Jockel, Karl (Universität Duisburg Lotharstrasse 1 Duisburg, 47048, DE)
Jockel, Karl (Universität Duisburg Lotharstrasse 1 Duisburg, 47048, DE)
| 1. | Gittertragwerk mit wenigstens zwei Hauptstäben (1), an denen jeweils eine Mehrzahl von Knotenelementen (2) angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Verbindungsstäben (3), die an den Hauptstäben mittels der Knotenelemente angeschlossen sind, die jeweils mindestens zwei Steckhohlräume aufweisen, von denen der eine Steckhohlraum als Durchgangshohlraum (4) ausgebildet ist und der andere Steckhohlraum als Abzweighohlraum (5) ausgebildet ist, wobei die Hauptstäbe durch den Durchgangshohlraum ihrer jeweiligen Knotenelemente hindurch gesteckt sind und die Verbindungsstäbe in den Abzweighohlraum des jeweiligen Knotenelementes eingesteckt sind und die Knotenelemente an dem jeweiligen Hauptstab und an dem jeweiligen Verbindungsstab stofflich fixiert sind. |
| 2. | Gittertragwerk nach Anspruch 1, wobei der Durchgangshohlraum und der Abzweighohlraum des Knotenelementes entsprechend den Querschnitten des jeweiligen Hauptstabes und Verbindungsstabes nach Durchmesser und/oder Querschnittsprofil unterschiedlich sind. |
| 3. | Gittertragwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine erste Teilanzahl der Verbindungsstäbe und eine zweite Teilanzahl der Verbindungsstäbe einander mit ihren Achsen kreuzen und an den Kreuzungsstellen mittels Kreuzknotenteilen (6) aneinander kraftschlüssig, formschlüssig oder stofflich fixiert sind. |
| 4. | Gittertragwerk nach Anspruch 3, wobei die Kreuzknotenteile an der ersten Teilanzahl der Verbindungsstäbe angeformt sind und jeweils einen querverlaufenden Durchgangshohlraum (7) aufweisen, durch den der jeweilige Verbindungsstab der zweiten Teilanzahl der Verbindungsstäbe hindurch gesteckt werden kann. |
| 5. | Gittertragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens eine Teilanzahl der Knotenelemente zwei Abzweighohlräume aufweisen, die an derselben Seite des Knotenelementes ausgebildet sind und mit ihren Achsen im Winkel zueinander verlaufen. |
| 6. | Gittertragwerk nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die jeweiligen einander kreuzenden Verbindungsstäbe an den einen Hauptstab mittels eines Knotenelementes mit zwei Abzweigräumen und an den anderen Hauptstab mittels eines Knotenelementes mit einem Abzweigraum angeschlossen sind. |
| 7. | Gittertragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens eine Teilanzahl der Knotenelemente wenigstens zwei Abzweighohlräume aufweisen, die in einer von der Achse des Durchgangshohlraums durchquerten Ebene enthalten sind. |
| 8. | Gittertragwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei Verbindungsstäbe, an denen Kreuzknotenteile mit querverlaufendem Durchgangshohlraum angeformt sind, einander beidseitige des Durchgangshohlraums gegenüberliegende Abzweighohlräume (9) aufweisen, von denen der jeweilige Verbindungsstab gebildet wird. |
Gittertragwerke werden im Stand der Technik aus zahlreichen Einzelelementen hergestellt, die miteinander verschweißt, verschraubt, vernietet oder verklemmt werden. Alle Einzelelemente werden einzeln nach Plan gefertigt. Da die Fügungen in diesen Gittertragwerken hochbelastet sind, müssen sie mit höchsten Festigkeits-und Qualitätsanforderungen hergestellt werden. Dies erschwert einen Aufbau der Gittertragwerke außerhalb von dafür vorgesehenen Fabrikhallen.
Konventionelle Gittertragwerke werden in Bereichen mit engen Maßtoleranzen eingesetzt. Treten an den Baustellen Ungenauigkeiten auf, ist es außerordentlich schwierig, diese nachträglich zu berücksichtigen.
