DE809247C

DE809247C - Bauweise mit Hohlkugeln als Bauelement

Info

Publication number: DE809247C
Application number: DEP25718A
Authority: DE
Inventors: Kurt Leczkowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-12-21
Filing date: 1948-12-21
Publication date: 1951-07-26

Description

Bauweise mit Hohlkugeln als Bauelement Die Erfindung betrifft eine Bauweise zur Herstellung von Hoch- und Tiefbauten, Wandungen, Platten, Bau- und Konstruktionsteilen aller Art, Schutzwänden, Schutzschichten auch für Wärme-und Schallisolierungen oder gegen Durchschuß oder Durchschlagung, aus Steinen, Erden, Holz, Metall und anderen natürlichen oder künstlichen Stoffen.
Die aus dem Altertum übernommene Bauweise in Stein beruht darauf, daß Quader aneinander und übereinander gefügt werden. Der Ziegelsteinbau ist die Fortsetzung. Der neuere Zementbetonbau hat mit den erstgenannten Bauweisen gemeinsam, daß das Mauerwerk mit Baustoff voll ausgefüllt wird. Erst seit verhältnismäßig kurzer Zeit ist man dazu übergegangen, nichttragende Wände und nichttragende Teile der Decken usw. in Hohlstein (Hohlziegeln) auszuführen, deren Festigkeit jedoch zu wünschen übrig läßt. Um größere Ersparnis an Baustoff und an Beförderungsaufwand zu erzielen, um leicht und dennoch fest zu bauen, ist es geboten, sich von den alten Grundsätzen der Bauweise in Stein abzuwenden.
Die Natur lehrt am Beispiel des Vogeleies, der Kokosnuß, der Schädelform, des Zellgefüges mechanisch beanspruchter Organe bei Pflanze und Tier, daß die Hohlkugelform oder die Form des hohlen Eies bei kleinem Baustoffaufwand große Festigkeit bietet. Die folgerichtige Anwendung dieses Prinzips führt zu einer neuen baustoffsparenden Bauweise, bei welcher gemäß der Erfindung Hohlkugeln oder ähnliche Hohlkörper als Bauelement verwendet werden.
Durch Aneinanderreihung und Übereinanderschichtung von Hohlkugeln als Bauelement (Baustein, Bauzelle) und Verbindung der einzelnen Elemente oder Einbettüng derselben in einem Füllstoff erreicht man ein Bauwerk von hoher Festigkeit bei leichtem Gewicht. Beim Einbetten der Hohlkugeln kann man die Baustoffersparnis noch dadurch steigern, daß man die Zwischenräume und Randpartien durch hohle Paßstücke ausfüllt. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.
Die Aneinanderreihung und Übereinanderschichtung der Kugeln kann in verschiedenen Verbänden erfolgen. Zwei Grundformen ergeben sich durch Gruppierung der Kugeln zu dreien oder zu vieren in einer Ebene. Kugellagen im Dreierverband (Fig. i) werden im Wechsel a, b, c, a, b, c derart übereinandergeschichtet, daß jede Kugelmitte der mittleren Schicht b über einen Mittelpunkt der durch die Kugelmitten der unteren Schicht a gebildeten gleichseitigen Dreiecke zu liegen kommt und daß die nächsthöhere Schicht c im gleichen Sinn versetzt ist, wie die mittlere Schicht b gegen die untere a. Im Viererverband (Fig.2) gibt es nur zwei Schichtfolgen a, b, a, b. Jede Kugelmitte der oberen Schicht b liegt über dem Mittelpunkt der durch die Kugelmitten der unteren Schicht a gebildeten Quadrate.
