EP1989378A1 - Pneumatic structural element - Google Patents

Pneumatic structural element

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EP1989378A1
EP1989378A1 EP06817782A EP06817782A EP1989378A1 EP 1989378 A1 EP1989378 A1 EP 1989378A1 EP 06817782 A EP06817782 A EP 06817782A EP 06817782 A EP06817782 A EP 06817782A EP 1989378 A1 EP1989378 A1 EP 1989378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
web
elements
tension
train
Prior art date
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EP06817782A
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German (de)
French (fr)
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EP1989378B1 (en
Inventor
Rolf Luchsinger
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Tensairity Solutions Srl
Original Assignee
Prospective Concepts AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Prospective Concepts AG filed Critical Prospective Concepts AG
Publication of EP1989378A1 publication Critical patent/EP1989378A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1989378B1 publication Critical patent/EP1989378B1/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E04H2015/202—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure with inflatable panels, without inflatable tubular framework
    • E04H2015/204—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure with inflatable panels, without inflatable tubular framework made from contiguous inflatable tubes

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic component according to the preamble of claim 1.
  • the strong increased buckling stiffness of the tensile / compressive members loaded with compressive forces is due to the fact that a push rod inserted according to D2 can be regarded as a rod elastically bedded over its entire length, such a rod being embedded in virtual distributed elasticities, each having the spring stiffness k exhibit.
  • the object of the present invention is to provide a pneumatic component with tension / compression elements and an elongated, gas-tight hollow body which can be shaped and expanded into arcuate and / or planar structures, with one opposite to the one From the prior art known pneumatic supports and components significantly increased buckling load F ⁇ .
  • a pneumatic component with a hollow body which can be formed independently of the form of the tension / compression elements due to static conditions, in particular independently of the shape of the tension element.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an inventive pneumatic component in plan view
  • FIG. 2 shows the embodiment of FIG. 1 in longitudinal section BB
  • FIG. 3 shows a cross section AA through the embodiment of FIG. 1 with the forces acting
  • FIG. 5 shows a cross section through a first embodiment of a
  • FIG. 6 shows a cross section through a second embodiment of a
  • Fig. 7 shows a cross section through a third embodiment of a
  • Fig. 9 is an isometric view of a planar design of pneumatic
  • 11 is an isometric view of an aerodynamic wing profile
  • FIG. 12 shows a plan view of a further exemplary embodiment of a pneumatic component
  • Fig. 13 is an isometric view of a second embodiment of a planar
  • Fig. 1 shows the inventive pneumatic component in a first embodiment in a plan view. It is formed from two elongated, for example, cigar-shaped gas-tight hollow bodies 1 with a casing 9 and two end caps 5, the hollow bodies 1 each having a straight center line L. Other forms of hollow bodies 1 are included in the description of FIG. 12.
  • the sheath 9 consists of z.
  • a textile-reinforced plastic film or flexible plastic-coated fabric For example, a textile-reinforced plastic film or flexible plastic-coated fabric.
  • These hollow bodies 1 intersect one another - geometrically abstract - in a sectional area 2, as can be seen from FIG. 2, which represents a section BB through FIG. If the two hollow bodies 1 are filled with compressed gas, they assume the shape shown in section AA of FIG. 4 under the conditions described below.
  • a line stress ⁇ builds up in their sheaths 9, which by
  • R radius of the hollow body 1 [m] given is.
  • a textile web 4 is inserted, on which the line stresses ⁇ of the two hollow bodies 1 are transmitted in the section line, as shown in FIG.
  • Essential is the tensile strength of the web 4.
  • a substantially same configuration, as shown in FIGS. 1 and 2, can of course be considered as a single hollow body, which is longitudinally constricted by the two interconnected train-pressure elements 3, and the web 4, whereby the same line voltage conditions occur, as described for Fig. 1 to 3.
  • Fig. 4 casually admits both views.
  • the two end caps 5 then go over into a single end cap 5.
  • the absolute size of / is at the same pressure p and the same radius R depending on the intersection angle of the two cutting circles of the two hollow body.
  • the web 4 is clamped in a tension-pressure element 3, which has the shape shown in Fig. 2.
  • the tension-pressure element 3 adopts the part of this line force represented above by the vector addition and is thus prestressed in the direction indicated by the vector representation.
  • the line force / thus describes the resultant of the shell on the Web applied forces, which are designated in Figure 3 with ⁇ . Since the radius along the component is generally not constant, the bias of the web also varies along the component.
  • the elastic modulus of the web is determined by the material.
  • the modulus of elasticity is in the range of 10 8 N / m 2 .
  • a typical value for the internal pressure p is 10 4 N / m 2 (100 mbar).
  • the compressed air is used to bias the flexible web, so that it can transmit tensile and compressive forces and optimally stabilizes the pressure member against buckling.
  • the webs 4 complex three-dimensional pneumatic components such as a wing, which are much more sustainable by combining with the train-pressure elements 3 than conventional pneumatic structures.
  • the tension-pressure element 3 is stabilized by the line stresses ⁇ in the shell 9.
  • the web 4 extending through the component forms, together with the tension / compression elements 3, an under-tensioned carrier for a respective load acting on the carrier and directed against the undervoltage.
  • the web 4 with the tension / compression elements 3 can be interpreted as a truss as follows:
  • the element 30 fulfills the function of a top chord of the truss 50, and designed as zugbelastbares element 33 train / pressure element the Function of a lower belt.
  • the truss 50 thus consists of web 4, pressure-resistant stiffening element 30 and zugbelastbarem stiffening element 33rd
  • the symbolized by the arrow 40 load will usually be a distributed over the length of the element 30 load.
  • the element 30 In the case of a likewise possible local load, the element 30 must be formed correspondingly rigid in order to prevent local buckling.
  • the web 4 is biased by the internal pressure prevailing in the component to one of the line force / corresponding force. If the latter remains displaced under the line force / in the case of the distributed load, the displacement is small (and takes place in accordance with the E modulus of the still prestressed web 4). However, if this exceeds the line force /, the displacement is greater, with the risk that the truss 50 is exceeded.
  • the truss 50 has symmetry, with the following ge, that the same conditions prevail when attacking a load 44:
  • the stiffening element 33 is pressure-resistant and acts as a top flange of the truss 50; the stiffening element 30 is tensile and acts as the lower chord. Load capacity is therefore given from both sides (load 40 and load 44).
  • the tensile element 33 which is capable of being subjected to tensile stress is designed exclusively for tensile load, eg. as a flexible tension member, as it represents a rope. Then the load capacity of the framework 50 is only one-sided, given here by the load 40. The necessary for the function of the framework 50, predetermined distance of the stiffening elements 30,33 (tension / compression members 3) is ensured by the internal pressure p, the flexible web 4 on the line force / operable z.Bsp. biased in the manner shown in Figure 4.
  • This embodiment is characterized by low weight and, as mentioned, is suitable for one-sided load (load 40).
  • the web 4 and the elements arranged on it are operatively connected to the sheath 9, i. connected so that forces can be transmitted and the compression-resistant stiffening element in the manner of a top chord can accommodate the corresponding (i.e., acting in the direction of the lower chord), acting on the component load.
  • the load (40, 44) acting on the stiffening element 30, 33 acts directly on the element 30, 33 or is introduced into the element 30, 33 via the sheath 9 (FIG. 4). The latter would be conceivable if a roof in accordance with FIG.
  • Pre-tension ensured. This results in addition to the above-mentioned mechanical strength of the elements 30,33 as a second boundary condition for the maximum load 40, the allowable deformation of the framework 50, which is given as long as the bias of the web 4 as such still exists. The latter is dependent on the internal pressure p.
  • FIG. 2c Another preferred embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 2c.
  • the figure shows a pneumatic component 100, which is formed by a web 110 to two cylindrical sections 101 and 102 in the manner of a Doppelzy- Linders.
  • the sheath 103 (consisting of a flexible, gas-tight material) is operatively connected to a pressure-resistant element designed as a straight, pressure-resistant carrier 104, and via this to the web 110, in the manner as exemplified in FIGS 7 is shown.
  • a pressure-resistant element designed as a straight, pressure-resistant carrier 104
  • the internal pressure p biases the web 110 made of flexible material to the illustrated, rectangular, rectangular shape.
  • a zugbelastbares flexible tension member, z.Bsp. a wire rope 113 which is fixed by means of connections 114 on the web 110 in an operative position.
  • the links 114 may be formed as tabs passed through the web 110, or by any suitable, skilled manner. By this arrangement, it is possible to form the outer shape of the shell independently of the arrangement of the elements of the framework 120; the necessity of the spindle-like shape according to FIGS. 1 and 2 is eliminated.
  • both the web 110 and the tensile strength of the reinforcing element 113 partially solid and partially flexible form, which z.Bsp. when pulling element 113 may serve for better determination on the web 110 or other purposes.