Nachteile von bekannten Gittertragwerken : -Es ist eine große Zahl verschiedener Individualteile erforderlich.
-Der Aufwand zur Herstellung der Fügungen ist erhöht, da an den Fügestellen regelmäßig hohe Belastungen zu übertragen sind.
Es sind i. A. keine durchgehenden tragenden Elemente (Zuganker) vorgesehen, was Festigkeits-und Sicherheitsnachteile hat.
-Die Herstellungsdauer ist höher.
-Der Herstellungsaufwand ist größer.
-Ein Aufbau der Gittertragwerke an Baustellen ist oft nicht möglich.
-Der Transport ist schwieriger.
Tragende Gittertragwerke werden zunehmend eingesetzt. Die
Anforderungen, die zu erfüllen sind, sind insbesondere : -Erzielung einer hohen Tragfähigkeit -Realisierung von Leichtbau -Garantie einer hohen Sicherheit -Forderung nach hochpräziser Fertigung der Einzelelemente und der Gesamtstruktur -Forderung nach Flexibilität im Aufbau -Einfache Montagemöglichkeiten -Feste oder lösbare Verbindungen -Aufnahmemöglichkeit von festen, flüssigen, gelförmigen Medien bzw. Einbauten dafür -Hohe Formstabilität -Große Spannweiten -Einfacher Transport -Einfache Montage -Rationelle Fertigung der Einzelelemente.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, tragende Gittertragwerke zu schaffen, bei denen mehrere oder alle vorgenannten Hauptanforderungen erfüllt sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels einer neuartigen Stecktechnologie, bei der auf durchgehend tragende Elemente (Zuganker) Knotenelemente bestehend aus Grundelementen auf-und übergesteckt werden.
Die Erfindung ist daher gerichtet auf ein Gittertragwerk mit wenigstens zwei Hauptstäben, an denen jeweils eine Mehrzahl von Knotenelementen angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Verbindungsstäben, die an den Hauptstäben mittels der Knotenelemente angeschlossen sind, die jeweils mindestens zwei Steckhohlräume aufweisen, von denen der eine Steckhohlraum als Durchgangshohlraum ausgebildet ist und der andere Steckhohlraum als Abzweighohlraum ausgebildet ist, wobei die Hauptstäbe durch den Durchgangshohlraum ihrer jeweiligen Knotenelemente hindurch gesteckt sind und die Verbindungsstäbe in den Abzweighohlraum des jeweiligen Knotenelementes eingesteckt sind und die Knotenelemente an dem jeweiligen Hauptstab und an dem
jeweiligen Verbindungsstab kraftschlüssig, formschlüssig oder stofflich fixiert sind. Am Ende eines Hauptstabes kann ein Verbindungselement mit gleichen oder unterschiedlichen Querschnitten (Bild lg) zum Anschluss eines weiteren Haupt- oder Verbindungsstabes vorhanden sein.
Gemäß der Erfindung werden zum systematischen Aufbau beliebiger Gittertragwerke Standard-Grundelemente (hohle Knotenelemente) auf durchgehende tragende Elemente in Form von Hauptstäben (z. B. Zuganker) aufgeschoben. Knoten der verschiedenen tragenden Elemente werden mit-bei Bedarf über Kreuzknoten geführte-Verbindungselementen in Form von Verbindungsstäben miteinander formschlüssig, reibschlüssig oder stofflich, insbesondere durch Schweißen, fixiert verbunden. Dadurch erhält das Gittertragwerk seine Festigkeit und Steifigkeit.
Die auf die Hauptstäbe aufgesteckten Knotenelemente werden durch Verbindungsstäbe miteinander verbunden, um das Gittertragwerk aufzubauen und die geforderte Tragfähigkeit und Steifigkeit zu erzielen.
