WO2019001679A1

WO2019001679A1 - Tragkonstruktion, insbesondere raumfachwerk oder flächentragwerk

Info

Publication number: WO2019001679A1
Application number: PCT/EP2017/065683
Authority: WO
Inventors: Günther Tröster
Original assignee: Günther Tröster E. K.
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-01-03
Also published as: CN213087032U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion (1), insbesondere ein Raumfachwerk oder Flächentragwerk, umfassend mehrere gitter- oder netzartig miteinander über Verbindungselemente (3) verbundene und jeweils ein Rohr (4) aufweisende Stäbe (2). Die Erfindung istdadurch gekennzeichnet, dass alle oder zumindest ein Teil der Rohre (4) der Stäbe (2) aus Kunststoff besteht.

Description

TRAGKONSTRUKTION, INSBESONDERE RAUMFACHWERK ODER FLÄCHEN- TRAGWERK

Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion, insbesondere ein Raumfach- werk oder Flächentragwerk, umfassend mehrere gitter- oder netzartig miteinander über Verbindungselemente verbundene und jeweils ein Rohr aufweisende Stäbe.

Ein Fachwerk bzw. Raumfachwerk ist im Bereich des Ingenieurbaus defi- niert als ein Stabwerk aus zug- und druckbeanspruchten Stäben, deren Enden in Knotenpunkten miteinander verbunden sind. Da über die an den Knotenpunkten angeordneten Verbindungselemente keine Drehmomente übertragen werden, müssen die typischerweise als Knoten bezeichneten Verbindungselemente im Allgemeinen keine biegesteife Verbindung be- reitstellen. Raumfachwerke bilden eine räumliche Gitterstruktur, die im Bereich des Bauwesens beispielsweise zur Ausbildung von Wand- und Dachkonstruktionen dienen. Raumfachwerke sind insbesondere dazu geeignet, Tragkonstruktionen für Flächenelemente wie Dachelemente für Dachkonstruktionen, Fassadenelemente oder Wandelemente für Wand- konstruktionen zu bilden. Diese Flächenelemente sind beispielsweise Glasscheiben, Metallplatten oder Ähnliches, die meist randseitig auf den die Tragkonstruktion bildenden Stabelementen und Verbindungselementen aufliegen und mit diesen verbunden sind. Raumfachwerke können insbesondere eine oder mehrere Tragwerksebenen für Flächenelemente bilden.

Im Gegensatz zu Raumfachwerken weisen Flächentragwerke, insbesondere einschalige Flächentragwerke, eine relativ geringe räumliche Ausdehnung senkrecht zur Tragwerkebene auf. Das Flächentragwerk bildet ins- besondere in der Umgebung eines jeden Knotenpunkts eine zumindest näherungsweise zweidimensional ausgebildete Gitterstruktur, die zum Tragen der in der Tragwerksebene angeordneten Flächenelemente geeignet ist. Die Tragwerksebene selbst kann eben oder gegebenenfalls ge- wölbt oder gekrümmt verlaufen. Anders als bei Raumfachwerken können bei Flächentragwerken insbesondere in den Knotenpunkten starke Biegemomente auftreten, was im Allgemeinen eine konstruktive Anpassung der Verbindungselemente bedingt. Ein für Flächentragwerke geeignetes, als Sternknoten ausgebildetes Verbindungselement ist beispielsweise aus WO 2010/009741 AI bekannt.

Neben den vorgenannten Bausystemen können Tragkonstruktionen der eingangs genannten Art auch für Stütztürme und für Konstruktionen zur Brückenstabilisierung eingesetzt werden. Zudem sind derartige Tragkonstruktionen aus dem Bereich der Ausstellungssysteme oder aus dem Bereich der Wartungssysteme insbesondere für Flugzeuge bekannt. Letztgenannter Anwendungsfall betrifft beispielsweise modular aufgebaute Plattformen bzw. Wartungsdocks, welche einen Zugang zu wartungsrelevanten Bereichen beispielsweise einer Transport- oder Passagiermaschine bereitstellen.

Ferner sind Tragkonstruktionen der eingangs genannten Art aus dem Bereich der Doppelbodensysteme bekannt.

