DE102005053890B4

DE102005053890B4 - Formbauteil in Sandwichbauweise mit keramischem Kern und multidirektionalen Decklagen

Info

Publication number: DE102005053890B4
Application number: DE102005053890A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Pott Richard
Original assignee: Fibraforce AG
Current assignee: FIBRAFORCE AG, CH
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: WO2007054079A3; DE102005053890A1; WO2007054079A2

Abstract

Formbauteil in Sandwichbauweise mit einem Kern aus kunstharzgebundener keramischer Substanz mit multidirektional orientierter Decklagen-Faserverstärkung, wobei ein Stützkern aus keramischem Material auf mindestens einer Seite von einer Decklage abgedeckt ist, welche aus mindestens zwei kunstharzgetränkten Fasereinzellagen besteht, deren Fasern in der Einzellage parallel nebeneinander liegen und sich im Verhältnis zur jeweils nächsten Einzellage in einem Kreuzungswinkel befinden, und wobei die Fasern der jeweiligen Einzellage mittels eines Haftfadengitters oder durch quer zur Faserorientierung aufgetragene Klebespuren auf der Basis von Permanent- oder Schmelzklebern unverschiebbar verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formbauteil in Sandwichbauweise mit einem Kern aus kunstharzgebundener keramischer Substanz mit multidirektional orientierter Decklagen-Faserverstärkung, wobei ein Stützkern aus keramischem Material auf mindestens einer Seite von einer Decklage abgedeckt ist.
Die angewendete Sandwichbauweise hat sich in langjähriger Praxis in vielen Bereichen, vorzugsweise im Bauwesen, hervorragend bewährt. In Sandwichbauweise werden zum Beispiel Deckenkonstruktionen als Leichtbau, Dachbinder und Wandpaneele erstellt. In allen Fällen strebt man geringstmögliche Stützlasten bei zugleich größtmöglicher statischer und dynamischer Belastbarkeit und hoher Brandsicherheit an.
Sandwichbauteile im Hoch- und Tiefbau sind auch bekannt als mehrwandige Rohrkörper in zum Beispiel Entwässerungsbereichen oder für Fernheizungen. Ebenso gibt es bereits Brückenbauwerke in Formbauweise aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), bei allerdings großen Bauteilgewichten.
Alle derartigen konzeptionell hervorragenden Konstruktionen haben den von Konstrukteuren wenig geschätzten und bisher kaum abänderbaren Nachteil des zu hohen Gewichtes beziehungsweise zu geringer Biegezugfestigkeit und zu großer Durchbiegung.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 298 05 264 U1 ist ein Konstruktionselement mit armiertem Stützkern als Verstärkung zwischen Decklagen und zur Aufnahme einer Kernfüllung aus Leichtgranulat bekannt, ohne das eine hohe statische oder dynamische Belastbarkeit vorliegt.
Es war auch bisher nicht möglich, moderne Sandwichbauteile für anspruchsvolle Projekte zu produzieren, weil die bisher praktizierten Bauweisen die Möglichkeiten, die die vorliegende Erfindung bietet, bisher nicht bekannt waren und die somit eine echte Innovation darstellt. Die Fertigung der erfindungsgemäßen Bauteile ist auch deshalb erst zum jetzigen Zeitpunkt möglich, da die erforderlichen Komponenten bis jetzt nicht existierten.
Die Aufgabe der Erfindung ist ein Bauelement mit geringstmöglichem Gewicht bei zu- gleich größtmöglicher statischer und dynamische Belastbarkeit und einem zusätzlichen Brandschutz zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Das bisher verwendete Faser-Verstärkungsmaterial für die Armierung der Decklagen besteht aus Geweben aller möglichen Faserarten. Dieses Gewebe hat konstruktions- und fertigungsbedingt ein mehrfach hohes Einsatzgewicht bei einer Festigkeit, die nur einem Bruchteil der erfindungsgemäßen Sandwichbauteil-Armierung entspricht.
Die Erfindung macht sich dabei den großen Vorteil zunutze, den gestreckte, undirektional orientierte Verstärkungsfasern in Form von Gelegen anstatt Geweben bieten. Hierbei werden alle Einzelfilamente der Faserstränge streng linear parallel vorgespannt und als Faserstränge nebeneinanderliegend zu Einzelllagen fixiert und in Laminierharz eingebettet bzw. damit imprägniert. Um aber die Nutzbarkeit der Zugbelastung auf das gesamte Formbauteil zu gewährleisten, werden die vorgefertigten Gelege-Einzellagen in Kreuzungswinkeln von vorzugsweise +–45° angeordnet, womit ein Quasi-Isotop erreicht wird, d. h., eine gleiche Belastbarkeit in alle Richtungen. Die Decklagen bilden zusammen mit dem keramischen Stützkern das Formbauteil in Sandwich-Bauweise, während die mittleren Tragschichten in gleicher Faserorientierung je nach Einsatzzweck bei größerer Belastung zur zusätzlichen Verstärkung des keramischen Stützkerns eingesetzt werden. Hier können die Faserstränge bei Bedarf insgesamt auch z. B. nur in Bauteil-Querrichtung angeordnet werden, um so gezielt das Bauteil als Ganzes in diese Richtung zu verstärken.
Das erfindungsgemäße Formbauteil stellt nicht ausschließlich ein Plattenbauteil dar, sondern es ergibt sich eine Fülle von anspruchsvollen Anwendungen, so zum Beispiel im Hochbau (hier besonders in Feuerfestbereichen, denn es werden die Anforderungen der Brandschutzklasse A2 erfüllt); im Brückenbau und beim Bau von Sandwich-Rohrkörpern für Fernwärme, Abwässer etc..
Einige weitere Einsatzbeispiele:

