Selbstbau einer geodätischen Kuppel (geodesic dome):


Beim surfen in den Weiten des Netzes bin ich über das Thema "geodätische Kuppeln" gestolpert und habe mich sofort infiziert. So ein Teil wollte ich gerne einmal bauen, allerdings sollte es nicht zu massiv geraten und ich wollte kein Vermögen investieren. Am attraktivsten erschien mir die Realisierung mittels PVC-Rohren aus der Elektroinstallationstechnik. Im Netz findet man verschiedene Lösungen für die Verbindungsknoten (Hubs), die mir allerdings entweder zu kostspielig (Spritzguss-Verbinder), zu aufwändig oder zu labil erschienen. Aus diesen Gründen habe ich eine eigene Lösung ersonnen. Ein paar Vorversuche haben die Eignung dieser Variante belegt. Aus Platzgründen habe ich einen Durchmesser von 3m als guten Kompromiss gewählt. Um die einzelnen Streben (Struts) nicht zu lang werden zu lassen habe ich mich für eine F3 5/8 Sphäre entschieden, bei 3m werden die längsten Stangen knapp 60cm, das halte ich bei 16mm-PVC-Rohr für verantwortbar. Nachdem die Eckdaten festlagen ging es an die Fertigung der Einzelteile. Es braucht schon etwas Ausdauer bei der Anzahl der Elemente, aber da muss man halt durch. Nach dem probeweisen Zusammenbau eines Teilsegments machte ich mir Gedanken, wie ich die Konstruktion vor den Witterungseinflüssen, vor Allem der UV-Strahlung schützen könnte. Eine erste Idee war das Bekleben der Teile mit Kunststoff-Paketband. Dann fiel mir das selbstklebende Alu-Band ein, welches beim Dachausbau zum Verkleben der Dampfsperren-Fugen eingesetzt wird. Also Teilsegment zerlegt und ran ans Werk (wenn ich vorher gewusst hätte was ich mir da antue... ;-). Naja, die Arbeit konnte man gut parallel zum TV-schauen erledigen, trotzdem war wieder einiges an Geduld und Ausdauer gefragt. Der Zusammenbau machte Spass und ging an einem Samstag über die Bühne. Das Teil machte eine richtig gute Figur, finde ich. Die Materialkosten incl. Alu-Band dürften etwa um die 100,- Euro liegen wenn man sich im Netz günstige Quellen raussucht, ich habe mich allerdings aus Ungeduld teilweise beim ortsansässigen Apotheker ähm.. Baumarkt bedient und liege deshalb etwas darüber.
So, jetzt ist genug getippt, nun kommen ein paar Fotos:

Material:
PVC Elektro-Installationsrohr 16mm, Muffen für 25mm Rohr, selbstklebende Alu-Folie und Kabelbinder.
 


Plan und Berechnung der Bauteile aus dem Internet (Korrektur der Längen aufgrund der
Knoten handschriftlich). Hier wurde auch schon eine weitere Ebene einkalkuliert ("+1").

 


Bohrhilfe und fertiges Verbindungs-Element (6er Knoten). Die 5er Knoten
habe ich mittels eines Papiertreifens mit 1/5 Umfang-Teilung angezeichnet.

 


Aus einer Muffe werden zwei Verbindungs-Elemente.
 


Erster Test der Verbindung mittels Kabelbinder.
 


Beispiel für einen 5er-Knoten.
 


5er-Knoten in der ersten Ausbaustufe. In die Muffen wurden zur Erhöhung der Stabilität
ringförmige Abschnitte von einem 25mm-Rohr eingelegt. Diese werden von den Kabelbindern
mit umschlossen.

 


Sammlung vorgefertigter Verbindungselemnte, da kommt schon was zusammen.
 


Erste Ausbaustufe (so geht es noch soeben durch die Terrassentüre).
 


In diese Ecke soll der Dome mal hin.
 