  • any formation of the shell 103 may be provided.
  • FIG. 2 d shows a further embodiment of the component according to the invention, the parts shown bearing the same reference symbols as in FIG. 2 c.
  • the carrier 104 is arranged offset in the web 110 down and is no longer directly with the shell 103, but still operatively connected.
  • the carrier 104 is arranged curved.
  • the skilled person can freely determine the allowable curvature of the carrier 104, depending on the design case;
  • the boundary condition is that the carrier 104 then remains over its entire length in the pressure zone of the truss (carrier 104, web 110 and tension element 113).
  • the wearing characteristics of this embodiment are the same as those of the embodiment of Fig. 2c.
  • FIG. 4 is a technical version of the illustration according to FIG. 3 in section AA according to FIG. 1.
  • the tension-compression element 3 here consists, for example, of two C-profiles 8 screwed together.
  • the shell 9 of the hollow body 1 is without interruption the C-profiles 8 pulled through and is secured to the outside of the train-pressure element 3 by a piping 10.
  • the web 4 is inserted between the outer layers of the shell 9 and is clamped by the screw connection of the C-profile 8.
  • Fig. 5 shows a section through the thus executed train-pressure element 3 in detail.
  • a variant for the execution of the train-pressure element 3 is shown in cross section.
  • the tension-pressure element 3 here has three grooves for Piping 10 on. In the upper two grooves, the shells 9 of the two hollow body 1 are inserted by means of piping 10, in the lower groove of the web 4th
  • Fig. 7 is the cross-sectional view of another variant of the train-pressure element 3 with its attachment.
  • the tension-pressure element 3 here has, for example, a rectangular cross-section, but can also be designed differently for optimizing the area moment of inertia. It is inserted into a pocket 11, which is connected to the shell 9 by welding or sewing and subsequent sealing.
  • the train-pressure elements 3 are brought together in a node 14, as shown in Fig. 8.
  • a node 14 can be designed in many ways and is known per se in structural engineering. Here it consists for example of a plate 13 which is screwed to the train-pressure elements 3, for example.
  • the airtight completion of the sheath 9 can also be solved in many ways. The essential here is that the train-pressure elements 3 are led out of the shell 9 and the node 14 is exposed for proper attachment, for example, on a support.
  • FIG. 9 is the isometric view of a planar design of a pneumatic component according to this invention.
  • a plurality of train-pressure elements 3 is provided, wherein in each case a web 4 according to FIG. 2 is inserted.
  • a hollow body 1 is clamped in each case and filled with compressed gas.
  • An unpaired hollow body 1 adjoins the two extreme-lying tension-pressure elements 3 in order to generate the prestressing of the tension-pressure elements 3 and to laterally stabilize the tension-pressure elements 3.
  • For the construction of such a sheet-like component can proceed so that all train-pressure elements 3 and the sheaths 9 of the hollow body 1 are already mounted and the whole arrangement described on support 15 is placed and then filled with compressed gas. Or the assembly can be done on site by the train-pressure elements 3 attached to the supports and the sheaths 9 are then added to the train-pressure elements 3.
  • the advantage of an embodiment as actual surface structure 16 according to FIG. 10 has the advantage that the individual tension-pressure elements 3 are preferably stabilized against tilting, and no moments need to be applied by a suitable support.
  • Fig. 11 shows, starting from Fig. 10, a erfmdungsgemässes wing profile 17.
  • two flocks of train-pressure elements 3 are arranged crossed here.
  • the amounts of train-pressure elements 3 in the two shares - here two in one, eight in the other direction - can be adapted to the requirements of the wing profile 17.
  • the formation of the contours of the train-pressure elements 3 is variable in the sense that in addition to the static requirements for such a profile and the aerodynamic shapes of inflow and outflow edges 18, 19 can be configured accordingly, this at best with profile attachments, which Although aerodynamically effective, but not part of the static of the airfoil 17 in terms of its properties as a surface structure.
  • the center lines L of the hollow bodies 1 are not bent straight, as is the case in the exemplary embodiment according to FIG. 1, but from the sectional surface 2 of the two hollow bodies 1.
  • the two hollow bodies 1 - which intersect each other here in the sectional area 2 according to FIG. 2 and which remain unchanged in their shape - thus have the smallest diameter in the cross section AA according to FIG. 1.
  • this increases to the ends of the hollow bodies 1.
  • This also increases the line voltage ⁇ proportional to the local radius R.
  • the line force transmitted to the web 4 can be increased or, generally speaking, optimized. Instead of an increasing after the ends of the hollow body 1 local radius can of course be chosen a constant or a decreasing.
  • FIG. 13 is an illustration of another embodiment of the inventive concept.
  • a plurality-in FIG. 13 for example, five-of hollow bodies 1 are arranged on a further, smaller, multiplicity of tension-compression elements 3. These in turn carry webs 4 and are led out of the hollow bodies 1 gas-tight.
  • the train-pressure elements can be chosen differently, both their length, their height and their direction.
  • each a hollow body 1 is added, for symmetrizing the line voltages in said two outermost train-pressure elements 3 and their webs 4th and for their lateral stabilization.

Landscapes

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Abstract

The pneumatic structural element according to the invention comprises from one to a number of interconnected elements of the following construction: two hollow bodies (1) with casings (9) made of textile material preferably coated in a gas-tight manner and having end caps (5) are assembled such that they produce a common sectional area (2). The edging of this sectional area (2) is formed by two curved tension/compression elements (3) into which is clamped a web (4) made of a flexible material of high tensile strength. By filling the two hollow bodies (1) with compressed gas, a tensile stress s is built up in their casings (9) and is transmitted directly or via the tension/compression elements (3) to the web (4) and pretensions said web. This pretensioning greatly increases the bending rigidity of the tension/compression elements (3). If a plurality of such elements is combined to form a roof, every two adjacent hollow bodies (1) thus form a sectional area (2) with a tension/compression element (3) and web (4).

Description

Pneumatisches Bauelement Pneumatic component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein pneumatisches Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a pneumatic component according to the preamble of claim 1.
Solche, in der Regel balkenartige pneumatische Bauelemente und auch solche mit flächenhafter Ausformung sind in den letzten Jahren mehrere bekannt geworden. Sie gehen zumeist zurück auf EP 01 903 559 (Dl). Eine Weiterentwicklung der genannten Erfindung liegt vor in WO 2005/007991 (D2). Hier ist der Druckstab fortentwickelt zu einem Paar von bogenförmigen Druckstäben, die auch Zugkräfte aufnehmen können und daher auch als Zug/Druckglieder bezeichnet sind. Diese laufen entlang je einer Mantellinie des zigarrenförmigen pneumatischen Hohlkörpers. D2 wird als der nächstliegende Stand der Technik betrachtet.Such, usually beam-like pneumatic components and also those with planar shape have become known in recent years several. They usually go back to EP 01 903 559 (Dl). A further development of the abovementioned invention is given in WO 2005/007991 (D2). Here, the push rod is developed into a pair of arcuate pressure rods, which can also absorb tensile forces and are therefore also referred to as train / compression members. These run along each of a generatrix of the cigar-shaped pneumatic hollow body. D2 is considered to be the closest prior art.
Die starke erhöhte Knicksteifigkeit der auf Druckkräfte belasteten Zug/Druckglieder beruht auf der Tatsache, dass ein gemäss D2 eingesetzter Druckstab als auf seine ganze Länge elastisch gebetteter Stab betrachtet werden kann, wobei ein solcher Stab auf virtuelle verteilte Elastizitäten gebettet ist, welche je die Federhärte k aufweisen.The strong increased buckling stiffness of the tensile / compressive members loaded with compressive forces is due to the fact that a push rod inserted according to D2 can be regarded as a rod elastically bedded over its entire length, such a rod being embedded in virtual distributed elasticities, each having the spring stiffness k exhibit.
Die Federhärte k ist dort bestimmt durch k = π - p wo k = virtuelle Federhärte [N/m2] p = Druck im Hohlkörper [N/m2]The spring hardness k is determined by k = π - p where k = virtual spring hardness [N / m 2 ] p = pressure in the hollow body [N / m 2 ]
wodurch sich die Knicklast Fk ergibt zuwhereby the buckling load F k results
mitWith
E = E-modul [N/m2]E = E modulus [N / m 2 ]
I = Flächenträgheitsmoment [m4]I = area moment of inertia [m 4 ]
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines pneu- matischen Bauelementes mit Zug/Druckelementen und einem langgestreckten gasdichten Hohlkörper, welches sowohl zu bogenartigen und/oder flächenhaften Gebilden geformt und ausgedehnt werden kann, mit einer gegenüber den aus dem Stande der Technik bekannten pneumatischen Trägem und Bauelementen wesentlich erhöhten Knicklast Fκ.The object of the present invention is to provide a pneumatic component with tension / compression elements and an elongated, gas-tight hollow body which can be shaped and expanded into arcuate and / or planar structures, with one opposite to the one From the prior art known pneumatic supports and components significantly increased buckling load F κ .