Kanalabdeckungen;
Abdeckhauben für Kabelschächte;
Basismaterial für vorgehängte, feuerfeste Fassaden;
Tunnelauskleidungen;
Doppel-Fußböden;
Außenwände für Flüssigkeitsbehälter;
Verkehrsleitsysteme;
Aufbauten für Isolierfahrzeuge.
Schnell-Montagebrücken im Straßenbau;
Pontonbrücken in der Wehrtechnik;
Campingfahrzeuge und -anhänger.

Die zuvor beschriebenen Einsatzbeispiele erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit!
Bezugszeichenliste
Fig. 1 und Fig. 2

1a: obere Decklage aus kunstharzimprägnierten Decklagen auf der Basis von Verstärkungsfaserbündeln im Kreuzungswinkel von mehrfach +–45° orientiert;
2: Fäden des Haftfadengitters bzw. der Hotmeltkleber-Spuren, welche die längsorientierten Verstärkungsfaserbündel in Querrichtung fixieren;
3: die obere Stützkernschicht aus keramischem Material z. B. Blähtonpellets, Perlite, Bims oder dergleichen;
4: eine mittlere Deckschicht zur ausschließlichen Aufnahme der Zugkräfte quer zur Bauteillängsachse;
5: Haftfadengitter der Innenseite der unteren Decklage;
6: die untere Stützkernschicht entsprechend der oberen Stützkernschicht;
1b: untere Decklage entsprechend der oberen Decklage.

Claims

Formbauteil in Sandwichbauweise mit einem Kern aus kunstharzgebundener keramischer Substanz mit multidirektional orientierter Decklagen-Faserverstärkung, wobei ein Stützkern aus keramischem Material auf mindestens einer Seite von einer Decklage abgedeckt ist, welche aus mindestens zwei kunstharzgetränkten Fasereinzellagen besteht, deren Fasern in der Einzellage parallel nebeneinander liegen und sich im Verhältnis zur jeweils nächsten Einzellage in einem Kreuzungswinkel befinden, und wobei die Fasern der jeweiligen Einzellage mittels eines Haftfadengitters oder durch quer zur Faserorientierung aufgetragene Klebespuren auf der Basis von Permanent- oder Schmelzklebern unverschiebbar verbunden sind.
Formbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Einzellagen aus Textilglas, Karbon, Aramid, Polyester, Acryl oder Keramik bestehen.
Formbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Fasern mit multidirektionaler Orientierung bestehende Decklage mit Kunstharz als Matrix auf der Basis von Polyester, Epoxid, Melamin, Harnstoff, Phenol imprägniert ist.
Formbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützkern aus keramischem Material ein kunstharz- oder zementgebundenes Granulat verwendet wird auf der Basis von Bims, Perlite, Glimmer, Hohlglas, Schaumstoff, Blähton oder Split jeglicher Art.
Formbauteil nach Anspruch 1 und einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formbauteil mehrere Deckschichten sowohl als äußere Tragschichten, wie auch als mittlere Verstärkungsschichten zur Aufnahme der Biege-, Zug-, Druck-, Torsions- und Scherkräfte aufweist.