In der Architektur und im Bauwesen ist ein Raumrahmen oder eine räumliche Struktur oder eine retikuläre Struktur ein Gitter , leicht und starr, das aus Streben besteht, die in einem geometrischen Muster ineinander greifen .
Raumstrukturen können verwendet werden, um große Flächen mit wenig innerer Unterstützung abzudecken. Wie der Strahl ist die räumliche Struktur aufgrund der inhärenten Steifheit des Dreiecks stark; Biegekräfte (Biegemomente) werden als Zug- und Druckkräfte entlang der Länge jedes Schenkels übertragen.
Alexander Graham Bell entwickelte zwischen 1898 und 1908 räumliche Strukturen basierend auf tetraedrischer Geometrie. Er wollte damit starre Rahmen für die See- und Luftfahrttechnik bauen, wobei der tetraedrische Strahl eine seiner Erfindungen war. Der D Dr. Ing. Max Mengeringhausen entwickelte 1943 in Deutschland das Raumgittersystem MERO (Abkürzung für ME ngeringhausen RO hrbauweise ) und initiierte damit den Einsatz von Raumstrahlen in der Architektur. Die üblicherweise verwendete Methode verbindet einzelne röhrenförmige Elemente mit den Knoten (kugelförmig). Stéphane du Château in Frankreich erfand das Tridirektionale DEZA-System (1957), das Unibat-System (1959) und Pyramitec (1960). Es wurde eine Baumunterstützungsmethode entwickelt, um die einzelnen Spalten zu ersetzen. Buckminster Fuller patentierte 1961 den Oktettstrahl mit Schwerpunkt auf architektonischen Strukturen .
Raumstrukturen werden im Allgemeinen unter Verwendung einer Steifheitsmatrix entworfen. Sein Hauptmerkmal in einer architektonischen Struktur ist die Winkelunabhängigkeit. Wenn die Gelenke ausreichend steif sind, können die Winkelabweichungen vernachlässigt werden, was die Berechnungen vereinfacht.
Die einfachste Form der räumlichen Struktur ist eine horizontale Platte aus quadratischen Pyramiden und Tetraedern aus rohrförmigen Aluminium- oder Stahlstreben . Es sieht so aus, als würde der horizontale Ausleger eines Turmdrehkrans viele Male wiederholt, um ihn breiter zu machen. Eine stärkere Form besteht aus einer Anordnung von Tetraedern, bei denen alle Streben eine einzige Länge haben. Es ist eine isotrope Vektormatrix oder ein Byte-Gitterstrahl mit einer Einheitsbreite. Komplexere Variationen ändern die Länge der Beine, um die gesamte Struktur zu biegen, oder verwenden andere geometrische Formen.
Wir können drei deutlich unterschiedliche räumliche Struktursysteme finden:
Klassifizierung nach Krümmung
Klassifizierung nach Anordnung der Elemente
Andere Beispiele für räumliche Struktur:
Pneumatische Strukturen,
bei denen die Verschlussmembran unter Druck steht, kann die Struktur in diese Gruppe einbezogen werden.
Raumstrukturen sind im modernen Hochbau üblich; Sie sind häufig in modernistischen Gewerbe- und Industriegebäuden mit großen Dächern zu finden.
Beispiele für Gebäude, die auf räumlichen Strukturen basieren:
Große tragbare Bühnen und leichte Portiken werden häufig auch aus räumlichen Strukturen und Byte-Strahlen konstruiert.
Die Flugzeuge CAC CA-6 Wackett und Yeoman YA-1 Cropmaster 250R wurden mit ungefähr demselben Rumpf aus geschweißtem Stahlrohr gebaut.
AutosRaumstrukturen werden manchmal im Fahrgestell von Automobilen und Motorrädern verwendet . Bei raumstrukturierten Fahrgestellen und Rohrrahmen-Fahrgestellen sind die Aufhängungs-, Motor- und Karosserieteile am Rohrskelett angebracht, und die Karosserieteile haben nur eine geringe oder keine strukturelle Funktion. Im Gegensatz dazu ist bei einem Unibody- Design der Körper ein integraler Bestandteil der Struktur.
Rohrrahmenrahmen sind älter als räumliche Rahmenrahmen und sind eine Weiterentwicklung der frühen Leiterrahmen. Der Vorteil der Verwendung von Rohren anstelle von quadratischen oder rechteckigen Abschnitten besteht darin, dass sie widerstandsfähiger gegen Torsionskräfte sind . Einige Rohrrahmen waren kaum mehr als ein Leiterrahmen aus zwei Rohren mit großem Durchmesser oder sogar ein einzelnes Rohr als zentraler Rahmen . Obwohl viele Rohrrahmen mit anderen Rohren verstärkt wurden und sogar als "Raumrahmen" bezeichnet wurden, wurde ihr Design selten als Raumrahmenrahmen hergestellt und sie verhalten sich mechanisch wie ein Leiterrahmen mit zusätzlichen Stützen zum Verbinden der Aufhängung, des Motors usw. Was das echte raumstrukturierte Chassis auszeichnet, ist, dass alle Kräfte in jedem Bein entweder unter Spannung oder unter Druck stehen , jedoch niemals unter Beugung. Obwohl einige dieser Rohre zusätzliche Lasten tragen, wurden sie selten zu einem Rahmen mit einer starren räumlichen Struktur diagonalisiert.
