AT503786A1 - Isolierelement, beton-sandwichbaueinheit sowie verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolierelement mit einem Hauptkörper aus Isoliermaterial mit einander gegenüberliegenden Basisflächen.

Weiters betrifft die Erfindung eine Beton-Sandwichbaueinheit mit zwei Betonschichten und einem solchen Isolierelement.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Beton-Sandwichbaueinheit.

Derartige Beton-Sandwichbaueinheiten finden insbesondere im Hochbau, z.B. als Isolier-Betonfertigteile für Wände etc., Anwendung.

Beton-Sandwichwandelemente weisen typischerweise eine Isolierschicht auf, die sandwichartig zwischen zwei Betonschichten angeordnet ist, wobei sich Anker durch die Isolierschicht in die Betonschichten hinein erstrecken, um die drei Schichten zusammen zu halten. Bei einem Herstellungsverfahren wird eine Betonschicht in eine horizontale Form gegossen und die Isolierung auf dem Beton angebracht. Vor Abbinden des Betons werden die Anker durch vorgebohrte Löcher in die Isolierung und in den Beton geschoben. Die Anker weisen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf, so dass nach Umfließen der Anker durch den Beton und Aushärten desselben eine sichere Befestigung zwischen dem Beton und den Ankern gegeben ist. Schließlich wird eine weitere Betonschicht auf die Isolierung gegossen. Der Beton umfließt die Oberflächenunregelmäßigkeiten der Anker, um die Schichten nach dem Aushärten des Betons zusammen zu halten.

Dieses Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf.

Erstens ist es sehr arbeitsintensiv, weil eine große Anzahl von Ankern einzeln gesetzt werden muss, bevor die untere Betonschicht aushärtet. Zweitens besteht der Zweck der Isolierung in der Minimierung des Wärmeübergangs zwischen den Betonschichten. Zur Minimierung des Wärmeübergangs müssen die Anker schlechte Wärmeleiter sein. Weil die Anker aber das Gewicht des Betons tragen, sind die eingebetteten Abschnitte der Anker aus Stahl oder einer anderen Metalllegierung, alle sehr gute Wärmeleiter. Daher muss der Abschnitt der Anker, der in der Isolierschicht bleibt, ein schlechter Wärmeleiter sein. Das bedeutet, dass die Anker nicht aus einem einzigen Material sein können, was den Herstellungsprozess verkompliziert und verteuert. Drittens besteht die Isolierung aus extrudiertem Polystyrol (XPS), das nur mit einem rechteckigen, plattenförmigen Querschnitt extrudiert werden kann; profilierte Querschnitte sind nicht möglich. XPS ist zwar ein sehr gutes Isoliermaterial, doch es "atmet" nicht, das heißt, seine Dampfundurchlässigkeit ist zu hoch und Wasserdampf kann sich innerhalb des Bauwerks fangen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Isolierelements für isolierte Beton-Sandwichbaueinheiten, deren Konstruktion einen minimalen Arbeitsaufwand erfordert .

Ziel der Erfindung ist auch die Schaffung eines Isolierelements für isolierte Beton-Sandwichbaueinheiten, welches dampfdurchlässig ist.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Isolierelements für isolierte Beton-Sandwichbaueinheiten, das vor Ort oder nicht weit davon hergestellt werden kann.

Weiters zielt die Erfindung auf eine Beton-Sandwichbaueinheit sowie ein Herstellungsverfahren hierfür ab, wobei die Herstellung vergleichsweise einfach und preisgünstig ist.

Das erfindungsgemäße Isolierelement der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass es im Wesentlichen aus expandiertem Schaumstoff besteht und eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, die integral mit dem Hauptkörper ausgebildet sind und sich von jeder Basisfläche von einer Ansatzfläche an dieser Basisfläche zu einer distalen Oberfläche erstrecken, wobei bei jedem Vorsprung die distale Oberfläche breiter ist als die Ansatzfläche.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Die erfindungsgemäße Beton-Sandwichbaueinheit ist durch zwei Betonschichten und ein erfindungsgemäßes Isolierelement zwischen den Betonschichten gebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Beton-Sandwichbaueinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Betonschicht in eine Form gegossen wird, wonach ein erfindungsgemäßes Isolierelement vorgesehen und mit den Vorsprüngen einer ersten der einander gegenüberliegenden Basisflächen in die erste Betonschicht gedrückt wird, und dass eine zweite Betonschicht auf die zweite der gegenüberliegenden Basisflächen des Isolierelements gegossen wird.

