Was ist eine geodätische Kuppel? – Ursprung, praktische Anwendungen und Vorteile

Eine geodätische Kuppel hebt sich von den Standardformen der Überdachungen ab. Sie vereint intelligentes Design mit Funktionalität.

Durch ihre unkonventionelle Form und ihr harmonisches Aussehen ist die geodätische Kuppel ein echter Blickfang. Oft ziehen sie den Betrachter mit ihrer Harmonie, ihrer außergewöhnlichen Geometrie und ihrer Schönheit in den Bann.

Einige der größten und bemerkenswertesten geodätischen Kuppeln der Welt befinden sich an öffentlichen Orten wie botanischen Gärten, zum Beispiel dem Climatron-Gewächshaus in den Missouri Botanical Gardens, aber auch in Museen oder Vergnügungsparks.

Dieser Artikel soll einen Überblick über geodätische Kuppeln bieten. Ihre Erfindung, ihre Konstruktion und die besten Anwendungsbereiche dieser faszinierenden architektonischen Form.

Hier sind zwei Beispiele:

Telus World of Science – Vancouver, Canada

Geodätische Glaskuppel im Dali-Museum, Figueres, Spanien

Wozu kann eine geodätische Kuppel eingesetzt werden?

Die Kuppelform – eine praktische Einzelanwendungen in der Architektur

Schaut man sich die beliebtesten Anwendungen für geodätische Kuppel an, stellt man fest, dass diese für viele unterschiedliche Zwecke verwendet werden können.

So finden geodätische Kuppeln zum Beispiel Anwendung als Gewächshaus, geodätisches Kuppel Zelt oder Outdoor-Hotelzimmer, als Wintergarten und Ferienhaus, als Pop-up-Shops, Garten Iglu, Pavillon, Yoga-Kuppeln, Sommerhaus-Kuppeln, Fitnessraum oder als überdachter Pool.

Sie können als Landhaus dienen, als Klassenzimmer, Kunststudios, Lesesäle, Esszimmer oder Saunen. Den Einsatzmöglichkeiten von geodätischen Kuppeln sind fast keine Grenzen gesetzt.

Wann wurde die erste geodätische Kuppel gebaut?

Die erste geodätische Kuppel wurde 1922 in Jena erbaut. Grund für den Bau war, mehr Fläche für den Zeiss Planetariumsprojektor zu schaffen.

Einige Zeit später entwickelte der amerikanische Architekt R. Buckminster Fuller diese Idee weiter und patentierte die Struktur. Seitdem wurden geodätische Kuppeln immer beliebter und sind heute ein großer Trend.

Welchen Vorteil bietet die Verwendung einer geodätischen Kuppel in der Architektur?

Es gibt viele geheimnisvolle Eigenschaften, die einer geodätischen Kuppel zugeschrieben werden, wird sie doch als eine Art heilige und spirituelle Geometrie betrachtet.

Es wird gesagt, dass sich die Person, die sich im Inneren der Kuppel befindet, besser mit dem Universum und der kosmischen Energie verbindet und sich wie im Mutterleib fühlt.

Auch soll sie dabei helfen, beide Gehirnhälften miteinander zu verbinden und in Einklang zu bringen und so einen besonderen Zustand der Entspannung für das Gehirn zu schaffen.

Doch abgesehen von den spirituellen und energetischen Vorzügen bietet eine geodätische Kuppel noch viele weitere und viele greifbarere Vorteile.

Geringe Anschaffungskosten

Durch ihre Form ermöglicht es die geodätische Kuppel, den maximalen Raum mit der minimalen Fläche zu umschließen, wodurch Material- und Energiekosten für den Bau und die Klimatisierung reduziert werden.

Ausgezeichnete Belüftung

Da es sich um eine kugelförmige Oberfläche handelt, ist die Belüftung besonders herausragend. Luft strömt kontinuierlich von unten nach oben und in die Mitte der Kuppel, wodurch die Verbreitung von Feuchtigkeit, Pilzen oder Bakterien reduziert wird.

Exzellente Akustik

Die Akustik im Inneren der Kuppel ist phänomenal, weshalb geodätische Kuppeln von Musikern sehr geschätzt werden.

Aber was genau ist eine geodätische Kuppel?

Eine geodätische Kuppel ist eine Anordnung von Polygonen die sich einer echten geodätischen Kugel annähern. Eine geodätische Kuppel ist ein Teil einer geodätischen Kugel.

Gebäude oder Dächer wurden aus geodätischen Kuppeln konstruiert, die 5-100% einer Kugeloberfläche ausmachen. Dabei sind Kuppeln, die für Häuser verwendet werden, normalerweise Anordnungen von Dreiecken, die drei oder fünf Achtel einer geodätischen Kugel bilden.

