Flächenelemente aus verschiedenen Materialien kommen vor allem im Bauwesen zur Anwendung. Es handelt sich fast ausschliesslich um Platten oder Tafeln, die vorgefertigt als
Wand-, Decken- oder Bodenverkleidungen oder als Dachabdeckungen Verwendung finden. Es gibt eine grosse Zahl zum Teil einander ähnlicher Verfahren, um wirtschaftlich relativ grossflächige Tafeln herzustellen. Von grosser Bedeutung sind dabei solche Verfahren, die es ermöglichen, brauchbare Flächenelemente aus Kunststoff herzustellen.
Die Vorteile, welche sich durch die Verwendung von
Kunststoffausgangsmaterial ergeben, sind als bekannt vorauszusetzen. Es handelt sich im wesentlichen um folgende Vor teile: preiswerte Grundstoffe einfache Verarbeitbarkeit
Unverrottbarkeit hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stoss, Schlag und Abrieb vom Material her bedingte Konstruktionsmöglichkeiten zum
Leichtbau gute Wärme- und Schallisolierung
Flammwidrigkeit
Der Stand der Technik zeigt eine Anzahl brauchbarer Lösungen. Es gibt Tafelelemente aus Kunststoffhartschaum, die durch kassettenartige Verrippung eine gewisse Steifigkeit erreichen, jedoch einem komplizierten und teueren Herstellungsverfahren unterliegen. Ebenso gibt es Konstruktionsar wien, die sich auf ein bei der Herstellung in einerNegativform fixiertes, kaltaushärtendes Kunstharzlaminat stützen.
Andere bekannte Ausführungsformen von Flächenelementen aus Kunststoff entstehen. indem man Strangpresshohlprofile aus thermoplastischem Kunststoff aneinanderreiht und miteinander verklebt oder verschweisst. Eine in mehreren Ausführungsarten genutzte Version geht davon aus, PVC-Rohre dicht aneinanderzureihen und die durch die Rohroberflächen gebildeten keilförmigen Längskanäle mit kaltaushärtender Kunststoffmasse so auszufüllen, dass die Rohre einerseits miteinander verbunden werden und andererseits das Tafelelement eine ebene. glatte Oberfläche erhält.
Alle bisher bekannten Ausführungsarten von Flächenelementen aus Kunststoff weisen jedoch grundlegend einen oder beide der nachfolgend bezeichneten Mängel auf: a) Die Flächenelemente besitzen keine ausreichende oder nur in einer Beanspruchungsrichtung nutzbare mechani sche Eigenfestigkeit.
b) Die Flächenelemente können nur als plane Platten und nicht auf einfache Art in zwei bzw. in drei Dimensionen gekrümmter Oberfläche erstellt werden.
Die Erfindung macht sich die Aufgabe, eine Ausführungsart für Flächenelemente anzugeben, die auch bei extremen
Leichtbau eine weitgehende Eigentragfähigkeit besitzt und auf einfache Art eine Erstellung von beliebig gekrümmten Flächen zulässt. wobei als Ausgangsmaterial ausschliesslich
Kunststoffe Verwendung finden. Es ergibt sich dabei bisher nicht für möglich gehaltene Ausdehnung des Anwendungsbereiches von Kunststoff.
Die Erfindung geht von einem selbsttragenden Flächenelement aus. bestehend aus dicht aneinandergereihten und miteinander verklebten Kunststoffrohren, deren Rohrachsen parallel zur Oberfläche des Flächenelements liegen; und sie besteht darin, dass die Rohre mit einer parallel zur Rohrachse verlaufenden und sich über die ganze Rohrlänge erstrecken den Einbuchtung versehen sind, deren Querschnitt einen
Kreisausschnitt mit einem Radius, der dem Rohrradius der konvexen Aussenfläche des anschliessenden Rohres angepasst ist, darstellt, und dass die Rohre jeweils in der Zone mitein ander verklebt sind, wo die konvexe Aussenfläche des einen
Rohres die konkave Einbuchtung des benachbarten Rohres berührt.