Die Hauptstäbe und die Verbindungsstäbe sind gerade oder gebogen, vorzugsweise rohrförmig mit rundem oder vieleckigem Querschnittsprofil. Bevorzugt gehen die Durchgangshohlräume und Abzweighohlräume der Knotenelemente ineinander über.
Die Hauptkräfte werden von den durchgehenden tragenden Hauptstäben aufgenommen. Die Verbindungsstäbe, die die Hauptstäbe mittels der Knotenelemente miteinander verbinden, sorgen für die Tragfähigkeit des Gittertragwerkes. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit können die Verbindungsstäbe zusätzlich über Kreuzknotenteile geführt werden.
Mit dieser Gittertragwerksaufbautechnologie können beliebige Gitterbalken-, flächenhafte und raumorientierte Gittertragwerke aufgebaut werden. Die Knotenelemente werden separat mit hoher Präzision gefertigt, und zwar in kostengünstiger Massenfertigung. Ihre Form kann festigkeitsoptimiert sein. Sie
können auch aus beliebigen verformbaren Werkstoffen hergestellt sein. Die Querschnitte der durchgehenden tragenden Hauptstäbe (Zuganker) wie auch der Knotenelemente und der Verbindungsstäbe sind im Werkstoff, in ihrer Form und Wandstärke frei wählbar und werden nach der geforderten Tragfähigkeit und Funktion gewählt.
Die durchgehenden tragenden Hauptstäbe ermöglichen eine hohe Belastbarkeit, verbunden mit hoher Sicherheit und Formstabilität. Die Gestaltung der tragenden Hauptstäbe ist in Bezug auf die Querschnittsform und Wandstärke frei wählbar.
Die Montage kann unmittelbar an der Baustelle, an der das Gittertragwerk gebraucht wird, erfolgen.
Dazu lassen sich mit den Gittertragwerken relativ unkomplizierte Reparaturaufbauten für mit anderen Technologien hergestellte Konstruktionen, die im Einsatz versagten, errichten. Der Transport aller Gittertragwerkselemente ist problemlos. Gegebenenfalls müssen die durchlaufenden tragenden Hauptstäbe an der Baustelle durch Verschweißen von Stababschnitten entsprechender Länge zusammengesetzt werden.
Dazu muss ihre Wandstärke groß genug sein.
Vorteile der Erfindung : -Es sind Gittertragwerksaufbauten beliebiger Form, Größe, Tragfähigkeit und Funktion realisierbar.
-Es sind eine hohe Festigkeit und konstruktive Sicherheit durch die durchgehenden tragenden Hauptstäbe (insbesondere Zuganker) erreichbar.
-Mit wenigen Standardknotenelementen und Verbindungsstäben können Gittertragwerke ökonomisch gefertigt werden. Es sind die verschiedensten Gittertragwerksaufbauten möglich.
-Über Kreuzknoten geführte Verbindungsstäbe zwischen den durchgehenden tragenden Hauptstäben erhöhen die Struktursteifigkeit einschließlich der Torsionssteifigkeit in besonders wirksamer Weise.
-In Bereichen, wo besonders hohe Festigkeiten gefordert
werden, lassen sich mit zusätzlichen Knoten weitere lasttragende durchgehende Hauptstäbe einfügen.
-An den Enden der lasttragenden Hauptstäbe lassen sich bei Bedarf Krafteinleitungselemente zum Anschluss an eine vorgegebene Geometrie anbringen.
Die Montage der Stabgittertragwerke ist einfach und am eigentlichen Einsatzort (Baustelle) möglich.
Die Hauptstäbe und die Verbindungsstäbe sind in den meisten Fällen stangenförmige Stabelemente, die gerade verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, die Hauptstäbe und/oder die Verbindungsstäbe bei Bedarf bogenförmig auszubilden oder gerade und bogenförmige Stäbe miteinander zu kombinieren.
