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Die
Erfindung betrifft ein Dachelement und ein Dachelementsystem. Dachlemente,
wie beispielsweise und insbesondere Dachziegel, Dachschindel, Dachschiefer,
Regenrinnen (Dachrinnen) und Fallrohre, dienen häufig zum Schutz des eigentlichen
Baugrundkörpers
eines Gebäudes,
beispielsweise durch kontrolliertes Abführen von Regenwassermengen
in die Kanalisation oder in Zisternen. Insbesondere die einsetzende
Klimaveränderung
in mittel- und nordeuropäischen
Regionen haben in den letzten Jahren dazu geführt, daß in der Winterzeit teilweise
gewaltige Schneefälle
und damit einhergehende Schneelasten die entsprechenden Dächer und Regenrinnen
von Gebäuden
statisch belastet haben, was bis zu einstürzenden Bauten geführt hat.
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In
jüngster
Zeit sind Systeme auf den Markt gekommen, die im wesentlichen als
Heizleiterheizungen nachträglich
auf die entsprechenden Gebäudeteile
verlegt werden, um ein kontrolliertes Abschmelzen der Schneelasten
auf den Dächern
steuernd zu ermöglichen,
damit die gewaltigen statischen Belastungen der Vergangenheit nicht
mehr auftreten. Nachteilig an solchen Systemen ist jedoch die Tatsache,
daß durch
das nachträgliche
Anbringen solcher Systeme in nicht wenigen Fällen die Optik solcher Gebäude leidet
und auch die äußeren Witterungseinflüsse die
Standzeiten solcher Systeme in Einzelfällen erheblich reduzieren können, so daß nach nicht wenigen
Jahren solche Systeme teilweise durch neue Systeme ausgetauscht
werden müssen,
was mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist.
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Ziel
und Aufgabe der folgenden Erfindung ist es daher, die oben genannten
Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden, insbesondere eine Möglichkeit
zu schaffen, die gegebenenfalls auftretenden gewaltigen Schneelasten
auf Gebäuden
effizient ableitend zu vermindern durch kontrolliertes Abtauen, auch
ohne Beeinträchtigung
der Gesamtästhetik. Dieses
Problem bzw. diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Dachelement gemäß Anspruch
1, ein Dachelementsystem gemäß Anspruch 15,
ein Gebäudeteil
oder Gebäude
gemäß Anspruch 25
sowie Verwendungen gemäß der Ansprüche 26 und
27.
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Beim
erfindungsgemäßen Dachelement handelt
es sich um ein solches, das elektrisch endogen und/oder im Betriebszustand
an der Unterseite beheizbar ist/beheizt wird. Erfindungsgemäß wird unter
dem Begriff ”elektrisch
endogen beheizbar” verstanden,
daß das
Dachelement elektrisch beheizbar ist, wobei die Erwärmung von
innen, also aus dem Inneren des Dachelementes, durchgeführt wird.
Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, daß das Dachelement
mindestens einen inneren Heizleiter aufweist, der beispielsweise
und insbesondere aus einer Stahllegierung, beispielsweise und insbesondere
aus einem Edelstahl, besteht. Beispielsweise und insbesondere können solche
Heizleiterlegierungen verwendet werden, die sich durch einen hohen
spezifischen Widerstand, eine Hitzebeständigkeit sowie eine hohe Korrosionsfestigkeit
auszeichnen, beispielsweise und insbesondere Legierungen aus Cr-Ni-,
Cr-Al- bzw. Ni-Stahl-Basis. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff ”im Betriebszustand
an der Unterseite beheizbar ist/beheizt wird” verstanden, daß das Dachelement
von seiner Unterseite her elektrisch beheizbar ist bzw. beheizt
wird, wobei die Erwärmung
somit von unten, also von der Unterseite des Dachelementes, durchgeführt werden
kann. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, daß das Dachelement
mindestens einen äußeren Heizleiter
oder einen in die untere Oberfläche
des Dachelementes eingelassenen Heizleiter aufweist, der an der Unterseite
des Dachelementes angeordnet ist, wobei die obigen Ausführungen
zum Heizleiter vom inneren Heizleiter auch in diesem Fall gelten
bezüglich
Materialzusammensetzung. Beim Dachelement handelt es sich vorteilhafterweise
um ein solches aus der Gruppe Dachziegel, Dachschindel, Dachschiefer, Regenrinne
(Dachrinne) und Fallrohr, wobei jedoch auch andere äußere, sich
außen
an Dächern
bzw. an der Außenseite
von Gebäuden
befindliche Dachelemente, wie beispielsweise spezielle Übergänge zwischen
zwei Gebäudehauptkörpern, denkbar
sind.