Über die gestellte Aufgabe hinaus soll ein pneumatisches Bauelement mit ei- nem Hohlkörper bereitgestellt werden, der unabhängig von der durch statische Gegebenheiten bedingten Form der Zug-/Druckelemente ausgebildet werden kann, insbesondere unabhängig von der Form des Zugelements ist.In addition to the stated object, it is intended to provide a pneumatic component with a hollow body which can be formed independently of the form of the tension / compression elements due to static conditions, in particular independently of the shape of the tension element.
Ebenfalls über die gestellte Aufgabe hinaus soll ein pneumatisches Bauelement bereitgestellt werden, das unter Betriebslast eine geringere Verformung aufweist, als es bei den pneumatischen Bauelementen des Stands der Technik der Fall ist.It is another object of the present invention to provide a pneumatic device having a lower deformation under an operating load than the pneumatic devices of the prior art.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist bezüglich ihrer Hauptmerkmale wieder- gegeben im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1, bezüglich weiterer vorteilhafter Merkmale in den folgenden Patentansprüchen.The solution of the problem set is reflected in its main features in the characterizing part of claim 1, with respect to further advantageous features in the following claims.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert. Es zeigenReference to the accompanying drawings, the subject invention is explained in detail. Show it
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen pneumatischen Bauelementes in der Draufsicht,1 shows a first embodiment of an inventive pneumatic component in plan view,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 im Längsschnitt BB,2 shows the embodiment of FIG. 1 in longitudinal section BB,
Fig. 3 einen Querschnitt AA durch das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 mit den wirkenden Kräften,3 shows a cross section AA through the embodiment of FIG. 1 with the forces acting,
Fig. 4 den Querschnitt AA mit einem Ausführungsbeispiel eines Zug- Druck-Elementes,4 shows the cross section AA with an embodiment of a train-pressure element,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiels eines5 shows a cross section through a first embodiment of a
Zug-Druck-Elementes im Detail,Train-pressure-element in detail,
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines6 shows a cross section through a second embodiment of a
Zug-Druck-Elementes, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einesTrain-pressure element, Fig. 7 shows a cross section through a third embodiment of a
Zug-Druck-Elementes,Train-pressure element,
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Knotenelementes,8 is a side view of a node element,
Fig. 9 eine Isometrie einer flächigen Ausbildung von pneumatischenFig. 9 is an isometric view of a planar design of pneumatic
Bauelementen,components
Fig. 10 eine Isometrie eines Flächentragwerkes aus erfindungsgemässen pneumatischen Bauelementen,10 shows an isometric view of a surface structure of pneumatic components according to the invention,
Fig. 11 eine Isometrie eines aerodynamischen Tragflügelprofils,11 is an isometric view of an aerodynamic wing profile,
Fig.12 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines pneu- matischen Bauelementes,12 shows a plan view of a further exemplary embodiment of a pneumatic component,
Fig. 13 eine Isometrie eines zweiten Ausführungsbeispiels einer flächigenFig. 13 is an isometric view of a second embodiment of a planar
Ausbildung von pneumatischen Bauelementen.Training of pneumatic components.
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemässe pneumatische Bauelement in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht. Es ist gebildet aus zwei langgestreckten beispielsweise zigarrenförmigen gasdichten Hohlkörpern 1 mit einer Hülle 9 und je zwei Endkappen 5, wobei die Hohlkörper 1 je eine gerade Mittellinie L aufweisen. Andere Formen von Hohlkörpern 1 sind in der Beschreibung zu Fig. 12 enthalten.Fig. 1 shows the inventive pneumatic component in a first embodiment in a plan view. It is formed from two elongated, for example, cigar-shaped gas-tight hollow bodies 1 with a casing 9 and two end caps 5, the hollow bodies 1 each having a straight center line L. Other forms of hollow bodies 1 are included in the description of FIG. 12.
Die Hülle 9 besteht jeweils aus z . Bsp. einer textilarmierten Kunststoff-Folie oder aus flexiblem kunststoffbeschichtetem Gewebe. Diese Hohlkörper 1 schneiden einander - abstrakt geometrisch - in einer Schnittfläche 2, wie aus Fig. 2 ersichtlich, welche einen Schnitt BB durch Fig. 1 darstellt. Werden die zwei Hohlkörper 1 mit Druckgas befüllt, so nehmen sie - unter nachfolgend beschriebenen Bedingungen - die im Schnitt AA von Fig. 4 gezeigte Form an. Durch den Druck ß im Innern der Hohlkörper 1 baut sich in deren Hüllen 9 eine Linienspannung σ auf, welche durchThe sheath 9 consists of z. For example, a textile-reinforced plastic film or flexible plastic-coated fabric. These hollow bodies 1 intersect one another - geometrically abstract - in a sectional area 2, as can be seen from FIG. 2, which represents a section BB through FIG. If the two hollow bodies 1 are filled with compressed gas, they assume the shape shown in section AA of FIG. 4 under the conditions described below. By the pressure ß in the interior of the hollow body 1, a line stress σ builds up in their sheaths 9, which by
σ = p-R σ = Linienspannung [N/m] p = Druck [N/m2]σ = pR σ = line stress [N / m] p = pressure [N / m 2 ]
R = Radius des Hohlkörpers 1 [m] gegeben ist.R = radius of the hollow body 1 [m] given is.
In den Schnittlinien der beiden Hohlkörper 1 ist, in der Schnittfläche 2, ein beispielsweise textiler Steg 4 eingelegt, auf welchen sich die Linienspannungen σ der beiden Hohlkörper 1 in der Schnittlinie übertragen, wie in Fig. 3 dargestellt. Wesentlich ist die Zugfestigkeit des Steges 4. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache sind selbstverständlich auch andere Materialien, vorzugsweise in der Form von Folien, erfindungsgemäss.In the sectional lines of the two hollow bodies 1, in the sectional area 2, for example, a textile web 4 is inserted, on which the line stresses σ of the two hollow bodies 1 are transmitted in the section line, as shown in FIG. Essential is the tensile strength of the web 4. Taking into account this fact, of course, other materials, preferably in the form of films, according to the invention.
Eine im Wesentlichen gleiche Konfiguration, wie in den Fig. 1 und 2, kann selbstverständlich auch als ein einziger Hohlkörper betrachtet werden, welcher durch die beiden mit einander verbundenen Zug-Druck-Elemente 3, bzw. den Steg 4 längs eingeschnürt wird, womit die gleichen Linienspannungs- Verhältnisse auftreten, wie zu Fig. 1 bis 3 beschrieben. Fig. 4 lässt zwanglos beide Betrachtungsweisen zu. Die beiden Endkappen 5 gehen jedoch dann in eine einzige Endkappe 5 über.A substantially same configuration, as shown in FIGS. 1 and 2, can of course be considered as a single hollow body, which is longitudinally constricted by the two interconnected train-pressure elements 3, and the web 4, whereby the same line voltage conditions occur, as described for Fig. 1 to 3. Fig. 4 casually admits both views. However, the two end caps 5 then go over into a single end cap 5.
Fig. 3 zeigt die vektorielle Addition der Linienspannungen σ zur Linienkraft f im textilen Steg 4:3 shows the vectorial addition of the line stresses σ to the line force f in the textile web 4:
woWhere
/ = Linienkraft im Steg 4 σ, = Linienspannung im linken Hohlkörper 1 σr = Linienspannung im rechten Hohlkörper 1/ = Line force in the web 4 σ, = line stress in the left hollow body 1 σ r = line stress in the right hollow body 1
Die absolute Grosse von / ist bei gleichem Druck p und gleichem Radius R abhängig vom Schnittwinkel der beiden Schnittkreise der zwei Hohlkörper 1.The absolute size of / is at the same pressure p and the same radius R depending on the intersection angle of the two cutting circles of the two hollow body. 1
Um Zug- und Druckkräfte des so aufgebauten pneumatischen Bauelementes aufzunehmen, ist der Steg 4 eingespannt in ein Zug-Druck-Element 3, welches die in Fig. 2 dargestellte Form aufweist. Das Zug-Druck-Element 3 übernimmt den durch die Vektoraddition bestimmten Teil dieser oben dargestellten Linienkraft und wird damit in der durch die Vektordarstellung gegebenen Rieh- tung vorgespannt. Durch das Befüllen der Hohlkörper 1 mit Druckluft ergibt sich eine Vorspannung des Steges 4 durch die Linienkraft / zu f = 2 σ sinφ. Die Linienkraft/ beschreibt also die Resultierende der von der Hülle auf den Steg ausgeübten Kräfte, die in Figur 3 mit σ bezeichnet sind. Da der Radius entlang des Bauelementes im Allgemeinen nicht konstant ist, verändert sich auch die Vorspannung des Steges entlang des Bauelementes. Durch geeignete Wahl von Hüllenumfang und Steghöhe kann die Vorspannung des Steges ge- mäss dem Einsatz des pneumatischen Bauelementes optimiert werden.In order to absorb tensile and compressive forces of the thus constructed pneumatic component, the web 4 is clamped in a tension-pressure element 3, which has the shape shown in Fig. 2. The tension-pressure element 3 adopts the part of this line force represented above by the vector addition and is thus prestressed in the direction indicated by the vector representation. By filling the hollow body 1 with compressed air results in a bias of the web 4 by the line force / f = 2 σ sinφ. The line force / thus describes the resultant of the shell on the Web applied forces, which are designated in Figure 3 with σ. Since the radius along the component is generally not constant, the bias of the web also varies along the component. By suitably selecting the circumference of the shell and the web height, the prestressing of the web can be optimized in accordance with the use of the pneumatic component.
