Ökosaeder – Modulare Häuser um schön & einfach zu leben

Modulare Ikosaeder-Häuser sind mein neues Projekt – das aktuelle Ergebnis meiner Überlegungen, für ein visionäres, ressourcenschonendes Haus einer enkeltauglichen Zukunft nach einem optimalen Schnittpunkt zu suchen zwischen den folgenden Anforderungen:

  • möglichst ökologisch (d.h. natürliche, regionale, recyclebare Baustoffe, einfache Reparatur)
  • möglichst einfach (Selbstaufbau, keine Spezialwerkzeuge, Aufbau unkompliziert zu verstehen)
  • möglichst ökonomisch (auch für Leute, bei denen Geld keine Lebens-Priorität ist)
  • möglichst effizient (bei Bedarf winterfest, isoliert, langfristig haltbar)
  • möglichst ästhetisch (ressourcenschonend Leben heißt nicht zurück in die Steinzeit, Schönheit und Geborgenheit ist ein wichtiger Teil von Lebensqualität)
  • möglichst flexibel (zerlegbar, platzsparend transportierbar, je nach Bedarf sind alle modularen Einzelelemente nach den jeweiligen Bedürfnissen vor Ort re-kombinierbar und austauschbar)

Zunächst – Was ist eigentlich ein Ikosaeder? Es handelt sich um den „platonischen Körper“, der der Kugel am nächsten kommt. Platonische Körper haben die spezielle Eigenschaft, geometrisch aus lauter identischen Teilen zu bestehen. „Iko“ bedeutet „zwanzig“ auf griechisch – der Ikosaeder setzt sich aus 20 gleichseitigen Dreiecken zusammen.

27-Dome

Er ist übrigens mathematisch die Urform aller Domes – in jedem Dome entsprechen die Fünfecke den Ecken eines Ikosaeders. Über mein Domebau-Projekt 2009  kam ich mit den interessanten Eigenschaften dieser Form erst in Kontakt. Domes sind schön, aber technisch schwer als isoliertes, zuverlässig regendichtes Wohngebäude für unser Klima umzusetzen.

Fangen wir also erstmal mit der einfachsten Form an…

 

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Der Ikosaeder ist eine der effizientesten Formen, mit wenig Material möglichst viel Nutzraum auf äußerst stabile Art zu umbauen. Das Oberfläche/Volumen-Verhältnis (A/V) liegt am nächsten an dem der Kugel, dem Optimum. (Quader: 6, Ikosaeder 5,1, Kugel: 4,8).
Rechts ein Strohhalm-Modell (die untere Pyramide ist hier bereits weggelassen, hier befindet sich beim Ökosaeder der Boden.)

Attraktiv an einem Wohnkörper in in Ikosaederform waren für mich die folgenden Grundüberlegungen:

  • Jeder Material – und späterer Energieeinsatz zum Heizen wird schon konzeptionell wegen der Form effizienter genutzt als bei herkömmlichen Bauformen. Pro Kubikmeter Nutzraum werden also weniger natürliche Ressourcen für die Wandkonstruktion verbraucht. (Beispiel: Gegenüber einem Kubus mit gleichem Volumen benötigt ein Ikosaeder 22,5% weniger Wandfläche.)
  • Ein Baukörper aus Dreiecken ist statisch extrem stabil, das heißt, man kann mit leichterem Material die gewünschte Stabilität erreichen.
  • Lauter gleiche Teile erlauben eine sehr effiziente und preisgünstige Herstellung. Plant man die Module von Größe und Gewicht in einem menschlichen Maß, können sie bequem in der Werkstatt mit geeigneten Hilfsmitteln (vor-)gefertigt werden. Die fertigen Module werden dann auf dem Bauplatz zum Wohngebäude zusammengesetzt. Das kann wegen der guten Handhabbarkeit auch durch die Bewohner selbst geschehen.
  • Module erlauben eine freie (Um-)Gestaltung des Wohnkörpers und ebenso eine leichte Reparatur durch seine Benutzer, die Anzahl und die Plazierung von Fenstern kann etwa der Landschaft und den Erfordernissen der Bewohner angepasst werden.
  • Geplant sind isolierte Wandmodule, leichte, isolierte Dachmodule inkl. Deckung, Fensterdreiecke, Module mit Dachbegrünung, mit eingebauter Photovoltaik, Solarthermie und Wandheizungsmodule, Module mit fertig eingebauter Elektroinstallation…
  • Auf der sozialen und psychologischen Ebene gefällt mir, daß runde und kuppelförmige Bauten eine spezielle Geborgenheit ausstrahlen und ein Zusammenkommen im Kreis unterstützen – einem sozialen Urbedürfnis des Menschen, das heute oft zu kurz kommt.

