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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Konstruktionssystem zum Bau
von mobilen, temporär einsetzbaren architektonischen Strukturen für die Abgrenzung
von Räumen und/oder zur Schaffung'zusätzlicher Flächen, bestehend aus Knotenpunktverbindungen
und Fachwerkstäben, wobei eine größere Anzahl von in beliebigen Einfallswinkeln
zueinander verlaufenden Stäben mittels Gelenken an ein jeweiliges Knotenstück anschließbar
ist.
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Konstruktionssysteme rationalisieren die Vorgänge, die zum Bau von
architektonischen Gebilden nötig sind. Sie-vereinfachen sowohl die Planung und Manipulation
als auch den Aufbau und können umgebaut, d.h. wiederverwendet werden. Gegenüber
einer individuellen handwerklichen Bauweise weisen diese'Systeme viele weitere praktische,
seltener auch ästhetische Vorteile auf. Die Konstruktionssysteme der eingangs beschriebenen
Art bestehen aus einer begrenzten Anzahl aufeinander abgestimmter Systemteile, mit
denen eine möglichst große Vielfalt von verschiedenen Strukturen, wie z.B. ebene
Flächengebilde zur Abgrenzung von Räumen oder räumliche ein- oder mehrdimensionale
Konstruktionen wie Gebäude zu verschiedenen Zwecken gebaut werden können. Eine bestimmte
Anzahl von Bauteilen kann dabei ein System darstellen, wobei der Systemgehalt umso
höher ist, je weniger verschiedene Systemteile, je weniger Teile insgesamt vorhanden
und je vielfältiger die Möglichkeiten zum Bau verschiedener Strukturen (Variabilität)
sind. Die wichtigsten Anforderungen an Systeme der eingangs beschriebenen Art sind:
Einfacher Zusammenbau der Systemteile, logische Reihenfolge der Teile beim Zusammenbau,
hohe Festigkeit, geinges Gewicht, geringes Volumen, Formschönheit und Funktionalität.
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Durch die DE-Patentschrift 2 421 758 ist ein Konstruktionssystem der
eingangs beschriebenen Art bekanntgeworden, welches
durch die gelenkartige
Anlenkung der Fachwerkstäbe an einem Knotenstück eine erhöhte Variabilität beim
Bau von architektonischen Gebilden zuläßt. Die vorbekannte Konstruktion weist allerdings
die Nachteile auf, daß das System eine erhöhte Anzahl verschiedener Bauteile umfaßt,
so daß der Zusammenbau erschwert wird, da schwierige Montagearbeiten durchzuführen
sind. Da die Montage darüber hinaus Überlegungen erfordert, in welcher Reihenfolge
die Teile zusammenzubauen sind, sind Fachkräfte erforderlich. Weitere Nachteile
des bekannten Ronstruktionssystems bestehen darin, daß die Variabilität dadurch
erheblich eingeschränkt wird, daß die als tragender Grundkörper dienende Hohlkugel
nur die Anordnung von Fachwerkstäben in bestimmten Winkeln zueinander zuläßt, wenn
die Lagerschalen mit den Kugelköpfen in bestimmte vorgegebene Bohrungen eingeschraubt
werden: bzw. in bestimmten Ebenen, wenn gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel Schlitze
zur Aufnahme von Hammerköpfen vorgesehen sind. Die trichterförmige Mündung der Lagerschalen
läßt zwar eine gewisse Winkelbewegung der Fachwerkstäbe zu, jedoch kann bei größeren
Auslenkungen die Übertragung von Biegemomenten in den Gewindeschaft der Kugelkopfschraube
nicht vermieden werden, so daß neben den Druck- und Zugkräften auch Biegemomente
übertragen werden, die zu einem vorzeitigen Verschleiß der Konstruktion beitragen.
Die Forderungen an eine hohe Verschleißfestigkeit bei Wiederverwendung werden daher
von der bekannten Konstruktion nur in unzureichendem Maße erfällt.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Konstruktionssystems besteht darin,-
daß durch die verwendeten vielen Anschlußteile das Gewicht und das Volumen des Gesamtsystems
merklich erhöht werden, so daß der Dimensionierung der Stablänge Grenzen gesetzt
sind und nur kleinere Raumkonstruktionen erstellbar sind.
