DE10101429A1 - Leichtbauelemente - Google Patents
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Abstract
Ein Leichtbauelement umfaßt ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, wobei das geblähte Material zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes die textilen Verbindungsfäden desselben straffend angeordnet ist und Teilchen des geblähten Materials mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder untereinander verbunden sind, wobei das Leichtbauelement eine hohe Stabilität bei äußerst niedrigem Gewicht aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft Leichtbauelemente aus einem,
Mehrwandgewebe, befüllt mit einem geblähten
thermoplastischen polymeren Material.
Es ist bekannt, Zweiwandgewebe im Baubereich als Schalung
für Betoneinfüllungen zu verwenden. Wandelemente werden
zumeist durch das Verfüllen von Zweiwandgeweben mit Beton
hergestellt, so daß das Zweiwandgewebe als Schalung
dient. Mit PVC beschichtete Zweiwandgewebe werden für
pneumatische Zwecke eingesetzt, beispielsweise als Zelte
oder als Kissen zur Unterstützung technischer Arbeiten.
Bekannt sind beschichtete Zweiwandgewebe im
Lüftungsbereich und mit Sand gefüllt im Schallschutz. Im
Hochbau werden Textilgewebe bis heute in geringem Maße
verwendet, meist in der Oberflächengestaltung.
Derartige Zweiwandgewebe-Produkte weisen wesentliche
Nachteile auf. Für besonders hohe Gebäude, für
erdbebengefährdete Hochbauten, für die Luft- und
Raumfahrt sowie den Einsatz im Bau mit Fertigbauelemente
benötigt man tragende, jedoch leichte Bauplatten. Die
gegenwärtigen Produkte sind entweder sehr schwer
(Betonfüllung) oder genügen statischen Anforderungen
nicht (Luftfüllungen). Die heutige Leichtbautechnik hat
den Nachteil, daß sie zwar feuerfeste und
verbindungssteife Produkte herstellen kann, jedoch im
Regelfall als Maß- oder Einzelanfertigungen mit hohen
Material- und Produktionskosten, so daß ein Einsatz im
zivilen Baubereich zumeist nicht in Betracht kommt.
Aus der DE 41 41 113 A1 ist ein Frontteil für den
Innenraum von Kraftfahrzeugen aus einem Abstandsgewirke,
einer auf das Abstandsgewirke kaschierten Folie und einer
auf die Folie aufgebrachten Schicht aufgeschäumter
Schaumperlen bekannt. Die andere Seite des
Abstandsgewirkes kann mit einer Dekorschicht versehen
sein. Der Innenraum des Abstandsgewirkes selbst ist nicht
verfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
Leichtbauelemente, insbesondere Platten und andersartige
Formkörper, bereitzustellen, die einerseits leicht,
andererseits aber stabil und auch als selbsttragende
Wände und Decken, Träger, Dächer und Gauben sowie als
Formkörper für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, Schiffen
und Luftfahrzeugen geeignet sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Leichtbauelement,
umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein
geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, wobei
das geblähte Material zwischen den Wänden des
Mehrwandgewebes die textilen Verbindungsfäden desselben
straffend angeordnet ist und Teilchen des geblähten
Materials mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder
untereinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäßen Bauelemente oder die Bauplatten
liefern eine hohe Stabilität bei niedrigem Gewicht und
sind darüber hinaus formbar. Je nach Dicke des
Mehrwandgewebes können die erfindungsgemäßen
Leichtbauelemente Wandstärken von wenigen Millimetern bis
zu einem Meter und mehr aufweisen.
Das Mehrwandgewebe (Abstandsgewirke) kann ein
Zweiwandgewebe, ein Gewebe aus drei Wandschichten mit
jeweils einem Hohlraum zwischen zwei Schichten oder ein
Mehrwandgewebe mit einer nach Verwendungszweck zu
bestimmenden Vielzahl von Wandschichten sein. Besonders
bevorzugt ist jedoch ein Zweiwandgewebe. Die
erfindungsgemäß einzusetzenden Abstandsgewirke weisen im
Falle der Zweiwandgewebe zwei voneinander beabstandete
Gewebe auf. Die beiden voneinander beabstandeten Gewebe
sind durch Fäden miteinander verbunden. Diese
verbindenden Faden können mit den beiden Geweben verwoben
sein. Der Abstand zwischen den beiden flächigen Geweben
des Zweiwandgewebes kann einige Millimeter bis zu einem
Meter und mehr betragen.