Geodätische Kuppeln bilden in vielfacher Hinsicht effiziente Strukturen. Durch die Dreiecke wird eine sehr stabile Form gebildet. So kann zum Beispiel Druck, der auf die Ecke eines Rechtecks ausgeübt wird, dieses in ein Parallelogramm verformen. Ein Dreieck hingegen bleibt von dem gleichen Druck unberührt.

Somit sind geodätische Kuppelgebäude extrem widerstandsfähig gegen Kräfte wie Schneedecken, Erdbeben, Wind und sogar Tornados.

Weiterhin beträgt die Fläche einer geodätischen Kuppel nur 38 % der Fläche eines kastenförmigen Gebäudes, das die gleiche Grundfläche umschließt.

Somit gibt bei einer geodätischen Kuppel weniger Oberfläche, die den Temperaturschwankungen im Freien ausgesetzt ist, wodurch sie kostengünstiger zu heizen und zu kühlen ist als eine geradlinige Struktur.

Außerdem können Geodätische Kuppeln schnell und ohne schweres Gerät aufgebaut werden. Unter der Verwendung von vorgefertigten Komponenten benötigen Sie nur eine minimale Anzahl von Personen, um die Kuppel für ein 185 m² großes Haus in weniger als 10 Stunden zu errichten.

Aufgrund ihrer Geometrie trägt sich eine geodätische Kuppel selbst, ohne dass zusätzliche interne Säulen oder tragende Innenwände benötigt werden. Diese Eigenschaft macht solche Strukturen attraktiv für die Verwendung als Kirchen, Sportarenen und Ausstellungshallen.

Durch die Ästhetik der hohen Decken sind sie auch als Wohnhäuser attraktiv. Ohne Problem können zusätzliche Stockwerke auf halber Höhe der Umhüllung aufgehängt werden, ohne dass eine zusätzliche Unterstützung als Befestigung an der Kuppel selbst erforderlich ist.

Erfindung und Popularisierung – die Ursprünge der geodätischen Kuppel

Wie bereits erwähnt wurde die erste geodätische Kuppel in Deutschland, in der Stadt Jena erbaut.

Auf der Suche nach einer Möglichkeit, ein größeres Planetarium zu bauen, beschloss der deutsche Ingenieur Walter Bauersfeld 1919, bewegliche Projektoren in einer stationären Kuppel zu montieren.

Bis zu diesem Zeitpunkt drehten sich Planetariumskuppeln, während externes Licht durch Löcher in der Kuppelschale eintrat, um Sterne und Planeten zu simulieren. Dies begrenzte die praktische Größe der Kuppel und auch die Anzahl der Personen, die sie aufnehmen konnten.

Bauersfelds Konzept der Innenprojektion funktionierte in einer viel größeren Kuppel. Das erste konstruierte Modell glich mit 16 m Durchmesser mehr einer Halbkugel.

Bauersfeld löste das Problem mit einem Ikosaeder (ein 20-seitiger Körper mit gleichen Dreiecksflächen) und indem er jede Fläche in kleinere Dreiecke unterteilte.

Dafür fasste er die Dreiecke in fast 3.500 dünnen Eisenstäben ein. Um eine kugelförmige Schale für diesen Rahmen zu konstruieren, errichtete Bauersfelds eine kugelförmige Holzform im Inneren des Rahmens und spritzte eine pastöse Betonmischung auf.

Die Schale sollte im Verhältnis zu ihrem Durchmesser die gleiche Dicke wie eine Eierschale haben. Dieses Verhältnis sollte sich später als Standard für geodätische Kuppeln etablieren.

Buckminster Fuller, der offizielle Erfinder der geodätischen Kuppel

Dreißig Jahre später erfand R. Buckminster Fuller, ein amerikanischer Architekt, Ingenieur, Dichter und Philosoph, unabhängig von Bauersfeld ein ähnliches Konstruktionssystem.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wollte Fuller erschwingliche, effiziente Wohnungen entwerfen, die schnell aus massenproduzierten Komponenten gebaut werden konnten.

Fuller, der bereit war, sich von konventionellen Ansätzen zu lösen, begann mit Kugelformen zu arbeiten, weil sie einen gegebenen Raum mit dem Minimum an Fläche umschlossen.

Dazu umrahmte er zunächst die Kugeln mit einem Netz von Streifen, die sich Großkreisen annähern (Kreise auf einer Kugel, deren Zentren mit dem Mittelpunkt der Kugel übereinstimmten). Diese Streifen bildeten Dreiecke, wenn sie sich kreuzten.