Diese Vorspannung bewirkt ein Verhalten der Zug-Druck-Elemente 3 analog zu einer vorgespannten Feder, welche erst bei Überschreiten der Vorspannkraft mit einer Längenänderung reagiert. Erst bei diesem Überschreiten der Vor- Spannkraft tritt Gefahr des Einknickens der Zug-Druck-Elemente 3 auf. Durch die gezeigte Art der elastischen Bettung des Zug-Druck-Elementes 3 ist die Federkonstante k, im Unterschied zu der aus D2 bekannten, im erfindungsge- mässen pneumatischen Bauelement durch die Elastizität des Steges bestimmtThis bias causes a behavior of the train-pressure elements 3 analogous to a preloaded spring, which only reacts when exceeding the biasing force with a change in length. Only when this exceeds the prestressing force occurs risk of buckling of the train-pressure elements 3. Due to the type of elastic bedding of the tension-pressure element 3 shown, the spring constant k, unlike that known from D2, in the pneumatic component according to the invention is determined by the elasticity of the web
Jc = E woJc = E where
E = Elastizitätsmodul des Steges [N/m2].E = modulus of elasticity of the web [N / m 2 ].
Der Elastizitätsmodul des Steges ist durch das Material bestimmt. Für textile Stege liegt der Elastizitätsmodul im Bereich von 108 N/m2. Ein typischer Wert für den Innendruck p ist 104 N/m2 (100 mBar). Durch das Einbringen des Steges ist also die Federhärte um Grössenordnungen erhöht worden und entsprechend auch die Knicklast.The elastic modulus of the web is determined by the material. For textile webs, the modulus of elasticity is in the range of 10 8 N / m 2 . A typical value for the internal pressure p is 10 4 N / m 2 (100 mbar). By introducing the web so the spring hardness has been increased by orders of magnitude and, accordingly, the buckling load.
Im erfindungsgemässen pneumatischen Bauelement wird also die komprimierte Luft zur Vorspannung des biegeweichen Steges benutzt, so dass dieser Zug- und Druckkräfte übertragen kann und das Druckglied optimal gegen Ausknicken stabilisiert. Dadurch wird das pneumatische Bauelement stabiler und leichter und kann besser lokale Lasten tragen. Ferner lassen sich mit den Stegen 4 komplizierte dreidimensionale pneumatische Bauelemente wie zum Beispiel ein Flügel realisieren, die durch die Kombination mit den Zug-Druck- Elementen 3 wesentlich tragfähiger sind als herkömmliche pneumatische Strukturen.In the pneumatic device according to the invention, therefore, the compressed air is used to bias the flexible web, so that it can transmit tensile and compressive forces and optimally stabilizes the pressure member against buckling. This makes the pneumatic component more stable and lighter and better able to carry local loads. Furthermore, can be realized with the webs 4 complex three-dimensional pneumatic components such as a wing, which are much more sustainable by combining with the train-pressure elements 3 than conventional pneumatic structures.
Seitlich ist das Zug-Druck-Element 3 durch die Linienspannungen σ in der Hülle 9 stabilisiert. Der durch das Bauelement hindurchverlaufende Steg 4 bildet, zusammen mit den Zug-/Druckelementen 3, einen unterspannten Träger für eine jeweils auf den Träger wirkende, gegen die Unterspannung hin gerichtete Last. Ebenso kann der Steg 4 mit den Zug-/Druckelementen 3 wie folgt als Fachwerk inter- pretiert werden:Laterally, the tension-pressure element 3 is stabilized by the line stresses σ in the shell 9. The web 4 extending through the component forms, together with the tension / compression elements 3, an under-tensioned carrier for a respective load acting on the carrier and directed against the undervoltage. Likewise, the web 4 with the tension / compression elements 3 can be interpreted as a truss as follows:
Wirkt im Betrieb eine Last auf eines der Zug-/Druckelemente 3, z.Bsp. auf das dann aufgrund der Lastrichtung (Pfeil 40) als druckbelastbares Versteifungselement 30 ausgebildete Zug-/Druckelement, siehe Figur 2b, erfüllt das EIe- ment 30 die Funktion eines Obergurts des Fachwerks 50, und das als zugbelastbares Element 33 ausgebildete Zug-/Druckelement die Funktion eines Untergurts. Das Fachwerk 50 besteht somit aus Steg 4, druckbelastbarem Versteifungselement 30 und zugbelastbarem Versteifungselement 33.Acts in operation a load on one of the tension / compression elements 3, z.Bsp. on the then due to the load direction (arrow 40) formed as a compressive stiffening element 30 tensile / compressive element, see Figure 2b, the element 30 fulfills the function of a top chord of the truss 50, and designed as zugbelastbares element 33 train / pressure element the Function of a lower belt. The truss 50 thus consists of web 4, pressure-resistant stiffening element 30 and zugbelastbarem stiffening element 33rd
Die durch den Pfeil 40 symbolisierte Last wird in der Regel eine über die Länge des Elements 30 verteilte Last sein. Im Fall einer ebenfalls möglichen lokalen Last muss das Element 30 entsprechend biegesteif ausgebildet werden, um lokales Knicken zu verhindern.The symbolized by the arrow 40 load will usually be a distributed over the length of the element 30 load. In the case of a likewise possible local load, the element 30 must be formed correspondingly rigid in order to prevent local buckling.
Wie erwähnt, ist der Steg 4 durch den im Bauelement herrschenden Innendruck um eine der Linienkraft / entsprechende Kraft vorgespannt. Belastet verschiebt sich das druckbelastbare Versteifungselement 30 in Wirkrichtung der Last 40. Verbleibt Letztere im Fall der verteilten Last unter der Linienkraft /, ist die Verschiebung gering (und erfolgt ensprechend dem E Modul des immer noch vorgespannten Stegs 4). Übersteigt diese jedoch die Linienkraft /, ist die Verschiebung grösser, mit der Gefahr, dass das Fachwerk 50 über- beanstprucht wird.As mentioned, the web 4 is biased by the internal pressure prevailing in the component to one of the line force / corresponding force. If the latter remains displaced under the line force / in the case of the distributed load, the displacement is small (and takes place in accordance with the E modulus of the still prestressed web 4). However, if this exceeds the line force /, the displacement is greater, with the risk that the truss 50 is exceeded.
Die Verformung bei einer Last unterhalb der Linienkraft / ist somit geringer als es bei den pneumatischen Bauelementen des Stands der Technik der Fall ist. Überschreitet die Betriebslast die Linienkraft / nicht, ist in erster Näherung auch bei nicht konstanter Last keine Verformung des erfindungsgemäs- sen Bauelements gegeben.The deformation at a load below the line force / is thus lower than is the case with the pneumatic components of the prior art. If the operating load does not exceed the line force /, no deformation of the component according to the invention is given to a first approximation even at a non-constant load.
Sind das druckbelastbare Versteifungselement 30 und das zugbelastbare Verbindungselement 33 gleich ausgebildet, z.Bsp. als Träger, wie sie in den Figuren 4 bis 8 dargestellt sind, besitzt das Fachwerk 50 Symmetrie, mit der Fol- ge, dass bei Angriff einer Last 44 dieselben Verhältnisse herrschen: Das Versteifungselement 33 ist druckbelastbar und wirkt als Obergurt des Fachwerks 50; das Versteifungselement 30 ist zugbelastbar und wirkt als dessen Untergurt. Belastbarkeit ist also von beiden Seiten her (Last 40 und Last 44) gege- ben.Are the pressure-resistant stiffening element 30 and the zugbelastbare connecting element 33 is the same, z.Bsp. as a carrier, as shown in FIGS. 4 to 8, the truss 50 has symmetry, with the following ge, that the same conditions prevail when attacking a load 44: The stiffening element 33 is pressure-resistant and acts as a top flange of the truss 50; the stiffening element 30 is tensile and acts as the lower chord. Load capacity is therefore given from both sides (load 40 and load 44).