Die Gewebe und die die flächigen Gewebe verbindenden
Fäden können aus Naturfasern oder synthetischen Fasern
wie Polymerfasern, Glasfasern, Kohlefasern, metallische
Fasern sowie Mischprodukten erzeugt sein. Die
Polymerfasern können flammwidrig ausgerüstet sein. Die
flammwidrige Ausrüstung kann erfolgen durch Zusatz eines
Flammschutzmittels zu der Masse, aus der die Fasern
erzeugt werden.
Solche Abstandsgewirke sind im Handel erhältlich und
werden beispielsweise durch die GTRMES IN-Tex GmbH & Co.
KG unter der Bezeichnung GIRMES-Zweiwandgewebe angeboten.
Zum Zwecke der Befüllung der Abstandsgewirke können alle
blähbaren, thermoplastische Materialien eingesetzt
werden. Besonders bevorzugt sind durch Warme blähbare
polymere Materialien. Das durch Wärme expandierbare
thermoplastische Material ist vorzugsweise ein Polymer
auf der Basis von Polystyrolen, Polyolefinen,
Vinylpolymeren, Polyamiden, Polyestern, Polyacetalen,
Polycarbonaten, Polyurethanen und Ionomeren sowie deren
Gemischen.
Erfindungsgemäß einzusetzende blähbare Materialien sind
beispielsweise auch solche, die bereits vorgebläht sind
und nach Verfüllen in das Abstandsgewirke durch eine
weitere thermische Behandlung auf die endgültige Größe
gebläht werden.
Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes blähbares
Material sind die unter der Marke Styropor® angebotenen
blähbaren Polystyrole und Polystyrolabkömmlinge. Die
Menge des einzusetzenden blähbaren Materials ist abhängig
vom Volumen des Raums zwischen den Wänden des
Mehrwandgewebes und vom Volumen des endgültig geblähten
Materials. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß
eingesetzten geblähten Teilchen eine Dichte von 0,015 bis
0,050 g/cm3 auf.
Die Bauplatten und Bauelemente erhalten ihre hohe
Festigkeit durch das Zusammenwirken der zwei Gewebelagen
und die einen kompakten Körper bildenden zahlreichen
geblähten Teilchen. Diese sind miteinander, mit den
Verbindungsfäden und mit den gewebten Wandflächen des
Abstandsgewirkes fest verbunden. Insbesondere sind die
zuvor genannten Bestandteile durch die Wärmeeinwirkung
miteinander verschweißt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper und
Leichtbauelemente wird zunächst an einer offenen
Kopfseite eines Mehrwandgewebes ein Profil eingesetzt und
das Profil mit dem Mehrwandgewebe verbunden. Die
Verbindung kann beispielsweise durch Einnähen oder
Verkleben erfolgen. Es ist auch möglich, das Profil
allein durch Spannung an der Kopfseite im Mehrwandgewebe
kraftschlüssig mit dem Gewebe einzusetzen. In einem
weiteren Arbeitsschritt werden die Gewebeflächen des
Mehrwandgewebes gespannt. Das Spannen kann beispielsweise
durch mechanisches Greifen und auseinanderziehen der
Gewebeflächen eines Mehrwandgewebes erfolgen. Das
Mehrwandgewebe liegt dann als einseitig offener
Hohlkörper vor, der an einer Seite offen ist. In einem
dritten Schritt wird das Innere des Mehrwandgewebes mit
einem blähbaren Material befüllt. Das Befüllen des
Hohlkörpers im Mehrwandgewebe kann beispielsweise dadurch
erfolgen, daß Lanzetten seitlich durch die offene
Kopfseite des Mehrwandgewebes in den Hohlkörper
hineinfahren und vorgeschäumte EPS(expandiertes
Polystyrol)-Kügelchen in den Hohlkörper blasen. Bei
Mehrwandgeweben mit mehr als zwei Wandschichten, z. B. bei
Dreiwandgeweben, können die Hohlräume zwischen jeweils
zwei Wandschichten mit verschiedenen blähbaren
Materialien oder unterschiedlichen Stoffzusammensetzungen
befüllt werden. Nach dem Befüllen des Mehrwandgewebes
wird ein zweites Profil als zweite Abschlußkante in die
noch offene Kopfseite wie zuvor beschrieben eingebracht.