 

01-zeichnungen

Links: Ikosaeder Traggerüst, rechts (schematisch): Wände und Dach aus Modulen zusammengesetzt. Unten: Entwurf eines Traggerüstes für den Boden.

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Modell, gebaut mit dem Zometool-Baukasten

Nach einem Winter, in dem ich viele Zeichnungen und Berechnungen gemacht, Materialien recherchiert, Modelle gebaut und an Umsetzungsdetails getüftelt habe, liegen jetzt im Juli 2015 die ersten Schritte der Verwirklichung hinter uns – auch Dank der großzügigen und ausdauernden Mitarbeit von Robin Garms für 2 schöne Wochen! Das Konzept funktioniert tatsächlich, und die ersten Probeaufbauten sehen vielversprechend aus.

Wir bauen zunächst einen ersten Prototyp mit 10 qm Bodenfläche, Durchmesser 3,80, Wandhöhe 2,10m, Innenhöhe 3,3m. Die identischen Dreiecksmodule, die mit Sperrholz, Fermazell (Gipsplatten), Glas oder anderen Materialien gefüllt werden, haben eine Seitenlänge von 1,21 m und werden mit losen Federn und eingesägten Nuten untereinander und mit den umfassenden Ikosaeder-Dreiecksrahmen verbunden.

Hier ein paar Bilder vom aktuellen Stand:

05-fingerzinkenFingerverzinkung für eine optimale Stabilität der Module
06-ein-modulMartin Garms mit einem Wand-Modul, hier gefüllt mit Fermazell
07-robin-4dreieckeRobin präsentiert die ersten drei fertigen Module. Sie ergeben die Füllung eines Ikosaeder-Dreieckes von den insgesamt benötigten 15.
08-ganzes-dreieckDrei Module, hier noch ohne Füllung, eingebaut in das umfassende Ikosaeder-Dreieck.
09-verbindungen
10-dreicksvorrat
11-die-werklerGaragen-Fertigung mit selbstgebauten Produktionshilfsmitteln…
12-testaufbauProbeaufbau mit 6 von 15 Dreiecken
13-testaufbau

14-iko-im-gruenen

Update Oktober 2015

Dieser heiße Sommer war reise-reich und dieser Herbst voller schöner Farben recht arbeitsreich – erst Mitte Oktober finde ich Gelegenheit, weiterzubauen. Leider macht der nahende Winter es ungewiss, wie lange ich überhaupt draußen noch werkeln kann. Die Begeisterung ist aber ungebrochen.
Ich wende mich dem Boden zu, der aus geometrischen Gründen 2 andere Modulformen braucht als Wände und Dach.

Bodendreiecke-Stapel

Das hier sind die 15 Dreiecke, die den Boden tragen werden …

Martin im Boden-500px

und so werden sie später zusammengesetzt.

Die Fächer werden mit Hanf/Jute-Isolierung gefüllt und bekommen als Deckel einen schönen Holz-Dielenboden.

Es ist schon anspruchsvoll, alle Details selbst neu zu entwickeln, und Hindernisse auf dem Weg zu überwinden, wie zum Beispiel den sehr spitzen Winkel an den Ecken mit einer Kreissäge zu fertigen, die nur 5 cm Schnitttiefe hat. Auf dem Weg in die greifbare Wirklichkeit sind nunmal Kompromisse unumgänglich. Der geometrischen Grundidee versuche ich aber erstmal konsequent treu zu bleiben.

Um wieviel leichter ist das visionäre Konstruieren doch mit meinem Zometool-Baukasten – bequem auf dem Boden im warmen Zimmer. Neulich erschien die Idee einer „Sternwohnung“ aus 5 um einen Stern angeordneten Ikosaedern vor meinem inneren Auge: Unten wäre Süden, in der Mitte bildet sich ein von den Einzelräumen umschlossenener kleiner Begegnungs-Hof, der auch mit Glasdreiecken überdacht oder winters geschlossen werden könnte. Ein Modell für eine Studenten-WG oder einen Familie? Auf Wunsch können leicht zwei  Ökosaeder miteinander zu einem großen Wohnzimmer verbunden werden.

Sternwohnung-klein

Aufsicht Sternwohnung

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Ökosaeder-Sternwohnung Süd 600px

Im unteren Stockwerk wäre Platz für Werkstatt, Cafe, Laden, Terrasse, Fahrräder oder Garage. Die Materialkosten für den ganzen 5-Raum-Baukörper liegen etwa in der Region eines gehobenen Mittelklassewagens.
Würde man doch nicht in dem Land mit den restriktivsten Baubestimmungen der Welt wohnen … mir gehen  seit Wochen die frierenden Flüchtlinge nicht aus Herz &  Kopf … ich wünschte manchmal, ich wäre schon weiter.