Überziehen der Kunststoffelemente mit selbstklebender Alu-Folie. Eine super
Arbeit zum anheben der interlektuellen Herausforderung beim TV-schauen ;-)

 


Feriges Gerüst.
Die fertige 5/8 Sphäre bestätigte die Vermutung, dass die Stehhöhe (jetzt 1,75m) nicht ausreicht. Es war ein zusätzlicher Ring, gleich dem jetzt unteren Ring, angedacht. Allerdings weiss ich mittlerweile, dass eine solche Konstruktion nicht die Stabilität der restlichen Sphäre erreichen würde. Aus diesem Grunde werde ich den zusätzlichen Ring der Sphäre weiter folgend ausführen (zweiter Ring von unten im Plan, natürlich vertikal gedreht). Dabei werde ich allerdings die Längen der Streben zu den 5er-Knoten so modifizieren, dass eine ebene Basis entsteht. Die nötigen Längen lassen sich leicht an der existierenden Konstruktion abmessen. Erleichternd für diese Aktion ist, dass die unteren Verbinder schon als 6er-Knoten gebohrt sind (ich habe erst gar keine 4er Knoten gefertigt um den Aufbau zu erleichtern :-).



 
Status:
Gerüst der 5/8 Sphäre ist fertig :-)

Offene Punkte:
- Befestigung am Erdboden (z. Zt. mit 5 Heringen, macht einen stabilen Eindruck)
- Wegen der Stehhöhe zusätzliche Ebene nötig (anfangs schon angedacht, Hubs vorhanden)
- Realisierung einer Eingangsöffnung ohne die Struktur zu schwächen.
- Überzug für das Gerüst


Zusätzliche Ebene:

Fertig!


Eine Ebene mehr, Stehhöhe satt :-)


Eingangsöffnung:
Ein Öffnung in der Sphäre schwächt die Konstruktion erheblich, daher muss ein stabiler Rahmen mit einer guten Stützfunktion dieses Manko ausgleichen, er wird daher vermutlich aus Metallrohren bestehen. Die Anschlüsse zur Sphäre werden in Dreiecksform realisiert um steife Verbindungen zu gewährleisten.

Fertig!


Eingangsrahmen mit Anschluss an die Sphäre mittels Dreiecken. Die Seitenholme des Rahmens
bestehen aus 20mm x 20mm Alu-Vierkantprofilen, das hat sich als ausreichend stabil erwiesen.



Überzug der Kuppel:


Da letztens bei uns mieses Wetter vorherrschte und eine kleine Feier anstand, habe ich
erst mal als Provesorium eine Standart-PE-Abdeckplane so gut es ging über das Gerüst gezogen.
Naja, das war nicht grade schön aber nützlich.
Dann habe ich die Plane auf eine Haube reduziert, das sah erst mal besser aus. An den Resten
wurde dann das Folien-Schweißen geübt. Nun sieht es so aus, auch nicht perfekt aber so bleibt
es erst mal. Die Folie wurde mit Clips befestigt, siehe Fotos unten.

Zum Folien-Schweißen:
Als Unterlage habe ich eine hochkant gelegte Dachlatte verwendet, darauf kommt eine Lage
Backpapier, mit Heftzwecken befestigt. Auf diese wird überlappend die zu verschweißende PE-Folie
gelegt und ausgerichtet, zum Fixieren der Folie habe ich Leimzwingen benutzt. Neben der Dachlatte
wird die Folie etwas nach unten gedrückt. Nun kommt auf die Folie wiederum eine Lage Backpapier.
So vorbereitet kann nun die Folie mit einem normalen Bügeleisen verschweißt werden. Temperatur,
Druck und Heizdauer müssen durch Versuch ermittelt werden und sind Übungssache.


Standart-Klip zum befestigen der Installationsrohre auf Wänden.


Aus einem Rohrabschnitt wurde 90° heraus gesägt,
das ergibt einen hervorragenden Befestigungs-Clip.



Nun noch ein Schmankerl für Alle die das 3D-Sehen mittels Schielen beherrschen:


Über Kreuz schielen!


Für Diejenigen, die das mit dem Schielen nicht hinbekommen,
hier noch mal für Rot-/Cyan-Brille.