Bei all diesen bekannten Tragkonstruktionen bestehen die Rohre der Stäbe aus Metall. Dies hat den Nachteil einer vergleichsweise großen Masse bzw. eines vergleichsweise großen Gewichts. Außerdem wird die Oberflächenqualität der Rohre aus Metall in einigen Anwendungsfällen als unzu- reichend empfunden, beispielsweise können Rohre aus Metall Korrosionsschäden aufweisen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, insbesondere gewichtsreduzierte und/oder eine bessere Oberflächenqualität aufwei- sende Tragkonstruktion anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Tragkonstruktion der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass alle oder zumindest ein Teil der Rohre der Stäbe aus Kunststoff besteht.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Rohre aus Kunststoff im Vergleich zu den bekannten Rohren aus Metall erheblich leichter sind. Auf diese Weise ist es möglich, zum einen deutlich leichtere Tragkonstruktionen herzustellen, zum anderen Rohre mit dickerer Rohrwandung und/oder größerem Durchmesser in den Tragkonstruktionen einzusetzen. Insgesamt lassen sich aufgrund der Verwendung von Kunststoffrohren in den Stäben Tragkonstruktionen mit verbesserten Eigenschaften im Vergleich zur bekannten Verwendung von Metallrohren ange- ben.

Ein weiterer Vorteil liegt in der besseren Oberflächenqualität, die Kunststoffrohre im Vergleich zu Metallrohren aufweisen. Auch entfällt bei Kunststoffrohren die Korrosionsproblematik. Generell lassen sich durch entsprechende Auswahl der Kunststoffart und der Additive deutlich besser auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Stäbe und damit Tragkonstruktionen angeben als bei Metallrohren.

Rohre aus Kunststoff weisen zudem im Vergleich zu Metallrohren eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Säuren und anderen Lösungsmitteln auf. Zudem sind Stabelemente aus Kunststoff korrosionsbeständiger und eignen sich somit besonders für Bausysteme, die für den Einsatz unter erschwerten Witterungsbedingungen vorgesehen sind, beispielsweise in der Nähe eines Meeres.

Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion eignet sich insbesondere für alle gängigen Anwendungsgebiete, also insbesondere für die bereits vorste- hend genannten Bau-, Stütz-, Stabilisierungs-, insbesondere Brückensta- bilisierungs-, Ausstell ungs-, Wartungs- und Doppelbodensysteme.

Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Ku nststoff, aus dem al le oder zu mindest ein Teil der Rohre besteht, ein Thermoplast oder ein Du roplast ist. Dieser Thermoplast oder Duroplast kann auch eine Faser- u nd/oder Metallverstärkung aufweisen .

Der Kunststoff, aus dem alle oder zumindest ein Teil der Rohre besteht, kann ein faserverstärkter Kunststoff sein, insbesondere ein carbon- u nd/oder g las- u nd/oder basaltfaserverstärkter Kunststoff. Derartige Faserverbu ndwerkstoffe weisen eine erhöhte Festigkeit insbesondere hinsichtlich Zugbelastung bei g leichem oder verringertem Gewicht auf. Basaltfaserverstärkte Kunststoffe sind dabei typischerweise noch leichter als carbonfaserverstärkte Kunststoffmaterialien (CFK).

Eine Variante der Erfind ung sieht vor, dass die Stäbe an ihren Längsenden angrenzend an das jeweilige Rohr jeweils ein Stabendelement aufweisen, das aus Metall oder aus Kunststoff gebildet ist. Wenn d ie Staben- delemente aus Ku nststoff bestehen, können sie beispielsweise mittels Spritzguss hergestel lt werden . Beispielsweise können d ie Stabendelemente an ihrer Außenseite konusförmig, insbesondere kegel- oder kegel- stumpfförmig, geformt sein, wobei eine Schmalseite des konusförmigen Stabendelements vom Rohr abgewandt u nd dem jeweil igen Verbindu ngs- element zugewandt ist. Diese konusförmigen Stabendelemente ermöglichen d ie Anbringu ng von Stäben mit Rohren mit einem vergleichsweise großen Querschnitt an vergleichsweise kleinen Verbind ungselementen . Ohne diese Stabendelemente wäre eine Anbringu ng entsprechend dicker Rohre aus Platzg rü nden nicht mög lich . Die Verbind ung zwischen Rohr und Stabendelementen kann - je nach Materialien - beispielsweise mittels Schweißen oder mittels Kleben oder mittels Anspritzen des Ku nststoffs oder, wenn beide Komponenten aus Ku nststoff bestehen, mittels eines gemeinsamen Spritzgussverfahrens erfolgen. Aber auch beliebige andere Verbindungstechniken sind denkbar.