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Dabei
ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Dachelement mindestens ein
elektrisches Anschlußelement
aufweist zum späteren
Anschließen
eines solchen Elementes an eine Stromquelle. Ein solches elektrisches
Anschlußelement
kann beispielsweise und insbesondere als Steckkontakt ausgestaltet
sein. In vorteilhafter Weise ist der Heizleiter des jeweiligen Dachelementes
bei metallischer Natur des Dachelementes das Dachelement anschmelzend
eingelassen. Beispielsweise und insbesondere kann dies dadurch realisiert
werden, daß der
jeweilige Heizdraht bzw. die mehreren jeweiligen Heizdrähte der
jeweiligen Applikation entsprechend angeordnet mit einem flüssigen Metall,
beispielsweise und insbesondere Kupfer, umgossen werden, so daß nebeneinander
liegende mehrere Heizleiter dann sich im späteren abgekühlten Metallblech befinden,
somit endogen sind, damit in weiteren Bearbeitungsschritten die
jeweilige Form des Dachelementes, beispielsweise und insbesondere
als Dachziegel, Regenrinne oder Fallrohr, realisiert werden kann.
Darüber
hinaus ist es möglich,
daß in
mit Einlassungen, beispielsweise und insbesondere in Form von Nuten,
versehenen metallbahnartigen Elementen später die jeweiligen Heizdrähte eingelassen
bzw. eingewalzt werden oder aber die Einlassungen mit dem Material
eines Heizleiters ausgegossen werden, um nach entsprechendem Abkühlen auch
hier endogene Heizelemente zu realisieren.
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Auf
entsprechende Art und Weise ist es vorteilhaft, wenn der Heizleiter
bei keramischer Natur des Dachelementes, beispielsweise und insbesondere
in Form von Ton, beim Sintern des Dachelementes eingelassen ist,
um auf diese Weise eine bewährte Möglichkeit
bereitzustellen, Heizleiter endogen zu gestalten.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das Anschlußelement ausgebildet ist als
Beaufschlagungskraft-Element, beispielsweise und insbesondere in Form
eines Federelementes, so daß bei
entsprechender Applikation dieses Element mit einer Kraft des Federelementes
elastisch und reversibel den Kontakt mit einem stromzuführenden
Element – somit
das stromzuführende
Element beaufschlagend – ermöglicht,
um das jeweilige Dachelement über
die in Reihe oder parallel geschalteten Dachelemente bestromend
zu erwärmen.
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Zur
gleichmäßigeren
Erwärmung
des Dachelementes ist es vorteilhaft, wenn dieses ein Heizleiter-Gitter
aufweist, um eine höhere
und gleichmäßigere Energieverteilung
im Inneren des Dachelementes zu bewerkstelligen.
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Schließlich ist
es von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Dachelement derart ausgebildet
ist, daß dieses
Dachelement mit einem anderen Dachelement elektrisch verbindbar
ist, insbesondere mittels des elektrischen Anschlußelementes,
beispielsweise und insbesondere steckbar, wobei reversible wie auch
irreversible Verbindungen möglich
sind. Auf diese Weise ist eine hohe Adaptierbarkeit auf die jeweilige
zu erwärmende
Grundfläche
eines Daches eines Gebäudes
zu realisieren.