Update 10/2015:

Vor Kurzem gab es beim ansässigen Discounter sehr preiswert s.g. Auto-Faltgaragen. So ein Teil habe
ich für meinen Wagen gekauft. Leider hat es sich für nur bedingt brauchbar erwiesen und stand somit
zu anderweitiger Anwendung zur Verfügung. Da das bisherige "Provisorium" gewisse Alterserscheinungen
aufwies habe ich es nach der Gewächshaus-Saison entfernt und so bot es sich an, die "Faltgarage" einmal
als Dome-Cover zu testen. Was dabei raus kam zeigt folgendes Foto:


"Auto-Faltgarage" als Überzug für den Dome.

Es ergeben sich zwar ein paar Falten, aber für knapp über 10,- Euro ist das Teil schon recht brauchbar.
Die Größe lässt zwar zu wünschen übrig, aber so ist auch etwas von der Konstruktion zu sehen.

Auf dem Foto ist auch ein geänderter Eingang / Einstieg zu sehen. Der große Eingang störte für mein
Empfinden zu sehr die geometrische Grundform, deshalb habe ich nach einer Alternative gesucht.
Herausgekommen ist die gezeigte Lösung, hier noch mal zur Verdeutlichung farbig unterlegt:


Einstieg.

Aus einem seitlichen Sechseck (rot gekennzeichnet) wurde die innere "Spinne" entfernt. Um zu verhindern,
dass das Gewicht der oberen Kalotte die Konstruktion im Bereich des Einstiegs vertikal staucht, wurden
zwei vertikale Stützstreben (blau gekennzeichnet) eingebaut und in deren Mitte mit den seitlichen Knoten
des Sechsecks verbunden. Zusätzlich wurden die unteren Ecken des Einstiegs nach außen abgestützt (ebenfalls
blau gekennzeichnet. So ergibt sich ein optisch akzeptabler und stabiler Einstieg. Für die Zukunft habe ich
noch angedacht, die beiden äußeren Stützen durch ein U-förmig gebogenes Stahlrohr zu ersetzen. Man könnte
dann das horizontale Rohr und die beiden V-förmigen Stützen unten im Einstieg entfernen und bekäme einen
freien Durchgang. Schaun'n wir mal!


Update(Update 10/2015):

Nachdem ich mir die beiden Fotos und die beiden letzten Sätze des Updates oben so anschaute wurde mir klar,
dass die Lösung für einen freien Durchgang doch ganz einfach ist. Warum bin ich da nicht sofort drauf
gekommen? Naja, manchmal braucht es eben einen kleinen Umweg. Das Ganze war dann auch schnell realisiert,
das folgende Foto zeigt die Lösung:


Einfache Lösung für einen freien Eingang, so kann's bleiben.

Die beiden Seitenstützen des Eingangs bestehen aus 25mm Installationsrohr, natürlich wieder mit Alu-
Klebeband überzogen (das Auge sieht mit ... ;-).



Update 11/2015:

Ich konnte beim Discounter noch eine größere Version der oben erwähnten Auto-Faltgarage ergattern. Diese
schließt den Spalt an der Rückseite, was vor allem bei Wind sehr angenehm ist. Hier noch mal ein Stereo-Foto
für Diejenigen, die das Kreuzschielen beherrschen:


3D-Bild des derzeitigen Zustands (über Kreuz schielen).



Update 02/2016:

An dieser Stelle noch ein wichtiger Hinweis:
Man sollte auf keinen Fall die Windkräfte unterschätzen!
Wie ich schon mal auf meiner Seite zum Bau einer Sternwarte mit drehbarer Kuppel geschrieben habe, ist eine
Sturmsicherung bzw. gute Verankerung sehr wichtig. Ich hatte zuerst so genannte "Schraubheringe" aus dem
Campingbedarf angedacht. Leider sind diese in solider Metallausführung recht teuer, weswegen ich mich nach
Alternativen umsah. In einem Camper-Forum fand ich dann folgende (preiswerte) Lösung:


Verzinkte Stahl-Schraube 380mm x 12mm mit Alu-Winkel aus dem Baumarkt.
Bei mir sind, neben einem Haufen normaler Heringe, sieben Stück davon im Einsatz und die sitzen auch nach den
bisherigen Stürmen bombenfest.