Er nannte das Produkt geodätische Kuppel, weil Großkreise als Geodäten bekannt waren (vom griechischen Wort für Erdteilung) und begann schließlich Kugeln aus Sechsecken und Fünfecken zu formen (wie die Felder eines Fußballs).

Anschließend unterteilte er sie in Dreiecke, um die Festigkeit und den Aufbau zu erleichtern.

1953 nutzte Fuller sein neues System, um einen Innenhof mit 28 m Durchmesser zu überdachen, welcher das Hauptgebäude der Ford Motor Company umgab.

Auf Grund seiner Konstruktion war das Gebäude nicht darauf ausgelegt, das große Gewicht einer traditionellen Kuppel zu tragen, allerding wog Fullers Konstruktion 95 % weniger.

Fuller vollendete den Entwurf und die Konstruktion in nur drei Monaten.

Wie baut man eine geodätische Kuppel?

Eine geodätische Kuppel kaufen

Der einfachste Weg ist der Kauf einer geodätischen Kuppel. Natürlich können Sie sich auch eine geodätische Kuppel selber bauen.

 

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Wobei eine geodätische Kuppel kaufen eine besonders attraktive Option ist, da sie ihr Wunschmodel auswählen können und sich nicht um die Konstruktionsdetails kümmern müssen.

Weltweit gibt es eine Vielzahl von speziellen Herstellern, sodass Sie eine geodätische Kuppel in den meisten Ländern kaufen können, auch in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

Die Preise für eine geodätische Kuppel können stark variieren.

Sie sind abhängig von der Abmessung, dem Design (Art der Frequenz), den verwendeten Materialien (Holz, Stahl, Kunststoff, Gipskarton, Pappe, Aluminium, Beton, Bambus, Papier, PVC, Leinwand, Stroh oder recycelte Materialien), der Isolierung usw.

Einen Bausatz für eine geodätische Kuppel kaufen

Möchten Sie Ihre geodätische Kuppel selber zusammenbauen, möchten aber nicht die geodätische Kuppel konstruieren, dann ist vielleicht ein geodätische Kuppel Bausatz eine Alternative für Sie. Im Internet findet sich eine Vielzahl von Anbietern aus deren Sortiment Sie bequem auswählen können.

Eine geodätische Kuppel selber bauen

Sind Sie handwerklich begabt und haben Spaß daran große Sachen zu bauen, könnte diese Option für Sie interessant sein. Werfen wir einen Blick darauf, was der Bau einer geodätischen Kuppel mit sich bringt und welche verschiedenen Methoden dafür verwendet werden können.

Das Design

Bevor sie eine geodätische Kuppel konstruieren, sollen sie sich auf jeden Fall einen Plan zurechtlegen. Es gibt verschiedene Designs, die für geodätische Kuppeln verwendet werden können.

Daraus ergibt sich eine Vielzahl von geodätischen Kuppeltypen. Das grundlegendste Design ist ein Ikosaeder mit 20 Flächen aus gleichseitigen Dreiecken.

Diese Dreiecke können in weitere kleinere Dreiecke unterteilt werden. Andere Konstruktionen verwenden eine unterschiedliche Anzahl von gleichseitigen Dreiecken oder gleichschenkligen Dreiecken oder von beidem. Je mehr Dreiecke sie verwenden umso größer wird die geodätische Kuppel.

Mit Hilfe von Computerprogrammen lassen sich oft noch komplexere Entwürfe von geodätischen Kuppeln erstellen.

Die Streben

Die Streben beziehen sich auf die Reihe von Stäben, die den Rahmen einer geodätischen Kuppel bilden. Streben können aus Metalllegierungen oder Holz hergestellt werden. Die Länge der Streben hängt von der Art der geodätischen Kuppel ab.

Es gibt geodätischen Kuppeln, die sich aus der Komplexität der Dreieckselemente ergeben. Mit zunehmender Komplexität der Dreieckselemente erhöht sich auch die Klassenzahl der geodätischen Kuppel.

Bei geodätischen Kuppeln mit der niedrigsten Klassennummer sind die Streben in der Regel gleich lang. Kuppeln mit höherer Klassenzahl benötigen Streben mit unterschiedlichen Längen, um die Vervollständigung einer ungebrochenen Kugel zu gewährleisten.

Das Internet kann dabei helfen die richtige Formel für die Berechnung der Strebenlänge und die Bestimmung der Radien von geodätischen Kuppeln zu finden.