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Das
erfindungsgemäße Dachelementsystem weist
mindestens ein erfindungsgemäßes Dachelement
auf, wobei es von Vorteil ist, wenn dieses ein mit dem Dachelement
im Betriebszustand wechselwirkendes Stromzuführungselement aufweist, um
reproduzierbare und sichere Möglichkeiten
einer kontrollierten Stromzuführung
zu ermöglichen.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn das Stromzuführungselement an einem Dachlattenelement
befestigt oder in einem Dachlattenelement eingelassen ist, um eine
strukturierte und in der Regel platzsparende Möglichkeit der Befestigung zu
realisieren. Es ist vorteilhaft, wenn das Dachlattenelement aus Kunststoff
besteht, da das Material des Dachlattenelementes dem jeweiligen
Einsatzgebiet angepaßt werden
kann.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn das Stromzuführungselement schienenartig
ist, da sich diese Art der Ausführung
in der Praxis bewährt
hat.
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Darüber hinaus
ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei Stromzuführungselemente
mittels eines Verbindungsadapters miteinander verbindbar oder verbunden
sind, da über
die Möglichkeit,
die Verbindungsadapter entsprechend ihrer Geometrie unterschiedlich
zu gestalten, eine unkomplizierte Anpassung durch Dachelementsysteme
an die jeweiligen Topologien möglich
sind ohne das Gesamtsystem als solches auszutauschen. In diesem
Zusammenhang hat es sich in der Praxis bewährt, daß der Verbindungsadapter steckbar
die Stromzuführungselemente verbindet.
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Darüber hinaus
ist es von Vorteil, wenn das Dachelement steuernd und/oder regelnd
mittels einer Rechnereinheit beheizt wird, um eine gezielte Temperatureinstellung,
die dem jeweiligen Einsatzzweck adäquat entspricht, zu realisieren.
Beispielsweise kann die Rechnereinheit derart programmiert werden,
daß bei
einer bestimmten Schneelast die beheizende Bestromung sprunghaft
nach oben geht, um entsprechend benötigte Heizleistungen zur Verfügung zu
stellen, um in relativ kurzer Zeit die sich auf den jeweiligen Gebäuden befindenden
Schneelasten abzutauen. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil,
wenn mindestens ein Wägeelement
eine mögliche
Last, insbesondere Schneelast, ermittelt und wenn die Rechnereinheit
die ermittelten Lastwerte berücksichtigend
das Dachelement beheizt, um keine unnötige Energie zu verschwenden.
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Demgemäß ist es
erfindungsgemäß, wenn das
erfindungsgemäße Dachelement
bzw. Dachelementsystem verwendet wird zum Beheizen von Gebäudeteilen
oder Gebäuden.
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Die
Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Figuren beispielhaft
erläutert,
wobei diese zeigen:
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1 – eine skizzenhafte
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dachelementes,
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1a – eine skizzenhafte
perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dachelementes,
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2 – eine skizzenhafte
Querschnittsdarstellung des in 1 dargestell ten
Dachelementes,
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3 – eine skizzenhafte
Querschnittsdarstellung einer möglichen
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Dachelementes,
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3a bis 3c – unterschiedliche
Ausführungsformen
bezüglich
der Kontaktierung zwischen Dachelement und Stromzuführungselement,
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4 – eine skizzenhafte
Darstellung mehrerer Dachelemente, die ein Gebäudedach abdecken,
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4a – eine Querschnittsdarstellung
eines Ausschnittes einer der in 4 gezeigten
Dachelemente,
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5 – eine Querschnittsansicht
von unten eines Dachstuhls, auf dem ein erfindungsgemäßes Dachelementsystem
angeordnet ist,
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6 – eine perspektivische
skizzenhafte Darstellung hinsichtlich der Möglichkeit über einen Verbindungsadapter
mehrere Stromzuführungselemente
zu verbinden,
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7a – eine skizzenhafte
Querschnittsansicht einer Dachrinne,
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7b – eine skizzenhafte
Querschnittsansicht einer Regenrinne,
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8 – eine perspektivische
Ansicht von zwei miteinander zu verbindenden Regenrinnen,
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9 – eine Querschnittsansicht
von unten einer aus in der 8 dargestellten
zwei Dachrinnen hergestellten Dachrinne,
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10 – eine weitere
Ausführungsform
der in 8 gezeigten Dachrinnen,
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11 – eine weitere
Auführungsform
der in 9 gezeigten zusammengefügten Dachrinne,
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12 – eine weitere
Ausführungsform
einer in 8 gezeigten Regenrinnen.