Die Gittertragwerke können in Verbindung mit entsprechendem Detailmaßnahmen (z. B. Bohrungen) zur Aufnahme und Durchleitung von festen, flüssigen oder gasförmigen Einbauten bzw. Medien (Kabel, Flüssigkeit, Dampf, verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Tragewerks ist daher zur Durchführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Einbauten bzw. Medien, beispielsweise Kabeln, eingerichtet, bzw. mit Mitteln dafür versehen. So können die Hauptstäbe beispielsweise hohl sein und als Leitungssystem für ein Heizmedium dienen.
Über Bohrungen in den Knotenelementen, die einen Durchtritt des Heizmediums vom hohlen Hauptstab in das Knotenelement ermöglichen, können diese in das Leitungssystem integriert werden. Auf entsprechende Weise ist auch die Aufnahme von Elektrokabeln zur Stromversorgung von am Gittertragwerk angebrachten Geräten wie Beleuchtungseinrichtungen etc. in die Hauptstäbe möglich.
Ausführungsbeispiele der Elemente der Gittertragwerke gemäß der Erfindung und Beispiele für variable aufbaubare Gittertragwerke sind im folgenden beschrieben.
Die Gittertragwerke werden -mit durchgehenden tragenden Hauptstäben (Zuganker) mit
wählbaren oder variierenden Werkstoffen, Querschnittsformen und Wandstärken aufgebaut.
-über die Hauptstäbe werden Knotenelemente bis an den geforderten Ort (Knotenstelle) geschoben und formschlüssig, kraftschlüssig oder stofflich befestigt.
-die Knotenelemente auf den Hauptstäben werden mittels Verbindungsstäben miteinander verbunden, die zur Erzielung einer höheren Festigkeit und Steifigkeit über Kreuzknoten geführt sind.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele gezeigt.
Beispiel : Hauptstäbe Die Hauptstäbe bestehen aus durchgehenden Stäben mit beliebig wählbarem Werkstoff, Querschnittsform und Wandstärke.
Beispiel : Knotenelemente Die Knotenelemente sind hohle Grundkörper mit entsprechend den Querschnitten der Hauptstäbe bzw. Verbindungsstäbe angepasstem beliebigem Querschnitt mit einem Durchgangshohlraum und einem oder mehreren räumlichen Abzweighohlräumen, an denen weitere Elemente mit beliebigen Querschnitten auch geschäftet oder als "tailored tubes"angeschlossen werden können. Die Durchgangs- und Abzweighohlräume sind jeweils als Steckhohlräume mit in sich geschlossener Umfangsbegrenzungswand ausgebildet und können auch abgeknickt oder gebogen verlaufen (Figur lg). Die Hohlraumquerschnitte sind jeweils an das Querschnittsprofil der Stäbe angepaßt, die durch sie bzw. in sie gesteckt werden. Die einzelnen Knotenelemente können zusätzlich besonders spannungsoptimiert ausgestaltet werden. Aus den Figuren der Zeichnungen sind Beispiele der Einzelelemente gezeigt. Es sind Elemente mit rundem, quadratischem, rechteckigem, oder beliebigem Querschnittsprofil der jeweiligen Steckhohlräume.
Gegebenfalls gibt es Verbindungsstücke mit unterschiedlichem Querschnitt, die an demselben Knotenelement angeschlossen werden sollen. In diesem Fall sind dann mehrere Abzweigsteckhohlräume an demselben Knotenelement mit entsprechend unterschiedlichen Querschnittsprofilen
ausgebildet. Die Abzweighohlraume verlaufen mit ihren Achsen im Winkel zur Achse des Durchgangshohlraums. Typische Winkel sind solche mit 30°, 60°, 90° und 22,5°, 45°, 67,5°. Figur 1 zeigt eine Auswahl a) bis g) von Knotenelementen mit einseitigen oder zweiseitigen Abzweighohlräumen. Es ist ersichtlich, dass auch mehrere, insbesondere zwei im Winkel zueinander verlaufende Abzweighohlräume vorgesehen sein können. Es ist ersichtlich auch möglich, mehrere Abzweighohlräume an dem Knotenelement vorzusehen, die im Winkel am Umfang des den Durchgangshohlraum umschließenden Hohlteils, ggf. auch axial desselben, gegeneinander versetzt angeordnet sind. Es sind auch Verbindungselemente ohne Abzweige mit gleichen oder unterschiedlichen Querschnitten an beiden Enden möglich (Figur lg) Beispiel : Verbindungsstäbe Die Verbindungsstäbe zwischen Knoten verschiedener durchgehender lasttragender Hauptstäbe (z. B. Zuganker oder sonstige Gurte) sind in der einfachsten Form einfache Stäbe.
