DE10101429B4

DE10101429B4 - Leichtbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10101429B4
Application number: DE2001101429
Authority: DE
Inventors: Markus M Wirtz; Christian Wirtz
Original assignee: Wirtz Markus M Dr
Current assignee: WIRTZ, CHRISTIAN, 47199 DUISBURG, DE; WIRTZ, MARKUS M., DR., 47800 KREFELD, DE
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2021-01-14
Also published as: DE10101429A1

Abstract

Leichtbauelement, umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, das aus Teilchen gebildet ist, die zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes, die textilen Verbindungsfäden desselben straffend, angeordnet sind und untereinander und mit den Wänden und den Verbindungsfäden des Mehrwandgewebes verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft Leichtbauelemente aus einem Mehrwandgewebe, befüllt mit einem geblähten thermoplastischen polymeren Material und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

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, das aus Teilchen gebildet ist, die zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes, die textilen Verbindungsfäden desselben straffend, angeordnet sind und untereinander und mit den Wänden und den Verbindungsfäden des Mehrwandgewebes verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Bauelement oder die Bauplatte liefert eine hohe Stabilität bei niedrigem Gewicht und ist darüber hinaus formbar. Je nach Dicke des Zweiwandgewebes 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 Fäden 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 GIRMES 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 Wärme 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

Leichtbauelement, umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, das aus Teilchen gebildet ist, die zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes, die textilen Verbindungsfäden desselben straffend, angeordnet sind und untereinander und mit den Wänden und den Verbindungsfäden des Mehrwandgewebes verbunden sind.
Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geblähten Teilchen untereinander und mit den Wänden des Mehrwandgewebes durch Verkleben und/oder Verschmelzen verbunden sind.
Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material ein Polystyrol, Polyolefin, Vinylpolymer, Polyamid, Polyester, Polyacetal, Polycarbonat, Polyurethan, Ionomerharz oder ein Gemisch derselben ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwandgewebe ein Zweiwandgewebe ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein- oder beidseitig beschichtbar ausgerüstet ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es für den Lichttransport geeignete Glasfasern enthält.
Leichtbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern auf mindestens einer Seite des Elements eingewebt und/oder aufgebracht sind.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einseitig mit Solarzellen, insbesondere mit CIS-Solarzellen, beschichtet ist.
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.
Leichtbauelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen und/oder der Akkumulator in Form eines Gitters oder einer Gitterfolie vorliegen.
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.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit einem Harz versiegelt ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit einem PVC-Harz oder Epoxidharz versiegelt ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein- oder beidseitig mit dünnen keramischen, metallischen oder polymeren Materialien beschichtet oder laminiert ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Mehrwandgewebe ein Gewebe aus Kohlefasern, Glasfasern, keramischen oder metallischen Fasern oder Mischfasern ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Element die Form einer Platte aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch – Einbringen blähbarer Teilchen thermoplastischen Materials zwischen die Wände des Mehrwandgewebes und – Verschweißen der durch Einwirkung von Wärme aufblähenden Teilchen untereinander sowie mit den textilen Verbindungsfäden und den wänden des Mehrwandgewebes unter Straffung der textilen Verbindungsfäden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme durch Heißdampf zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass vorgeschäumte Teilchen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtbauelement nach der Herstellung durch Zerschneiden, Zersägen und/oder Vernähen der Schnittkanten konfektioniert wird.