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Darüber hinaus ist als Nachteil anzusehen, daß die einzelnen
Verschraubungen
an den Gelenken sichtbar sind, so daß die Formschönheit einer erstellten Konstruktion
darunter leidet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Konstruktionssystem
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine minimale Anzahl verschiedener
Bauteile aufweist, mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen erstellbar ist, einen
einfachen und schnellen Zusammenbau mit geringen Anforderungen an die Intelligenz
bei der Überlegung, in welcher Reihenfolge die Teile zusammengebaut werden müssen,
ermöglicht, welches eine hohe Verschleißfestigkeit, ein geringes Gewicht und ein
geringes Volumen aufweist Das Konstruktionssystem soll ferner eine erhöhte Variabilität
beim Bau verschiedener Strukturen ermöglichen, formschön aussehen und eine erhöhte
Stabilität der als Tragwerke erstellten ebenen oder dreidimensionalen Raumgitter
ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Knotenstück
von einem Lagerkörper mit wenigstens einer umlaufenden Lagerrille mit verkleinertem
Mündungsquerschnitt gebildet ist und daß das Gelenk von einem mit dem Stab verbindbaren
Zapfen mit abgeflachtem Gelenkkopf gebildet ist, der durch den Mündungsquerschnitt
in die Lagerrille einführbar und nach einer Drehbewegung in der Lagerrille formschlüssig
beweglich arretierbar ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindingsgemäße Konstruktionssystem weist nur zwei Systemteile
auf, nämlich die Knotenstücke und die Stäbe. Der Zusammenbau dieser beiden Systemteile
erfolgt in denkbar einfacher Weise dadurch, daß die in die Stabenden eingeschraubten
Gelenkzapfen mit einer leichten Drehbewegung in die Lagerrillen eingeführt und in
die radialen Auskehlungen mit einer
Vierteldrehung hineingedreht
werden, so daß die kugelförmigen Gelenkköpfe formschlüssig aber winkelbeweglich
in die Lagerrillen eingeklipst sind. Irgendwelche Verschraubungen oder Justierungsarbeiten
entfallen, so daß die Montage des Systems wesentlich vereinfacht wird und auch keine
Fachkräfte erfordert. Die mittels des erfindungsgemäßen Systems erstellten Raumgitter
bestehen immer aus Dreiecken, die sich zu unregelmäßigen Pyramiden zusammensetzen
lassen, und erreichen daher eine sehr hohe Stabilität bei geringstem Gewicht. In
die erstellten Gitterstrukturen lassen sich z.B. Abdeckplatten so einlegen, daß
das Konstruktionssystem selbst nicht mehr sichtbar ist. Durch verschiedene Dimensionierung
der Stablängen können sowohl ebene Raumgitter, z.B. als Tragwerke für Deckenkonstruktionen
mit sehr hohen Spannweiten dienende Raumgitter, als auch gekrümmte Raumgitter erster
Ordnung, z.B. für hohe, senkrecht stehende, breite Informationswände, die im Grundriss
einen Viertelkreisbogen beschreiben, sowie gekrümmte Raumgitter zweiter Ordnung,
z.B. geodätische Döme oder Kugelhäuser mit größtem Durchmesser, gebaut werden. Auch
alle anderen denkbaren Strukturen sind bei größten Abmessungen und großem Volumen
mit geringsten Kosten und hoher Stabilität zu verwirklichen.
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Da die Knotenstücke Anschlußmöglichkeiten in allen Richtungen der
XYZ-Ebene ermöglichen, werden den Konstrukteuren bei der Erstellung dreidimensionaler
Raumgitter keinerlei Beschränkungen auf bestimmte Ebenen, Raster, Gitter oder Richtungen
auferlegt. Die Variabilität wird durch das erfindungsgemäße Konstruktionssystem
entgegen den meisten existierenden Bausystemeh, bei denen die Variabilität lediglich
auf die unterschiedliche Dimensionierung der Bauteile innerhalb eines bestimmten
Planungsrasters oder Raumgitters bezogen war, wobei vor allem rechtwinkelige Raster
die Bau- und Planungstätigkeit dominierten, dadurch erhöht, daß zusätzlich zu der
Veränderung der Abmessungen auch die Winkel an den Verbindungsstellen der
Bauteile
variiert werden können.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand
der Zeichnung. Darin zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zweidimensionalen
Gitterstruktur; Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen
Systemteile; Fig 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III nach Fig. 22 Fig.