Die praktische Durchführung des Erfindungsgedankens kann, den jeweils gegebenen Baustoffen und Bauverhältnissen entsprechend, in verschiedenen Ausführungsformen erfolgen: a) Hohlkugeln gewünschter Wandstärke werden gesondert hergestellt, und zwar bei Metallguß in einem Stück, bei Nichtmetallen und Metallblech zweckmäßig zweiteilig (Fig. 3). Bei Ziegeln, keramischen Stoffen, Beton werden die trockenen halben Hohlkugeln unter Verwendung von Bindestoff aneinandergefügt und durch Brennen, Erhärten oder Abbinden zu einer hohlen Einheit gemacht. Die fertigen Hohlkugeln werden im Bauwerk selbst an den Berührungsstellen zum gewünschten Verband verbunden (Fig. 4). Die Zwischenräume bleiben frei. Anwendbar z. B. für Monumentalbauten, dann mit Metall als Baustoff für die verschiedensten Zwecke bis zu den kleinsten Gegenständen.
b) Hohlkugeln, gesondert hergestellt wie bei a) werden im Bauwerk im gewünschten Verband zusammengefügt und durch Ausfüllen oder Vergießen der Zwischenräume mit dem gleichen Baustoff oder einem Bindestoff vereinigt (Fig. 5).
c) Dünnwandige Kugelhohlformen werden gesondert, zweckmäßig zweiteilig, hergestellt (z. B. aus sehr dünnem Blech oder aus dünnwandigem Beton), im Bauwerk entsprechend verlegt und geschichtet, wobei die Einhaltung der gewünschten Wandstärke durch Verwendung kleiner Paßstücke (Kernstützen, Füßchen) erreicht wird. Die Zwischenräume werden mit Baustoff, z. B. Beton, ausgefüllt (schichtweise, oder Vergießen größerer Partien). Die Zwischenräume zwischen den tragenden Hohlkugeln können bei dieser Ausführungsweise durch Anwendung dünnwandiger Hohlformen auch ausgespart bleiben (Fig. 6).
d) Gußkörper werden mit kugelförmigen Hohlräumen durchsetzt hergestellt, die im Dreierverband oder Viererverband angeordnet sind (Fig. 7). Die Zwischenräume zwischen den Hohlkugeln sind mit Baustoff ausgefüllt. Herstellung z. B. im normalen Gießverfahren bei Verwendung von Kernen für das Kugelinnere.
e) Gußkörper wie bei d), wobei jedoch auch die Zwischenräume zwischen den Hohlkugeln frei (unausgefüllt) bleiben, so daß der ganze Gußkörper im Innern nur aus Hohlkugeln gegebener Wandstärke besteht (Fig. 8). Herstellung z.13. unter Verwendung von Kernen für das Kugelinnere und besonderen Kernen für die Zwischenräume zwischen den Hohlkugeln. Besonders für Metallkörper größerer Abmessungen oder Körper aus wertvollem Stoff geeignet. Auch die Außenwand kann in Sonderfällen fortfallen, so daß sich schließlich das gleiche Bild ergibt wie bei a) (Fig. 9).
f) Einzelne Hohlkörper (Bausteine) «-erden gesondert, zweckmäßig zweiteilig, hergestellt. Sie bilden eine Hohlkugel und werden außen durch ebenflächige Umhüllungskörper der Kugel (Durchmesser gleich Innendurchmesser plus doppelte Wandstärke) begrenzt. Das hauptsächlich in Frage kommende Polyeder ist das Rhombendodekaeder, das sowohl für zyclisch vertauschten Dreierverband a, b, c, a, b, c (Fig.ioa,b) als auch für Viererverband (Fig.ioc,d) anwendbar ist, sodann für Dreierverband mit nur zwei Wechselschichten a, b, a, b ein Rhomben-Trapez-Polyeder, das von sechs Rhomben- und sechs Trapezflächenbegrenzt wird (Fig. i i). Sowohl durch Rhombendodekaeder als auch durch zwölfflächige Rhomben-Trapez-Polyeder läßt sich der Bauraum vollständig (zwischenraumlos) ausfüllen. Bei richtigem Zusammenfügen dieser Körper als Bausteine im Bauwerk kommen die Hohlkugeln von- selbst in den gewollten Verband. Durch Abrunden der Ecken und Kanten kann man weiter an Baustoff sparen, man kann sodann nichttragende Teile der Oberfläche zur Aufnahme von Bindestoff (Mörtel) ausgespart herstellen. Diese Bauweise ist verwendbar für Ziegel, Beton, künstlichen Bims, Glas und andere Stoffe; sie ist auch geeignet für Pflastersteine hohl und voll. Halbe Polyeder sollen nicht verwendet werden. Für die Randpartien kommen dafür besondere Steine im Ausmaß von t1!2 Polyedern zur Anwendung.