In einer weiteren, erfindungsgemässen Ausführungsform ist das zugbelastbare Versteifungselement 33 ausschliesslich zugbelastbar ausgebildet, z.Bsp. als flexibles Zugglied, wie es ein Seil darstellt. Dann ist die Belastbarkeit des Fachwerks 50 nur einseitig, hier durch die Last 40 gegeben. Der für die Funktion des Fachwerks 50 notwendige, vorbestimmte Abstand der Versteifungselemente 30,33 (Zug-/Druckglieder 3) wird durch den Innendruck p sichergestellt, der den flexiblen Steg 4 über die Linienkraft / betriebsfähig z.Bsp. in der in Figur 4 dargestellten Art vorspannt. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch geringes Gewicht aus und ist, wie erwähnt, für einseitige Last (Last 40) geeignet.In a further embodiment according to the invention, the tensile element 33 which is capable of being subjected to tensile stress is designed exclusively for tensile load, eg. as a flexible tension member, as it represents a rope. Then the load capacity of the framework 50 is only one-sided, given here by the load 40. The necessary for the function of the framework 50, predetermined distance of the stiffening elements 30,33 (tension / compression members 3) is ensured by the internal pressure p, the flexible web 4 on the line force / operable z.Bsp. biased in the manner shown in Figure 4. This embodiment is characterized by low weight and, as mentioned, is suitable for one-sided load (load 40).
Erfindungsgemäss sind der Steg 4 und die an ihm angeordneten Elemente (ZugVDruckglieder 3 bzw. druckbelastbares Versteifungselement 30 und zug- belastbares Versteifungselement 33 in der Ausführungsform von Figur 2b) mit der Hülle 9 wirkverbunden, d.h. derart verbunden, dass Kräfte übertragen werden können und das druckbelastbare Versteifungselement in der Art eines Obergurts die entsprechende (d.h. in Richtung des Untergurts wirkende), auf das Bauelement wirkende Last aufnehmen kann. Damit kommt es nicht dar- auf an, ob die am Versteifungselement 30,33 angreifende Last (40,44) direkt am Element 30,33 angreift oder über die Hülle 9 (Figur 4) in das Element 30,33 eingeleitet wird. Letzteres wäre denkbar, wenn ein Dach gemäss Figur 13 eine Schneelast trägt oder bei einem Tragflügel nach den Figuren 10 und 11. Es ist auch denkbar, dass die Last direkt am Steg 4 angreift und über die- sen in das Element 30,33 eingeleitet wird, was zum Zweck der Beschreibung der Erfindung ebenfalls als direkt am Element 30,33 angreifende Last verstanden wird.According to the invention, the web 4 and the elements arranged on it (tensile pressure elements 3 or pressure-resistant stiffening element 30 and tensile load-bearing stiffening element 33 in the embodiment of FIG. 2 b) are operatively connected to the sheath 9, i. connected so that forces can be transmitted and the compression-resistant stiffening element in the manner of a top chord can accommodate the corresponding (i.e., acting in the direction of the lower chord), acting on the component load. Thus, it does not matter whether the load (40, 44) acting on the stiffening element 30, 33 acts directly on the element 30, 33 or is introduced into the element 30, 33 via the sheath 9 (FIG. 4). The latter would be conceivable if a roof in accordance with FIG. 13 carries a snow load or in the case of an airfoil according to FIGS. 10 and 11. It is also conceivable that the load acts directly on the web 4 and is introduced via this into the element 30, 33 , which for the purpose of the description of the invention is also understood as a load acting directly on the element 30, 33.
Überschreitet die Last 40, die Linienkraft /, verformt sich das Fachwerk 50 entsprechend, trägt aber die Last 40,44 solange weiter, bis entweder das druckbelastbare Element 30 knickt bzw. aufgrund der Druckspannungen zerstört wird oder das zugbelastbare Element 33 reϊsst. Dabei ist natürlich Voraussetzung, dass die Elemente 30,33 ihre relative Lage zueinander behalten, die für die tragenden Eigenschaften des Fachwerks 50 massgebend ist. Diese relative Lage wird durch die aufgrund der Linienkraft / im Steg 4 herrschendeExceeds the load 40, the line force /, deforms the framework 50 accordingly, but carries the load 40,44 as long until either the pressure-resistant element 30 kinks or is destroyed due to the compressive stresses or the tensile element 33 reϊsst. It is of course a prerequisite that the elements 30,33 keep their relative position to each other, which is relevant for the load-bearing properties of the truss 50. This relative position is due to the ruling due to the line force / in the web 4
Vorspannung sichergestellt. Damit ergibt sich neben der oben erwähnten mechanischen Beanspruchbarkeit der Elemente 30,33 als zweite Randbedingung für die maximale Last 40 die zulässige Deformation des Fachwerks 50, die solange gegeben ist, wie die Vorspannung des Stegs 4 als solche noch existiert. Letzteres ist abhängig vom Innendruck p.Pre-tension ensured. This results in addition to the above-mentioned mechanical strength of the elements 30,33 as a second boundary condition for the maximum load 40, the allowable deformation of the framework 50, which is given as long as the bias of the web 4 as such still exists. The latter is dependent on the internal pressure p.
Erfindungsgemäss ergeben sich hervorragende Lasteigenschaften des pneu- matischen Bauelements, zusammen mit den Vorteilen eines pneumatischen Bauelements, dessen Elemente 30,33 von vergleichsweise geringer und minimal möglicher Masse sind. Es besitzt darüber hinaus die Eigenschaften (Lastaufnahme, Masse) eines optimierten, konventionellen Fachwerks, ohne dass aber der beträchtliche Aufwand (Auslegung, Fertigung und Kosten) zur Opti- mierung des konventionellen Fachwerks aufgebracht werden muss.According to the invention, excellent load characteristics of the pneumatic component result, together with the advantages of a pneumatic component whose elements 30, 33 are of comparatively small and minimal possible mass. It also has the characteristics (load bearing capacity, mass) of an optimized, conventional truss, but without the considerable effort (design, production and costs) to optimize the conventional truss must be applied.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bauelements ist in Figur 2c dargestellt.Another preferred embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 2c.
Die Figur zeigt ein pneumatisches Bauelement 100, das durch einen Steg 110 zu zwei Zylinderförmigen Abschnitten 101 und 102 in der Art eines Doppelzy- linders geformt ist. Die Hülle 103 (bestehend aus einem flexiblen, gasdichten Material) ist mit einem als geraden, druckbelastbaren Träger 104 ausgebildeten druckbelastbarem Element, und über dieses mit dem Steg 110, betriebs- fähig verbunden, in der Art, wie dies beispielhaft in den Figuren 4 bis 7 gezeigt ist. Entlang seiner anderen Längsseite 111 ist der Steg 110 mit der Hülle 103 z.Bsp. durch verschweissen oder durch gasdichte Vernähung verbunden. Der Innendruck p spannt den aus flexiblem Material bestehenden Steg 110 zur dargestellten, ebenen Rechtecksform auf.The figure shows a pneumatic component 100, which is formed by a web 110 to two cylindrical sections 101 and 102 in the manner of a Doppelzy- Linders. The sheath 103 (consisting of a flexible, gas-tight material) is operatively connected to a pressure-resistant element designed as a straight, pressure-resistant carrier 104, and via this to the web 110, in the manner as exemplified in FIGS 7 is shown. Along its other long side 111 of the web 110 with the shell 103 z.Bsp. connected by welding or by gas-tight sewing. The internal pressure p biases the web 110 made of flexible material to the illustrated, rectangular, rectangular shape.
Im Steg 110 verläuft ein zugbelastbares flexibles Zugglied, z.Bsp. ein Drahtseil 113, das über Verbindungen 114 am Steg 110 ortsfest in betriebsfähiger Lage festgelegt ist. Damit ergibt sich ein Fachwerk 120, gebildet aus dem Seil 113, dem Träger 104 und dem Steg 110, welcher durch seine Vorspannung (Linien- kraft /) die betriebsfähige Lage der Fachwerkselemente sicherstellt.In the web 110 a zugbelastbares flexible tension member, z.Bsp. a wire rope 113 which is fixed by means of connections 114 on the web 110 in an operative position. This results in a truss 120, formed from the rope 113, the carrier 104 and the web 110, which by its bias (Linien- force /) ensures the operable position of the truss elements.
Die Verbindungen 114 können als durch den Steg 110 hindurchgeführte Laschen ausgebildet werden oder durch jede geeignete, fachmännische Weise. Durch diese Anordnung wird ermöglicht, die äussere Form der Hülle unabhängig von der Anordnung der Elemente des Fachwerks 120 auszubilden; die Notwendigkeit der spindelähnlichen Form gemäss den Figuren 1 und 2 entfällt.The links 114 may be formed as tabs passed through the web 110, or by any suitable, skilled manner. By this arrangement, it is possible to form the outer shape of the shell independently of the arrangement of the elements of the framework 120; the necessity of the spindle-like shape according to FIGS. 1 and 2 is eliminated.