Winterlager für den Dome

Der erste Schnee kündigt sich an, und ich entschließe mich, den Dome zu zerlegen um ihn in sein Winterlager in der Garage bringen zu können. Heute bin ich allein und ich bin gespannt, ob es schwierig ist, die Kuppel zu zerlegen.
Ich habe mir vorgenommen, gezielt nur möglichst wenige Teile herauszunehmen, so dass der Dome in 6 grosse Pentagramme zerfällt, die man leicht tragen und später wieder schnell zusammensetzen kann.

Die E-Dreicke sind der Schlüssel zum praktischen Zerlegen.
Die E-Dreicke (lila) sind der Schlüssel zum praktischen Zerlegen.

Ich löse mit dem Akkuschrauber eine Seite der „E“-Streben (das sind die einzigen gleichseitigen Dreiecke in der ganzen Konstruktion). Ich nehme keine Streben heraus, sondern drehe sie nur zur Seite. So sieht es nachher aus:

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Der Dome zeigt so seine interessante Pentagramm-Struktur nach dem Herausnehmen der Verbindungsdreiecke:

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Ich löse als nächsten Schritt die 5 Verbindungspunkte des Deckel-Pentagramms und lege es auf den Boden. Der Rest steht immer noch durchaus stabil:

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Das herausgenommene Teil ist in sich stabil. Man kann es gut allein tragen.

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Jetzt kommen die anderen Pentagramme dran – hier habe ich die beiden vorderen bereits abgeschraubt. Jetzt wird es doch etwas wackelig und ich stütze die Elemente mit einem Besen ab.

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Die Einzelteile lassen sich wunderbar ineinander legen und nehmen so nur wenig Platz ein.

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Das ist der gesamte Dome „im Winterschlaf“. Er passt mit etwas Geschick genau in die Garage. Der Abbau hat allein ca. eine Stunde gedauert.

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Mir sind bei der Arbeit einige Ideen gekommen, wie man die einzelnen Elemente separat mit einer Plane bespannen könnte und an den Ecken so vorbereiten könnte, dass man sie innerhalb weniger Minuten zusammensetzen könnte.
Das hat aber bis zum Frühling Zeit…

Domebau-Happening im Schwarzwald

In den letzten Wochen und Monaten stellte sich heraus, dass das Thema Dome-Bau viele meiner Freunde fasziniert. Also habe ich sie für für den letzten Sonntag zu einem Dome-Bau Happening eingeladen. Geben wir uns doch einfach einmal einen Tag zum Spielen! Es ist alles da, um Spaß zu haben und spannende Erfahrungen zu sammeln: liebe Freunde, ein wunderbarer warmer bis heißer Tag, ein großer Hof, eine spannende und herausfordernde Idee, alle notwendigen Berechnungen aus dem Netz, Werkzeug, ein großer Kasten mit Schloßschrauben und 300 Bettlatten, die ich schon vor Jahren zurückgelegt hatte, weil es mir so ein interessantes, stabiles Material schien, viel zu schade zum wegwerfen. Diese sanfte Rundung rief danach, zu einer Kuppel zu werden…
Drei Männer hatte ich eingeladen, und alle drei kamen und brachten Unternehmungslust mit!
Hier ist unser Bericht:


Ein wunderbarer Tag zum Relaxen – aber nur für Katzen. Wir haben uns nach Menschenart diesen Tag zum Spielen gegeben, eine Menge Ideen im Kopf und viel vor.


Unser erstes Modell aus Strohhalmen (ein V3-Dome), das wir im April gebaut hatten, ist als Maskottchen auch dabei.


Das Material: elastische, kreuzverleimte Bett-Latten aus Recyclingbeständen. Sie haben in mir schon vor Jahren die Idee einer Kuppel vor dem inneren Auge entstehen lassen. „Der Martin hebt mal wieder jeden Kimskrams auf“, hieß es damals. Ignoranten! Aber heute ist der Tag der Wahrheit!


Auf der Site desertdomes.com fanden wir ein praktisches Berechnungstool. Wir bemessen damit die Strebenmaße so, dass unser Dome möglichst groß wird. Es sind für einen V4-Dome 6 verschiedene Längen notwendig, die mit A bis F bezeichnet werden.


Eine perfekt übersichtlich gemachte Zeichnung für die wunderbare Geometrie mit vielfältigen Symmetrien beim Zusammenbau – herzlichen Dank an Tara Landry von desertdome – eine inspirierte Mathematiklehrerin aus Kalifornien!


Zuerst zählen und kalkulieren – reicht es für unseren V4? Oder ginge sogar ein V5?


… genau maßnehmen – es kommt durchaus auf den Millimeter an, das wissen wir schon von unserem Strohhalm-Modell


… und jetzt wird mit 2 Teams um die Wette produziert. Wir machen für jeden der 6 Längen einen Master als Bohrschablone. Das Bohren geht nach kurzer Einarbeitungszeit fix wie’s Brezelbacken. gemeinsame männliche Energie, die einfach Spass macht – jeder schaut eigenständig, was es braucht und handelt ohne grosse Diskussionen.


