EP1273743B1 - Pneumatische Wandkonstruktion - Google Patents

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EP1273743B1
EP1273743B1 EP01116311A EP01116311A EP1273743B1 EP 1273743 B1 EP1273743 B1 EP 1273743B1 EP 01116311 A EP01116311 A EP 01116311A EP 01116311 A EP01116311 A EP 01116311A EP 1273743 B1 EP1273743 B1 EP 1273743B1
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EP
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wall construction
pneumatic
layer
tent
construction according
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Albert Fritzsche
Peter Geiselhart
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Airbus Defence and Space GmbH
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EADS Deutschland GmbH
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    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E04H2015/206—Details of inflation devices, e.g. valves, connections to fluid pressure source

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic wall construction, in particular for worldwide use, even under extreme climatic conditions, and with high demands on mobility.
  • a wall construction can be used in particular as an extension to existing shelters with solid walls. It is also possible, however, to construct a complete, multi-sided building from such a pneumatic wall construction.
  • Pneumatic air hoses which can additionally be secured by bracing, also serve as support structures for pneumatic structures.
  • FR-A-2 707 687 discloses (see Figure 2) a pneumatic wall construction with all features of the preamble of claim 1.
  • the second outer layer of air between the middle and outer tarpaulin communicates with the ambient air both near the ground and in the ridge area by means of air inlet openings and air outlet openings (for example air inlet or air outlet grids).
  • air inlet openings and air outlet openings for example air inlet or air outlet grids.
  • redundant support structure act pressurized support tubes between the middle and outer tent panel.
  • the support tubes can be inflated individually.
  • the middle tent panel with its outwardly facing surface by a suitable metallic coating or vapor deposition in the wavelength range to reflect the heat radiation.
  • the heat transfer compared to the simple tarpaulin is significantly reduced. Even for sunlit areas, the cooling capacity is determined only by the difference between ambient and indoor temperature (and not from the difference between the surface and interior temperature!).
  • a further advantageous measure is to choose the base of the pneumatic building as square as possible and the shape of the building in the vertical cross-section elliptical or similarly curved, so that in the edge region, the interior height just enough and this in the middle not higher than for the sufficient standing height and the attachment of the air distribution is required.
  • the task of shortening the set-up time and reducing the need for personnel is achieved in that after manual unrolling of the building package by means of a preferably programmatically controlled air compressor first the inner bearing segmented air chambers of the inner layer and in the next step the support tubes (filled separately) for Lift off the outer tent panel to be pressurized.
  • the switching of the flow path is triggered by pressure sensors (or in manual mode by a pressure gauge). Likewise, the pressure maintenance or the increase in internal pressures in the case of occurring at high wind speeds side forces.
  • the degradation of the wall construction according to the invention is accelerated by sequential suction of the overpressure.
  • Fig. 1 shows a cross section of the pneumatic wall construction according to the invention.
  • the wall construction is here as on three sides (left, right, above) closed structure formed, which extends on the sides down to the ground.
  • the particularly important for extreme plus and minus temperatures of the environment lightweight insulation is inventively formed by a two-layer design of the wall structure (inner layer 5, outer layer 7), wherein the inner layer 5 is bounded by the inner tent panel 1 and the middle tent panel 2 , and the outer layer 7 is bounded by the middle tarpaulin 2 and the outer tarpaulin 3 (the tarpaulins are hereinafter also referred to as foil).
  • the shape of the wall structure above the floor 4 is preferably elliptical or similar to the part of an ellipse (in the vertical longitudinal and cross section), in order to ensure sufficient ground clearance in the edge region, on the other hand the smallest possible outer surface.
  • the chamber 5 with the inner air layer is once divided because of a possible bombardment, on the other hand because of the shape-keeping under pressure by webs 6.
  • the air connection is secured by check valves (not shown).
  • the film distance between film 1 and 2 is measured on the one hand from the required for a given room size pneumatic stiffness, on the other hand from the thermodynamic condition of an optimal for almost vertical air layers insulation, regardless of the temperature of about 50 mm.
  • the outer air layer 7 is connected via air inlet openings 8 near the bottom and outlet openings 9 in the region of the ridge with the environment in connection.
  • the air inlet openings are designed grid-shaped. Near the ground, they extend along at least a portion of the building circumference. The openings can be closed, especially in rain and in winter.
