AT10207U1 - Verbundplatte - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft Leichtbau-Sandwichplatten, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie eine neue Verwendung von Maisspindeln.

Eine einheitliche Definition für den Begriff Leichtbauplatte gibt es zwar bisher nicht, jedoch kann man bei einer Rohdichte eines Plattenwerkstoffes von unter 500 kg/m3 von Leichtbau sprechen. Somit kann man auch Tischlerplatten, leichte Sperrhölzer und Röhrenspanplatten zu dieser Kategorie zählen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten leichte Plattenwerkstoffe zu realisieren, beispielsweise gemäß Poppensieker, J. und Thömen, H. (2005): Wabenplatten für den Möbelbau, Arbeitsbericht des Instituts für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes, Bundesforschungsanstalt für Forst und Holzwirtschaft, Hamburg: kg/m*

HDF 800 · OSO kg/m* MDF 650 - 800 kg/m* Spanplatte 600 - 750 kg/m* OSB 600 - 650 kg/m* Sperrftotz 450 - 800 kg/m* ST/STAE 450-600 kg/m* c Ultialetetit-MDF 300-550 kg/m* «5 Röhrenspanptatten 250 -400 kg/m* > I Wabenplatten 150 - 450 kg/m* i Schaumkempiatten 100-350 kg/m* J 860 660 460 260 50

Abb. 1.: Klassifizierung verschiedener Plattenwertetoffe nach ihrem Gewicht (POPPENSIEKER et al. 2005)

Grundsätzlich werden Leichtbauplatten bzw. Leichtbauelemente im Bau- und Möbelbereich als Sandwichkonstruktionen realisiert. Je nach Ausführung kann zwischen Leichtbauplatten mit poröser, schaumartiger Kernschicht und Leichtbauplatten mit Hohlkammerstruktur unterschieden werden. Für die Verringerung der Dichte der Mittelschicht bzw. des Plattenwerkstoffs stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: • Verringerung der Rohdichte über eine geringere Verdichtung des Materials (leichte Holzfaserplatte), • Verringerung der Rohdichte durch den Einsatz sehr leichter Holzarten oder Einjahrespflanzen als Werkstoff (Mittelschichten aus Balsaholz), • Gestaltung des gesamten Plattenwerkstoffes als hohlkernige Platte (Röhrenspanplatte), • Gestaltung der Mittelschicht als Wabenkonstruktion (Papierwabenplatte), • Gestaltung der Mittelschicht als Hohlkammerkonstruktion (Gefache), • Gestaltung des Plattenwerkstoffes als Sandwichplatte mit leichten homogenen oder inhomogenen Kernmaterialien (Polyurethanschaum).

Die vorliegende Erfindung betrifft die letztgenannte Möglichkeit, nämlich die Gestaltung des

Plattenwerkstoffes als Sandwichplatte mit leichten homogenen oder inhomogenen Kernmaterialien (Mittelschichten).

Jedes Jahr fallen in der Landwirtschaft erhebliche Mengen an verwertbaren Reststoffen an. Diese Rohstoffquellen sind in reichlichem Ausmaß vorhanden, bieten attraktive technologische Eigenschaften, sind leicht zu verarbeiten und mit niedrigen Kosten zu beschaffen. Der große 3 AT 010 207 U1

Nachteil dieser Rohstoffe ist die saisonabhängige Verfügbarkeit, da diese hauptsächlich von Einjahrespflanzen gewonnen werden. Es existiert reichlich Literatur über die mögliche Verwendung solcher Materialien als Holzersatz in der Spanplattenproduktion. Für den Leichtbau wurden jedoch, aufgrund verschiedenster Probleme, bisher nur wenige Agrarprodukte verwendet. 5

Typha (Angustopholia latipholia) ist eine hauptsächlich in Ungarn, Rumänien und in kleinen Gebieten auch in Kroatien heimische Rohrkolbenpflanze. Weitere Verbreitungsgebiete einer Unterart (Typha australis) befinden sich auch auf dem afrikanischen Kontinent. Mittellagen von Sandwichplatten, welche unter Verwendung der Pflanze hergestellt wurden, weisen Dichten von io bis zu 60 kg/m3 bei einer Druckfestigkeit normal zur Plattenebene bis 2 N/mm2 auf. In den natürlichen Vorkommensgebieten ist die Erntezeit jedoch auf die Monate Dezember und Jänner beschränkt, in welchen der Moorboden, den diese Pflanze bevorzugt, gefroren ist. Um eine industrielle Verarbeitung dieses Rohstoffes zu gewährleisten, müssten nach derzeitigem Stand der Dinge die Pflanzen direkt in Nähe reichhaltiger Vorkommensgebiete verarbeitet werden. Es 15 besteht auch die Möglichkeit, diese Pflanze auf Böden mit organischer Vorbelastung zu kultivieren, oder aber auch auf Feldern, welche mit entsprechendem Dünger behandelt werden. Bei aktiver Kultivierung dieser Pflanze könnte man innerhalb von vier Monaten (Anfang November bis Ende Februar) diese Rohrkolbenpflanze ernten. Gemäß der DE 197 57 418 A1 garantiert der hohe Gerbstoffgehalt der Pflanze eine sehr gute Dauerhaftigkeit gegen Pilze und Insekten, 20 somit auch eine sehr gute Lagerfähigkeit. Die Verarbeitung der Pflanze zur Mittel- bzw. Kernschicht von Sandwichplatten kann sehr einfach erfolgen, die Blätter der Rohrkolbenpflanze werden zu einer definierten Partikelgröße zerspant und anschließend, gleich der Spanplattenproduktion, beleimt und verpresst. Um jedoch die niedrigst mögliche Dichte erreichen zu können, müssen Abschnitte der Blätter produziert werden, welche normal zur Plattenebene mitein-25 ander verklebt werden. Versuche mit einigen Prototypen haben gezeigt, dass sich dieser Rohstoff sehr einfach verarbeiten lässt. Die bei der Verarbeitung entstehende Mittelschicht lässt sich ohne weiteres hobeln und sägen.