Die zur Verbindung der Stäbe vorgesehenen Verbindungselemente können aus Metall bestehen. Dies gilt auch für zusätzliche Komponenten, beispielsweise Befestigungsteile, Bolzen, Schrauben, Anschlagelemente oder Muffen, die in der Regel an einem oder beiden Längsenden der Stäbe zur Verbindung des Stabes mit dem jeweiligen Verbindungselement vorgesehen sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die aus Kunststoff bestehenden Rohre und gegebenenfalls auch aus Kunststoff bestehende Stabendelemente eine Beschichtung aufweisen. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Lackschicht und/oder eine Brandschutzbeschichtung handeln. Um das Aufbringen bzw. Benetzen und anschließende Haften der Beschichtung zu ermöglichen bzw. zu verbessern, kann die Oberfläche der Kunststoffrohre und gegebenenfalls auch die Oberfläche der Stabendelemente oberflächenbehandelt sein. Auch kann vorgesehen sein, dass zumindest an einem Abschnitt einer Au- ßen-Oberfläche des Stabes, insbesondere des Rohres und/oder der Stabendelemente, eine Ummantelung angebracht ist. Bei der Ummantelung kann es sich beispielsweise um ein Edelstahlblech oder um ein Drahtgewebe oder um einen Gewebeschlauch handeln.

Die aus Kunststoff bestehenden Rohre können einen runden oder ovalen oder eckigen Querschnitt, insbesondere einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Polygons, aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Rohren und, sofern vorhanden, bei den Stabendelementen um Hohlkörper, das heißt beispielsweise, dass beim Rohr ein Hohlraum von einem Mantel aus Kunststoff umgeben ist. In der Regel weisen die Rohre der Stäbe eine Länge auf, die zu mindest deutlich größer ist als d ie Länge bzw. die Durchmesser-Abmessungen der Verbindu ngselemente. Die Rohre der Stäbe können bezüg lich ihrer Längsausdehnu ng zylinderförmig oder konisch ausgebildet sein . Das Rohr kann auch die Form eines Doppelkonus a ufweisen, wobei das Rohr sich jeweils zu seinen Längsenden verjü ngt. Bei den Verbindu ngselementen kann es sich um Knoten, insbesondere Sternknoten, handeln, die dazu ausgebildet sind, mehrere Stäbe, insbesondere mehr als zwei Stäbe, miteinander zu verbinden . Die Knoten weisen insbesondere Befestigungsmittel auf, die zur Verbindu ng mit Befestigu ngsteilen der Stäbe vorgesehen sind . Die Befestig ungsmittel sind bei- spielsweise Bohru ngen, insbesondere Gewindebohru ngen, welche zur Aufnahme von bolzenartig ausgefü hrten Befestigu ngsteilen ausgebildet sind . Die räu ml iche Anordnung der Befestigungsmittel des Knotens gibt im Wesentlichen die räu ml iche Konfigu ration vor, in der die Stäbe am betreffenden Knotenpu nkt angeord net werden können. Die als Knoten aus- gebildeten Verbindu ngselemente sind al lgemein für eine Tragkonstruktion, beispielsweise fü r ein Flächentragwerk oder ein Raumfachwerk ausgelegt.

Gemäß einer Ausführu ngsvariante der Erfindu ng kann vorgesehen sein, dass nicht alle Stäbe des Tragwerks ein Ku nststoffrohr aufweise, vielmehr kann ein Teil der Stäbe Rohre aus Metall aufweisen. Dies kann in Einzelfä llen zu r Sicherstel lu ng von Stabilitätserfordernissen zweckmäßig sein, beispielsweise in statisch stark beanspruchten Bereichen der Tragkonstru ktion, also in Bereichen, in denen aufgrund der Statik eine hohe Druck-, Zug- u nd/oder Biegebeanspruchung zu erwarten ist.

Die Kunststoffrohre der Stäbe können besonders kostengünstig beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestel lt werden, beispielswei- se durch Extrudieren. In diesem Fall ist es möglich, kostengünstig Rohre und damit Stäbe mit verschiedenen vorgebbaren Längen herzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sehen vor, dass die Stäbe mit den Verbindungselementen kraft- und/oder Stoff- und/oder formschlüssig verbunden sind. Besonders bevorzugt sind die Stäbe mit den Verbindungselementen mittels Bolzen, Schrauben, Klemmen, Klipsen und/oder

Schweißen, insbesondere mittels Spiegel- oder Heizwendelschweißen, verbunden. Beispielsweise kann zur Anbringung eines Stabes an ein Ver- bindungselement ein Gewindebolzen in einen Hohlraum des Stabes eingesetzt und in ein korrespondierendes Gewinde im Verbindungselement eingeschraubt werden. Gehalten wird der Bolzen im Stab, indem beispielsweise ein Bolzenkopf des Bolzens beim Eindrehen des Bolzengewindes in das Gewinde des Verbindungselements an einem Anschlagelement, bei- spielsweise einer Anschlagfläche des Stabes, anschlägt und somit den Stab über das Anschlagelement mit Kraft an das Verbindungselement anbindet.