g) Bausteine (Fig . i2), Platten oder Bleche (Fig. 13) mit aneinandergesetzten, Halbkugelförmigen Aussparungen zu beiden Seiten im Dreier- oder Viererverband werden gesondert hergestellt., Die Höhe (Stärke) der Steine, Platten oder Bleche muß gleich sein dem senkrechten Abstand. der Kugelmitten zwischen zwei Schichten des gegebenen Verbandes. Die Steine, Platten oder Bleche werden derart zusammengefügt, daß die halben Hohlkugeln jeder Platte mit denjenigen der Gegenplatte sich zu vollen Hohlkugeln ergänzen, so daß das entstehende Bauwerk mit dem gewollten Dreier- oder Viererverband durchsetzt ist. -Metallische Platten oder Bleche werden durch Gießen, Walzen, Pressen oder Stanzen in Werkslängen und -breiten hergestellt, mehrere Einzelbleche z. B. zu einer stärkeren Platte zusammengewalzt. Auch Befestigung von Blech zu Blech durch Dübel u. ä. kommt in Frage. Metallplatten oder Bleche im Hohlkugelverband zeichnen sich durch hohe Biegungs- und Knickfestigkeit aus, eignen sich daher gut für selbsttragende Decken- und Dachkonstruktionen u. dgl. Im Behelfsbau für Wohnzwecke bieten sie gegenüber einfachem Blech den weiteren Vorteil der günstigen Wärme- und Schalldämmung. Nach diesen Grundsätzen erzeugte leichte Metallplatten eignen sich auch guf als Ersatz für Holz für viele Verwendungszwecke, z. B. im Hochbau oder in der Möbelherstellung (Türen, Fensterrahmen, Treppen, Tischplatten usw.), aber auch beispielsweise für Behälter und Koffer, besonders wenn man Leichtmetall als Baustoff der Platten wählt. Auch für Leichtstoffe und Kunststoffe aller Art ist die gleiche grundsätzliche Ausführungsform anwendbar.
Fig. 14 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Sonderkonstruktion solcher Platten oder Bleche für Kuppelbau u. dgl., die Begrenzungsflächen der einzelnen Platten liegen auf den Oberflächen konzentrischer Kugeln; Fig. 15 veranschaulicht eine Einzelplatte; Fig. 16 den Zusammenbau solcher Einzelplatten zu einem Kuppelbau.
:2us dünnen Platten oder Blechen dieser Bauart kann inan Hallen, große Hohlbehälter u. dgl. zusammensetzen. Selbst wenn man nur eine einzige Schicht ver"vendet, kann man zufolge des großen Widerstandsmomentes solcher Hohlkugelbleche gegenüber glattem Blech eine hohe Festigkeit gegen Einbeulen, durch Wind oder Luftdruck, erreichen, so daß in weiterer Folge bei Verwendung entsprechend entwickelten Baustoffs Konstruktionen gemäß Fig. 16 auch als Ersatz für größere Zelte, ja selbst für luftleere Ballonhüllen in Frage kommen.
h) 1lohlktigelplatten (-bleche) werden aus Ziegelstein, Beton, Metall und anderen Stoffen gesondert hergestellt. Je zwei korrespondierende Halbhohlkugelplatten vereint ergeben eine zusammenhängende Schicht ganzer Hohlkugeln. In Fig. 17 sieht man eine derart zusammengesetzte Platte in der Draufsicht und im Schnitt.
1 und II sind die obersten, zum besseren Verständnis etwas abgehoben gezeichneten, beiden Halbkugelschichten, 11I, IV, V, VI die därunterliegenden. Auch Einbettung der Hohlkugelplatten (-schichten) kann in Frage kommen. Für diesen Fall kann das Zwischenstück zwischen den einzelnen Hohlkugeln ganz oder teilweise ausgespart oder fortgelassen werden. Bei dünneren Blechplatten kann die vorgesehene Gesamtwirkung durch Verspannen der einzelnen Bleche gegeneinander, z. B. Zusammenschrauben, Warmnieten, erreicht werden; stärkere Hohlkugelplatten können durch Aufeinanderwalzen der beiden Halbschichten im Erzeugerwerk erhalten werden. Anwendung und Vorzüge dieser Ausfiihrung sind ähnlich wie bei Ausführungsform g).