Im Einzelnen wird ein Beton-Sandwichbauelement, nachstehend kurz Betonelement, bei dem das erfindungsgemäße Isolierelement ·· · ·· ·♦·· ·· ··»· ······ · · · · ··· ····· • · · · ···· ·· · · ····· ·♦ ··· MM ·· ·· * - 3 - zum Einsatz gelangt, bevorzugt derart hergestellt, dass eine erste Betonschicht in eine horizontale Form gegossen wird, das Isolierelement mit den Vorsprüngen an einer Seite in die Betonschicht gedrückt wird, bevor der Beton abbindet, und dass dann die zweite Betonschicht auf das Isolierelement gegossen wird.

Das erfindungsgemäße Isolierelement besteht aus einem spezifischen Isoliermaterial, nämlich expandiertem Schaumstoff (ECF), der mit Oberflächenattributen geformt werden kann und im Allgemeinen dampfdurchlässig ist. Das Isolierelement weist einen Hauptkörper und sich von beiden Basisflächen des Hauptkörpers weg erstreckende Vorsprünge auf. Die Vorsprünge sind allgemein pilzförmig, so dass der Beton die Vorsprünge umfließt und umgibt, damit diese nach Abbinden des Betons in diesem verankert sind. Die Vorsprünge können jegliche Gestalt, wie eine kreisförmige und ringförmige Gestalt, aufweisen, auch wenn beliebige andere Gestalten oder Kombinationen davon anwendbar sind.

Enge Kanäle erstrecken sich durch das Isolierelement hindurch, damit Luft zwischen der ersten Betonschicht und dem Isolierelement durch sie entweichen kann, wenn das Isolierelement in den Beton gedrückt wird, und um die Dampfdurchlässigkeit des Isolierelements und in weiterer Folge der Baueinheit zu begünstigen.

Damit gestapelte Isolierelemente leicht aneinander gleiten können, ist die Oberfläche der kleinsten Vorsprünge größer als irgendeine Fläche derselben Gestalt zwischen Vorsprüngen. Das bedeutet, dass die Vorsprünge von übereinander gestapelten Isolierelementen aneinander gleiten und nicht die Vorsprünge eines Isolierelements zwischen die Vorsprünge eines benachbarten Isolierelements hineinfallen. Um das Gleiten der Isolierelemente aneinander und das Hineindrücken des Isolierelements in die erste Betonschicht zu erleichtern, ist die Oberfläche der Vorsprünge bevorzugt profiliert, insbesondere abgerundet bzw. gewölbt .

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Beton-Sandwichbaueinheit in Plattenform; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Isolierelements; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Isolierelements der Fig. 2; ·· ···· ·· ···· • · · · · ··· ····· • · · · ···· ·· · · ····· ·· ··· ···· ·· ·· · - 4 -

Fig. 4 eine Teil-Querschnittsansicht des Isolierelements der Fig. 3 gemäß Linie 4-4 in Fig. 3; Fig. 5 eine Teil-Querschnittsansicht der Beton-Sandwichbaueinheit von Fig. 1; und Fig. 6 eine vergrößerte Querschnitts-Ansicht eines Abschnitts eines Vorsprungs .

Eine Beton-Sandwichbaueinheit in Form eines Wandelements oder einer Platte 10 ist in Fig. 1 dargestellt. Das Basisverfahren zur Herstellung des Wandelements 10 ist ähnlich dem aus dem Stand der Technik. Eine erste Betonschicht 14 wird in einer horizontalen Form mit der gewünschten Dicke gegossen. Diese Betonschicht 14 ist typisch ein Konstruktionsbauteil, d.h. sie trägt das Gewicht anderer Teile. Die Parameter der ersten Betonschicht 14 hängen von der Verwendung, für welche das Wandelement 10 gedacht ist, und von der erforderlichen Festigkeit ab. Für ein Konstruktionsbauteil liegt die Dicke der ersten Schicht 14 typisch bei ca. 15 cm bis 30 cm (6 bis 12 Zoll). Die Schicht 14 kann je nach den architektonischen Vorgaben auch Armierungen, z.B. Verstärkungsstäbe, enthalten.