4 eine Explosionsdarstellung der Lagerscheiben des Knotenstücks sowie eine Teildraufsicht;
und Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Anschlußprofil, welches zur Aufnahme von
Flächenkonstruktionselementen geeignet ist.
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Das in der Fig. 1 in schematischer Weise dargestellte zweidimensionale
Gitter 1 besteht aus Knotenstücken 2 und Fachwerkstäben, wobei es sich bei dem Stab
3 um einen Distanzstab, bei den Stäben 4 und 5 um horizontale Verbindungsstäbe und
bei dem Stab 6 um eine Diagonalverstrebung handelt. Die Stäbe 4, 5 und 6 sind an
ihren Enden mit Zapfen versehen, welche in Lagerrillen der Knotenstücke 2 ein»eklipst
werden. Der Distanzstab 3 ist in später beschriebener Weise mit in der Fig. 1 nicht
erkennbaren Gewindebolzen verschraubt, die die einzelnen Lagerscheiben der Knotenstücke
2 zusammenhalten. Da die Diagonalverstrebung 6 in Richtuna des Doppelpfeiles 7 in
verschiedenen senkrechten Ebenen und in Richtung des Doppeipfeiles 8 in verschiedenen
Winkelebenen sich verschwenken läßt, lassen sich beliebige Winkel der Diagonalverstrebung
gegenüber den horizontalen Verbindllngsstäben 4, 5 einstellen
Werden
z.B. anstelle der horizontalen Verbindungsstäbe 4 und 5 Profilstäbe 9 gemäß Fig.
5 eingesetzt, so kann das tragende Raumgitter durch das Einlegen von Abdeckplatten
10 verdeckt werden, bzw. es lassen sich geschlossene Dach- oder Deckenkonstruktionen
herstellen. Der Profilstab 9 ermöglicht auch das Einsetzen von Wandelementen zur
Abteilung bestimmter Räume sowie das unsichtbare Führen von Stromleitungen 12 und
dgl.
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Anhand der Fig. 2 ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Knotenstück
2 ein Kugelsegment bildet und sowohl in der Äquatorialebene 13 als auch in einer
Zwischenbene 14 geteilt ist, so daß sich drei Lagerscheiben Ay B, C ergeben. Die
Verbindun(J der LagerscXIeiben A, B, C erfolgt mit Hilfe einer Innensechskantschraube
15, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in ein Kupplungsstück 16 mit Außengewinde
angeschraubt ist, welches seinerseits in den Distanzstab 3 eingeschraubt ist. Bei
einer entsprechenden Dimensionierung kann die Innensechskantschraube 15 auch direkt
in das Ende des Distanzstabe 3 eingeschraubt sein.
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Die Lagerscheiben A, B, C des Knotenstücks 2 sind einfache Druckgußstücke,
die mit einfachen Werkzeugen hergestellt sind, so daß eine komplizierte Bearbeitung
der Lagerrillen und dgl.
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entfällt.
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Diese L'gerrillcn 17, 18 ergeben sich durch das Zusammensetzen der
Lagerscheiben A, B, C. Aus den Figuren 2 und 4 ist ferner erkennbar, daß die Lagerscheibe
B zusätzliche Auskehlungen 19, 2G aufweist, die in radialer Richtung verlaufen,
wobei zwischen zwei benachbarten Auskehlungen ein schmaler Steg 21 (siehe Fig. 4)
stehenbleibt. Es ist selbstverständlich auch denkbar daß die Lagerscheiben A und
C entsprechende Auskehlunge aufweisen. Durch diese Auskehlungen wird vermieden,
daß sich der Gelenkkopf 22 seitwärts aus der Lagerrille herausdrehen kann.
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Im rechten Teil der Fig. 2 ist ferner der horizontale Verbindungsstab
5 mit einem eingeschraubten Verbindungszapfen 23 dargestellt. Auf der Oberseite
des Verbindungszapfens 23 ist in einer Ausnehmung 24 eine als Arretierungseinrichtung
die nende Schubstange 25 gleitend gelagert, welche durch eine Druckfeder 26 vorqespannt
ist. In der (jez(.'i <;t (.n Ixlrstllunryy ist die Schubstange in Bezug auf die
Fig. 2 entgegen der lederkraft der Druckfeder 26 nach rechts bewegt, bis sich der
Anschlag 27 gegen das Ende der horizontalen Verbindungsstange 5 angelegt hat. Dadurch
ist erreicht worden, daß der elenkkopf 22 freigekommen ist, so daß dieser an seiner
Oberseite und Unterseite abgeflachte Gelenkkopf durch den Mündungsquerschnitt 28
in die Lagerrille 18 einführbar ist. Nach einer Vierteldrehung um die Achse 29 wird
der Gelenkkopf 22 in eine vorgewählte Auskehlung 20 eingeführt, wobei der Grund
der Auskehlung der Lagerscheibe B bzw. der gegenüberliegende Grund der Lagerrille
der Lagerscheibe C gegen die Mantelflächen des kugelförmigen Gelenkkopfes zur Anlage
kommen.