  • an upward convection When heating the outer film 3 is formed in the chamber 7 between the middle film 2 and outer film 3, an upward convection. This heats the rising air due to overheating of the outer film 3 the less, the greater the distance between the films 2 and 3 is selected.
  • the measure of the distance between the film 2 and the film 3 can be obtained from the diameter necessary for the rigidity of the support tubes 20, FIG. 2.
  • a size of 75 to 120 mm corresponds to the preferred range.
  • a bullet resistance for light weapons and against splinters may be desirable. This can be done by covering the outer film 3 with a kinetic energy absorbing fabric, eg Kevlar reinforced.
  • a kinetic energy absorbing fabric eg Kevlar reinforced.
  • the already mentioned pneumatic support tubes 20 are arranged, which serve as additional support structure and as a spacer between the middle film 2 and outer film 3.
  • FIG. 3 shows a wall construction 31 according to the invention connected to a container 30.
  • the wall structure 31 is to be entered through the opening 32 on the container longitudinal wall, preferably the door is designed as a flap 33 and at the same time as a ramp to compensate for the difference in ground heights and can serve as a pallet for packaging the wall construction.
  • the structure of the compressed air supply and control shown in block diagram in FIG. 4 consists of the air compressor 40 with motor 41, which sucks the air through the filter 42.
  • the compressed air passed through the 3/2-way solenoid valve 43 to the valve of the same type 44 and here sequentially to the main support structure, arrow 45, and to the support tubes, arrow 46, passed.
  • the check valves 47, 48 prevent the backflow.
  • the shut-off valve 49 is first opened, then the 3/2-way solenoid valve 43 according to arrow 50 set to blow off, finally with the 3/2 Solenoid 51, the discharge on the paths 46 and 45 initiated.
  • the power supply of the compressed air system takes place from the network of self-sufficient energy system by means of line 52.
  • the controller 53 z.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine pneumatische Wandkonstruktion, insbesondere für den weltweiten Einsatz, auch unter extremen Klimabedingungen, und bei hohen Anforderungen an die Mobilität. Eine derartige Wandkonstruktion kann insbesondere als Anbau an bestehende Shelter mit festen Wänden eingesetzt werden. Möglich ist jedoch auch, ein vollständiges, nach mehreren Seiten geschlossenes Gebäude aus einer solchen pneumatischen Wandkonstruktion zu errichten.
  • Pneumatische Bauwerke sind eng mit dem Namen des Architekten Frei Otto verbunden. Eine Übersicht über dessen Wirken findet sich z.B. in M. Kawaguchi: Der umgekehrte Weg, arcus Architektur und Wissenschaft 10 (1990).
  • Als Stützkonstruktion für pneumatische Bauwerke dienen auch druckluftbeaufschlagte Schläuche (Sparren), die zusätzlich durch Verstrebungen gesichert werden können.
  • FR-A-2 707 687 offenbart (siehe Fig.2) eine pneumatische Wandkonstruktion mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Die Wärmedurchgangszahlen der genannten pneumatischen Konstruktionen können nur als mäßig bis schlecht bezeichnet werden. Sonnen- und ABC-Schutz würden zusätzlich Abdeckungen erfordern, die ihrerseits die Aufbauzeit verlängerten. Für den Sanitätseinsatz, der an Mobilität, Aufbauzeit und Packungsvolumen hohe Anforderungen stellt, wäre somit ein weiterer beträchtlicher Bedarf an Transportvolumen und -gewicht erforderlich. Als Operationsraum und Intensivstation eingerichtete pneumatische Gebäude müssen neben dem elektrischen Leistungsbedarf der medizinischen Geräte mit klimatisierter Frischluft und der notwendigen Raumtemperatur versorgt werden. Naturgemäß lassen sich die Inbetriebnahmezeiten um so mehr verkürzen, je geringer die Aufbauzeit der Gebäude selbst und der Einrichtung sowie die Inbetriebnahme von Energieversorgung und Klimatisierung sind.