Es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung, sowohl den Steg 110 als auch das zugbelastbare Versteifungselement 113 teilweise fest und teilweise flexibel auszubilden, was z.Bsp. beim Zugelement 113 zur besseren Festlegung am Steg 110 oder auch anderen Zwecken dienen mag.It is within the scope of the present invention, both the web 110 and the tensile strength of the reinforcing element 113 partially solid and partially flexible form, which z.Bsp. when pulling element 113 may serve for better determination on the web 110 or other purposes.
Ebenso kann neben der Form des Doppelzylinders noch eine weitere, im Rahmen der erfindungsgemässen Ausführung beliebige Ausbildung der Hülle 103 vorgesehen werden.Likewise, in addition to the shape of the double cylinder still another, in the context of the inventive embodiment, any formation of the shell 103 may be provided.
Figur 2d zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Bauelements, wobei die dargestellten Teile dieselben Referenzzeichen wie in Figur 2c tragen. Der Träger 104 ist im Steg 110 nach unten versetzt angeordnet und ist mit der Hülle 103 nicht mehr direkt, aber dennoch wirkverbunden. Zudem ist der Träger 104 gekrümmt angeordnet. Der Fachmann kann die zulässige Krümmung des Trägers 104 je nach Auslegungsfall frei bestimmen; Randbedingung ist, dass der Träger 104 dann über seine gesamte Länge in der Druckzone des Fachwerks (Träger 104, Steg 110 und Zugelement 113) verbleibt. Die Trageigenschaften dieser Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der Ausführungsform von Figur 2c.FIG. 2 d shows a further embodiment of the component according to the invention, the parts shown bearing the same reference symbols as in FIG. 2 c. The carrier 104 is arranged offset in the web 110 down and is no longer directly with the shell 103, but still operatively connected. In addition, the carrier 104 is arranged curved. The skilled person can freely determine the allowable curvature of the carrier 104, depending on the design case; The boundary condition is that the carrier 104 then remains over its entire length in the pressure zone of the truss (carrier 104, web 110 and tension element 113). The wearing characteristics of this embodiment are the same as those of the embodiment of Fig. 2c.
Fig. 4 ist eine technische Ausführungsversion der Darstellung gemäss Fig. 3 im Schnitt AA gemäss Fig. 1. Das Zug-Druck-Element 3 besteht hier beispielsweise aus zwei miteinander verschraubten C-Profilen 8. Die Hülle 9 der Hohlkörper 1 ist ohne Unterbrechung zwischen den C-Profilen 8 hindurchgezogen und wird aussen am Zug-Druck-Element 3 durch einen Keder 10 gesichert. Der Steg 4 ist zwischen die aussen liegenden Lagen der Hülle 9 eingelegt und wird durch die Schraubenverbindung der C-Profile 8 festgeklemmt.FIG. 4 is a technical version of the illustration according to FIG. 3 in section AA according to FIG. 1. The tension-compression element 3 here consists, for example, of two C-profiles 8 screwed together. The shell 9 of the hollow body 1 is without interruption the C-profiles 8 pulled through and is secured to the outside of the train-pressure element 3 by a piping 10. The web 4 is inserted between the outer layers of the shell 9 and is clamped by the screw connection of the C-profile 8.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das so ausgeführte Zug-Druck-Element 3 im Detail.Fig. 5 shows a section through the thus executed train-pressure element 3 in detail.
In Fig. 6 ist eine Variante zur Ausführung des Zug-Druck-Elementes 3 im Querschnitt dargestellt. Das Zug-Druck-Element 3 weist hier drei Nuten für Keder 10 auf. In die oberen beiden Nuten sind die Hüllen 9 der beiden Hohlkörper 1 mittels Kedern 10 eingelassen, in die untere Nut der Steg 4.In Fig. 6 a variant for the execution of the train-pressure element 3 is shown in cross section. The tension-pressure element 3 here has three grooves for Piping 10 on. In the upper two grooves, the shells 9 of the two hollow body 1 are inserted by means of piping 10, in the lower groove of the web 4th
Fig. 7 ist die Querschnittsdarstellung einer weiteren Variante des Zug-Druck- Elementes 3 mit seiner Befestigung. Das Zug-Druck-Element 3 weist hier beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf, kann jedoch zur Optimierung des Flächenträgheitsmomentes auch anders ausgeführt sein. Es ist in eine Tasche 11 eingelegt, welche mit der Hülle 9 durch Schweissen oder Nähen und anschliessendes Abdichten verbunden ist.Fig. 7 is the cross-sectional view of another variant of the train-pressure element 3 with its attachment. The tension-pressure element 3 here has, for example, a rectangular cross-section, but can also be designed differently for optimizing the area moment of inertia. It is inserted into a pocket 11, which is connected to the shell 9 by welding or sewing and subsequent sealing.
An ihren Enden sind die Zug-Druck-Elemente 3 in einem Knoten 14 zusammengeführt, wie in Fig. 8 dargestellt. Ein solcher Knoten 14 kann in mannigfacher Art ausgeführt sein und ist in der Baustatik an sich bekannt. Hier besteht er beispielsweise aus einer Platte 13, welche mit den Zug-Druck-Elementen 3 beispielsweise verschraubt ist. Der luftdichte Abschluss der Hülle 9 kann ebenso auf viele Arten gelöst werden. Das Wesentliche ist hier, dass die Zug- Druck-Elemente 3 aus der Hülle 9 herausgeführt sind und der Knoten 14 frei liegt zur geeigneten Befestigung beispielsweise auf einem Auflager.At their ends, the train-pressure elements 3 are brought together in a node 14, as shown in Fig. 8. Such a node 14 can be designed in many ways and is known per se in structural engineering. Here it consists for example of a plate 13 which is screwed to the train-pressure elements 3, for example. The airtight completion of the sheath 9 can also be solved in many ways. The essential here is that the train-pressure elements 3 are led out of the shell 9 and the node 14 is exposed for proper attachment, for example, on a support.
Fig. 9 ist die Isometrie einer flächigen Ausbildung eines pneumatischen Bauelementes gemäss dieser Erfindung. Hier ist eine Vielzahl von Zug-Druck- Elementen 3 vorgesehen, wobei jeweils ein Steg 4 gemäss Fig. 2 eingelegt ist. Zwischen zwei benachbarten Zug-Druck-Elementen 3 ist jeweils ein Hohlkörper 1 eingespannt und mit Druckgas befüllt. An die zwei zu äusserst liegenden Zug-Druck-Elemente 3 schliesst sich jeweils ein unpaariger Hohlkörper 1 an, um die Vorspannung der Zug-Druck-Elemente 3 zu erzeugen und um die Zug- Druck-Elemente 3 seitlich zu stabilisieren. Für den Aufbau eines solchen flächigen Bauelementes kann so vorgegangen werden, dass alle Zug-Druck- Elemente 3 und die Hüllen 9 der Hohlkörper 1 bereits montiert sind und das ganze beschriebene Arrangement auf Auflager 15 aufgelegt und anschliessend mit Druckgas befüllt wird. Oder die Montage kann vor Ort geschehen, indem die Zug-Druck-Elemente 3 auf den Auflagern befestigt und die Hüllen 9 anschliessend an die Zug-Druck-Elemente 3 angefügt werden.9 is the isometric view of a planar design of a pneumatic component according to this invention. Here, a plurality of train-pressure elements 3 is provided, wherein in each case a web 4 according to FIG. 2 is inserted. Between two adjacent train-pressure elements 3, a hollow body 1 is clamped in each case and filled with compressed gas. An unpaired hollow body 1 adjoins the two extreme-lying tension-pressure elements 3 in order to generate the prestressing of the tension-pressure elements 3 and to laterally stabilize the tension-pressure elements 3. For the construction of such a sheet-like component can proceed so that all train-pressure elements 3 and the sheaths 9 of the hollow body 1 are already mounted and the whole arrangement described on support 15 is placed and then filled with compressed gas. Or the assembly can be done on site by the train-pressure elements 3 attached to the supports and the sheaths 9 are then added to the train-pressure elements 3.
In der Darstellung von Fig. 10 sind zwei Scharen von Zug-Druck-Elementen 3 gekreuzt angeordnet und bilden ein Flächentragwerk 16 mit hoher Biegestei- figkeit in zwei, beispielsweise zueinander senkrechten, Achsenrichtungen. Die gasdichten Abschlüsse in den Regionen, wo die Zug-Druck-Elemente 3 einan- der kreuzen, können beispielsweise ebenfalls mit Kedern gelöst werden; selbstverständlich sind auch hier mannigfache andere Lösungen vorhanden.In the illustration of FIG. 10, two groups of tension-compression elements 3 are arranged crossed and form a surface structure 16 with high bending stiffness in two, for example mutually perpendicular, axis directions. The gas-tight seals in the regions where the tensile-compression elements 3 the cross, for example, can also be solved with piping; Of course, there are many other solutions available.