Weiters ist der so genannte LNS (Light Natural Sandwich) bekannt. Zur Herstellung dieses 30 Leichtbauwerkstoffes werden verschiedenste Gräser verwendet. Der Wabenkern des LNS-Werkstoffes besteht dabei aus parallel angeordneten Pflanzenhalmen (etwa Getreidestroh-, Miscanthus- oder Bambushalmen), die in eine Matrix aus Klebstoffschaum eingebunden sind. Die Halme sind normal zu den Deckschichten orientiert und an den Stirnseiten mit den Deckschichten verklebt. Geeignet sind nur unzerstörte Halme von hoher Stabilität bei gleichzeitig 35 geringer Dichte. Sowohl Kaseinklebstoffe, Klebstoffe auf Basis pflanzlicher Proteine sowie andere handelsübliche Holzklebstoffe können verwendet werden, vgl. MÖLLER, F.; HOCH, C. und SCHRÖDER, A. (2000): Leicht und stabil - Entwicklung von LNS (Light Natural Sandwich) Materialien für Tafelbauelemente im Bauwesen, Landtechnik, S. 24-25, veröffentlicht unter: http://www.inaro.de/Deutsch/ROHSTOFF/Baustoffe/Entwicklunq LNS.htm 40

Weitere mögliche Rohstoffe, welche bereits zur Produktion von Spanplatten im Labormaßstab herangezogen wurden, sind Stroh, Bagasse, Elefantengras, Flachs, Reisschäben, Tee, usw.. Diese Materialien kommen jedoch aufgrund ihrer schlechten Verfügbarkeit, hohen Kosten oder nachteiligen technologischen Eigenschaften für den Einsatz im Leichtbau nicht in Frage. 45

Gemäß der US 2004/0108042 A1 werden für die Produktion von Holzschaum Holz oder Pflanzenpartikel auf eine Größe von unter 0,5 mm Durchmesser gemahlen. Als Rohstoff kommt hauptsächlich Holzstaub zum Einsatz, welcher in der Holzindustrie in großen Mengen anfällt. Dieser Holzstaub wird mit Weizenmehl und Maisstärke, welche in diesem Konglomerat das so Treib- und Bindemittel darstellt, vermengt, anschließend wird die so hergestellte Masse wie Brot gebacken. Dadurch entsteht ein leichter, aber dennoch fester Holzwerkstoff in beliebiger Stärke. Die wesentlichen Vorteile sind das biologische Bindemittel, günstige Rohstoffe und niedrige Dichte bei holzähnlichen Eigenschaften. 55 Entsprechend Patent WO 2006/081596 A1 wird eine Vertikalfaserschicht, vorzugsweise aus 4 AT 010 207 U1

Holz, mit zwei Deckschichten verbunden. Für die Gewichtsreduktion sind die vertikal ausgerichteten Holzelemente in der Mittelschicht mit ebenfalls vertikal orientierten Hohlkammern ausgestattet. Die Vertikalfaserschicht mit vertikalem Hohlkammeraufbau wird mit einem aufwendigen Herstellungsverfahren aus Schnittholz hergestellt. Bei dem Produkt Lightwood (www.moralt-tischlerDlatten.det besteht die Mittelschicht ebenfalls aus vertikal angeordneten Massivholzelementen, also senkrecht zur Plattenebene orientierten Mittelschichten. Im Gegensatz zu dem zuvor genannten Patent wird die Gewichtsreduktion durch die Verwendung von hochwertigen Holzarten mit niedriger Dichte (z.B. Balsaholz) erzielt.

Mais wird weltweit angebaut und ist in vielen Ländern ein Grundnahrungsmittel. In Europa und Nordamerika ist er ein wichtiges Viehfutter, da die Silierung der Maispflanzen die Vorratshaltung für den Viehwirtschaftsbetrieb möglich macht.

Im Jahr 2005 wurden laut Statistik der FAO weltweit 701,7 Millionen Tonnen Mais produziert. Damit liegt die Produktion von Mais deutlich vor jener von Weizen (629,6 Mio. t) und Reis (618,4 Mio. t). In der Nutzung gibt es zwischen den Entwicklungsländern und den Industrieländern sehr große Unterschiede. In den Entwicklungsländern wird der Mais überwiegend für die menschliche Ernährung eingesetzt (Tortillas, Maisbrei), die Industrieländer verwenden den Mais hauptsächlich in Form von siliertem Mais für die Tierfütterung.