Eine Kombination von Stein- und Metallhohlkugelschichten in einer Platte kann bei Biegungsbeanspruchung in Einzelfällen von Vorteil sein.
Für alle grundsätzlichen Lösungsformen ergeben sich weitere Varianten durch Übergang von der Kugel zur Eiform oder zum Polyeder (Rliombendodekaeder, Rhomben-Trapez-Dodekaeder, Rhomben-Hexaeder, Würfel auf die Spitze gestellt usw.). Nach der Polyedervariante hergestellte Bleche oder Platten der Ausführungsart g) haben die Eigenschaft, daß alle Wandstärken zwischen den hohlere Polyedern einheitlich groß sind und daß keine Zwischenräume vorkommen. Fig. 18 zeigt Rhombendodekaeder-Bleche, Fig. 19a und igb Rhomben-Hexaeder-Bleche und Fig. 2o a und 2o b Bleche mit auf die Spitze gestelltem Würfel.
Statt ganze Hohlpolyeder zu einem lückenlosen Bauwerk zusammenzufügen, kann man auch Polyederhälften derart zusammensetzen, daß beispielsweise nur obere Hälften verwendet werden, die aneinandergereiht wieder die unteren Hälften der Polyeder der nächsthöheren Schicht bilden, wie Fig. 21a und 21b für auf die Spitze gestellte Würfel als Bauzelle für Ziegelbau als Beispiel zeigen. Der Schnitt ist in der Zeichnung unter 45° unmittelbar hinter der vorderen Wand des halben Hohlwürfels (Würfeldaches) und parallel zu dieser Wand geführt. Die im Schnitt nasenförmig erscheinenden Ansätze verlaufen längs der Kanten und sind zur Aufnahme des Mörtels bestimmt.
Eine flaschenförmige Zellenbildung, die sich sinngemäß aus der Ausführung gemäß Fig. 13 für Ziegel als Baustoff ableitet, zeigen beispielsweise die beiden folgenden Figuren 22 und 23. Fig. 22 zeigt eine Plattenkonstruktion. Die Pfannen P sind zur Aufnahme des Mörtels bestimmt. Fig. 23 zeigt den gleichen Typus auf Einzelelemente übertragen.
Kombinationen von Polyeden und Kugelform kommen in Frage, beispielsweise bei Ausführung f) (Feg. io und i i).
Die Wandstärken der Hohlkörper können der Belastung angepaßt werden. Es können in einem Verband verschiedene Wandstärken verwendet werden; auch Vollkörper neben Hohlkörpern. Für Sonderfälle, z. B. Straßenpflaster, können mit Vorteil auch volle Rhombendodekaeder usw. im Verband statt Würfel in dem bisherigen Verband verwendet werden.
Eine Decke oder Wand nach der Hohlkugelbauweise bietet besonders in den Ausführungformen a); f) und h) einen guten Widerstand gegen Durchschlagen oder Durchschuß. Eine an einer (Hohl-) Kugel der Wand- oder Deckenoberfläche- angreifende Kraft verteilt sich auf die Barunterliegenden Schichten in der Form der Kugelpyramide (in welcher die angegriffene Kugel die Spitze bildet) also beispielsweise beim Viererverband schichtweise auf 4, 9, 16, 25 usw. Kugeln. Man kann die Durchschlagsfestigkeit noch dadurch erhöhen, daß man die obersten Kugelschichten abgestuft in größeren Wandstärken, gegebenenfalls bis zur vollen Kugel in der äußersten Schicht, ausführt.