  • Diesem Verbesserungsbedarf kann nur nachgekommen werden, wenn der Energiebedarf zur Klimatisierung verringert, also die Wärmedämmung verbessert und der Auf- und Abbauvorgang mindestens teilweise automatisiert wird. Die vorliegende Erfindung beschreibt Lösungsmöglichkeiten, um diese Ziele zu erreichen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
  • Unter Beibehaltung der pneumatischen Konstruktionsprinzipien "luftgestützte Konstruktion" und "aufblasbare Konstruktion (Stützschlauch-Konstruktion)" (Definition siehe M. Kawaguchi a.a.O.) entsteht eine zweischichtiges Wandstruktur aus 3 Zeltbahnen (innere, äußere, mittlere Zeltbahn). Die innere Schicht, vorzugsweise mit einem gegenüber Atmosphärendruck auf etwa 300 Pa erhöhten Druck, bildet die Haupttragstruktur der Wandkonstruktion. Vorteilhaft sind die begrenzenden Zeltbahnen (innere und mittlere Zeltbahn) zur Stabilisierung, Abstandshaltung und Unterdrückung der Konvektionsströmung durch flexible Stege verbunden, die perforiert, mit Löchern versehen oder nur teilweise den Querschnitt versperrend ausgebildet sind. Der mit der Frischluftzufuhr der Klimaanlage gegebene leichte Überdruck im Innenraum unterstützt die Stabilität.
  • Die zweite, äußere Luftschicht zwischen mittlerer und äußerer Zeltbahn steht sowohl in Bodennähe als auch im Firstbereich durch Lufteintrittsöffnungen und Luftaustrittsöffnungen (z.B. Lufteintritts- oder Luftaustrittsgitter) mit der Umgebungsluft in Verbindung. Erwärmt sich die äußere Zeltbahn aufgrund von Sonneneinstrahlung gegenüber der Umgebungstemperatur, springt eine aufsteigende Konvektionsströmung innerhalb dieser an allen Außenwänden des Gebäudes befindlichen Kammern an.
  • Als Abstandshalter und gleichzeitig als zweite, redundante Tragstruktur wirken druckbeaufschlagte Stützschläuche zwischen der mittleren und äußeren Zeltbahn. Die Stützschläuche können einzeln aufgeblasen werden.
  • Um im Falle erwarteter hoher Sonneneinstrahlung die Wärmeübertragung von der bestrahlten äußeren Zeltbahn, olivgrün für den militärischen Einsatz, in den Innenraum deutlich zu begrenzen, kann es zweckmäßig sein, die mittlere Zeltbahn mit ihrer nach außen gewandten Oberfläche durch eine geeignete metallische Beschichtung oder Bedampfung im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung zu verspiegeln.
  • Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion der zweifachen Luftschichten wird der Wärmedurchgang gegenüber der einfachen Zeltbahn deutlich verringert. Auch für sonnenbestrahlte Flächen bestimmt sich die Kühlleistung nur aus der Differenz von Umgebungs- und Innenraumtemperatur (und nicht aus der Differenz von Oberflächen- und Innenraumtemperatur!).
  • Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist, die Grundfläche des pneumatischen Gebäudes möglichst quadratisch und die Form des Gebäudes im senkrechten Querschnitt elliptisch oder in ähnlicher Weise gekrümmt zu wählen, so dass im Randbereich die Innenraumhöhe gerade ausreichend und diese in der Mitte nicht höher als für die ausreichende Stehhöhe und die Befestigung der Luftverteilung erforderlich ist.
  • Die Aufgabe, die Aufbauzeit zu verkürzen und den Personalbedarf zu verringern, wird dadurch gelöst, dass nach dem manuellen Ausrollen des Gebäudepakets mittels eines vorzugsweise programmgesteuerten Luftverdichters zunächst die inneren tragenden, segmentierten Luftkammern der inneren Schicht und im nächsten Schritt die Stützschläuche (getrennt befüllt) zum Abheben der äußeren Zeltbahn unter Druck gesetzt werden. Die Umschaltung des Strömungsweges wird durch Drucksensoren (oder im Handbetrieb durch eine Druckanzeige) ausgelöst. Ebenso verläuft die Druckhaltung oder die Erhöhung der Innendrücke im Falle von bei hohen Windgeschwindigkeiten auftretenden Seitenkräften.
  • Der Abbau der erfindungsgemäßen Wandkonstruktion wird durch sequentielles Absaugen des Überdrucks beschleunigt.
  • In den folgenden Figuren werden konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Wandkonstruktion gemäß der Erfindung im Querschnitt,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt der Wandkonstruktion gemäß der Erfindung im Längsschnitt,
    Fig. 3
    ein erfindungsgemäße Wandkonstruktion in Verbindung mit einem Shelter,
    Fig. 4
    das Blockschaltbild der Druckluftversorgung mit den Ventilen zur Umschaltung der Strömungswege.
  • Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen pneumatischen Wandkonstruktion. Die Wandkonstruktion ist hier als nach drei Seiten (links, rechts, oben) geschlossene Struktur ausgebildet, die sich an den Seiten bis auf den Erdboden erstreckt. Die besonders für extreme Plus- und Minustemperaturen der Umgebung wichtige Leichtbau-Wärmedämmung wird erfindungsgemäß durch eine zweischichtige Ausbildung der Wandstruktur gebildet (innere Schicht 5, äußere Schicht 7), wobei die innere Schicht 5 von der inneren Zeltbahn 1 und der mittleren Zeltbahn 2 begrenzt wird, und die äußere Schicht 7 von der mittleren Zeltbahn 2 und der äußeren Zeltbahn 3 begrenzt wird (die Zeltbahnen werden im Folgenden auch als Folie bezeichnet). Die Form der Wandkonstruktion über dem Boden 4 ist vorzugsweise elliptisch oder ähnlich dem Teil einer Ellipse (im vertikalen Längs- und Querschnitt), um im Randbereich ausreichenden Bodenabstand, bei andererseits möglichst geringer Außenoberfläche zu gewährleisten. Die Kammer 5 mit der inneren Luftschicht ist einmal wegen eines möglichen Beschusses, andererseits wegen der Formhaltung unter Überdruck durch Stege 6 aufgeteilt. Die Luftverbindung ist durch Rückschlagventile gesichert (nicht dargestellt). Der Folienabstand zwischen Folie 1 und 2 bemisst sich einerseits aus der bei gegebener Raumgröße erforderlichen pneumatischen Steifigkeit, andererseits aus der thermodynamischen Gegebenheit einer für nahezu senkrechte Luftschichten optimalen Dämmung, unabhängig von der Temperatur, von etwa 50 mm.
  • Die äußere Luftschicht 7 steht über Lufteintrittsöffnungen 8 in Bodennähe und Austrittsöffnungen 9 im Bereich des Firsts mit der Umgebung in Verbindung. Die Lufteintrittsöffnungen sind gitterförmig ausgeführt. In Bodennähe erstrecken sie sich entlang mindestens eines Teilbereichs des Gebäudeumfangs. Die Öffnungen können, insbesondere bei Regen und im Winter, verschlossen werden. Bei Erwärmung der äußeren Folie 3 entsteht in der Kammer 7 zwischen mittlerer Folie 2 und äußerer Folie 3 eine nach oben gerichtete Konvektionsströmung. Diese erwärmt die aufsteigende Luft infolge einer Überhitzung der Außenfolie 3 um so weniger, je größer der Abstand zwischen den Folien 2 und 3 gewählt wird. Damit kann sich das Maß für den Abstand Folie 2 - Folie 3 aus dem für die Steifigkeit der Stützschläuche 20, Fig. 2, notwendigen Durchmesser ergeben. Eine Größe von 75 bis 120 mm entspricht dem bevorzugten Bereich. Für den militärischen Einsatz kann eine Beschussfestigkeit für leichte Waffen und gegen Splitter wünschenswert sein. Dies kann durch Belegen der äußeren Folie 3 mit einem kinetische Energie absorbierenden Gewebe, z.B. mit Kevlar verstärkt, erfolgen. Innerhalb der äußeren Schicht 7 sind die bereits erwähnten pneumatischen Stützschläuche 20 angeordnet, die als zusätzliche Tragestruktur und als Abstandshalter zwischen mittlerer Folie 2 und äußerer Folie 3 dienen.
  • In Fig. 3 ist ein mit einem Container 30 verbundene erfindungsgemäße Wandkonstruktion 31 dargestellt. Die Wandkonstruktion 31 ist durch die Öffnung 32 an der Container-Längswand zu betreten, wobei vorzugsweise die Tür als Klappe 33 und gleichzeitig als Rampe zum Ausgleich des Unterschieds der Bodenhöhen ausgebildet ist und als Palette zum Verpacken der Wandkonstruktion dienen kann.
  • Sollte die Wandkonstruktion als Durchgang oder Zwischenraum zwischen zwei Containern vorgesehen sein, so ist auch eine rein zylindrische Konstruktion mit zwei senkrechten Stirnwänden möglich.
