Exzentrische Verbindungen

Verkantungen, Verschränkungen und Hebelstabwerke

Allgemein

Meine Bachelorarbeit an der OTH Regensburg beschäftigt sich mit mechanischen Verbindungen, die wir im Folgenden (im technischen Sinne) „exzentrisch“ nennen.

 

Das erklärt sich folgendermaßen: Die meisten heute verfügbaren industriell hergestellten mechanischen Verbin­dungen basieren auf einer zentri­schen Verknüpfung, d.h. es gibt ein zentrales Bauteil, das alle zu verbin­denden Bauteile an sich zu knüpfen weiß. Beispiele dafür sind etwa der Mero-Knoten oder das System von USM Haller, aber auch ganz klassi­sche Verbindungen wie ein Flachver­binder. Ihnen allen gemeinsam ist die Tatsache, dass sie sich an dem Punkt befinden, an dem sich die Ach­sen der beteiligten Bauteile kreuzen.

Der Vorteil dieser Art der Verbindung besteht darin, dass das Knotenbauteil einen Großteil der in den Stäben auftre­tenden Drehmomente in sich aufnimmt. Dafür ist dieses zentrale Bauteil aber auch erheblichen Belastungen ausgesetzt, die hohe Anforderungen an die Art der Verknüpfung stellen.

 

Doch es gibt noch eine andere Möglich­keit, die wir im Gegensatz zu der zentri­schen als exzentrisch bezeichnen wollen. Dabei ist kein zusätzlicher Knoten nötig, die Bauteile sind an sich selbst befes­tigt.

 Diese Art der Verbindung ist nicht so außergewöhnlich, wie die geläufigere Bedeutung des Wortes „exzentrisch“ es vermuten lassen würde. In der Tat näm­lich hat der Mensch schon in frühester Zeit exzentrisch verknüpft.

 

Denn die einleuchtendste Weise, zwei oder mehr Äste zu einem Unterstand zu verbinden, ist es selbstverständlich, sie aneinanderzulehnen und gegebenenfalls mit Bast, Leder, oder was auch immer an faserigem Material zur Verfügung steht, zu umwickeln. Schon entsteht eine exzentrische Verbindung!

 

Hier werden die auftretenden Kräfte in Biegebeanspruchungen der einzelnen Stäbe abgeleitet, die sich selbst stützen. Doch versagt nur ein einzelnes Bau­teil, kollabiert das gesamte System. Aus diesem Grund trifft man exzentrische Verbindungen in Architektur und Design hauptsächlich in Mischformen mit zentri­schen Verbindungen an.

 

Das Verknüpfen mit exzentrischen Ver­bindungen steht der textilen Handarbeit nahe, auch sie erzeugt stabile Gebilde, die aus einzelnen, untereinander ver­schränkten Elementen bestehen. So ist es kein Wunder, dass viele Ver­fahren der exzentrischen Verbindung geflochtenen oder gewebten Mustern ähneln. In China entwickelte sich vor Jahrhunderten die sogenannte „Ge­webte Brücke“, die das Prinzip des Webens in architektonische Maßstä­be überträgt.


Kinetisches Gittermodell

Ausgehend von den Erkenntnissen der theoretischen Arbeit entstand ein kinetischer Gitterwürfel, dessen exzentrische Knotenpunkte eine Faltung quer über die Raumdiagonale gestatten.

 

Die Besonderheit dabei ist, dass der Mechanismus vollkommen ohne Scherenmechaniken, wie beispielsweise bei der Hoberman-Sphäre, funktioniert. Die Bewegung der Einzelelemente spiegelt dabei die Inversionskinematik des „Umstülpbaren Würfels“ wider.