Der Mais wird gewöhnlich mit Ende der Teigreife oder Beginn der Mehlreife (abhängig von Witterung, Maissorte, Aussaatzeitpunkt und Standort, in Deutschland meist im September) geerntet und nach der Ernte in ca. 5-50 mm große Stücke zerkleinert. Falls Mais mit mehr als 30% Trockenmasse zu häckseln ist, wird in der Erntemaschine meist noch ein zusätzlicher Com Cracker (Kornzertrümmerer) für das Zerquetschen oder Zerreiben der dann bereits relativ harten Maiskörner zugeschaltet. Danach wird die Masse verdichtet, um überschüssige Luft herauszupressen und so das Verfaulen zu verhindern. Die Masse wird unter einer Folie luftdicht abgedeckt oder in einem Silo für den Winter aufbewahrt. Der in der Masse enthaltene Restzucker der Maispflanzen wird dabei für eine Milchsäuregärung verwendet, die die Silage haltbar macht. Maissilage wird in der Landwirtschaft vorwiegend an Milchkühe verfüttert, da sie neben den energiereichen Bestandteilen der Maiskörner die in der Maispflanze enthaltenen Faserstoffe mit konserviert.

In der Schweinehaltung hat etwa seit 1980 der Mais in Form von Corn-Cob-Mix (CCM) Einzug gehalten, dies ist eine Silage aus Maiskolben. Dazu wird statt des normalen Erntevorsatzes für das Abschneiden der gesamten Maispflanze von der Wurzel ein so genannter Pflückvorsatz an den Maishäcksler angebaut (wie er normalerweise zum Drusch von Mais verwendet wird), der lediglich die Maiskolben von der Pflanze abstreift. Diese werden dann komplett (d.h. Spindel, Körner und Lieschblätter) gehäckselt und siliert.

In der Lebensmittelindustrie hingegen fällt bei der Verarbeitung der Maiskolben zu Maiskörnern bereits während der Ernte oder während der Weiterverarbeitung die Maisspindel als Abfallprodukt an. Maisspindeln sind entkörnte Maiskolben, aus denen durch Zerkleinern, Sieben und Entstauben des harten, festen Materials momentan lediglich das so genannte Maisspindelgranulat gewonnen wird. Maisspindelgranulat eignet sich als aufsaugendes Mittel (beispielsweise Ölbinder, Ölbindemittel) zum Entfernen von Öl und vielen anderen Flüssigkeiten von (vorzugsweise) festen Böden oder Verkehrsflächen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Mittellage einer Leichtbau-Sandwichplatte aus einem Rohstoff herzustellen, der ein Abfallprodukt aus der Landwirtschaft darstellt, weltweit zur Verfügung steht, ökologisch unbedenklich ist, in großen Mengen vorkommt, technisch einfach zu verarbeiten ist, eine niedrige Dichte bei gleichzeitig akzeptablen bis guten Festigkeitseigenschaften aufweist und zu niedrigen Preisen zur Verfügung steht. Als Deckschichten für die Sandwichplatte sollen dabei bestehende Produkte, wie Holzwerkstoffe (Vollholz, Furnier, Sperrholz, Mitteldichte Faserplatte (MDF), Spanplatte, usw.), Aluminium, glasfaserverstärkte Kunst- 5 AT010 207 U1

Stoffe, Karbon, Kevlar und dergl. zum Einsatz kommen.

Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung einer Leichtbau-Sandwichplatte gelöst, welche mindestens eine Mittel- bzw. Kernschicht aus einer Vielzahl von senkrecht zu der bzw. den Deckschicht(en) angeordneten und mit der bzw. den Deckschicht(en) verklebten, im Wesentlichen zylindrischen Abschnitten von Maisspindeln aufweist, wobei die Hohlräume zwischen den Spindelabschnitten mittels geeigneter Werkstoffe ausgefüllt sind. Wie bereits erwähnt fällt bei der Produktion von Maiskörnern in der Lebensmittelindustrie während der Ernte oder während der Weiterverarbeitung der Maiskolben die Maisspindel als Abfallprodukt an. Schon während dieser beiden Produktionsschritte könnten Rohstofflieferanten die Maisspindeln, vor oder nach der Trocknung der Spindeln, auf die vom Plattenproduzenten geforderte Länge zuschneiden; die Maisspindeln können selbstverständlich auch vor Ort vom Plattenproduzenten getrocknet und, je nach geforderter Plattenstärke, auf verschiedenste Längen gekappt werden.

Maisspindeln bestehen zu ca. 80% aus Cellulose und Hemicellulose. Weitere Bestandteile sind Lignin, Proteine, Stärke, Lipide und Zucker (gemäß VAUGHAN, SEO und MARSHALL (2001): Removal of selected metalions from aqueos sulotion using modified corncobs. Bioresource Technology, Nr. 78, S. 133-139). Trotz geringer Dichte (etwa 180 bis 210 kg/m3) weisen die Spindeln in axialer Richtung eine hohe Druckfestigkeit von ca. 2-3 N/mrrr auf. Durch die schaumartige Struktur des Kerns sind Maisspindeln durch gute Dämmwerte charakterisiert.