Im Folgenden wird die Erfindung im Detail anhand eines Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahmen auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

FIG 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion umfassend einen Stab und zwei Verbindungselemente;

FIG 2 ein als Knoten ausgebildetes Verbindungselement in einer

Draufsicht;

FIG 3 das als Knoten ausgebildetes Verbindungselement der Figur

2 in einer weiteren Draufsicht;

FIG 4 das als Knoten ausgebildetes Verbindungselement der Figur

2 in einer ersten Schnittdarstellung; FIG 5 das als Knoten ausgebildetes Verbindungselement der Figur

2 in einer zweiten Schnittdarstellung. Einander entsprechende Teile und Komponenten sind in allen Zeichnungen, auch über verschiedene Ausführungsbeispiele hinweg, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil einer erfin- dungsgemäßen Tragkonstruktion 1 umfassend einen Stab 2, der zwischen zwei gestichelt dargestellten Verbindungselementen 3, beispielsweise Knoten, angeordnet ist. Teile innerhalb des Stabes 2 sind gestrichelt dargestellt. Der in FIG 1 gezeigte Stab 2 weist ein hohles Rohr 4 aus Kunststoff auf. An beiden Längsenden 5 des Stabes 2, jeweils im Anschluss an das Rohr 4, ist je ein konusförmiges, hier konkret kegelstupfförmiges, Stabendelement 6 vorgesehen, wobei die Stabendelemente 6 und das Rohr 4 fest miteinander verbunden sind, wobei vor dem Herstellen dieser Verbindung zwischen Stabendelement 6 und Rohr 4 ein nachfolgend näher beschriebener Bolzen 11 zur Befestigung des Stabs 2 am Verbindungselement 3 in das Innere des Stabendelements 6 eingelegt und vorzugsweise auch gegen Herausfallen und/oder Entfernung gesichert wird. Eine Schmalseite 7 des konusförmigen Stabendelements 6 ist vom Rohr 4 abgewandt und dem jeweiligen Verbindungselement 3 zugewandt. Das Stabendelement 6 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Das Stabendelement 6 kann stumpf am Rohr 4 angesetzt sein (siehe FIG 1). Das Stabelement 6 kann aber auch abgesetzt ausgebildet sein, so dass sich sein Rand in das Rohr 4 einschieben lässt. Die Verbindung kann in beiden Fällen beispielsweise mittels Verklebung erfolgen.

Die Befestigung zwischen Stab 2 und Verbindungselement 3 erfolgt über den vorstehend bereits angesprochenen Bolzen 11, der einen Bolzenkopf 12 u nd einem Bolzengewinde 13 aufweist, wobei das Bolzengewinde 13 mit einem Gegengewinde im Verbind ungselement 3 korrespondiert und der Bolzenkopf 12 einen größeren Du rchmesser als das Bolzengewinde 13 aufweist. Der Bolzen 11 ist im Inneren des Stabes 2 gestichelt darge- stellt. Zwischen der Schmalseite 7 des Stabendelements 6 u nd dem Verbindu ngselement 3 befindet sich jeweils eine Schlüssel muffe 14 mit einem Kerbstift 15. Durch Drehen der Schlüssel muffe 14 wird der Bolzen 11 in das Gewinde im Verbindungselement 3 eingedreht. H ierbei schlägt der Bolzenkopf 12 an einer Anschlagfläche 16 im Inneren des jeweil igen ko- nusförmigen Stabendelements 6 an u nd drückt somit beim Andrehen den Stab 2 fest gegen das Verbindungselement 3. Es ist auch mögl ich, zwischen Bolzenkopf 12 u nd Anschlagfläche 16 eine Beilagscheibe (nicht dargestellt, beispielsweise aus Metall) anzuordnen, so dass der Bolzenkopf 12 über die Beilagscheibe an der Anschlagfläche 16 anschlägt.

Die Außenoberfläche der Kunststoffteile, insbesondere die Außenoberfläche des Rohres 4 und gegebenenfalls des Stabendelements 6, ist zu r besseren Benetzung mit Beschichtungsstoffen aktiviert, so dass hier als Be- schichtung 8 beispielsweise eine Brandschutzbeschichtu ng oder eine La- ckierung aufgebracht werden kann .

Es ist auch mög lich, d ie Außenoberfläche des Rohres 4 und/oder des Stabendelements 6 mit einer Ummantelung (nicht dargestellt) zu versehen, beispielsweise einem Edelstahlblech oder einem Drahtgewebe oder einem Gewebeschlauch .