Vor dem Abbinden des Betons der Betonschicht 14 wird ein im Wesentlichen flaches Isolierelement 12 in diese Betonschicht 14 gedrückt. Dann wird eine zweite Betonschicht 16 auf das Isolierelement 12 in der gewünschten Dicke gegossen. Die zweite Betonschicht 16 ist typisch mit leichteren Zuschlagstoffen ausgeführt und etwa 2,5 cm bis 15 cm (1 bis 6 Zoll) dick, wiederum in Abhängigkeit von der Verwendung, für die das Wandelement 10 gedacht ist. Je nach den architektonischen Vorgaben können Verstärkungsstäbe und/oder Stahlmatten als Armierungen eingearbeitet werden. Die Betonschichten 14, 16 können symmetrisch sein, d.h. sie können dieselbe Dicke und Zusammensetzung aufweisen, oder asymmetrisch mit unterschiedlichen Dicken und/oder Zusammensetzungen sein. Die Oberflächenbeschaffenheit der Betonschichten 14, 16 hängt von der Verwendung ab, für die das Wandelement 10 gedacht ist.

Das Isolierelement 12 besteht aus expandiertem Schaumstoff (ECF), anstatt, wie im Stand der Technik, aus extrudiertem Polystyrol (XPS). Beispiele für ECFs sind expandiertes Polystyrol (EPS), expandiertes Polypropylen (EPP), expandiertes Polyethylen (EPE) und expandierte Copolymere, wie Polystyrol/Polyphenylen-oxid und modifiziertes Polyphenylenoxid und Polyphenylenether. Die Dichte von ECF variiert je nach Anwendung und liegt ty- • ·» · • · • · · • · ·

·· 5 • · ··· ···· pischerweise im Bereich von 16 kg/m3 bis 192 kg/m3 (1 bis 12 Pfund pro Kubikfuß). ECF ist nicht wie XPS auf eine flache Form beschränkt. ECF kann so geformt werden, dass es Oberflächenmerkmale aufweist. ECF ist einigermaßen dampfdurchlässig, so dass sich Wasserdampf nicht innerhalb des Bauwerks fangen kann. Mit anderen Worten, ein mit dem erfindungsgemäßen Isolierelement 12 hergestelltes Wandelement 10 "atmet". Darüber hinaus steht für einen Beton-Fertigteil eine "Profilformungs"-Einrichtung eher zur Verfügung, u.zw. entweder durch werkseitige Investition und Produktion oder durch Formen bei einer der zahlreichen örtlichen ECF-Weiterver-arbeiter mit bereits vorhandenem ECF-Fertigungs-Know-how und einer bestehenden ECF-Infrastruktur. Langfristige Einsparungen würden sich durch entweder eine starke Reduktion oder den kompletten Wegfall der Kosten ergeben, die mit dem Transport von XPS-Folien von einem der relativ wenigen einheimischen Zulieferern verbunden wären.

Das erfindungsgemäße Isolierelement 12 besitzt einen Hauptkörper 18 und eine Mehrzahl von Vorsprüngen 20a, 20b (allgemein 20) , die von den Basisflächen 22, 24 des Hauptkörpers 18 abstehen. Die Dicke des Hauptkörpers 18 hängt davon ab, wie viel Isolierung erwünscht ist, und kann typischerweise im Bereich von etwa 2,5 cm bis etwa 30 cm (1 bis 12 Zoll) liegen.