Bei der erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwichplatte besteht der Kern der Platte aus axial orientierten Maispindeln. Die stehende Anordnung der Spindeln in der Mittelschicht garantiert eine hohe Druckfestigkeit und gute Wärmedämmung normal zur Plattenrichtung. Die Querschnittsfläche der auf gleiche Länge gekappten Spindelabschnitte reicht aus, um diese mit den Deckflächen zu verkleben. Demgegenüber müssen bei den Leichtbauwerkstoffen des Standes der Technik, welche z.B. aus stehenden Pflanzenhalmen von Stroh, Schilf, Chinaschilf, Hanf u. dgl. bestehen, aufgrund mangelnder Querschnittsbildung die Pflanzenhalme entweder in eine schaumartige Matrix eingebettet oder untereinander verklebt werden, um die zu bildende Mittel- bzw. Kernschicht mit den Decklagen verkleben zu können. Durch das gezielte Kappen der Spindeln auf einheitliche Längen ist es nicht notwendig die gesamte Oberfläche (Mantelfläche) der Spindeln mit Klebestoff zu benetzen, die Verklebung mit den Deckschichten kann nur über die Stirnseiten der Spindeln erfolgen. Damit kann im Vergleich zu bisherigen Konzepten der Klebstoffbedarf auf ein Minimum reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass für die Aushärtung des Klebstoffs lediglich die dünnen Deckschichten durchwärmt werden müssen. Somit entsteht eine erhebliche Energieersparnis im Vergleich zu den aus Halmen geformten Mittellagen der LNS Platten.

Die Mittelschicht kann aber auch mit einem alternativen Aufbau hergestellt werden. In diesem Fall wird die Fertigung der Mittelschicht mit Hilfe einer Einheitszelle angestrebt. Im Wesentlichen gestaltet sich die Produktion bis zum Schritt der Kalibrierung der Maisspindeln vor der Beplankung der zweiten Seite gleich wie bei der Herstellung der Standardplatte im Folgenden noch beschrieben werden wird, jedoch werden die Platten nach der Kalibrierung besäumt und auf der mit der Deckschicht beplankten Seite beleimt. Die Platten werden anschließend so übereinander gestapelt, dass jeweils die beleimte Deckschichtseite mit der noch unverschlossenen Maisspindelmittelschicht in Berührung kommt und anschließend unter Temperatureinwirkung verpresst. Von dem so hergestellten Körper werden anschließend Streifen in der geforderten Stärke der Mittelschicht des Endprodukts abgetrennt. Die so hergestellten Abschnitte werden anschließend gestürzt (die Maisspindeln sind dementsprechend nicht vertikal, sondern horizontal in der Mittelschicht orientiert) und im Folgenden gleich der Standardausführung mit den jeweiligen Deckschichten beplankt. Die so hergestellte Platte ist in der schon beschriebenen Ausführung hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften richtungsabhängig. Die in der Mittelschicht ausgebildeten Stege helfen die Biegefestigkeit und das Kriechverhalten in Stegrichtung wesentlich zu verbessern. Weiters könnten in die Deckschichten, welche im ersten Prozessschritt aufgebracht werden und im Folgenden die Stege ausbilden, Metallbleche oder Gitter 6 AT 010 207 U1 eingearbeitet werden. Die dadurch verstärkten Stege erhöhen nicht nur die Biegefestigkeit in Längsrichtung, sondern z.B. auch die Einbruchssicherheit des Endproduktes (Trennwände Türen, etc.). Die zwischen den Stegen befindlichen Maisspindeln sind in diesem Fall nicht normal, sondern parallel zur endgültigen Plattenoberfläche angeordnet. Eine weitere mögliche Variante der Maisspindelplatte wäre eine Mittelsschicht aus Einheitszellen mit senkrecht zur Plattenoberfläche angeordneten Maisspindelabschnitten. Die bisher beschriebenen Methoden zur Herstellung von Maisspindelplatten spiegeln den derzeitigen Entwicklungsstand wider und beschränken sich auf die Herstellung im Labormaßstab. Zur Herstellung der Maisspindelplatte können aber auch in der Industrie übliche kontinuierliche Prozesse bei der Verpressung, Be-säumung, Kappung usw. der Platten und Maisspindeln eingesetzt werden. Bei der Herstellung der Mittellage können die Maisspindeln auf Gewebe- oder Papierbahnen aufgebracht werden. Anschließend kann die so hergestellte Mittellage je nach Belieben zu einer Platte im standardmäßigen Aufbau mit senkrecht zur Plattenebene angeordneten Maisspindelabschnitten oder zu einer Platte mit Einheitszellenaufbau weiterverarbeitet werden.