  • Um im Falle einer ABC-Bedrohung und im allgemeinen aus hygienischen Gründen den Eintritt evtl. schadstoffbelasteter Außenluft durch Undichtigkeiten des Gebäudes auszuschließen, bilden die innere Folie 1 der Tragstruktur und die mit Bodenplatten 34 abgedeckte Bodenfolie 4 eine durchgehende Hülle des Innenraums 35.
  • Der in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellte Aufbau der Druckluftversorgung und Ansteuerung besteht aus dem Luftverdichter 40 mit Motor 41, der die Luft durch den Filter 42 ansaugt. Zum Aufblasen der Druckluftkammern wird die verdichtete Luft durch das 3/2-Magnetventil 43 zum Ventil gleicher Bauart 44 geleitet und hier sequentiell zur Haupttragstruktur, Pfeil 45, bzw. zu den Stützschläuchen, Pfeil 46, geleitet. Die Rückschlagventile 47, 48 verhindern die Rückströmung.
  • Zum Abbau der pneumatischen Wandstruktion, also zum durch das Absaugen des Luftverdichters 40 beschleunigten Abblasen des Überdrucks und Entleeren der Luftkammern wird zunächst das Absperrventil 49 geöffnet, dann das 3/2-Magnetventil 43 gemäß Pfeil 50 auf Abblasen gestellt, schließlich mit dem 3/2-Magnetventil 51 die Entleerung auf den Wegen 46 und 45 eingeleitet.
  • Die Stromversorgung der Druckluftanlage erfolgt aus dem Netz des energieautarken Systems mittels der Leitung 52. Die Steuerung 53, z. B. eine speicherprogrammierbare Steuerung, erhält manuell den Befehl zur Einleitung des Aufblas- bzw. Abblasvorgangs, die Aufrechterhaltung des Luftdrucks in den Kammern wird durch nicht dargestellte Sensoren überwacht, die mittels der Signalleitungen 54 mit dem Steuergerät 53 in Verbindung stehen.

Claims (7)

  1. Pneumatische Wandkonstruktion mit einer zweischichtigen, aus drei flexiblen Zeltbahnen (1,2,3) gebildeten Wandstruktur, wobei die innere Schicht (5), begrenzt von der inneren (1) und der mittleren (2) Zeltbahn, eine aufblasbare Schicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese innere Schicht (5) die Haupttragstruktur der Wandkonstruktion bildet, und die äußere Schicht (7), begrenzt von der mittleren Zeltbahn (2) und der äußeren (3) Zeltbahn, einen Konvektionsraum bildet, der von der Umgebungsluft in aufsteigender Richtung durchströmbar ist, um damit eine hohe Wärmedämmung und um im Falle der Kühlung des Innenraums die erhöhten Temperaturen an der äußeren Zeltbahn (3) fernzuhalten, und dass zwischen mittlerer (2) und äußerer (3) Zeltbahn aufblasbare Stützschläuche (20) als Redundanz der Haupttragstruktur und als Abstandshalter vorhanden sind.
  2. Pneumatische Wankkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (5) zur Unterdrückung der Konvektion durch Stege (6) unterteilt ist, die perforiert, mit Löchern versehen oder nur teilweise den Querschnitt versperrend ausgebildet sind.
  3. Pneumatische Wandkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Zeltbahn (2) auf ihrer nach außen gewandten Seite mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung versehen ist.
  4. Pneumatische Wandkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Zeltbahn (3) in Bodennähe mindestens teilweise mit Lufteintrittsöffnungen (8) ausgestattet ist, die verschließbar sind.
  5. Pneumatische Wandkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Zeltbahn im Firstbereich mit verschließbaren Luftaustrittsöffnungen (9) ausgestattet ist, so dass die innerhalb der äußeren Schicht (7) aufsteigende Luft entweichen kann.
  6. Pneumatische Wandkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Auf- und Abbauvorgang hinsichtlich des Aufblasens und der Druckentlastung der pneumatischen Elemente programmgesteuert sequentiell erfolgen kann.
  7. Pneumatische Wandkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Zeltbahn (3) mit einer energieabsorbierenden Gewebematte, vorzugsweise aus Kevlar oder Kevlar-verstärkt, als Schutz gegen Beschuss mit leichten Waffen und als Splitterschutz abgedeckt ist oder dass die energieabsorbierende Gewebematte selbst die äußere Zeltbahn bildet.
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