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13 – eine andere
Ausführungsform
zu der in 11 gezeigten zusammengefügten Dachrinne,
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14 – eine perspektivische
Ansicht einer Alternative zu der in 8 gezeigten
Ausführungsform,
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15 – eine Alternative
zu der in 10 gezeigten Ausführungsform,
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16 – eine skizzenhafte
Aufsicht einer weiteren Ausführungsform,
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16a – eine
skizzenhafte Querschnittsansicht der in 16 gezeigten
Ausführungsform,
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17 – eine zu
der in 16 gezeigten alternative Ausführungsform,
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17a – eine
skizzenhafte Querschnittsansicht der in 17 gezeigten
Ausführungsform,
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18 – eine weitere
zu den in den 16 und 17 gezeigten
Ausführungsformen
ausgestaltete Alternative,
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18a – eine
querschnittsmäßige Vergrößerung der
in 18 gezeigten Ausführungsform.
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Der
in 1 dargestellte Dachziegel weist einen schlangenförmig im
Inneren des Dachziegels verlaufenden Heizleiter 1 auf,
der zwei Anschlußelemente 2 an
den längsaxialen
Enden als Stifte ausgeführt
aufweist. Bei der Herstellung eines solchen Dachziegels, der aus
Ton besteht und somit keramischer Natur ist, wurde der Heizleiter 1 beim
Sintern in den Ziegel eingelassen bzw. befand sich bereits in der
zu sinternden Masse, so daß nach
dem Sintern der Keramik und dem eigentlichen Brand dann der Heizleiter 1 sich
im Inneren – und
somit endogen – des
Dachziegels befand, so daß eine
bestromende Beheizung von innen ermöglicht wird.
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Der
in 1a dargestellte Dachziegel weist im Vergleich
zu dem in 1 dargestellten einen gitterförmig angeordneten
Heizleiter 1 bzw. mehrere Heizleiter 1 auf, die
gitterförmig
angeordnet sind, wobei der Heizleiter 1 bzw. die Heizleiter 1 eine
flächenmäßig gleichmäßige Erwärmung im
Betriebszustand gewährleistet/gewährleisten.
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In 2 ist
im Querschnitt der in 1 dargestellte Dachziegel zu
erkennen, wobei das Stromanschlußelement 2 berührungsschalterartig
ausgestaltet ist, damit dieses im Betriebszustand mechanisch in
berührender
Kontaktwechselwirkung mit einem Stromzuführungselement Wechselwirken
kann, um den eigentlichen Heizleiter 1 bestromend erwärmen zu
können.
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In
den 3, 3a, 3b und 3c sind
mehrere Ausführungsformen
eines entsprechenden Dachziegels zu erkennen, wobei das in 3 dargestellte
Anschlußelement 2 ein
Federelement 7 und ein am äußeren axialen Ende des Federelementes 7 befestigtes
Kontaktelement 8 in Form einer Kugel beinhaltet. Im installierten
Zustand des Dachziegels drückt
das Federelement 7 das Kontaktelement 8 gegen
das schienenartige Stromzuführungselement 3,
so daß ein
mechanischer und elektrischer Kontakt hergestellt wird, da sowohl
das Stromzuführungselement 3 als
auch das Kontaktelement 8 nebst Federelement 7 elektrisch
leitender, insbesondere metallischer, Natur sind. Bei der in 3a gezeigten
Ausgestaltung handelt es sich beim Anschlußelement 2 um ein
solches, das ein nicht-federnd elastisches Kontaktelement 8 sondern ein
fest installiertes Kontaktelement 8 in Form einer Halbkugel
aufweist, so daß in
diesem Fall eine räumlich
korrekte Ausrichtung des auf einem Dachstuhl eines Gebäudes zu
installierenden Dachziegels notwendig ist, um den notwendigen mechanischen
Kontakt zwischen dem Kontaktelement 8 und dem Stromzuführungs element 3 zu
realisieren. In 3b ist zu erkennen, daß das Anschlußelement 2 ein
federdornartiges Kontaktelement 8 aufweist.