Uuups, ein Loch im Reststück! Da hab ich wohl im Eifer des Gefechts die falsche Seite abgesägt! Glücklicherweise haben wir genug Reserve.


Nach anderhalb Stunden ist das Bau-Material fertig und wohlsortiert nach Buchstaben ausgelegt. Das soll mal eine Kuppel werden?



Auf gehts – Len hat die Ehre, die erste Schraube zu setzen. Sie wird später mal der höchste Punkt des Bauwerks sein.


Jetzt die richtigen Stäbe auslegen. Ganz oben beginnt es mit einem Fünfeck – weiter unten werden vier weitere Fünfecke folgen. Alle anderen sind Sechsecke.


Wir üben mit den ersten Verbindungen. Die 6 x 60 Schlossschrauben reichen so gerade eben – 5 mm länger wäre einfacher gewesen.


Ha, es wölbt sich bereits vielversprechend! Das sieht schonmal nicht schlecht aus.


Wir entdecken, dass der Verbindungsbau am besten klappt, wenn viele Hände zusammenhelfen.


Guckt die Schraube endlich richtig heraus, kommt der geile Schraubmoment, der alles fest zusammenfügt. Wir einigen uns auf eine links-vor-rechts-Regel, um die Verbindungen ästhetisch und einheitlich zu gestalten.


Erst wenn die Schraube sitzt, werden die Stäbe ausgerichtet. Immer auf die richtige Reihenfolge achten!


Es wirklich heiß heute – ich plündere die Saftvorräte für eine Verschnaufpause.


Relaxen, Betrachten des bisherigen Werks, kurze Diskussionen über die Strategie .. und weiter geht’s!


Eine Arbeitsteilung bildet sich fliessend heraus. Je weiter wir nach unten kommen, um so kniffliger wirds. Es entwickelt sich ein lustiges Kauderwelsch zur Kommunikation. Len sagt an „jetzt ein C, ein B und 2 mal F bitte“, einer holt das Material, andere legen Werkzeug und Schrauben und Unterlegscheiben bereit, zücken Zwinge und Hammer.


Wir bocken unsere Kuppel auf, um bequemer weiterbauen zu können.


Was für eine Hitze! Aber wir haben großes Glück – im Osten grummelt und blitzt in Sichtweite ein dickes Gewitter – es zieht aber gnädigerweise an Saig vorbei. Jetzt heißt es dranbleiben. Soviele Schrauben!


Wie man sieht, bauen wir mit System. A bis F – alles beschriftet an seinem hoffentlich rechten Platz.


Die unterste Reihe bauen wir extra – wir wollen den Dome auf die Garage befördern und hoffen, dass es so leichter geht. Es ist auch einfacher, die Elemente ohne die Spannung zu verbinden, die an manchen Stellen der Kuppel zu spüren ist. Die Bettlatten sind ja leicht gebogen, und unsere Kuppel kommt zwar recht nah an dies Biegung heran, aber sie sind nicht alle genau gleich stark gebogen. Das merkt man an manchen Stellen.


Fertig mit allen Dreiecken – jetzt nur noch zusammenbauen! Halt – da ist eine D-Latte übrig und eine E fehlt – haben wir uns verzählt oder etwas falsch eingebaut? Tatsächlich wir finden die falsch eingebaute E später dadurch, dass sich eine Stelle sich nicht verbinden lassen will und tauschen sie aus.


Wow, das wird toll! Es macht großen Spass, so zusammen zu werkeln! Wir sind begeistert von der Schönheit unseres Bauwerks.


Das Zusammensetzen von Ring und Kuppel ist an manchen Stellen herausfordernd und braucht alle Hände.


Das Werk ist vollbracht – die stolzen Erbauer: (v.l.n.r) Matthias, Len, Martin, Axel


Ist er nicht ein Prachtstück? Durchmesser fast 5m. Wir sind fasziniert von der Stabilität –
man kann sich ohne Probleme an den Latten hochziehen (Hier ein Video als Beweis – 27MB).


Wir öffnen eines der seitlichen Fünfecke als eine Art Tür.


So möchte ich gern mal einen Sommer wohnen… Wir decken den Dome noch gegen den Regen mit einer großen Plane ab.


.. aber jetzt ist nach ca. 8h intensiver Arbeit erstmal ein leckeres Essen fällig.
(herzlichen Dank für die ausgezeichnete fotografische Dokumentation durch Axel, und an alle für den gemeinsamen Spass, eure Ausdauer und Energie, die gute Zusammenarbeit und Geschicklichkeit!)