Nach dem neuen Konstruktionsprinzip können nicht nur Zwischenwände, Böden und Decken von Ausbauten, sondern überhaupt ganze Gebäude, Rollbahnen, Silos und Grossbehäl- ter zur Lagerung von Flüssigkeiten, sowie Schütt- und Stückgut, aber auch Arbeitsgeräte, wie z.B. Transportcontainer, Spundwände für Wasserbauten, Schleusentore, Gabelstapler Paletten, Schalungsplatten usw. aus Kunststoff gefertigt werden. Darüber hinaus wird der bisher für Kunststoffverwendung stark beschränkte Bereich der Fahrzeugkörper, Flugkörper und Schwimmkörper für richtungweisende und vorteilhafte Kunststoffkonstruktionen voll erschlossen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des selbsttragenden Flächenelements kann dadurch erreicht werden, dass die als Klebezone vorgesehene Einbuchtung jedes Rohres einen Krümmungsradius aufweist, der gleich dem Rohrradius der konvexen Aussenfläche des anschliessenden Rohres ist. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich eine besonders rasche Zusammenfügung und Verbindung der einzelnen Rohre erreichen.
Eine andere günstige Ausgestaltung der erfindungsgemässen Flächenelemente lässt sich erreichen, wenn die als Klebezonen vorgesehenen Krümmungsradien der Rohre derart voneinander verschieden sind, dass die Rohre nur unter Vorspannung zur satten gegenseitigen Anlage kommen.
Dadurch lassen sich insbesondere fertigungsbedingte Ungenauigkeiten der Rohre ausgleichen, welche gegebenenfalls bei Ausbildung gleicher Radien durch vorstehende oder einfallende Partien die flächige Anlage der zu verbindenden Zone verhindern.
Dabei ist es möglich, entweder der konkaven oder der konvexen Zone den grösseren Radius zu geben.
Besonders vorteilhaft kann es sein, die Wanddicken des Rohres zonenweise verschieden zu wählen, oder sie innerhalb bestimmter Bereiche stetig zu bzw. abnehmen zu lassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Flächenelement aus einer Lage Rohrkörper
Fig. 2 ein reckteckiges Flächenelement in der Draufsicht, bestehend aus zwei Lagen Längsrohren und dazwischenliegen- den Querrohren
Fig. 3a einen Schnitt entlang Linie A-B in Fig. 2
Fig. 3b einen Schnitt entlang Linie C-D in Fig. 2
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt eines Flächenelements mit Profilrahmen, das aus zwei Lagen Rohren und einer dazwischenliegenden Schicht Querrohre besteht
Fig. 5 die Anordnung von steckbaren Verbindungselemen ten
Fig. 6a die Lage der Rohre zueinander, wenn das Flächenelement einen Winkel einschliessen soll
Fig. 6b ein Flächenelement mit unregelmässig gekrümmter Oberfläche
Fig.
6c eine Darstellung der gesteckt schraubenförmigen Berührungslinie der Rohre, wenn eine mehrdimensionale Flä chenkrümmung erzielt werden soll
Fig. 7 einen kreisförmigen Rohrquerschnitt, der eine kreisrunde Einbuchtung mit etwas kleinerem Radius aufweist, als ihn die gegenüberliegende Aussenkrümmung hat
Fig. 8 das Aneinanderliegen mehrerer Rohre mit einem Querschnitt, wie er in Fig. 7 dargestellt ist
Fig. 9 einen langgezogenen Rohrquerschnitt, der auf einer Schmalseite eine kreisbogenförmige Einbuchtung mit einem etwas grösserem Radius aufweist, als ihn die gegenüberliegende, nach aussen gekrümmte Seite hat
Fig. 10 das Aneinanderliegen zweier Rohre mit einem Querschnitt, wie er in Fig.