Der Vorteil einer Ausgestaltung als eigentliches Flächentragwerk 16 gemäss Fig. 10 hat den Vorteil, dass die einzelnen Zug-Druck-Elemente 3 vorzugsweise gegen Kippen stabilisiert sind, und von einem geeigneten Auflager keine Momente aufgebracht werden müssen.The advantage of an embodiment as actual surface structure 16 according to FIG. 10 has the advantage that the individual tension-pressure elements 3 are preferably stabilized against tilting, and no moments need to be applied by a suitable support.
Fig. 11 zeigt, ausgehend von Fig. 10, ein erfmdungsgemässes Tragflügel-Profil 17. Wie gemäss Fig. 10 sind hier zwei Scharen von Zug-Druck-Elementen 3 gekreuzt angeordnet. Die Mengen von Zug-Druck-Elementen 3 in den beiden Scharen - hier zwei in der einen, acht in der anderen Richtung - können den Anforderungen an das Tragflügel-Profil 17 angepasst werden. Ebenso ist die Ausbildung der Konturen der Zug-Druck-Elemente 3 variabel in dem Sinne, dass neben den statischen Anforderungen an ein solches Profil auch die aerodynamischen Formen von Anström- und Abströmkanten 18, 19 entsprechend ausgestaltet werden können, dies allenfalls mit Profilaufsätzen, welche zwar aerodynamisch wirksam sind, jedoch nicht Bestandteil der Statik des Tragflügelprofils 17 hinsichtlich seiner Eigenschaften als Flächentragwerk.Fig. 11 shows, starting from Fig. 10, a erfmdungsgemässes wing profile 17. As shown in FIG. 10, two flocks of train-pressure elements 3 are arranged crossed here. The amounts of train-pressure elements 3 in the two shares - here two in one, eight in the other direction - can be adapted to the requirements of the wing profile 17. Likewise, the formation of the contours of the train-pressure elements 3 is variable in the sense that in addition to the static requirements for such a profile and the aerodynamic shapes of inflow and outflow edges 18, 19 can be configured accordingly, this at best with profile attachments, which Although aerodynamically effective, but not part of the static of the airfoil 17 in terms of its properties as a surface structure.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 12 sind die Mittellinien L der Hohlkörper 1 nicht, wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1, gerade, sondern von der Schnittfläche 2 der zwei Hohlkörper 1 aus, nach aussen gebogen. Die zwei Hohlkörper 1 - welche einander hier in der Schnittfläche 2 gemäss Fig. 2 schneiden und welche in ihrer Form unverändert bleibt - weisen also im Querschnitt AA gemäss Fig. 1 den kleinsten Durchmesser auf. Zu den Enden der Höhlkörper 1 nimmt dieser jedoch zu. Damit steigt auch die zum lokalen Radius R proportionale Linienspannung σ an. Und damit kann die auf den Steg 4 übertragene Linienkraft gesteigert oder - allgemein gesagt - optimiert wer- den. Anstelle eines nach den Enden der Hohlkörper 1 zunehmenden lokalen Radius kann selbstverständlich auch ein konstant bleibender oder auch ein abnehmender gewählt werden. Im letzteren Falle nimmt die Linienspannung gegen die Enden der Hohlkörper 1 und damit auch des Steges 4 ab. Dies kann erreicht werden durch eine Mittellinie L, welche im Gegensatz zu der in Fig. 12 gezeigten, gegen die Enden der Hohlkörper 1 zu der Schnittfläche 2 hin gebogen ist. Dasselbe gilt auch für Hohlkörper 1 mit beispielsweise konstantem Radius, also von toroidischer Form. Rg. 13 ist die Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Erfindungsgedankens. Hier sind eine Vielzahl - in Fig. 13 beispielsweise fünf - von Hohlkörpern 1 an eine weitere, kleinere, Vielzahl von Zug-Druck-Elementen 3 angeordnet. Diese tragen wiederum Stege 4 und sind aus den Hohlkörpern 1 gasdicht herausgeführt. Die Zug-Druck-Elemente können unterschiedlich gewählt werden, sowohl ihrer Länge, ihrer Höhe als auch ihrer Richtung nach. Jeweils anschliessend an die zwei äussersten Zug-Druck-Elemente 3 und an ihnen befestigt ist, wie zu Fig. 9 ausgeführt, je ein Hohlkörper 1 angefügt, zum Symmetrisieren der Linienspannungen in den genannten zwei äussersten Zug-Druck-Elementen 3 und deren Stegen 4 und zu deren seitlicher Stabilisierung. In the embodiment according to FIG. 12, the center lines L of the hollow bodies 1 are not bent straight, as is the case in the exemplary embodiment according to FIG. 1, but from the sectional surface 2 of the two hollow bodies 1. The two hollow bodies 1 - which intersect each other here in the sectional area 2 according to FIG. 2 and which remain unchanged in their shape - thus have the smallest diameter in the cross section AA according to FIG. 1. However, this increases to the ends of the hollow bodies 1. This also increases the line voltage σ proportional to the local radius R. And with this, the line force transmitted to the web 4 can be increased or, generally speaking, optimized. Instead of an increasing after the ends of the hollow body 1 local radius can of course be chosen a constant or a decreasing. In the latter case, the line tension decreases towards the ends of the hollow body 1 and thus also of the web 4. This can be achieved by means of a center line L which, in contrast to that shown in FIG. 12, is bent towards the ends of the hollow bodies 1 towards the cut surface 2. The same applies to hollow body 1 with, for example, constant radius, that is of toroidal shape. FIG. 13 is an illustration of another embodiment of the inventive concept. Here, a plurality-in FIG. 13, for example, five-of hollow bodies 1 are arranged on a further, smaller, multiplicity of tension-compression elements 3. These in turn carry webs 4 and are led out of the hollow bodies 1 gas-tight. The train-pressure elements can be chosen differently, both their length, their height and their direction. Each subsequent to the two outermost train-pressure elements 3 and attached to them, as shown in FIG. 9, each a hollow body 1 is added, for symmetrizing the line voltages in said two outermost train-pressure elements 3 and their webs 4th and for their lateral stabilization.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pneumatisches Bauelement mit einer gasdichten Hülle (9,103) und mit Druck- Zugelementen (3), bestehend aus mindestens einem druckbelastbaren (3,30,104) und mindestens einem zugbelastbaren (3,33,103) Versteifungselement, dadurch gekennzeichnet, dass weiter ein durch das Bauelement hindurch verlaufender, unter Betriebsdruck des Bauelements durch diesen vorgespannter Steg 2,4,110) vorgesehen ist, der im Betrieb einander gegenüber liegende Seiten der Hülle (9,103) miteinander verbindet, dass die Elemente (3,30,104; 3,33,103) an ihren zugeordneten Enden beidseitig in je einem gemeinsamen Knoten miteinander verbunden und über ihre Länge am Steg (2,4,110) betriebsfähig und in vorbestimmt maximalem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Steg (2,4,110) und die an ihm angeordneten Elemente (3,30,104; 3,33,103) mit der Hülle (9,103) wirkverbunden sind, der- art, dass das druckbelastbare Versteifungselement (3,30,104) in der Art eines Obergurts eines Fachwerks (50) entsprechende, auf das Bauelement wirkende Last (40,44) aufnehmen kann.1. Pneumatic component with a gas-tight envelope (9,103) and with pressure-tension elements (3), consisting of at least one pressure-resistant (3,30,104) and at least one tensile (3,33,103) stiffening element, characterized in that further by a through the device extending therethrough, under operating pressure of the component through this biased web 2,4,110) is provided, which in use opposite sides of the shell (9,103) interconnects that the elements (3,30,104; 3,33,103) at their associated ends on both sides are each connected to each other in a common node and over their length on the web (2,4,110) operable and arranged at a predetermined maximum distance from each other, wherein the web (2,4,110) and arranged on it elements (3,30,104; 3,33,103 ) are operatively connected to the sheath (9, 103), such that the pressure-resistant stiffening element (3, 30, 104) corresponds in the manner of a top chord of a truss (50), can take on the device acting load (40,44).
2. Pneumatisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Steg mindestens teilweise aus flexiblem, zugfestem Material besteht und über seine Länge beid- seitig mit der jeweils zugeordneten Hüllenwand der Hülle verbunden ist, derart, dass er im unter Betriebsdruck stehenden Bauelement betriebsfähig vorgespannt wird.2. Pneumatic component according to claim 1, wherein the web consists at least partially of flexible, tensile material and is connected on both sides of its length with the respective associated shell wall of the shell, such that it is operatively biased in the operating pressure component.
3. Pneumatisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zugbe- lastbare Versteifungselement mindestens teilweise flexibel ausgebildet und über seine Länge am Steg ortsfest festgelegt ist, derart, dass es im unter Betriebsdruck stehenden Bauelement eine betriebsfähige Lage in der Art eines Untergurts eines Fachwerks einnimmt.3. A pneumatic component according to claim 1 or 2, wherein the zugbe- loadable stiffening element is at least partially flexible and fixed in place over its length on the web, such that it occupies a working position in the manner of a lower chord of a truss in the operating pressure component ,
4. Pneumatisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zugbelastbare Versteifungselement auch druckbelastbar und das druckbelastbare Versteifungselement auch zugbelastbar ausgebildet ist.4. Pneumatic component according to claim 1 or 2, wherein the tensile stiffening element is also designed to be pressure-resistant and the pressure-resistant stiffening element also tensile.
5. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das druckbelastbare Versteifungselement als gerader Träger ausgebildet ist. 5. Pneumatic component according to one of claims 1 to 4, wherein the pressure-resistant stiffening element is designed as a straight carrier.
6. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei vorzugsweise mindestens zwei langgestreckte Hohlkörper (1) bestehend aus einer gasdichten Hülle (9) aus flexiblem Material, und mindestens zwei Zug-Druck- Versteifungselemente (3), welche an beiden Enden in einem Knoten (14) mit- einander verbunden sind und im Wesentlichen auf ihrer ganzen Länge mit der Hülle (9) verbunden sind, vorgesehen sind, und wobei jeweils zwischen zwei miteinander in einem Knoten (14) verbundenen Zug-Druck-Elemente (3) ein Steg (4) aus zugfestem Material angeordnet und mit den zwei Zug-Druck-Elementen (3) im We- sentlichen auf deren ganzen Länge zugfest verbunden ist, dergestalt, dass beim Befüllen der Hohlkörper (1) mit Druckgas die Spannung der Hüllen auf die Zug-Druck-Elemente (3) und auf den Steg (4) übertragen wird und diesen damit vorspannt.6. Pneumatic component according to one of claims 1 to 5, wherein preferably at least two elongated hollow body (1) consisting of a gas-tight envelope (9) made of flexible material, and at least two tension-pressure-stiffening elements (3), which at both ends in a node (14) are connected to each other and substantially along its entire length with the sheath (9) are connected, and wherein in each case between two in a node (14) connected train-pressure elements (3) a web (4) of tensile material is arranged and connected to the two tension-pressure elements (3) substantially on the entire length tensile strength, such that when filling the hollow body (1) with compressed gas, the voltage of the sheaths on the train-pressure elements (3) and on the web (4) is transmitted and this biased.
7. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Zug-Druck-Element (3) aus zwei miteinander verschraubten C-Profilen aufgebaut ist, für das mindestens eine Zug-Druck-Element (3) ein Keder (10) vorhanden ist, welcher vom Material der Hülle (9) umfasst wird, und welcher auf der Aussenseite des Zug-Druck-Elementes (3) angeordnet ist, der Steg (4) zwischen den beiden C-Profilen des mindestens einen Zug-Druck-Elementes (3) durch die Verschraubung festgeklemmt wird.7. Pneumatic component according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the tension-pressure element (3) is constructed from two C-profiles screwed together, for the at least one tension-pressure element (3) a piping (10 ), which is comprised of the material of the sheath (9) and which is arranged on the outside of the tension-compression element (3), the web (4) between the two C-profiles of the at least one tension-compression Element (3) is clamped by the screw.
8. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Zug-Druck-Elemente (3) aus einem Profilstab besteht, welcher drei Nuten für je einen Keder (10) aufweist, wobei zwei Nuten für Keder (10) seitlich und eine dritte Nut für einen Keder (10) mittig angeordnet ist, - die Hülle (9) durch die seitlichen Keder (10), und der Steg (4) durch den mittig angeordneten Keder (10) festgeklemmt werden.8. Pneumatic component according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the train-pressure elements (3) consists of a profile bar, which has three grooves for each keder (10), wherein two grooves for piping (10) laterally and a third groove for a piping (10) is arranged centrally, - the envelope (9) is clamped by the lateral piping (10), and the web (4) is clamped by the centrally arranged piping (10).
9. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Zug-Druck-Elemente (3) aus einem Profilstab mit geeigne- tem Flächenträgheitsmoment besteht, jeder Profilstab in eine längs zum Zug-Druck-Element (3) verlaufende Tasche (11) eingelegt wird, die Hülle (9) der Hohlkörper (1) mit dieser Tasche (11) gasdicht verbunden sind, der Steg (4) mit dieser Tasche (11) ebenfalls verbunden ist, die Verbindungen von Hüllen (9) und Steg (4) mit der Tasche (11) durch Schweissen oder Kleben oder Nähen mit anschliessendem9. Pneumatic component according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the tension-pressure elements (3) consists of a profiled bar with a suitable area moment of inertia, each profile bar in a longitudinal to the train-pressure element (3) extending pocket (11) is inserted, the sheath (9) of the hollow body (1) are gas-tightly connected to this pocket (11), the web (4) is also connected to this pocket (11), the connections of sheaths (9) and web (4) to the pocket (11) by welding or gluing or sewing with subsequent
Abdichten erzeugt werden.Caulking be generated.
10. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Mittel vorhanden sind, um mindestens ein Paar von einander zugeordneten Zug-Druck-Elementen (3) gasdicht aus dem oder den Hohlkörpern (1) herauszuführen, und wobei die Knoten (14) dieser einander zugeordneten Elemente (3) aus- serhalb der Hohlkörper (1) angeordnet sind.10. Pneumatic component according to one of claims 1 to 9, wherein means are provided for at least one pair of mutually associated train-pressure elements (3) gas-tight out of the one or more hollow bodies (1), and wherein the nodes (14) these mutually associated elements (3) from outside the hollow body (1) are arranged.
11. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens eine Vielzahl von Zug-Druck-Elementen (3) vorhanden ist, jeweils zwischen zwei benachbarten Paaren von Zug-Druck- Elementen (3) ein gegen aussen gasdichter Hohlkörper (1) eingelegt und mit den Zug-Druck-Elementen (3) verbunden ist, - die beiden äussersten Zug-Druck-Elemente (3) je einen unpaarigen11. A pneumatic component according to one of claims 1 to 10, wherein at least a plurality of train-pressure elements (3) is present, in each case between two adjacent pairs of train-pressure elements (3) against an outside gas-tight hollow body (1). is inserted and connected to the train-pressure elements (3), - the two outermost train-pressure elements (3) each one unpaired
Hohlkörper (1) tragen, um die Vorspannung des Steges (4) symmetrisch zu machen und um diesen seitlich zu stabilisieren.Wear hollow body (1) in order to make the prestressing of the web (4) symmetrical and to laterally stabilize it.
12. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei aus den Hohlkörpern (1) herausgeführten Knoten (14) auf ein Auflager (15) gelegt und darauf befestigt sind.12. Pneumatic component according to one of claims 1 to 5, wherein out of the hollow bodies (1) led out node (14) placed on a support (15) and secured thereto.
13. Pneumatisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vielzahl von je einander zugeordneten Zug-Druck-Elementen (3) vorhan- den und in zwei Scharen angeordnet sind, welche einander kreuzen, wodurch ein Flächentragwerk (16) gebildet wird, die gasdichten Hohlkörper (1) ebenfalls in zwei einander kreuzenden Scharen vorhanden und angeordnet sind, die Hohlkörper (1) miteinander und mit den Zug-Druck-Elementen (3) gasdicht verbunden sind, die Stege (4) zwischen den beiden sie spannenden Zug-Druck- Elementen (3) verlaufen, 13. A pneumatic component according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of each associated train-pressure elements (3) exist and are arranged in two shares, which cross each other, whereby a tensile structure (16) is formed, the gas-tight hollow bodies (1) are also present and arranged in two mutually intersecting coulters, the hollow bodies (1) are connected in a gastight manner to one another and to the tension-pressure elements (3), the webs (4) between the two tensioning pulls Run pressure elements (3),
14. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächentragwerk (16) eine geeignete aerodynamische Form aufweist, so dass es als Tragflügelprofil (17) eingesetzt werden kann.14. Pneumatic component according to claim 13, characterized in that the tensile structure (16) has a suitable aerodynamic shape, so that it can be used as a wing profile (17).
15. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Aufsätze auf die Zug-Druck-Elemente (3) vorhanden sind zur Optimierung der Anström- und/oder Abströmkanten (18, 19) des Tragflügelprofiles (17).15. A pneumatic component according to claim 14, characterized in that attachments on the train-pressure elements (3) are present for optimizing the inflow and / or outflow edges (18, 19) of the airfoil (17).
16. Dach oder Boden für eine Baute mit nebeneinander angeordneten Bauelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 16, roof or floor for a building with juxtaposed components according to one of claims 1 to 13.
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