Wo es in Sonderfällen darauf ankommt, im HohlkUgelbau einzelne Bauteile, z: B. Sockel, schwerer zu gestalten, können die Hohlkugeln z. B. mit Sand oder Wasser gefüllt werden; Wasser gegebenenfalls mit gefrierpunkterniedrigenden Zusätzen, und in solchen Gegenden, wo stärkere Fröste nicht vorkommen. Wo es andererseits auf besonders leichte Bauart ankommt, können Bauteile mit luftleeren oder leichtgasgefüllten Hohlkugeln Verwendung finden.
Die Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens in seinen Verschiedenen Variationen zu Lande, zu Wasser und in der Luft ist sehr mannigfaltig.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Bauweise zur Herstellung von Hoch- und Tiefbauten, Wandungen, Platten, Bau- und Konstruktionsteilen aller Art, Schutzwänden, Schutzschichten; auch für Wärme- und Schallisolierung oder gegen Durchschuß oder Durchschlagung, aus Steinen, Erden, Holz, Metall und anderen natürlichen oder künstlichen Stoffen, gekennzeichnet dadurch, daß als Bauelement (Baustein, Bauzelle) Hohlkugeln im Kugelhaufen-(Kugelpyramiden-)Verband aneinandergereiht und aufeinandergeschichtet, gegebenenfalls in eine Füllmasse eingebettet, oder auf andere Art miteinander verbunden, Verwendung finden. a. Bauweise nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daB zwischen die Bauelemente Paßstücke eingefügt werden; welche hohl sein können (Fig. 6). 3. Bauweise nach Anspruch i und a, gekennzeichnet dadurch, daB die hohlen Bauelemente und Paßstücke luftleer oder mit Gas, Flüssigkeiten oder festen Stoffen, wie Sand, gefüllt verwendet werden. 4. Bauweise nach Anspruch i; gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Bauelemente durch die Hohlkugel umhüllende Polyeder, in der Hauptsache Rhombendodekaeder, gebildet werden, welche im vorgesehenen Verbande zusammengefügt den Raum vollständig (lückenlos) ausfüllen (Fig. io). 5. Bauweise nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß Bausteine, Platten oder Bleche, die beiderseits mit aneinandergereihten halbkugelförmigen Aussparungen, gegebenenfalls auch mit Aussparungen für Zwischenräume, versehen sind, welche innerhalb der Platte so angeordnet sind, daß nur das gewollte Minimum an Baustoff übrigbleibt, so aneinandergefügt werden, daß die halben Hohlkugeln und die halben Zwischenräume sich mit den Aussparungen des Gegensteins (der Gegenplatte usw.) zu vollen Hohlkugeln und Zwischenräumen ergänzen und daß die so entstehenden Hohlkugeln untereinander im Bauwerk den gewünschten Verband ergeben (Fig. 12 und 13). 6. Bauweise nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle der einzelnen Hohlkugeln zusammenhängende Hohlkugelschichten verwendet werden, welche aus je zwei sich ergänzenden Platten (Blechen) bestehen, deren jede einzelne aus eng nebeneinandergesetzten halben Hohlkugeln gebildet wird (Fig. 17). 7. Bauweise nach Anspruch i, auf die Gießereitechnik angewendet, gekennzeichnet dadurch, daß z. B. durch kugelförmige Kerne und gegebenenfalls auch Kerne für Zwischenräume im Gußkörper Hohlkugeln und gegebenenfalls Zwischenräume ausgespart werden, so daß das fertige Gußstück von Hohlkugeln im vorgesehenen Verband bzw. auch mit den zugehörigen Zwischenräumen durchsetzt ist. B. Bauweise nach einem der Ansprüche i oder 4 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle der Hohlkugeln hohle Eiformen, hohle Polyederformen oder ähnliche Hohlformen angewendet werden. 9. Bauweise nach einem der Ansprüche i oder4 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß als Bauelement nur jeweils die halben Hohlkugeln, die halben hohlen Eiformen, die halben Hohl-Polyeder angewendet und derart übereinandergefügt werden, daß sie sich zu ganzen Hohlkugeln, Hohl-Polyedern oder zu anderen statisch günstigen Bauzellen ergänzen. io. Bauweise nach einem der Ansprüche i oder 4 bis 8, gekennzeichnet dadurch; daß an Stelle oder neben den hohlen Elementen auch volle Elemente der gleichen äußeren Form verwendet werden.