Anschließend werden in einem vierten Arbeitsschritt
beispielsweise die EPS-Kügelchen durch Heißdampf
verschweißt. Hierbei blähen sich die Kügelchen auf,
füllen die Leerräume und Zwickel in der Füllung aus,
pressen sich fest an die textilen Wandungen und verkleben
untereinander mit den textilen Wandungen und den
Verbindungsfäden zwischen den Gewebeflächen des
Mehrwandgewebes. Anschließend folgt eine Abkühlphase zum
Durchhärten der Leichtbauelemente.
Die Herstellung kann auf einem Fließband erfolgen. In
diesem Falle würden sich die Lanzetten, die die blähbaren
Materialien in den Hohlkörper blasen, mit der
Fließgeschwindigkeit des Fließbands bewegen.
Die Behandlung mit Heißdampf kann beispielsweise dadurch
erfolgen, daß die vorgespannte, gefüllte und vernähte
Mehrwandgewebebahn einen Siebteil des Produktionsbands
durchläuft, innerhalb dessen heißer Wasserdampf durch das
Sieb zugeführt wird und auf der anderen Seite des
befüllten Mehrwandgewebes ein Unterdruck angelegt wird,
der den heißen Wasserdampf ansaugt und zu dessen
Penetration in den gefüllten Raum des Gewebes veranlaßt.
Erst nach der Abkühlphase werden die Endlosplatten oder
Langplatten durch Zerschneiden, Zersägen und Vernähen
oder Verkleben der Schnittkanten nach Kundenwunsch
konfektioniert.
Es kann vorteilhaft sein, nach dem Hineindiffundieren der
Luft in einem Vakuumverfahren die Luft wieder zu
entziehen und die verschweißten EPS-Kügelchen mit Helium
oder einem anderen Gas zu füllen. Dabei kann ein
bestimmter Materialinnendruck eingestellt werden. Die
Außenflächen können, beispielsweise durch ein Epoxidharz,
versiegelt werden. Auf diese Weise kann ein individuell
regulierbarer Innendruck in der Platte erzeugt werden.
Auf diese Weise kann beispielsweise für die Verwendung
des Formkörpers oder Leichtbauelements in der
Luftfahrttechnik eine besondere Stabilität erreicht
werden, da mit steigender Flughöhe die Luftdichte
abnimmt. Die im Vergleich zur Luft geringere
Wärmeleitfähigkeit eines Edelgases wie Helium ermöglicht
auch einen nutzenbringenden Einsatz derart modifizierter
Leichtbauplatten in der Isolier- und Kühltechnik.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der
Erfindung wird vorgeschlagen, in das Zweiwandgewebe
einseitig oder beidseitig für den Lichttransport
geeignete Glasfasern, ein Glasfasernetz oder eine
glasfaserhaltige Vorrichtung einzuweben oder
aufzubringen. Durch das Einweben oder Einbringen einer
lichtaufnehmenden und lichttransportierenden Glasfaser,
eines Glasfasernetzes oder einer glasfaserhaltigen
Vorrichtung auf einer Gewebeseite der Leichtbauplatte und
Verbindung dieser Glasfaser mit einer lichtabstrahlenden
Glasfaser, einem Glasfasernetz oder Glasfasergewebe auf
der Gegenseite der Leichtbauplatte kann ein
Lichttransport von der einen Seite zur anderen Seite der
Leichtbauplatte erreicht werden. Bei einer Verwendung
derartiger Leichtbauplatten als Decken- und Wandelemente
können diese nicht nur die tragende Struktur darstellen
und isolierend wirken, sondern auch der Raumbeleuchtung
dienen.