Das erste echte Weltraumstruktur-Chassis wurde in den 1930er Jahren von Designern wie Buckminster Fuller und William Bushnell Stout (Dymaxion und Stout Scarab ) hergestellt, die die Theorie des echten Weltraumstruktur-Chassis aus der Architektur oder dem Flugzeugzeichnen verstanden.
Der erste Rennwagen, der ein Space-Frame-Chassis versuchte, war der Cisitalia D46 von 1946. Er verwendete zwei Rohre mit kleinem Durchmesser entlang jeder Seite, die vertikal von kleinen Rohren beabstandet waren und daher in keinem Plan diagonal waren. Ein Jahr später schuf Porsche den Typ 360 für Cisitalia . Da es diagonale Rohre enthält, kann es als das erste echte Space-Frame-Chassis in einem Automobil angesehen werden.
Der Maserati Tipo 61, 1959 (BirdCage) wird oft als der erste Wagenrahmen in räumlicher Struktur angesehen, aber 1949 entwarf der D r Robert Eberan-Eberhorst den Jowett Jupiter, der 1949 auf der Londoner Messe vorgestellt wurde und eine Siegesklasse bei der gewann 24 Stunden von Le Mans im Jahr 1950. Später entwickelten kleine britische Autohersteller das TVR- Konzept zur Herstellung einer zweisitzigen Legierungskarosserie auf einem mehrrohrigen Chassis, das 1949 erschien.
Colin Chapman von Lotus stellte 1952 sein erstes "Serien" -Auto vor, den Mark VI. Es wurde vom Jaguar C-Type- Chassis mit vier Rohren mit zwei verschiedenen Durchmessern beeinflusst, die durch schmalere Rohre voneinander getrennt waren. Chapman reduzierte den Röhrendurchmesser für die leichteren Lotusblumen, reduzierte jedoch nicht die kleineren Röhren, vielleicht weil er es für Käufer als zerbrechlich ansah. Obwohl Lotus weithin als Chassis mit Weltraumstruktur beschrieben wird, baute es bis zum Mark VIII unter dem Einfluss anderer Designer mit Erfahrung in der Luftfahrtindustrie kein echtes Chassis mit Weltraumstruktur.
Weitere bemerkenswerte Beispiele für Fahrzeuge mit räumlich strukturiertem Fahrgestell sind der Audi R8 , der Ferrari 360 , der Lamborghini Gallardo , der Mercedes-Benz SLS AMG , der Pontiac Fiero und die Saturn S-Serie .
Eine große Anzahl von Kit Cars verwendet eine räumliche Strukturkonstruktion, da für die Herstellung kleiner Mengen nur einfache und kostengünstige Vorrichtungen erforderlich sind und es für einen Amateurdesigner relativ einfach ist, mit einer räumlichen Struktur eine gute Steifigkeit zu erreichen. Diese Rahmen werden typischerweise MIG- geschweißt , obwohl die teureren häufig WIG- Schweißnähte verwenden , ein langsameres und höher qualifiziertes Verfahren. Viele sehen aus wie die Lotus Mark VIIs, andere befinden sich in der Nähe von AC Cobra- Repliken oder italienischen Supersportwagen , und einige sind Originalkreationen wie kein anderes Fahrzeug. Oft haben die Konstrukteure erhebliche Anstrengungen unternommen, um echte räumlich strukturierte Chassis mit allen Hauptlastpunkten in drei Dimensionen herzustellen, was zu Festigkeiten und Steifigkeiten führte, die mit denen von Serienautos vergleichbar oder größer sind. Die anderen sind Rohrrahmen und keine echten räumlichen Strukturen, da sie Rohre mit relativ großem Durchmesser verwenden, die häufig gekrümmt sind, unterschiedliche Lasten tragen, aber aufgrund ihres großen Durchmessers ausreichend steif bleiben. Einige Konstruktionen mit geringerer Qualität sind jedoch keine echten räumlichen Strukturen, da die Rohre erhebliche Biegebelastungen tragen. Dies führt zu einer starken Biegung aufgrund dynamischer Kräfte und letztendlich zu einem Ermüdungsbruch , einem Versagensmechanismus, der in einer richtig entworfenen echten räumlichen Struktur selten ist. Die Verringerung der Steifheit wirkt sich auch nachteilig auf die Handhabung aus.
Ein Nachteil des raumstrukturierten Chassis besteht darin, dass es einen Großteil des Fahrzeugvolumens einschließt und es dem Fahrer und dem Motor erschwert, darauf zuzugreifen. Einige Spaceframes wurden mit abnehmbaren Abschnitten entworfen, die durch Schraubverbindungen befestigt sind. Eine solche Struktur wurde bereits um den Motor des Lotus Mark III herum verwendet. Ein Vorteil des raumstrukturierten Chassis ist zwar etwas unpraktisch, aber der gleiche Mangel an Biegekräften in den Rohren, mit denen es als Fachwerk modelliert werden kann, bedeutet auch, dass dieses abnehmbare Teil die Festigkeit des zusammengebauten Chassis nicht verringert.
Motorräder und FahrräderDas italienische Ducati- Motorrad nutzt das Rohrchassis seiner Modelle intensiv.
Raumstrukturen wurden auch für Fahrräder verwendet , wie sie von Alex Moulton entworfen wurden .