Das Material

Ob Sie die dreieckigen Platten mit Holz, Trockenbau, Kunststoff oder Beton verkleiden, bleibt Ihnen überlassen. Die unterschiedlichen Materialien führen zu unterschiedlichen Arten von geodätischen Kuppeln.

Das am häufigsten verwendete Material zur Herstellung der Naben und der Strebenverbindungen ist Stahl.

Es besteht auch die Möglichkeit die geodätische Kuppel aus recyclebarem Material herzustellen und sie damit umweltfreundlicher zu gestalten.

Der Zusammenbau der Teile

Bevor Sie damit beginnen alle Teile zusammenzufügen, sollten Sie einige Sachen überprüfen. Stellen Sie sicher, dass die Streben eine angemessene Länge haben.

Weiterhin sollten die Enden der Streben abflachen, um sicherzugehen, dass diese auf der gleichen Ebene liegen, wenn sie zusammengefügt werden.

Wichtig ist auch, dass Sie passende geodätische Kuppel Verbinder kaufen und diese an die Stangen schrauben.

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Um die genaue Biegung für die Kuppel zu bestimmen sollten Sie eine Formel zu Rate ziehen. Anschließend können Sie damit beginnen, die geodätische Kuppel von unten nach oben aufzubauen.

Ist das Gerüst fertig, können Sie dieses mit den dreieckigen Elementen aus dem Material Ihrer Wahl abdecken.

Der Aufbau einer geodätischen Kuppel ist weniger kompliziert, als es auf den ersten Blick erscheint. Dennoch erfordert es ein wenig handwerkliches Geschick. Sollte ihnen der Bau einer geodätischen Kuppel doch zu kompliziert erscheinen, können Sie immer noch auf eine Firma oder einen fertigen Bausatz zurückgreifen.

Ein Beispiel und eine Kurzanleitung zum Bau einer geodätischen Kuppel

Wie genau Sie eine geodätische Kuppel selber bauen, möchten wir Ihnen anhand dieses Beispiels und der Schritt-für-Schritt Anleitung zeigen. Diese Anleitung bezieht sich auf den Bau einer Kuppel mit einem Durchmesser von 5 Metern.

Folgende Schritte sind notwendig:

• Auswahl und Zuschnitt der Hölzer
• Ausarbeitung der Dreiecke
• Fundament und Isolierung des Bodens
• Zusammenbau der Struktur
• Beschichtung mit Platten aus einem wasserabweisenden Material
• Konstruktion der Eisenkonstruktion für die Ausarbeitung der Tür
• Platzierung des Bodens und der Fenster

Die Transformation des Ikosaeders in eine geodätische Kuppel

Die geodätische Kuppel wird aus einem Polyeder namens Ikosaeder konstruiert. Dieser besteht aus 20 gleichseitigen Dreiecken.

Projiziert man die Kanten dieser flachen Dreiecke auf eine sphärische Oberfläche, entstehen gekrümmte gleichseitige Dreiecke und somit eine Kuppel oder eine geodätische Kuppel.

Die Grundlage für eine geodätische Kuppel basiert auf der Gruppierung von Dreiecken, die wiederum Fünfecke und Sechsecke bilden.

Mit zunehmender Anzahl von Dreiecken (und somit Fünfecken und Sechsecken) nimmt die Größe der einzelnen Figuren ab und die Kuppel wird immer kugelförmiger.

Dieser Vorgang wird als „Frequenz“ bezeichnet.

Welche Frequenz sollten Sie wählen?

Die Frequenz V4 ist eine der am häufigsten verwendeten. Sie bildet die perfekte Halbkugel, so dass, wenn wir sie auf einer ebenen Fläche platzieren, alle Kanten ihrer Basis auf ihr ruhen.

Dadurch lassen sich viele Probleme vermeiden, wenn man eine geodätische Kuppel konstruieren möchte. Verbindet man zwei V4-Kuppeln, erhält man eine vollständige Kugel.

Frequenz V3 ist keine perfekte Halbkugel. Stützen wir sie auf einer ebenen Fläche ab, würden nur die Enden der Kanten ihrer Basis Kontakt mit dieser haben, was diese Konstruktion komplexer und instabiler macht.

Auch die V5-Frequenz erzeugt eine perfekte Halbkugel, aber die Anzahl der herzustellenden Dreiecke erhöht sich erheblich, so dass die Frequenz nur bei großen Kuppeln zu empfehlen ist.

Abschließend kann man sagen: je höher die Frequenz, desto größer ist die Anzahl der Dreiecke und umso robuster ist die Struktur.

Fazit:

Zusammenfassend sind hier noch einmal die großen Vorteile von geodätischen Kuppeln.

