelemente (30) an den jeweils überlagernden Flächenbereichen miteinander fest zu verbinden.
12. Konstruktionselement nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichne t , daß die hohlen Elemente pyramidenförmig ausgebildet sind und vier Seitenflächen aufweisen, wobei sich gegenüberliegende, erste Seitenflächen mit den Flächenabschnitten der Längsrippen und die beiden anderen sich gegenüberliegenden Zwischenflächen mit den Verbindungselementen (30) verbunden sind und die Flächen eine offene, rechteckförmige Grundfläche begrenzen, wobei die pyramidenförmigen Elemente Seite an Seite in dem langgestreckten Kanal (13) des Längsrippenelementes angeordnet sind und benachbarte, querverlaufende Basiskantenbereiche von benachbarten pyramidenförmigen Elementen in nächster gegenseitiger Nähe angeordnet sind.
13. Konstruktionselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Querrippenelemente (30)

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Plächenabschnitte aufweisen, welche jeweils benachbarte Zwischen« flächenabschnitte von zwei benachbarten Pyramidenelementen überlagern, und zwar im Bereich der in unmittelbarer Nähe zueinander liegenden, querverlaufenden Basiskanten.
14. Konstruktionselement nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten blattförmigen Abschnitte und die hohlen, schalenförmigen Elemente jeweils aus laminiertem Blattmaterial hergestellt sind.
15. Konstruktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Rippenelemente (10) ein im wesentlichen langgestrecktes, rechteckförmiges Blattmaterial aufweisen, das entlang im wesentlichen einer Längsmittellinie gefaltet ist, um die ersten beiden Blattabschnitte zu bilden, welche gegeneinander geneigt sind.
16. Konstruktionselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Querrippenelement (30) ein diamantförmiges Blattmaterial aufweist, das entlang der kürzeren Diagonale (32) gefaltet ist, um die beiden zweiten Blattabschnitte zu bilden, welche jeweils dreieckförmige Gestalt aufweisen und gegeneinander geneigt verlaufen.
17. Konstruktionselement nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein langgestrecktes Rippenelement (10) aus blattförmigem Material, mehrere hohle, schalenförmige Elemente (20, 20') und mehrere

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querverlaufende Rippenelemente (30) vorgesehen sind und die in Längsrichtung und in Querrichtung verlaufenden Rippenelemente ebenso wie die hohlen, schalenförmigen Elemente nach den vorherstehenden Ansprüchen ausgebildet sind und daß Mittel (50) vorgesehen sind, um die hohlen, schalenförmigen Elemente mit den Querrippenelementen und den Längsrippenelementen an den jeweils überlagernden Flächenbereichen zur Bildung einer zusammengesetzten, jedoch einheitlichen Konstruktion fest zu verbinden.
18. Brückenelement zur Überbrückung eines Abstandes zwischen zwei im gegenseitigen Abstand angeordneten Stützelementen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Konstruktionselementen nach Anspruch 17, wobei die hohlen Elemente (20, 20') einen geschlossenen, ebenen Baisabschnitt (60) aufweisen, die im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen, und bei der ebene Abdeckeinrichtungen (70) aus blattförmigem Material vorgesehen sind, welche die geschlossenen ebenen Basisbereiche der hohlen Elemente/abdecken.
19. Brückenelement nach Anspruch 1Θ, dadurch gekennzeichnet , daß die Elemente aus Fapierblättern hergestellt sind.
20. Brückenelement nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdeckeinrichtung zwei äußere, im Abstand angeordnete Schichten (71, 72) aus laminiertem Papier und eine Zwischenschicht (73) aus in Querrichtung orientierten, hohlen Papierelementen (74) besteht, die Seite an Seite im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Abdeckberei-

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ches angeordnet und fest mit den äußeren Schichten verbunden sind.
21. Brückenelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenschicht (73) aus Rohren aus Papier besteht.
22. Brücke nach Anspruch 18 oder 19, dadurch ge k e η η ζ e i ohne t, daß die Abdeckung, das Längsrippenelement, die hohlen Schalenelemente jeweils aus laminierten Papierblättern bestehen.
23. Brücke nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung verlaufenden Rippenelemente (10) und die hohlen Elemente (20, 20') jeweils aus laminiertem Blattmaterial bestehen, wobei aufeinanderfolgende Blattschichten des Materials Unterbrechungsbereiche aufweisen, die gegenüber Unterbrechungsbereichen der übrigen Schichten des blattförmigen Materials versetzt sind.

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