Die erfindungsgemäßen Leichtbauplatten können als Träger
für alle möglichen Materialien dienen. Sie können
beispielsweise mit Solarzellen, insbesondere mit CIS-
Solarzellen, als Gitterfolien beschichtet sein. Auf diese
Weise wird durch Verwendung der CIS-Technologie auf der
Leichtbauplattenoberfläche Strom aus
Solarzellenfoliengittern erzeugt.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann auch
darin liegen, in Ergänzung zu der vorstehend
beschriebenen Beschichtung einer Seite der
Leichtbauplatte mit CIS-Solarzellengitterfolien auf der
gegenüber liegenden Seite der Leichtbauplatte
Akkuflächen, beispielsweise Silicium-Polymer-Akkus in
einem Gitter aufzudampfen, einzuweben oder sonstwie
aufzubringen und durch ein elektrisch leitfähiges
Material mit der CIS-Solarzellengitterfolie auf der
gegenüber liegenden Plattenseite zu verbinden. Auf diese
Weise kann der durch Lichteinfall in den CIS-
Solarzellengitterfolien produzierte Strom auf der
gegenüber liegenden Plattenseite im Akkumulator oder
Akkumulatorgitter gespeichert werden.
Schließlich können die erfindungsgemäßen Leichtbauplatten
zu Bauteilen oder Bauelementen, auch dreidimensionaler
Natur, weiterverarbeitet werden.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, die
Leichtbauplatten und/oder die nach Vernähen oder
Verkleben erhaltenen Bauteile mit dünnen keramischen
Materialien, metallischen Materialien, Kunststoffen oder
sonstigen Materialien zu beschichten oder zu laminieren.
Die Beschichtung kann beispielsweise durch PVC
(Polyvinylchlorid) erfolgen.
Claims (16)
1. Leichtbauelement, umfassend ein textiles
Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes,
thermoplastisches polymeres Material, wobei das geblähte
Material zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes die
textilen Verbindungsfäden desselben straffend angeordnet
ist und Teilchen des geblähten Materials mit den Wänden
des Mehrwandgewebes und/oder untereinander verbunden
sind.
2. Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die geblähten Teilchen untereinander
und/oder mit den Wänden des Mehrwandgewebes durch
Verkleben und/oder Verschmelzen verbunden sind.
3. Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das geblähte polymere Material ein
Polystyrol, Polyolefin, Vinylpolymer, Polyamiden,
Polyester, Polyacetal, Polycarbonat, Polyurethan,
Ionomerharz oder ein Gemisch derselben ist.
4. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwandgewebe ein
Zweiwandgewebe ist.
5. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein- oder
beidseitig beschichtbar ausgerüstet ist.
6. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß es für den Lichttransport
geeignete Glasfasern enthält.
7. Leichtbauelement nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Glasfasern auf mindestens einer
Seite des Elements eingewebt und/oder aufgebracht sind.
8. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einseitig mit
Solarzellen, insbesondere mit CIS-Solarzellen,
beschichtet ist.
9. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite
des Elements ein Akkumulator, insbesondere ein Silicium-
Polymer-Akkumulator, aufgebracht und/oder eingewebt ist.
10. Leichtbauelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Solarzellen und/oder der
Akkumulator in Form eines Gitters oder einer Gitterfolie
vorliegen.
11. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß es auf einer Seite
Solarzellen und auf der gegenüberliegenden Seite einen
Akkumulator aufweist und beide Seiten miteinander durch
ein den elektrischen Strom leitendes Material miteinander
verbunden sind.
12. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit einem Harz
versiegelt ist.
13. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit einem PVC-
Harz oder Epoxidharz versiegelt ist.
14. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein- oder
beidseitig mit dünnen keramischen, metallischen oder
polymeren Materialien beschichtet oder laminiert ist.
15. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das textile Mehrwandgewebe
ein Gewebe aus Kohlefasern, Glasfasern, keramischen oder
metallischen Fasern oder Mischfasern ist.
16. Leichtbauelement nach einem der Anspruche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element die Form einer
Platte aufweist.
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