Wie im Querschnitt der Fig. 4 gezeigt, ist die Breite der distalen Oberfläche 26 des Vorsprungs 20 im Allgemeinen größer als die Breite der Vorsprung-Ansatzfläche oder des Fußes 28, nämlich der Fläche des Vorsprungs 20 an der Basisfläche 22. Mit anderen Worten, der Querschnitt der Vorsprünge 20 (gemäß Fig. 4) ist im Allgemeinen pilzförmig. Die Idee dabei ist, dass beim Eindrücken des Isolierelements 12 in den noch nicht abgebundenen Beton letzterer die Vorsprünge 20 umfließt und umgibt, wie bei 30 in Fig. 5. Beim Abbinden des Betons werden so die Vorsprünge 20 im Beton verankert. Da von beiden Basisflächen 22, 24 Vorsprünge 20 weg ragen, werden die Betonschichten 14, 16 über das Isolierelement 12 miteinander verzahnt, wodurch eine isolierte Beton-Sandwichbaueinheit entsteht. Die Höhe der Vorsprünge 20 und der Winkel 42 der Seitenwand 40 der Vorsprünge 20 (siehe Fig. 6) hängen von der Dichte des für das Isolierelement 12 verwendeten ECF und vom Gewicht und der Dichte der Betonschichten 14, 16 ab. Diese Parameter variieren in der Folge je nach

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Anwendung. Typischerweise können die Vorsprünge 20 eine Höhe im Bereich von etwa 1,2 cm bis etwa 5 cm (½ Zoll bis 2 Zoll) auf-weisen, und der Seitenwandwinkel 42 kann typisch bei 1° bis 10° liegen.

Aufgrund der einstückig ausgeführten Vorsprünge 20 ist es nicht notwendig, einzelne Anker hündisch einzusetzen, wie bei den Bauelementen des Standes der Technik. Die Lohnkosten für die Fertigung reduzieren sich daher stark.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausgestaltungen der Vorsprünge 20: einen Ring-Vorsprung 20a und einen kreisförmigen Vorsprung 20b. Das sind rein illustrative Ausgestaltungen, und es kommen jegliche Vorsprungsformen oder Kombinationen von Vorsprungsformen, die die hierin beschriebenen Merkmale aufweisen, in Frage. Beispielsweise können sämtliche Vorsprünge 20 kreisförmig sein, oder die Vorsprünge 20 können anders gestaltet sein, wie quadratisch und rechteckig. Die Größe der Vorsprünge 20 kann je nach Anwendung stark variieren. Die Ring-Vorsprünge 20a können beispielsweise etwa 7,5 cm bis 2,5 cm (3 bis 10 Zoll) im Durchmesser sein, und die kreisförmigen Vorsprünge 20b können beispielsweise einen Durchmesser von etwa 2,5 cm bis 12,5 cm (1 bis 5 Zoll) aufweisen.

Enge Kanäle 32 erstrecken sich an verschiedenen Stellen durch das Isolierelement 12 hindurch und erfüllen zwei Funktionen. Erstens gestatten sie den Austritt von zwischen der ersten Betonschicht 14 und dem Isolierelement 12 vorhandener Luft, während das Isolierelement 12 in den Beton gedrückt wird, wodurch die Möglichkeit der Bildung von Luftblasen verringert wird. Zweitens erleichtern die Kanäle 32 die Dampfdurchlässig-keit des Endprodukts. Die Kanäle 32 sind klein genug, so dass sie nicht mit Beton gefüllt werden. Da eine dünnere Betonmischung größere Kanäle leichter füllen würde, hängt der Durchmesser der Kanäle 32 von der Viskosität und Zuschlagmischung des Betons ab.

Typischerweise werden die Isolierelemente 12 für die Zustellung zum Fertigungsort der Wandelemente gestapelt. Es ist wünschenswert, dass bei Benötigung eines Isolierelements 12 für ein Wandelement 10 das oberste Isolierelement 12 von den darunter gestapelten Isolierelementen 12 leicht abgleitet. Weil die XPS-Isolierelemente des Standes der Technik flach sind, lassen sie sich ganz leicht herunter schieben. Beim vorliegenden Isolier- ·· · ·· ···· ·· ···· ······ · · · · • · · ····· • · · · ···· • · · · ····· ·· ··· ··#· ·· ·· · - 7 - element 12 wird das dadurch gelöst, dass Vorsprünge 20 mit einer kleinsten distalen Oberfläche 26, die größer als jede Fläche derselben Gestalt zwischen distalen Oberflächen 26 ist, verwendet werden. Zum Beispiel ist in Fig. 3 der kleinste Vorsprung 20 kreisförmig und der distale Oberflächendurchmesser 34 größer als der größte kreisförmige Raum 36 zwischen distalen Oberflächen 26. Das bedeutet, dass die distalen Oberflächen 26 der Vorsprünge 20 aneinander liegender Isolierelemente 12 aneinander gleiten und die Vorsprünge 20 nicht zwischeneinander ein-greifen.