Der Heizwert von Maisspindeln beträgt 4,9 kWh/kg, was ungefähr dem Heizwert von Holz-Pellets entspricht. Im Vergleich zu anderen biogenen Materialien, wie Holz, Weizenkörner, Stroh, etc. ist die Verteuerung von Mais und Maisspindeln in konventionellen Verbrennungsanlagen durch eine erhöhte Kohlenmonoxid-, Stickoxid- und Staubemisionen charakterisiert. Daher ist bei einer kommerziellen Verwertung der Maisspindeln die stoffliche der thermischen Nutzung vorzuziehen. Die thermische Verwertung von Spindelresten, die im Zuge der Produktion anfallen, wird aber als unbedenklich angesehen.

Die Rohdichte der Maisspindel liegt mit 210 kg/m3 zwischen der Dichte von Balsaholz (110-230 kg/m3) und Pappel (430-490 kg/m3). Trotz der geringen Dichte weist die Maisspindel in axialer Richtung Druckfestigkeitswerte auf, die im Bereich der Querdruckfestigkeit der oben genannten Holzarten liegen. Die Kosten für die Maisspindel mit 100 bis 250 €/t liegen deutlich unter den Materialkosten, die für Vollholz zu kalkulieren sind.

Die Festigkeiten liegen auch über jenen von Stroh oder Schilfplatten, da die Maisspindeln im Inneren eine Art Verholzung aufweisen. Das im Maiskolben enthaltene schaumartige Kernmaterial trägt wesentlich zur guten Wärmedämmung der erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwichplatte bei, auch lassen die teilweise verholzten Spindeln, im Vergleich zu den leicht knickbaren und brüchigen Pflanzenhalmen, eine einfache Rohstoffmanipulation zu. Die Maisspindeln können von etwaigen Lagern ähnlich den Hackschnitzeln durch Röhrensysteme gepumpt oder mit Schnecken zur Produktionsstätte gefördert werden. Ein weiterer Unterschied ist, dass der Kern dieser Platte aus dem Fruchtstand der Maispflanze und nicht wie üblich aus dem Halm hergestellt wird. Der geringe Zerkleinerungsgrad dieses Rohstoffes spart ebenfalls Energie. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwichplatte hinsichtlich Schalldämmung sind noch nicht eruiert worden. Da der unregelmäßige Aufbau der Spindel jedoch zu günstigen Schalldämmwerten führen kann, ist der Einsatz als Dämmmaterial ebenfalls zu erwarten.

Die beim Ablängen bzw. Kappen der Spindeln anfallenden Reststoffe, bestehend aus dem Verschnitt und Sägemehl der Maisspindel, können in anderen Industrien (z.B. zur Herstellung von Maisspindelgranulat) Verwendung finden und garantieren somit eine hundertprozentige Aufarbeitung des eingesetzten Rohstoffes, wodurch das Entsorgen anfallender Reststoffe vermieden werden kann. Zur Anwendung können alle natürlichen und künstlichen Duroplaste und Duromere kommen, welche sich zur Verklebung von Holz und ligno-cellulosischen Materialien eignen. Hierbei können PVAC's, Polyurethane, Melaminharze, Resorcinharze, Epoxydharze, Kasein oder dergl. verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlräume zwischen den Spindelabschnitten mit schäumenden Klebern (Polyurethankleber/Schäume) oder anderen - auch natürlichen -schaumbildenden Substanzen ausgefüllt. Diese Klebstoffsysteme dienen hauptsächlich dazu die Mattenbildung der Mittellage zu realisieren. Durch die Bindung der einzelnen Maisspindeln 7 AT 010 207 U1 an den Kontaktflächen mittels Klebstoffsystemen kann eine zusammenhängende, in sich stabile Mittelschicht (Mattenbildung) hergestellt werden. Mit Hilfe von aufschäumenden Klebstoffsystemen können unter anderem auch die durch die Anordnung der Maisspindeln in der Mittelschicht entstehenden Hohlräume verschlossen werden. Die Festigkeit des Werkstoffes wird jedoch durch den Einsatz von Schaumsystemen nicht wesentlich erhöht. Durch das Ausschäumen der Zwischenräume werden jedoch geschlossene Oberflächen und Kanten ausgebildet, welche die Oberflächenbeschichtung und die Bekantung der Mittelschicht wesentlich vereinfacht. Weiters ist zu erwarten, dass durch das Ausschäumen Schall- und Wärmedämmwerte weiter verbessert werden können. Jedoch ist darauf zu achten, dass der Einsatz von Schäumen die Dichte sowie Kosten der Mittelschichtherstellung selbstverständlich erhöht. Die zusammenhängende Mittelschicht kann nachträglich auf die gewünschte Dicke kalibriert werden und mit den oben genannten Klebstoffsystemen mit den Decklagen verklebt werden. Günstig ist auch, wenn die Hohlräume zwischen den Spindelabschnitten mit Schüttgut, vorzugsweise ausgewählt aus Ton, Glassand, Sand, Kunststoffgranulat, Metallschrott und dergleichen, ausgefüllt sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Spindelabschnitte durch an sich bekannte Klebstoffsystemen für ligno-cellulosische Materialien miteinander unter Bildung einer zusammenhängenden Matte verklebt, künstliche und natürliche Thermoplaste und duromere Klebstoffsysteme, wie PVAC, Melamin, Melaminformaldehyd, Phenol, Phenolresorcinol, Kasein, oder dergl.