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In 3c ist
eine im Vergleich zu den 3a und 3b dargestellten
weitere Ausführungsform zu
erkennen, die sich von diesen dahingehend unterscheidet, daß das Stromzuführungselement 3 bezüglich. des
Dachlattenelementes 4 befestigt ist mittels eines schienenartigen
Isolationselementes 15. Dieses Element kann an aus Kunststoff
bestehende Dachlatten angebracht werden oder aber auch an konventionelle
Holzdachlatten, beispielsweise und insbesondere mittels nagelartiger
Elemente.
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In 4 sind
mehrere Dachziegel zu erkennen, die auf einem Dachstuhl eines Gebäudes angeordnet
sind, um so eine klassische Dachabdeckung zu realisieren. In 4a ist
eine querschnittartige Vergrößerung des
Kontaktbereiches zwischen Stromzuführungselement 3 und
Kontaktelement 8 eines Dachziegels zu erkennen, daß in diesem
Fall das Stromzuführungselement 3 in
Form einer Stromschiene elektrisch isoliert ist mittels eines nicht-stromführenden
Stromzuführungsisolierungselementes 10,
wobei dieses wiederum mittels zweier nagelförmiger Stromzuführungsisolierungsbefestigungselemente 11 befestigt
ist am Dachlattenelement 4.
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In 5 ist
von unten gesehen ein Dachstuhl zu erkennen, der auf mehreren Ebenen
des Dachstuhls selbst entsprechende Dachziegel aufweist, wobei diese über die
einzelnen Stromzuführungselemente 3 parallel
und/in Reihe geschaltet sind, um dann mittels einer Stromzuleitung 12 über eine
nicht gezeigte Rechner- und eine nicht gezeigte Wägeeinheit
bestromt werden zu können.
Bei den (nicht gezeigten) Wägeelementen
kann es sich beispielsweise um allgemein erhältliche Drucksensoren, beispielsweise
Druckmeßgeräte, Meßumformer
für Relativ- und Absolutdruck,
beispielsweise aus der Produktreihe Siemens Sitrans P, handeln,
die in Abhängigkeit
des gemessenen Drucks und somit in Abhängigkeit einer Dachlast, insbesondere
Schneedachlast, eine entsprechende, geregelte oder aber auch gesteuerte
Bestromung der einzelnen Dachziegel vornimmt, damit eine gezielte
und angepaßte
Erwärmung
der Dachziegel stattfindet, um ein kontrolliertes Abtauen der sich
auf dem Dach befindenden Schnee- und/oder Eismassen realisiert werden
kann.
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In 6 ist
perspektivisch und skizzenhaft zu erkennen, daß mittels eines Verbindungsadapters 5 zwei
räumlich
voneinander getrennte schnienenartige Stromzuführungselemente 3 mechanisch
und elektrisch miteinander verbunden werden können, um auch kompliziertere
Dachgeometrien, die insbesondere bei Gaubenvor- und Einbauten vorkommen, zu
realisieren.
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In 7 ist
eine erfindungsgemäße Regenrinne
(Dachrinne) zu erkennen, die mittels eines Regenrinnenbefestigungselementes
in Form einer Flacheisenhalterung an einem (nicht gezeigten) Dachlattenelement
unterhalb eines Dachziegels an einem Dach eines Gebäudes befestigt
ist.
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Auch
hier sind mehrere Heizdrähte 1 auf
die bereits oben beschriebene Art und Weise im Inneren der Regenrinne
angeordnet, so daß eine
kontrollierte bestromende Erwärmung
der Regenrinne insbesondere bei vorhandenen Schneelasten realisiert
werden kann, um einen kontrollierten Abfluß von Tauwasser zu gewährleisten.