Sie können jedoch auch über Kreuzknoten geleitet werden. Die Kreuzknotenteile selbst können dann vier paarweise einander gegenüberliegende lange Abzweighohlräume bzw. diese umschließende Hohlkörper haben bzw. zwei einander gegenüberliege kurze Abzweighohlräume und zwei paarweise einander gegenüberliegende lange Abzweighohlräume aufweisen, die selbst dann als Verbindungsstäbe gelten (Figur lf).
Wie in Figuren 2 und 3 gezeigt, lassen sich die Verbindungsgitterwerke zwischen den durchgehenden Hauptstäben auch vormontieren und an den jeweiligen Enden mit aufgesteckten Knotenelementen ausstatten, die mit ihren Durchgangshohlräumen aufeinander ausgerichtet sind, so dass der zugehörige Hauptstab durch die Knotenelemente hindurchgeschoben werden kann.
Wenn Verbindungsgitterwerke mit mehreren Knoten zwischen den Hauptstäben vorgesehen sind, können solche Knotenelemente vorgesehen sein, an denen mehrere Verbindungsstäbe zusammenlaufen und die entsprechend mehrere Abzweighohlräume
aufweisen. In diesem Fall können an den anderen Enden dieser Verbindungsstäbe Knotenelemente mit nur einem Abzweighohlraum angeordnet werden, um das Verbindungsgitterwerk besser zusammenstecken zu können.
Im folgenden sind Beispiele ausgeführter Tragwerke gezeigt.
-Kastenförmiger Träger mit quadratischem Querschnitt bzw.
Träger mit sechseckigem Querschnitt (Figur 4). Diese Strukturen sind biege-und torsionssteif.
-Beispiel des Aufbaus eines flächenhaften Gittertragwerkes (Figur 5).
-Dreidimensionale räumliche Aufbauten (Figuren 6 und 7). Die Gitterstabwerke können auch beliebig in den Raum hinein aufgebaut werden-und dort z. B. mit beliebigen weitergehenden, z. B. auch flächenhaften Gittertragwerken verbunden werden.
Bauweise der Gittertragwerke -Es werden zunächst die durchgehenden tragenden Hauptstäbe (Zuganker) realisiert.
-Es werden die Knotenelemente über die durchgehenden tragenden Hauptstäbe geschoben.
-Die Knoten auf den verschiedenen tragenden Hauptstäben werden mittels Verbindungsstäben miteinander verbunden.
-Die Verbindungsstäbe zwischen den durchgehenden tragenden Hauptstäben (Zuganker) können auch über Kreuzknoten geführt werden.
-Die Kreuzknoten selbst können in den verschiedensten Ausführungen hergestellt werden.
-Kreuzknoten und Verbindungsstäbe können bereits vormontiert werden.
-Die Fixierung der Knotenelemente auf den Hauptstäben und der Verbindungsstäben in den Knoten erfolgt mittels kraftschlüssiger, formschlüssiger oder stofflicher Fügetechnik, wie Punkt-oder Nahtschweißungen oder Klebetechniken.
Mittels der erfindungsgemäßen Stecktechnologie werden somit variable, belastbare Gittertragwerke (1) bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass Knotenelemente (2) über
durchgehende tragende Elemente (Zuganker (3)) geschoben werden und die Knotenelemente der Hauptstäbe (2) über Verbindungsstäbe (4) miteinander verbunden werden. Alle Elemente werden untereinander fixiert.