Vorzugsweise ist bzw. sind die Deckschicht(en) der erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwich-platte ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Massivholz und Holzwerkstoffen, wie Sperrholz, MDF und dergl., Metallfolien bzw. dünnen Platten, beispielsweise aus Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Titan, Kunststoffen, wie HDPE, LDPE, PP, PVC oder dergleichen, verstärkten Kunststoffen, wie z.B. GVK, oder aber Karbon, Kevlar und dergl. sowie Kombinationen hievon. Bei der Auswahl der Deckschichten ist im Vorhinein die geforderte mechanische und chemische Beständigkeit zu definieren. Da die technologischen Eigenschaften des neuen Werkstoffes wesentlich von den Eigenschaften der Deckschichten abhängig ist, muss nach jeweiligem Anforderungsgebiet die Auswahl der Deckschichten erfolgen. Aus Kostengründen werden Deckschichten mit möglichst geringen Stärken eingesetzt. Dementsprechend wird die Dichte des gesamten Verbundwerkstoffs nicht wesentlich durch die Materialwahl der Deckschichten beeinflusst. Die dünnen, hochwertigen Deckschichten haben bei beanspruchten Bauteilen Zug- und Druckkräfte aufzunehmen. Quer zur Plattenebene müssen durch entsprechende Oberflächenhärte und Eigensteifigkeit der Deckschichten punktuell eingeleitete Lasten sowie stoßartige Beanspruchungen aufgefangen und optimal auf den gesamten Verbundwerkstoff abgetragen werden. Bei Aufbringung eines Biegemoments wird die Mittelschicht vornehmlich auf Schub beansprucht. Bei Herstellungsprozessen (Pressen, Furnieren) sowie im Gebrauch muss die Mittelschicht eine gewisse Querdruckfestigkeit aufweisen.

Weiters wird bevorzugt, wenn die Spindelabschnitte durch ein oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus Brandschutzmitteln, Fungiziden, Herbiziden und dergl., behandelt sind. Als Brandschutzmittel kommen Borax, Borsäure, Monoammoniumphosphat, Diamoniumphosophat, Guanylureaphosphat, u. dgl. zu Einsatz. Als Insektizid kann Metribuzin oder dergl. und als Herbizid Carbaryl od. ä. verwendet werden. Derart behandelte Spindelabschnitte verleihen der gesamten erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwichplatte eine erhöhte Dauerhaftigkeit gegen biotische und abiotische Schäden. Günstig ist auch, wenn die Spindelabschnitte mit Aminoplasten imprägniert sind, wodurch die mechanische Stabilität der Mittel- bzw. Kernschicht weiter erhöht wird. Versuche an Maisspindeln wurden noch nicht durchgeführt. Bei Massivholz, dessen Zellwände mit Melaminharz imprägniert wurden, ohne die Zellhohlräume zu füllen, zeigte sich eine sehr deutliche Steigerung der Festigkeit quer zur Faserorientierung. Ähnliche Verbesserungen der mechanischen Eigen- 8 AT 010 207 U1 schäften sind dementsprechend auch für die Zellwände der Maisspindeln zu erwarten.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwichplatte, wobei auf die gewünschte Länge gekappte und im Wesentlichen zylindrische Abschnitte von Maisspindeln stirnseitig mit Kleber versehen und einzeln auf eine Deckschicht geklebt werden, wonach die Zwischenräume zwischen den Spindelabschnitten mittels geeigneter Werkstoffe aufgefüllt werden, und die derart erhaltene Mittel- bzw. Kernschicht nach Aushärten der Füllung parallel zur Oberfläche auf eine gewünschte Höhe geschnitten und anschließend mit der zweiten Deckschicht verklebt wird.

Verwendet werden vorzugsweise Maisspindeln, welche nach der Ernte getrocknet wurden. Damit wird garantiert, dass der Rohstoff bis zur Weiterverarbeitung nicht durch Pilzbefall oder andere biotische Prozesse zerstört wird. Aufgrund der hygroskopischen Eigenschaften der Maisspindeln nehmen diese Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf. Analog zu den Quell- und Schwindbewegungen von Holz sind auch die Maisspindeln einer gewissen Dickenquellung bei Wasseraufnahme unterworfen (in Längsrichtung ca. 10%). Die Maisspindeln werden daher vor der Weiterverarbeitung durch Konditionierung entsprechend der zukünftigen Verwendung auf die jeweilig gewünschte Ausgleichsfeuchtigkeit gebracht.