Die Perfekte Form

Fuller glaubte fest daran, dass die geodätische Kuppel die perfekte Struktur der Natur sei. Warum das so ist? Ganz einfach, weil sie den größten Raum mit der geringsten Menge an Material umschließt.

Die Kuppel steht im Einklang mit der Umgebung und trägt sich selbst, ohne dass interne Säulen oder Wände benötigt werden. Durch den offenen Raum, den sie schafft, bietet sie grenzenlose Nutzungsmöglichkeiten.

Schneller Aufbau

Wirft man einen Blick auf eine geodätische Kuppel, sieht man, dass sie einer halbierten Kugel oder einer Halbkugel ähnelt. Auf den zweiten Blick ist zu erkennen, dass die Kuppel aus einer Vielzahl von Dreiecken zusammengesetzt ist.

Diese dreieckigen Stützen bleiben in einem Zustand permanenter Spannung, was die Struktur nahezu unzerstörbar macht.

Heutzutage kann eine solche Kuppel von 110 Quadratmetern von 4 bis 6 Personen in weniger als einem Tag errichtet werden, während kleinere Kuppeln in wenigen Stunden zusammengebaut werden können.

Obwohl wir praktisch in der Architektur nie eine perfekte Kugel erreichen können, kommen wir dieser mit einer geodätischen Kuppel sehr nahe.

Effizienz

Wenn Sie zwei Objekte in der gleichen Größe erstellen würden, eins in Rechteckform und eins in Kuppelform, dann würde das zweite Objekt, die Kuppel, 30 % weniger Oberfläche haben.

Was bedeutet das genau? Das bedeutet, Sie würden für den Bau 1/3 weniger Material benötigen (und die Kuppel wäre immer noch deutlich robuster als das erste Objekt mit seiner geradlinigen Struktur).

Weiterhin bedeutet es auch, dass Sie aufgrund der kleineren zu beheizenden oder zu kühlenden Fläche Geld beim Betrieb von Heizung und Klimaanlage sparen!

Superstark…

Geodätische Kuppeln faszinieren Menschen in vielerlei Hinsicht, vor allem durch ihre erstaunliche Haltbarkeit. Geodätische Kuppeln kombinieren die starke Bogenform der Dreiecke, einer der stärksten geometrischen Formen, die der Mensch kennt.

Das Ergebnis dieser Paarung ist eine extrem starke Struktur, die in der Lage ist, auch massiven Belastungen standzuhalten. Aufgrund ihrer festen Seiten übertragen Dreiecke, die das Gerüst einer Kuppel bilden, die Kraft gleichmäßiger als andere Formen.

Geodätischen Kuppeln wird sogar nachgesagt, dass sie Bränden und Erdbeben besser standhalten können als rechteckige Strukturen.

Geodätische Kuppeln sind sehr leicht

Kommen wir noch einmal kurz zurück auf das älteste Planetarium der Welt (und die erste geodätische Kuppel). Bauersfelds Konstruktion für die Zeiss-Fabrik musste besonders leicht sein, da die Kuppel auf dem Dach platziert werden sollte.

Zusätzlich musste sie groß genug sein, um eine große Anzahl von Zuschauern aufzunehmen, abgerundet genug, um eine gute Oberfläche für die kosmische Projektion zu bieten, und stark genug, um einem Tornado zu widerstehen. Und genau das tat sie.

Die Luftmasse sammelt sich in ihrem Inneren und die Kräfte wurden gleichmäßig auf ihrer Oberfläche verteilt.

Umweltfreundlichkeit

Angesichts greifbarer Auswirkungen der globalen Erwärmung erlassen Regierungen immer strengere Gesetze, um den geringstmöglichen ökologischen Fußabdruck bei jeder Art von Unternehmung durchzusetzen.

Geodätische Kuppeln sind eine großartige Lösung. Bauingenieure versuchen sicherzustellen, dass Kuppeldesigns keinen Raum für Ökologische Fehltritte lassen.

Geodätische Kuppeln folgen daher den Prinzipien des umweltbewussten Designs und basieren auf der Idee, die endlichen Ressourcen der Erde zu schützen. Das Ziel ist es, ihre Nutzung zu optimieren, ohne die natürlichen Prozesse des Planeten zu stören.

Geodätische Kuppeln sind energieeffizient, bestehen aus wiederverwertbaren Materialien und viele von ihnen benötigen kein Fundament.

All das sorgt dafür, dass natürliche Gleichgewicht zu erhalten. Geodätische Kuppeln verbinden nahtlos Architektur mit Ökologie und Umwelt und bilden so ein perfektes Beispiel für nachhaltiges Design im Dienste der Menschheit.

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