Sowohl d ie vorstehend genannte Beschichtu ng als auch - alternativ zur Beschichtu ng - der vorstehend genannten Überzug bzw. die Ummantelu ng sind in FIG 1 symbol isch mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet.

Die Stäbe 2 sind dazu ausgebildet, diese ü ber die Verbindu ngselemente 3 zu r Ausbildu ng einer Tragkonstruktion 1 oder eines Tragwerks, insbeson- dere zur Ausbildung eines Flächentragwerks oder eines Raumfachwerks, gitter- oder netzartig miteinander zu verbinden.

FIG 2 bis 5 zeigen ein zur Verbindung von Stäben, beispielsweise des in FIG 1 gezeigten Stabes 2, vorgesehenes Verbindungselement 3, welches als Knoten einer Tragkonstruktion 1 ausgebildet ist. Das Verbindungselement 3 weist Befestigungsmittel 9 in Form von Bohrungen 10 auf, die zur Aufnahme der endseitig am Stabelement 1 herausragenden Bolzen 11 vorgesehen sind. In einem möglichen Ausführungsbeispiel können Bolzen 11 in die Bohrungen 10 des Verbindungselements 3 form- und kraftschlüssig eingeschraubt werden. Die Bohrungen 10 sind hierzu entsprechend mit einem Innengewinde versehen.

Die in FIG 4 gezeigte Schnittebene ist in FIG 2 mit Bezugszeichen IV ge- kennzeichnet. Entsprechend ist die in FIG 5 gezeigte Schnittebene in FIG 2 mit Bezugszeichen V bezeichnet. Das in den Figuren dargestellte Verbindungselement 3 ist aus Metall gefertigt.

Bezugszeichen liste

1 Tragkonstruktion

2 Stab

3 Verbindungselement

4 Rohr des Stabes 2

5 Längsende des Stabes 2

6 Stabendelement

7 Schmalseite

8 Beschichtung, Überzug, Ummantelung

9 Befestigungsmittel

10 Bohrung

11 Bolzen

12 Bolzenkopf

13 Bolzengewinde

14 Schlüsselmuffe

15 Kerbstift

16 Anschlagfläche im Inneren des Stabendelements 6

Claims

Patentansprüche

1. Tragkonstruktion (1), insbesondere Raumfachwerk oder Flächentragwerk, umfassend mehrere gitter- oder netzartig miteinander über Verbindungselemente (3) verbundene und jeweils ein Rohr (4) aufweisende Stäbe (2), dadurch gekennzeichnet, dass alle oder zumindest ein Teil der Rohre (4) der Stäbe (2) aus Kunststoff besteht.

2. Tragkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff, aus dem alle oder zumindest ein Teil der Rohre (4) besteht, ein Thermoplast oder ein Duroplast ist.

3. Tragkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff, aus dem alle oder zumindest ein Teil der Rohre (4) besteht, ein faserverstärkter Kunststoff ist, insbesondere ein carbon- und/oder glas- und/oder basaltfaserverstärkter Kunststoff.

4. Tragkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (2) an ihren Längsenden angrenzend an das jeweilige Rohr (4) jeweils ein Stabendelement (6) aufweisen, das aus Metall oder aus Kunststoff gebildet ist.

5. Tragkonstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabendelemente (6) an ihrer Außenseite konusförmig, insbesondere ke- gel- oder kegelstumpfförmig, geformt sind, wobei eine Schmalseite (7) des konusförmigen Stabendelements (6) vom Rohr (4) abgewandt und dem jeweiligen Verbindungselement (3) zugewandt ist.

6. Tragkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verbindung der Stäbe (2) vorgesehenen Verbindungselemente (3) aus Metall bestehen.

7. Tragkonstru ktion nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadu rch gekennzeichnet, dass die aus Kunststoff bestehenden Rohre (4) eine Be- schichtu ng (8) aufweisen .

Tragkonstru ktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- schichtu ng eine Lackschicht u nd/oder eine Brandschutzbeschichtung ist.

Tragkonstru ktion nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadu rch gekennzeichnet, dass zu mindest an einem Abschnitt einer Au ßen- Oberfläche des Stabes (2), insbesondere des Rohres (4), eine Ummante- l ung angebracht ist.

Tragkonstru ktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad urch gekennzeichnet, dass die aus Kunststoff bestehenden Rohre (4) einen ru nden oder ovalen oder eckigen Querschnitt, insbesondere einen Querschnitt in Form eines regel mäßigen Polygons, aufweisen.

Tragkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadu rch gekennzeichnet, dass das Verbind ungselement (3) ein Knoten ist, der dazu ausgebildet ist, mehrere Stäbe (2), insbesondere mehr als zwei Stäbe (2), miteinander zu verbinden.