9 dargestellt ist
Fig. 1 la einen Rohrquerschnitt mit nach innen gewölbten Breitseiten
Fig. 1 lb einen Rohrquerschnitt mit nach aussen gewölbten Breitseiten
Fig. 12 einen Rohrquerschnitt mit zonenweise verschiedenen bzw. sich stetig ändernden Wanddicken.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemässes Flächenelement im Querschnitt dargestellt. Das Flächenelement besteht in seinem tragenden Grundgerüst aus einer Lage dicht aneinander gereihter PVC-Rohre 1 mit zunächst kreisrundem Querschnitt, welche mit einer parallel zur Rohrachse verlaufenden und sich über die ganze Rohrlänge erstreckenden Einbuchtung 1' versehen sind, deren Querschnitt wiederum einen Kreisausschnitt mit einem Radius, der gleich dem Rohrradius ist, darstellt.
In der Berührungszone, in der sich die konvexe Aussenfläche des einen Rohres mit der konkaven Einbuchtung des benachbarten Rohres trifft, sind die Rohre mittels einer geeigneten Kunststoffklebemasse miteinander verklebt.
Bei der Ausbildung des Flächenelements als Tafel mit bestimmten Abmassen kann, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Profilrahmen 3 aus Kunststoff zur Einfassung der Tafel Verwendung finden. Das Rahmenprofil ist im vorliegenden Beispiel als T-Profil ausgebildet, wobei die Aussenkantenfläche 4 den Gurt und der Steg 5 den Steg des T-Profils darstellt. In der Aussenkantenfläche 4 befindet sich eine durchgehende Nut 6, die zur Aufnahme von steckbaren Verbindungselementen 11 (Fig. 5) vorgesehen ist. Durch diese Verbindungselemente 11 wird es ermöglicht, vor allem bei einem demontierbaren Tafelsystem, wie es z.B. bei wiederverwendbaren Betonschalungen zur Anwendung kommt, einzelne, rechteckige Flächenelemente kantenbündig aneinanderzureihen.
In Fig. list weiter dargestellt, wie die der Rohrkrümmung entsprechende gewellten Oberflächen des Flächenelements mit einer kalt aushärtenden Kunststoffüllmasse 9 dargestellt bedeckt sind, dass ebene, glatte Oberflächen entstehen.
Wenn es sich bei den Flächenelementen z.B. um die Seitenwände eines Containers handeln würde, könnte gegebenenfalls auf die Bedeckung mit Kunststoffüllmasse verzichtet werden.
Die aneinander befestigten Rohre mit ihrem sichelförmigen Querschnitt ergeben im Gegensatz zu bekannten Ausführungen in allen Betrachtungsrichtungen eine hohe mechanische Festigkeit, die sich durch entsprechende Wahl des Rohrdurchmessers, der Rohrwandstärke, der Tiefe der Einbuchtung und des Rohrwerkstoffes beliebig variieren lässt. Das Flächenelement ist gleichermassen in Richtung der Rohrachsen und in der Querrichtung mit mechanischer Festigkeit ausgestattet. Die gilt für Biege-, Zug-, Knick-, Druck- und Scherfestigkeit in gleichem Masse.
Aus Fig. list auch die Möglichkeit des Einfügens von Querrohren 10 kleineren Durchmessers ersichtlich, auf welche die längsliegenden Rohre 1 mittels Querbohrungen 13 aufgereiht sind. Für bestimmte Verwendungszwecke des erfindungsgemässen Flächenelements kann ein Aufbau unter Verwendung dieser Querrohre 10 fertigungsgemäss ebenso festigkeitsmässig sehr wünschenswerte Vorteile bringen.
Aus Fig. 3a und 3b ist als Beispiel der Aufbau eines dreischichtigen Flächenelements ersichtlich. Die beiden äusseren aus längsliegenden Rohren 1 bestehenden Rohrlagen sind gleichgerichtet. Eine unterbrochene Zwischenlage aus querliegenden Rohren 1 ergibt ein Flächenelement, mit dem gegebenenfalls noch weiter erhöhte Ansprüche an Eigentragfähigkeit erfüllt werden können.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt eines dreischichtigen Flächenelements, bestehend aus längs- und querliegenden Rohren 1, versehen mit beidseitigen Deckschichten und inneren Verbindungsschichten aus Kunststofffüllmasse 9 und umgrenzt von einem Profilrahmen. Der Profilrahmen 3 ist mit Stegen 5 versehen. Von aussen zugänglich ist auf Höhe des mittleren Steges in die Aussenkantenfläche 4 eine durchgehende Nut 6 eingearbeitet. Die jeweils äusseren Rohre 1 sind zur Aufnahme der zugeordneten Stege 5 längsgeschlitzt und die querliegenden Rohre sind ebenfalls zur Aufnahme der Stege 5 jeweils an beiden Stirnseiten 7 entspre cheiid mit Schlitzen 8 versehen.
Aus Fig. 8 ist ersichtlich, wie sich langgestreckte Rohrquerschnitte, deren konvexe Fläche 29 unter einem kleineren Radius als die konkave Fläche 28 gekrümmt ist (s. Fig. 9) entlang einer Tangentiallinie 22 in der Mitte berühren. Durch seitlichen Druck 24 während des Verklebevorgangs verwölben sich beide Flächen bis zur vollständigen Anlage aneinander.
Zugleich wird auf die beiden Breitseitenflächen 27 von jeweils beiden Enden her ein nach aussen drehendes Moment 25 ausgeübt.
Durch die Grösse des seitlichen Drucks und die Grössenordnung der Radiendifferenz in gleichzeitiger Abhängigkeit von der Rohrwanddicke 26 kann der Gesamtvorgang so gesteuert werden, dass die mit der aufgespeicherten Vorspannung vorhandene Tendenz die Breitseitenfläche 27 nach aussen wölben, das von der Rohrquerschnittsform herrührende Bestreben der Breitseitenflächen nach innen einzufallen, gerade kompensiert wird.
Geht es darum, ein an seiner Oberfläche gewellten Flächenelement zu erzeugen (Fig. 1 la und 1 Ib), so müssen die Radiendifferenzen, die Wandstärken und der seitliche Druck entsprechend gewählt werden, wobei mit grösseren Konvexradius eine Verwölbung nach innen und umgekehrt mit grösserem Radius der konkaven Einbuchtung eine Verwölbung nach aussen stattfindet.
Um einseitige oder zonenweise Auswölbungen, Vorspannungsfelder oder druckfestere Zonen oder Flächen zu schaffen, kann der symmetrisch wirkende momentan erzeugte Effekt, der von der Radiendifferenz herrührt, durch zonenweise verschiedene Wandstärken 30a, 30b oder durch innerhalb bestimmter Bereiche stetig zu- bzw. abnehmende Wandstärken 31 (Fig. 12) gesteuert und verlagert werden.
Der Einsatz von erfindungsgemässen Flächenelementen auf vielen Sektoren des Leichtbaues ist durch die erreichbare hohe Festigkeit bei geringem Raumgewicht gegeben. Die Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch erheblich vielfältiger, weil, wie die Fig. 6a und 6b zeigen, beliebige Eckenwinkel bzw. beliebige Krümmungen der Oberfläche aufgrund der gleichradialen Berührungs- bzw. Verklebeflächen der einzelnen Rohre erzielt werden können. Die Abbildung ob'zeigt das Aneinanderliegen der Rohre, gedacht als Ausschnitt eines Flächenelements, welches mehrdimensional gekrümmt ist.
Die Mittellinie der Berührungsflächen bzw. der Berührungszonen ist dabei nicht mehr, wie bei einem planen Flächenelement, eine gerade Linie, sondern zeichnet sich auf der Oberfläche des Ausgangsrohres als gestreckte Schraubenlinie
12 ab. Es ist also möglich, Flächenelemente, die in drei Dimensionen gekrümmt sind, zu erzeugen.