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In
den 7a und 7b ist
(nochmals) zu erkennen, daß in
der Regel die späteren
endogenen Heizleiter entweder direkt bei der Herstellung der Regenrinne
schmelzend eingelassen werden, wobei die Regenrinne selbst überwiegend
beispielsweise und insbesondere aus Metall wie beispielsweise Kupfer oder
Kupferlegierungen oder Zinkblech oder aber auch aus einem Kunststoff
wie beispielsweise PVC oder Polyethylen bestehen kann. In 7b ist
lediglich skizzenhaft angedeutet, daß bei der Herstellung zunächst das
Material der Regenrinne, das sich in der Regel im flachgewalzten
Zustand befindet, Nuten/Rillen eingebracht werden, damit anschließend entweder
entsprechende Heizdrähte
einplattierend eingebracht werden oder aber das Heizdrahtmaterial in
flüssigem
Zustand eingegossen wird, um später nach
entsprechendem Abkühlen überstehende
Grade glattzufräsen
und zu polieren.
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8 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen beheizbaren
Regenrinne, die mehrere einzelne unabhängige Heizdrähte 1 mit ensprechenden
Anschlußelementen 2 (männlich) aufweist,
die mit korrespondierenden Anschlußelementen 2 (weiblich)
eingesteckt miteinander wechselwirkend den notwendigen mechanischen
und somit auch elektrischen Kontakt realisieren.
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In 9 ist
dies in einer skizzenhaften Aufsicht nochmals zu erkennen, da die
Steckkontakte 2 nunmehr miteinander verbunden sind und
darüber
hinaus eine mechanische Stabilisierung durch ein Stützelement 14 in
Form einer halboffenen Verbindungsschale eine entsprechende Stützung erfahren.
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In
den 10, 11, 12 und 13 sind
Ausführungsformen
zu erkennen, bei denen lediglich die Regenrinne und ein entsprechend
weibliches oder männliches
Anschlußelement
zu erkennen ist, wobei bei der in den 12 und 13 gezeigten
Ausführungsformen
lediglich ein einzelner jedoch spiralförmig verlaufender Heizleiter
je Regenrinne realisiert ist.
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In
den 14 und 15 sind
entsprechend zu den in den 8 bis 11 aufgezeigten
Ausführungsformen entsprechende
Ausgestaltungen aufgezeigt, bei denen zusätzlich ein beheizbares Fallrohr, das
entsprechend den beheizbaren Regenrinnen aufgebaut ist, Teil des
Entwässungssystems
eines Daches ist.
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In 16 ist
in Aufsicht skizzenhaft ein Dachschieferelement zu erkennen, wobei
in dieses ein meanderförmig
verlegter Heizleiter 1 eingelassen ist, der an zwei Anschlußelementen 2 mit
einer elektrischen Stromquelle verbunden werden kann, um somit erwärmt zu werden.
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In 16a ist im Querschnitt dieser Aufbau nochmals
zu erkennen, wobei deutlich wird, daß in diesem Fall von unten
das Dachschieferelement passend mit einer Folie verklebt ist, um
eventuell eindringendes Kondenswasser vom elektrischen Heizleiter 1 fernzuhalten.
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In 17 und 17a ist in Aufsicht bzw. im Querschnitt eine zu
der in 16 gezeigte alternative Ausführungsform
dargestellt, bei der an den längsaxialen
Wendepunkten der Heizleiter 1 spiralfederartig ausgstaltet
ist, um späteren
thermisch induzierten mechanischen Belastungen besser standhalten
zu können,
da diese Bereiche dann eine höhere mechanische
Flexibilität
aufweisen.
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In
den 18 und 18a ist
schließlich eine
weitere alternative Ausführungsform
zu erkennen, bei der das Dachschieferelement auf der Unterseite
beklebt ist mit einer Folie 18, die einen oder mehrere
eingelassene Heizleiter 1 aufweist, wobei auch hier über ein
Anschlußelement 2 das
ganze bestromend erwärmt
werden kann.