Beim Auffüllen der Zwischenräume, welche sich bei der Produktion der Mittellage bilden können, ist der Einsatz verschiedener Füllstoffe möglich. Zur Erhöhung der Schalldämmung kann vor allem Schüttgut aus Ton in die Zwischenräume eingebracht werden. Weiters lassen sich verschiedenste andere Mittel, wie Glassand, Sand, Kunststoffgranulat einsetzten, welche unterschiedlichste Eigenschaften der Endprodukte erheblich verbessern können. Je nach Einsatzbereich der Platten kann die Einbruchssicherheit von Türen, die Brandbeständigkeit von Trennwänden und dergl. durch das Einbringen solcher Werkstoffe verbessert werden. Weiters können auch Metallelemente in die Mittelschicht eingebracht werden, sei es als Schüttgut aus Metallschrott und dergl., als Gitter oder Bleche, welche vor dem Aufbringen der Deckschichten auf die Mittelschicht aufgetragen werden, oder Metallstäbe, welche in die Mittelschicht eingearbeitet werden. Diese Elemente können wesentlich zur Verbesserung der Einbruchssicherheit des Endprodukts (Türen, Trennwände, oder dergl.) dienen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt auf jeden Klebeschritt eine Verpressung. Der für die Verpressung benötigte Druck kann in einem Bereich zwischen 0,05 bis 1,5 bar liegen. Dabei ist darauf zu achten, dass der maximal von den Maisspindeln aufnehmbare Pressdruck in Längsrichtung nicht überschritten wird. Die Maisspindeln der jeweils eingesetzten Maissorten müssen dementsprechend auf ihre Festigkeit und andere technologische Eigenschaften untersucht werden. Die bei diesen Arbeitsschritten verwendete Temperatur ist maßgeblich vom eingesetzten Klebstoffsystem und den eingesetzten Deckschichten abhängig. Einerseits sind die vom Klebstoffhersteller geforderten Temperaturen zur Aushärtung der Harze zu erreichen, andererseits dürfen die für die jeweils eingesetzte Deckschicht kritischen Temperaturen nicht überschritten werden. Grundsätzlich kann man aber davon ausgehen, dass die in der Holzindustrie übliche Presstemperaturen von 20°C bis 160°C nicht über- oder unterschritten werden.

Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren die Kleber während oder nach der Verpressung ausgehärtet. Dieses Aushärten kann durch an sich bekannte Maßnahmen, wie beispielsweise erhöhte Temperatur, Verwendung einer Heizpresse, durch Hochfrequenz oder mittels Mikrowelle erfolgen.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft diese die Verwendung von Maisspindelabschnitten bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Leichtbau-Sandwichplatten.

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele und die 9 AT010 207 U1

Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Dabei zeigt Fig. 1 eine Leichtbau-Sandwichplatte 1, bestehend aus zwei Deckschichten 2 und 3 und einer zwischen den beiden Deckschichten angeordneten Mittel- bzw. Kernschicht aus einer Vielzahl von senkrecht zu den Deckschichten angeordneten und mit den Deckschichten verklebten, im Wesentlichen zylindrischen Maisspindelabschnitten 4.

Fig. 2 zeigt ein mögliches Verfahren zum Kappen der Maisspindeln auf eine vorgegebene Länge, dabei wird eine Maisspindel 5 durch zwei parallel zueinander angeordneten Sägescheiben 6 und 7 gleichzeitig zerschnitten, wodurch ein im Wesentlichen zylindrischer Maisspindelabschnitt 4 erhalten wird. Die Abfallstücke (nicht bezeichnet) können in anderen Industrien (z.B. zur Herstellung von Maisspindelgranulat) Verwendung finden bzw. können bei einer entsprechenden Länge der Maisspindel 5 bzw. einer geringeren vorgegebenen Länge der gewünschten Maisspindelabschnitte 4 aus derselben Maisspindel auch mehrere im Wesentlichen zylindrische Maisspindelabschnitte 4 gewonnen werden. Nicht mehr verwendbare Abschnitte und Reste können thermisch verwertet werden.

Beispiel 1: Herstellung einer Leichtbau-Sandwichplatte

Nach Erreichen des gewünschten Feuchtigkeitsgehaltes von 12% werden die Maisspindeln auf eine vorgegebene Länge von 31 mm gekappt, wobei darauf geachtet wird, dass beim Kappen der Spindeln der dadurch entstehende Abschnitt aus einem möglichst zylindrischen Bereich der Maisspindel stammt. Anschließend werden die Stirnflächen der Maisspindelabschnitte und eine Deckschicht (5 mm Pappelsperrholz 3-schichtig) mit einem schäumenden PU-Kleber (PUR-BOND® HB 110) beleimt, wobei der Kleberauftrag auf der Deckschicht 250 g/m2 beträgt. Danach werden die beleimten Spindelabschnitte stehend auf die Deckschicht aufgebracht und die Platte mit einem Druck von 0,5 bar und einer Temperatur von 60°C zu einem Halbzeug ver-presst. Zum Schutz des Pressbleches wird dabei auf der unbeplankten Seite ein Gegenzugpapier aufgelegt. Nach dem Auskühlen der einseitig beplankten Platte wird die mit Gegenzugpapier beschichtete Seite mittels einer Doppelbandschleifmaschine auf 35 mm Stärke kalibriert. Im folgenden Schritt wird dann eine zweite Deckschicht (ebenfalls 5 mm Pappelsperrholz 3-schichtig) mit dem schäumenden PU-Kleber mit einem Kleberauftrag von 250 g/m2 beleimt, auf die kalibrierte Seite des Halbzeuges aufgebracht und mit einem Druck von 0,5 bar und einer Temperatur von 60°C verpresst. Im letzten Prozessschritt wird die fertige Platte dann rundum besäumt und beidseitig geschliffen.