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Die sich dann ergebende Stellung des Kugelkopfes ist in Fig. 2 strichpunktiert
dargestellt. Der kugelförmige Gelenkkopf wird formschlüssig in der Laufrille aufgenommen
und ermöglicht eine Bewegung des horizontalen Verbindungsstabes sowohl senkrecht
zur Zeichenebene als auch in de; Zeichenebene. Sobald der kugelförmige Gelenkkopf
22 in eine Auskehlung 20 der Lagerrille 18 eingerastet istv kann die Schubstange
25 wieder losgelassen werden, so daß der vordere Teil der Schubstange unter dem
Einfluß der Federkraft der Feder 26 seitlich neben den Gelenkkopf in die Lagerrille
18 eingleitet und damit verhindert, daß sich der Gelenkkopf unbeabsichtigt wieder
aus der Lagerrille herausdrehen kann.
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Die Montage der Diagonalverstrebungen sowie der Verbindungsstäbe ist
denkbar einfach, da eine Verschraubung oder dgl.
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nicht stattfindetS sondern der verbindungszapfen lediglich in die
zugeordnete Auskehlung einer Lagerrille eingeklipst
wird Das in
der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kr,otenstückes
weist drei wichtige Hauptverbindungsebenen auf, die in den meisten zweischichtigen
Fachwerken auftreten. Während die Ebene der Lagerrille 18 alle Stäbe der äußeren
oder unteren bzw. äußeren oder inneren Schicht des Fachwerks verbindet, wobei bei
geraden Fachwerken alle Stäbe in einer Ebene, bei gekrümmten Fachwerken in etwa
in der gleichen Ebene mit nur leichten Abweichungen liegen, verbindet die kleinere
Lagerrille 17 alle Diagonalverstrebungen zwischen der oberen und unteren Schicht.
Durch den Stab 3 wird der senkrechte Abstand beider Schichten bestimmt. Dieser als
Abstandhalter dienende Stab 3 kann bei Raumfachwerken auch entfallen, wen die Diagonalverstrebungen
diese Aufgabe mit dbernehmenv Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Xnotenstückes
in Kugelform ermöglicht für gleichlange Stäbe, die in verschiedenen Richtungen angeschlossen
werden, immer gleiche Achsmaße.
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Sollte einmal für ein z.B. dreischichtiges Tragwerk oder eine Sonderform
ein Knoten erforderlich sein, der ausgehend von der Äquatorialebene 13 sowohl nach
oben als auch nach unten Diagonalverstrebungen gestatten soll, dann ist ein solcher
Knoten aus den Lagerscheiben Ä und B in derReihenfoIge A-B-B-A leicht zusanmensetzbar,
wobei zwei Stäbe als Abstandhalter zwischen den Schichten der beiden Richtungen
an eine durch d.n Knol.n laufende StiStschraubc geschraubt werden können.
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Die durcilaufenden Lagerrillen ermöglichen sehr viele Anschlüsse sowie
vor allem kleinste Anschlußwinkel von zwei Stäben, die nebeneirander in der gleichen
Lagerrille laufen. Über die erfindungsgemäße Gelenkverbindung wird darüber hinaus
erzielt, daß keine Knickkräfte auftreten können, solange der zulässige Winkel nicht
überschritten wird. Deshalb ist der Anschluß trotz kleinstem Querschnitt an der
engsten Stelle sehr fest.
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Es können nur Zug- und Druckbelastungen, jedoch keine Biegekräfte
oder Drehmomente übertragen werden. Die in der Fig. 2 im unteren Teil gezeigte Abflachung
30 der Lagerscheibe C ist deshalb gewählt, damit das Knotenstück 2 nicht über die
Ebene des horizontalen Verbindungsstabes 5 nach unten hinausragt.