Sind die distalen Oberflächen 26 flach, so können geringfügige Unregelmäßigkeiten in den Vorsprüngen 20 bewirken, dass die Vorsprünge 20 aneinander liegender Isolierelemente 12 beim Versuch, ein Isolierelement 12 vom Stapel zu nehmen, aneinander hängen bleiben. Dem wird bevorzugt dadurch entgegengewirkt, dass die distalen Oberflächen 26 der Vorsprünge 20, wie in Fig. 4 gezeigt, abgerundet sind. Im Fall von Ring-Vorsprüngen 20a weist der Vorsprung 20a einen erhabenen Rücken in der Mitte der ringförmigen distalen Oberfläche 26 auf, der zu den beiden Rändern 38 (außen und innen) hin abgerundet abfällt. Im Fall von kreisförmigen Vorsprüngen 20b ist der Vorsprung 20b gewölbt. Die abgerundete distale Oberfläche 26 erleichtert das Gleiten der Isolierelemente 12 aneinander, weil die Ränder 38 der Vorsprünge 20 nicht aneinander hängen bleiben.

Ein weiterer Vorteil der abgerundeten distalen Oberflächen 26 liegt darin, dass sie leichter in die erste Betonschicht 14 gedrückt werden können. Es sind aber im Prinzip auch andere Ausgestaltungen für die distale Oberfläche 26 möglich, beispielsweise eine spitz zulaufende Form, wodurch das Eindrücken des Isolierelements 12 in die Betonschicht 14 erleichtert wird.

Claims (7)

1. ·· · ·· ···· ·· ♦··· ······ · · · · ··· ····· • · · # ···· • · · · ···»· ·· ··· ···· ·· ·· # - 8 - Patentansprüche: 1. Isolierelement mit einem Hauptkörper aus Isoliermaterial mit einander gegenüberliegenden Basisflächen, dadurch gekennzeichnet, dass es im Wesentlichen aus expandiertem Schaumstoff besteht und eine Mehrzahl von Vorsprüngen (20) aufweist, die integral mit dem Hauptkörper (18) ausgebildet sind und sich von jeder Basisfläche (22, 24) von einer Ansatzfläche (28) an dieser Basisfläche zu einer distalen Oberfläche (26) erstrecken, wobei bei jedem Vorsprung (20) die distale Oberfläche (26) breiter ist als die Ansatzfläche (28) .
2. 2. Isolierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die distalen Oberflächen (26) profiliert sind und die kleinste der distalen Oberflächen (26) größer als die größte Fläche zwischen den distalen Oberflächen (26) ist.
3. 3. Isolierelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die distalen Oberflächen (26) abgerundet sind.
4. 4. Isolierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es Kanäle (32) aufweist, die sich durch das Isolierelement (12) hindurch erstrecken.
5. 5. Isolierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der expandierte Schaumstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus expandiertem Polystyrol, expandiertem Polypropylen, expandiertem Polyethylen und expandierten Copolymeren.
6. 6. Beton-Sandwichbaueinheit mit zwei Betonschichten (14, 16) und mit einem Isolierelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zwischen den Betonschichten (14, 16).
7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Beton-Sandwichbaueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Betonschicht (14) in eine Form gegossen wird, wonach ein Isolierelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen und mit den Vorsprüngen (20) einer ersten der einander gegenüberliegenden Basisflächen (22, 24) in die erste Betonschicht (14) gedrückt wird, und dass eine zweite Betonschicht (16) auf die zweite der gegenüberliegenden Basisflächen (22, 24) des Isolierelements (12) gegossen wird. ES