Update 04/2017:

Die Kuppel hat nun ihren dritten Winter problemlos überstanden. Allerdings sollte man den Überzug (Polyester Auto-Faltgarage) nach einem guten halben Jahr wechseln. Die Dinger sind wohl doch nicht so UV-fest wie einem die Werbung suggerieren möchte. Für den moderaten Preis habe ich mir daher ein paar auf Lager gelegt.
Der Boden wurde letzten Sommer mit Kunstrasen ausgelegt und eine LED-Ketten Beleuchtung installiert. Mit den bequemen Stühlen und einem kleinem Tisch macht es Spaß, nachmittags dort einen Kaffe, oder abends einen irischen Whiskey zu genießen (es darf auch ruhig was Anderes sein, z. B. ein schottischer ... ;-).



Update 05/2017:

So, der Überzug ist nun gewechselt. Es wurde auch Zeit, denn die Kuppel war nicht mehr Dicht. Nachdem ich den alten Bezug entfernt hatte sah ich auch warum:


Sauber durchgescheuert von den Falten/Kanten des Alubezugs der Knoten-Muffe.

Das kam für mich nicht wirklich überraschend und so hatte ich auch schon für die Lösung des Problems vorgesorgt:


Teile für die Abdeckung der Knoten-Muffen.

Jetzt sind die Muffen abgedeckt und ich hoffe, dass der Bezug an den Stellen nun länger hält:


Abgedeckte Knoten-Muffe.



Idee für einen "Spar-Knoten":


Alternative Knoten-Variante.
Angelehnt an viele Knoten-Lösungen mit Metallrohren habe ich mal versucht das PVC-Installationsrohr mit einem Heißluftgebläse zu erwärmen, zwischen zwei Holzstücken platt zu drücken, dabei gleich abzuwinkeln und nach dem Erkalten mit einem Loch zu versehen. Das Resultat kann sich durchaus sehen lassen. Man spart sich so die Muffen sowie Kabelbinder und muss deutlich weniger Löcher bohren. Fürs Verschrauben sind jeweils eine Schraube mit Mutter, sowie zwei Karosseriescheiben nötig. Eine durchaus attraktive Variante.


Update 01/2018:

So, es ist jetzt an der Zeit über Orkantief Friederike am 18. Januar 2018 zu schreiben ;-):
Der Sturm hat bei uns ziemlich gewütet. Irgendwann sah ich, dass sich die Plane von der Kuppel los gerissen hatte und umher flatterte. Um Schlimmerses zu verhindern bin ich sofort raus und habe die Plane entfernt und sicher verstaut. Aber es hatte nicht nur die Plane erwischt, sondern auch einige Verbindungen an den Knoten waren offen. Ich hatte vorher schon mal gemerkt, dass die Kabelbinder Einiges ihrer Flexibilität eingebüßt hatten, aber anscheinend ihren Job noch ausreichend sicher verrichteten. Nun aber hatte es Einige erwischt und die Stabilität der Konstruktion war doch ziemlich geschwächt. Noch während des Sturms konnte ich aber die gebrochenen Kabelbinder durch neue ersetzen und so das Schlimmste verhindern. Nun steht sie erst mal "nackt" im Garten und sieht dabei immer noch sehr schön aus :-)




Resteverwertung:


Resteverwertung ;-)

Apropos "Resteverwertung":
Zuerst habe ich im Netz nach dem Winkel zum sägen der Rohrstücke des Ikosaeders gesucht aber nichts gefunden, also musste ich den eigenen Kopf benutzen. Das Ganze war für mich gar nicht so trivial. Es gibt bestimmt mehrere Wege zum Ziel, meiner kommt mit Winkelfunktionen und Pythagoras aus. Jedenfalls passen die errechneten Werte exakt.

Hier der Link zu meiner Lösung (wer selber knobeln möchte braucht ihn ja nicht anzuklicken):





--- Wird fortgesetzt ---

E-Mail: reinhard.lauterbach[at]freenet.de