Die derart hergestellte Leichtbau-Sandwichplatte weist gegenüber den herkömmlichen Leichtbau-Sandwichplatten folgende Eigenschaften auf:

Druck-E-Modul quer zur Plattenebene [MPa] 110,0

Druckfestigkeit quer zur Plattenebene (Proportionalitätsgrenze 1%

Dehnung entsprechend DIN) [MPa] 2,5

Biegeemodul (3 Pkt. entsprechend EN 789) [MPa] 2400,0

Schubmodul (entsprechend EN 408) [MPa] 40,0

Biegefestigkeit [MPa] 15,0

Querzugfestigkeit der Mittelschicht [MPa] >0,8

Schraubenauszug nach EN 320 [N] 670

Schraubenauszug in Anlehnung an EN 320 (Verwendung von

Schraubdübel) [N] 1100

Die Maisspindelplatte kann je nach Ausführung für verschiedenste Verwendungszwecke eingesetzt werden. Die nach verschiedenen Grundsätzen aufgebauten Platten und/oder balkenartigen Bau-, Struktur-, Trag-, Wandungs- oder Verkleidungselemente können für verschiedenste Zwecke, wie für den Einbau in schon vorhandene Baustrukturen vorgesehene Bauelemente oder dergl. mit Schichtaufbau für Neubau, Ausbau, Sanierung, Ausstattung oder dergl. von

Claims (11)

10 AT010 207 U1 Gebäuden, Bauwerken, Bauten und dergl., sowie für mobile Bauten, Trennelemente oder dergl., wie sie z.B. für Ausstellungen, Messen, Präsentationen, Märkte oder dergl., für den Möbel- und Messebau, sowie für Ver- und Auskleidungselemente im Fahrzeug- und Boots- bzw. Schiffbau, für die Ausstattung von Wohnwägen, Wohnmobilen oder dergl., oder aber auch für Bau- und Konstruktions-Hilfseinrichtungen, wie Schalungen im Hochbau und dergl., Verwendung finden. Ansprüche: 1. Leichtbau-Sandwichplatte, welche mindestens eine Mittel- bzw. Kernschicht aus einer Vielzahl von senkrecht zu der bzw. den Deckschicht(en) angeordneten und mit der bzw. den Deckschicht(en) verklebten, im Wesentlichen zylindrischen Abschnitten von Maisspindeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen den Spindelabschnitten mittels geeigneter Werkstoffe ausgefüllt sind.

2. Leichtbau-Sandwichplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen den Spindelabschnitten mit schäumenden Klebern/Substanzen (Polyurethankle-ber/Schäume) ausgefüllt sind.

3. Leichtbau-Sandwichplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen den Spindelabschnitten mit Schüttgut, vorzugsweise ausgewählt aus Ton, Glassand, Sand, Kunststoffgranulat, Metallschrott ausgefüllt sind.

4. Leichtbau-Sandwichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelabschnitte durch an sich bekannte Klebstoffsysteme für ligno-cellulosische Materialien miteinander unter Bildung einer zusammenhängenden Matte verklebt sind.

5. Leichtbau-Sandwichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht(en) der Leichtbau-Sandwichplatte ausgewählt ist (sind) aus der Gruppe bestehend aus Holzwerkstoffen, wie Sperrholz, MDF und dergl., Metallfolien bzw. dünnen Platten, beispielsweise aus Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Titan, Kunststoffen, wie HDPE, LDPE, PP, PVC verstärkten Kunststoffen, wie z.B. GVK, oder aber Karbon, Kevlar sowie Kombinationen hievon.

6. Leichtbau-Sandwichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelabschnitte durch eine oder mehrere Verbindung(en), ausgewählt aus Brandschutzmitteln, Fungiziden, Herbiziden, behandelt sind.

7. Leichtbau-Sandwichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelabschnitte mit Aminoplasten imprägniert sind.

8. Verfahren zur Herstellung einer Leichtbau-Sandwichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf die gewünschte Länge gekappte und im Wesentlichen zylindrische Abschnitte von Maisspindeln stirnseitig mit Kleber versehen und einzeln auf eine Deckschicht geklebt werden, wonach die Zwischenräume zwischen den Spindelabschnitten mittels geeigneter Werkstoffe (schäumende Klebern/Substanzen, Schüttgut bzw. Elemente aus Glas, Ton, Sand, Metallen, Kunststoff) aufgefüllt bzw. integriert werden, und die derart erhaltene Mittel- bzw. Kernschicht nach Aushärten der Füllung parallel zur Oberfläche auf eine gewünschte Höhe geschnitten und anschließend mit der zweiten Deckschicht verklebt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeden Klebeschritt eine Verpressung folgt. 11 AT 010 207 U1

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleber während oder nach der Verpressung ausgehärtet.

11. Verwendung von Maisspindelabschnitten bei der Herstellung von Leichtbau-Sandwichplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen