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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung findet Anwendung auf dem Gebiet der Baustoffchemie und
betrifft insbesondere ein Bauelement auf Basis eines Verbundmaterials und
die Verwendung desselben.
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Hintergrund der Erfindung
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Schon
seit der Frühzeit
der Menschengeschichte war es der Wunsch des Menschen ein behagliches
Heim zu schaffen. Während
unsere Vorfahren noch in Höhlen
hausten, wurde das, was man „Zuhause” nennt
mit der Zeit, den neu gewonnenen Möglichkeiten und insbesondere
mit dem Fortschreiten der Zivilisation immer wieder weiterentwickelt. Seit
dem Beginn des Industriezeitalters wurden dann auch entsprechende
technische Verbesserungen geschaffen, die es ermöglichten von der Bauweise,
basierend auf reinen Naturbaustoffen, wie zum Beispiel Stein, Holz,
Lehm und Stroh, weg zukommen bzw. diese Naturprodukte effektiv zu
nutzen.
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Heute,
wo angesichts steigender Primärenergiekosten
insbesondere auch energie- und
haus- und auch bautechnische Fragen beim Hausbau eine entscheidende
Rolle spielen, sind gerade dämmende,
hochfunktionelle Baustoffe gefragt, die möglichst allen Anforderungen
gerecht werden. Statt weiterhin Stein auf Stein zu schlichten, finden
insbesondere in den letzten zwei Jahrzehnten neue, hoch dämmende (energiesparende)
und funktionale sogenannte Leichtbauweisen, wie zum Beispiel die
Holzständerbauweise,
großen
Anklang. Diese Bauweisen ermöglichen
es, ganze Wand- und Deckenelemente vorzufertigen, wodurch einerseits
die Bauzeit eines Hauses erheblich verringert und andererseits die
technische Umsetzung aufgrund des reduzierten Gewichts der einzelnen
Bauelemente vereinfacht wird. Solche Holzständerelemente bestehen in der
Regel aus versteiften Holzschalungselementen, in die Dämmmaterial
wie Wolle, Stroh oder Kunststofffasern eingefüllt werden, um die erforderliche
Wärmeisolierung
zu erzielen. Nachteilig an dieser Bauweise ist allerdings, dass
insbesondere die Schallisolierung oftmals mangelhaft und das Haus
damit „hellhörig” ist. Allerdings werden
nach wie vor zu einem hohen Prozentsatz konventionelle Steinhäuser erbaut.
Vor dem Hintergrund der langen Bauzeiten eines Steinhauses wurden
weitergehende Verbesserungen der Bauweisen ergründet. Seit einigen Jahren werden
nun Häuser angeboten,
deren Decken und Wandelemente aus Beton bestehen. Während Beton
bislang ausschließlich
dazu vorgesehen war als Bodenplatte oder Deckenelement verwendet
zu werden, gibt es heute Fertigungsstätten, in denen ganze Wandelemente nach
Vorgaben der künftigen
Hausbesitzer in einem Stück
gegossen werden.
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Beton
ist ein beständiger
Baustoff, der, insbesondere wenn er mit Stahl verstärkt ist,
dauerhaft stabil ist, also eine gute Festigkeit aufweist. Unter
Beton ist dabei ein künstlicher
Stein zu verstehen, der aus einem Gemisch aus Zement, Wasser und
einem Zuschlagstoff besteht. Zuschlagstoff ist in der Regel Kies
oder ein Kies/Sand-Gemisch.
Da alle Basisrohstoffe des Beton fast uneingeschränkt verfügbar und damit
auch günstig
erhältlich
sind, ist Beton auch preislich eine attraktive Alternative zu herkömmlichem
Stein. Nachteilig an Beton ist, dass sich insbesondere an solchen
Stellen, wo der Beton in Berührung
mit dem Erdreich kommt, also an den Kanten und Auflageflächen der
Bodenplatte oder der Wandelemente eines Hauses, sogenannte Kältebrücken bilden.
Dadurch dringt Kälte
von außerhalb
des Hauses durch den Beton nach innen und im gleichen Zug wird Wärme auch über die
Kältebrücken nach
außen transportiert.
Infolgedessen ist die Wärmeisolierung deutlich
reduziert. An solchen „kalten
Stellen” im
Inneren des Hauses bildet sich oftmals Kondenswasser bzw. schlägt sich
Feuchtigkeit nieder, die die Wände
feucht machen und bei ungenügender
Durchlüftung
zur Schimmelbildung beitragen können.
Die Kältebrücken entstehen
in der Regel an diesen besagten Wärmeübergangsstellen, da Beton ein „offener” Baustoff
und kein in sich geschlossenes System ist, bei dem also über den
Zuschlagstoff Kies und die im Inneren und an der Oberfläche des
Beton aus dem Zementleim gebildeten Kristallite Wärme bzw.
Kälte transportiert
werden kann.
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Um
dem Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Hauses vorzubeugen,
wird regelmäßig eine
sogenannte Dampfsperre auf der Bodenplatte verlegt, meist eine Kunststofffolie.
Diese verhindert allerdings nicht das Aufsteigen von Feuchtigkeit
in das Mauerwerk, also die Wandteile, bei denen als entsprechender
Feuchtigkeits- und Nässeschutz eine
Sperrpappe verwendet wird. Darüber
hinaus wird dadurch auch nicht die Kondensation von Schwitzwasser
verhindert, da die kalten Stellen nach wie vor bestehen, nämlich an
den Stellen, wo Kälte über den
Beton an dessen innere Oberfläche
geleitet wird. Zudem dringt neben Kälte auch Feuchtigkeit in den
Beton ein. Gerade Feuchtigkeit ist aber der Hauptauslöser für die Korrosion
der Verstärkungen des
Beton, also insbesondere der Stahleinlagen im Inneren, so dass auch
die Lebensdauer von Betonelementen eingeschränkt ist, insbesondere an Stellen, die
den Witterungseinflüssen
ungehindert ausgeliefert sind, wie zum Beispiel bei Balkonen oder
Terrassen.
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Ein
weiterer Nachteil von aus reinem Beton gebildeten Bauelementen ist
dessen schwierige Verarbeitbarkeit. So stellt es enorme Anforderungen
an die Technik Bohrungen im Beton vorzunehmen, zum Beispiel um das
Bauelement nachträglich
zu verändern,
oder insbesondere um vorgefertigte Betonelemente miteinander zu
verbinden oder an deren Oberfläche
dekorative Elemente anzubringen. Beton ansich ist aufgrund seiner
guten Kälteleitfähigkeit
durch den enthaltenen Kies und die Kristallite des Zements bei tiefen
Temperaturverhältnissen
unangenehm von Hand zu bearbeiten.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung ein Bauelement bereitzustellen,
das einfach herzustellen und zu verarbeiten ist, eine hohe Langzeitstabilität aufweist,
formstabil ist, und die Bildung von Kältebrücken verhindern oder vermindern
kann. Eine weitere Aufgabe ist es ein Bauelement bereitzustellen,
das über
hohe wärme-
und schallisolierende Eigenschaften verfügt.
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Die
Aufgaben werden durch ein Bauelement gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert
ist. Es wurde überraschend
gefunden, dass die Kombination aus mindestens einem Schalungsteil,
das aus einem Verbundmaterial besteht, also ein Fasermaterial und mindestens
ein Harz enthält,
und einem Kern, wobei der Kern ein strukturelles Element enthält, das
eine Kombination aus einem dreidimensionalen Gebilde und einem Füllmaterial
aufweist, ein Bauelement liefert, das sich durch exzellente wärme- und schallisolierende
Eigenschaften auszeichnet, dabei einfach herzustellen und zu verarbeiten
ist und das der Bildung von Kältebrücken effektiv
entgegenwirkt. Viel mehr entstehen erst gar keine Kältebrücken, da
das Material ausgezeichnete dämmende
Eigenschaften aufweist. Wichtiger Teil des erfindungsgemäßen Bauelements
ist dabei das Schalungsteil, das in Form einer verlorenen Schalung
eingesetzt werden kann, d. h. nach Auffüllung mit dem Füllmaterial
Bestandteil des Bauelements bleibt.
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Weiterhin
kann mit den erfindungsgemäßen Bauelementen
ein Baumaterial zur Verfügung
gestellt werden, das, im Gegensatz zu Holz, das üblicherweise für Schalungen
verwendet wird, praktisch nicht brennbar ist, Druckkräfte aufnehmen
kann und formstabil ist, im Vergleich zu bekannten Materialien ein
leichtes Gewicht hat und leicht in Masse herstellbar ist. Durch
die Gestaltung können
die Bauelemente vielfältige
Formen annehmen und daher sehr flexibel eingesetzt werden. Die Schalungsteile
können vorgebildet
werden, sind leicht zu transportieren und können dann an Ort und Stellen
zu sehr belastbaren Elementen gefügt werden. Das leichte Gewicht
ermöglicht
es, Elemente herzustellen, die bisher nicht bereitgestellt werden
konnten und schafft neue Einsatzmöglichkeiten. So können zum
Beispiel Deckenelemente zur Verfügung
gestellt werden die leichter sind, als bekannte Deckenelemente und
daher mehr Installationen aufnehmen können. Das leichte Gewicht macht
auch die Ausbildung neuartiger Balkonformen möglich. Außerdem sind die Elemente leicht zu
transportieren und führen
durch ihr leichtes Gewicht zu Einsparungen beim Transport.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
im Aufriss Beispiele für
verschiedene erfindungsgemäße Bauelemente,
nämlich
einen Rahmenbau, eine Sohle, einen Keller und ein Fundament
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2 zeigt
ein Deckenelement gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Bauelement gemäß Anspruch 1. Bevorzugt Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das erfindungsgemäße Bauelement
aus mindestens einem ersten Schalungsteil und einem Kern gebildet.
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Unter
einem Schalungsteil im Sinne der Erfindung wird ein Element verstanden,
das eine räumliche
Begrenzung des erfindungsgemäßen Bauelements
darstellt, also mit anderen Worten eine „Außenhaut” des Bauelements darstellt.
Es dient als Träger,
mit dem der Kern des erfindungsgemäßen Bauelements verbunden ist
und gibt dem Bauelement aufgrund seiner inneren Struktur Stabilität. Durch
seine hohen schall- und
wärmeisolierenden
Eigenschaften, stellt das Schalungsteil eine ideale Komponente für Bauelemente
dar, die sich durch eine hervorragende Wärmedämmung und Schalldämmung auszeichnen.
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Hinsichtlich
der maßlichen
Abmessungen und dreidimensionalen Gestaltung ist das erfindungsgemäße Schalungsteil
im Einzelnen nicht beschränkt.
Mit anderen Worten wird unter einem Schalungsteil in der Regel ein
bezüglich
der Dimension nicht beschränktes,
insbesondere flächiges
Element verstanden, im einfachsten Fall eine Platte, die mehr oder
weniger eben ausgebildet sein kann. Die Größe und Form kann je nach Verwendungszweck
variieren, also im Falle einer zu erstellenden Bodenplatte ein Rechteck
darstellen, dessen Größe die Grundfläche eines
Hauses umfasst, oder aber im Falle eines Wand- oder Deckenelements
die entsprechende Größe einnimmt.
Auch die Dicke des Schalungsteils kann je nach Bedarf angepasst
werden. Soll ein tragendes Bauteil gebildet werden, wird das Schalungsteil
in der Regel stärker,
also dicker ausgebildet sein. Im Falle einer nicht tragenden Wand
kann das Schalungsteil aber auch nur einige Millimeter oder wenige Zentimeter
dick sein, um so ggf. Platz zu sparen.
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Weitere
mögliche
Formen des Schalungsteils richten sich auch nach den weiteren Komponenten,
die das erfindungsgemäße Bauelement
bilden. So kann das Schalungsteil auch in Form einer mehr oder weniger
flachen Schachtel oder Schale ausgeformt sein, um den erfindungsgemäßen Kern
aufzunehmen, oder aber bis auf eine kleine Öffnung an allen vier Seiten
geschlossen sein, so dass sich im Inneren ein Hohlraum befindet,
der durch den Kern gefüllt
werden kann. Insbesondere Im Falle eines schalenförmigen Schalungsteils
sind die Innenkanten nicht zwingend 90°, sondern können abgeflacht bzw. rundlich
ausgebildet sein. Selbiges gilt prinzipiell auch für die Außenkanten.
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Das
erfindungsgemäße Bauelement
kann auch mehr als ein Schalungsteil aufweisen, also mindestens
ein erstes und ein zweites Schalungsteil. Dies ist gerade dann vorteilhaft,
wenn die Wärmeisolierung,
Schallisolierung oder aber auch die tragenden Eigenschaften eines
Wandelements verstärkt werden
sollen. In solchen Fällen,
also zum Beispiel bei einer Außenmauer
oder Bodenplatte, wo eine besonders hohe dämmende Wirkung gewünscht ist,
ist es möglich
an beiden Seiten des erfindungsgemäßen Kerns ein verstärkendes
Schalungsteil anzubringen. Die Schalungsteile können dabei aus demselben Material
bestehen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ferner können auch
die jeweiligen Maße
der Schalungsteile variieren.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn ein nach außen gerichtetes erstes Schalungsteil
einen niedrigeren Wärmetransportkoeffizienten
aufweist wie ein nach innen gerichtetes zweites Schalungsteil, wobei unter
nach außen
gerichtet verstanden wird, dass im Falle einer Außenwand,
dieser Teil in die Umgebung weist, während der nach innen gerichtete
Teil in das Gebäudeinnere
zeigt. Dadurch wird in besonders hohem Maße ein Eindringen von Kälte bzw.
ein Abfluss von Wärme
aus dem Gebäudeinneren
unterbunden, so dass die isolierende Eigenschaft des Bauelements
optimiert ist.
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Das
erfindungsgemäße Schalungsteil
besteht aus einem Verbundmaterial, wobei das Verbundmaterial eine
Kombination von mindestens einem Fasermaterial und mindestens einem
Harz enthält.
Die Fasern dienen der Verstärkung
des Werkstoffes und sorgen für
eine ausreichende Zugfestigkeit desselben. Das Harz hingegen füllt die
Hohlräume
zwischen den Fasern und umhüllt
und verbindet diese zu einem stabilen Element. Das gemäß der Erfindung
verwendete Verbundmaterial zeichnet sich durch eine ausgezeichnete
Stabilität
aus bei gleichzeitig gegenüber
herkömmlichen
Werkstoffen reduziertem Gewicht. Damit werden Transportprobleme verringert
und eine einfache Verarbeitung gewährleistet. Die Oberfläche des
Verbundmaterials ist einfach zu bearbeiten und kann je nach Wunsch
gestaltet werden. Zudem ist das Verbundmaterial auch bei tiefen
Außentemperaturen
angenehm zu verarbeiten, da es wie schon erwähnt, hervorragende wärmeisolierende
Eigenschaften aufweist.
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Als
Fasermaterialien im Sinne der Erfindung kann jegliche Art von Fasermaterial
zur Anwendung kommen. Die Fasern sind also weder hinsichtlich ihrer
chemischen Konstitution noch hinsichtlich ihrer Abmessungen eingeschränkt, werden
aber in der Regel so gewählt,
dass sie gut verarbeitbar sind und ein stabiles Produkt ergeben.
Dazu ist es erforderlich, dass sich die Fasern in dem Harz gut und
gleichmäßig verteilen
lassen, sie müssen
also benetzbar sein. Um eine ausreichende Zugfestigkeit des Verbundmaterials
zu erreichen, werden die Fasern zudem so gewählt, dass sie über eine
solche Länge
verfügen, dass
sie sich ineinander verhaken können
oder verzahnen lassen. Dabei dürfen
die Fasern aber auch nicht so lang sein, dass sie anfällig für Scherkrafteinwirkung
sind und sich, insbesondere bei ihrer Verarbeitung, in kleinere
Teilbruchstücke
zerkleinern lassen. Die Dicke der Fasern wird so gewählt, dass
die Fasern einerseits eine gute Bruchfestigkeit bereitstellen und
andererseits aber nicht verklumpen. Die jeweils geeigneten Dimensionen
und das jeweils geeignete Aspektverhältnis kann der Fachmann mit Routineversuchen
leicht finden. Um dem erfindungsgemäßen Bauelement ausreichende
wärme-
und auch feuchtigkeitsdämmende
Eigenschaften zu verleihen sollten die Fasermaterialien zumindest
eine wasserabweisende Oberfläche
aufweisen, nicht quellbar sein und sich im umgebenden Milieu nicht
lösen lassen.
Von Vorteil ist es zudem, wenn die Fasermaterialien günstig und
in unbeschränkten
Mengen zu erwerben sind. Geeignete Fasermaterialien umfassen beispielsweise
Holzfasern, Glasfasern, Hanffasern, Cellulosefasern, Carbonfasern
und Kunststofffasern sowie deren Mischungen. Unter den Begriff Kunststofffasern
werden dabei alle gängigen synthetisch,
insbesondere durch Polymerisation erhaltenen Fasern subsumiert,
wie zum Beispiel Polyurethanfasern, Polyesterfasern, Polyolefinfasern, PTFE-Fasern,
Polyethylenterephthalatfasern, Polyharnstofffasern und dergleichen.
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Bevorzugte
Fasern sind Glasfasern. Glasfasern können je nach Bedarf in unterschiedlichen
Formen gebildet werden. Sie geben dem erfindungsgemäßen Bauelement
eine hohe Stabilität
und Trittfestigkeit, da die Zugfestigkeit und Bruchfestigkeit der Glasfasern
sehr hoch ist. Auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes sind
Glasfasern bevorzugte Fasermaterialien, da sie zumeist aus Recyclingglas
hergestellt werden. Zudem sind sie preislich eine gute Alternative
zu herkömmlichen
Kunststofffasern.
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Besonders
geeignet sind auch Carbonfasern, da diese zu relativ erschwinglichen
Preisen leicht erhältlich
sind und trotz ihrer geringen Dichte eine außerordentlich gute Zugfestigkeit
aufweisen und damit einen sehr starken Faserverbund ergeben. Ein
aus Carbonfasern gebildetes Schalungselement ist zudem aufgrund
des geringen Gewichtes der Carbonfasern extrem leicht und damit
gut verarbeitbar.
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Aus
Gründen
des Umweltschutzes kann es bevorzugt sein Naturfasern wie Cellulosefasern
und Hanffasern als Fasermaterial zu verwenden. Auch diesen Anforderungen
kann die vorliegende Erfindung gerecht werden, indem statt eines
sonst üblichen
Fasermaterials entsprechende Cellulose- oder Hanffasern eingesetzt
werden. Diese mögen
zwar zu nicht ganz so günstigen
Preisen erwerbbar sein, jedoch wird durch diese natürlichen
Fasern die Umwelt nicht weiter belastet. Zudem sind diese Naturprodukte
als nicht schädlich
für den
Menschen eingestuft, so dass sie gerade auch bei empfindlichen,
allergiebelasteten Personen hohen Anklang finden.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Fasermaterial kann in Form loser Fasern vorliegen und wird im Herstellprozess
als Schüttgut
verwendet und mit dem Harz vermengt bis eine homogene Masse entsteht. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Fasermaterial in Form eines linearen
Stranges, Gewirkes, eines Gestrickes oder eines Gewebes vorliegt.
Dadurch erhalten die Fasern schon eine geeignete, stabile Vorform
wodurch die Verteilbarkeit des Harzes zwischen die einzelnen Fasern
verbessert und erleichtert wird. So wird gewährleistet, dass ein besonders
homogenes Gefüge
entsteht, das in nahezu allen Teilbereichen des erfindungsgemäßen Schalungsteils
eine annähernd
gleich hohe Faserdichte aufweist, was zu einer gleichförmigen und
besonders hohen Stabilität des
Schalungsteils und dauerhaft stabilem Verbund führt.
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Als
Harz kommt erfindungsgemäß jede gängige Art
von Harz in Frage. Wichtig ist aber, dass das Harz die Eigenschaft
besitzt, die eingesetzten Fasern gut zu benetzen und sie zu umschließen ohne
von ihnen abzuperlen, so dass ein über lange Zeit stabiler, homogener
Faserverbund entsteht. Zudem muss das Harz beständig sein gegenüber den
auf es einwirkenden Umwelteinflüssen.
Wird das Schalungsteil zum Beispiel als Teil eines Außenhautbauelements
eingesetzt, so ist es erforderlich, dass das eingesetzte Harz wasserunlöslich ist,
d. h. sich weder in Wasser löst
noch darin quillt. Zudem muss das Schalungsteil und damit auch das
Harz unter allen Witterungsbedingungen, die ebenfalls auf das Bauelement
einwirken können,
wie Sonneneinstrahlung, Wind, Hagel, Schnee, extreme Temperaturen
und dergleichen, unempfindlich sein, um eine ausreichende Langzeitstabilität bereitzustellen.
Für eine
ausreichende Langzeitstabilität
ist es ferner erforderlich, dass das Harz inert ist gegenüber den
in ihm enthaltenden Fasern. Die Fasern dürfen durch das Harz weder angequollen
werden noch darin gelöst
werden. Die Kombination aus Harz und Faser muss also so gewählt werden, dass
auf lange Sicht hin ein stabiles, homogenes Verbundmaterial gebildet
werden kann. Entsprechende Kombinationen sind dem Fachmann bekannt.
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Die
Harze werden dabei bevorzugt ausgewählt aus natürlichen oder synthetisch hergestellten Harzen.
Zu den natürlichen
Harzen zählen
Harze wie Rosinharze oder Schellack, während unter den synthetisch
hergestellten Harzen solche zu finden sind, die insbesondere durch
radikalische, kationische oder anionische Polymerisation, durch
Polykondensation oder Polyaddition herstellbar sind. Unter diesen
finden sich insbesondere Epoxidharze, Formaldehydharze, Polyurethanharze,
Polyvinylacetatharze, Polyvinylalkoholharze, Polyacrylatharze, Styrolharze,
Polyolefinharze, Polyvinylchloridharze und andere, die sowohl als
Homopolymere, wie auch als Copolymere, Terpolymere und dergleichen
oder als Elends vorliegen können.
Es versteht sich von selbst, dass diese Harze auch weitere chemische
Modifizierungen aufweisen können,
also insbesondere Substituenten, die für eine optimierte Verarbeitbarkeit
und Stabilität
sorgen.
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Durch
geeignete Auswahl der Fasern und des Harzes können die Eigenschaften des
Schalungselements in gewünschter
Weise eingestellt werden, d. h. sowohl seine physikalischen als
auch andere Eigenschaften als auch Dimensionen sind sehr flexibel
einstellbar.
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Ein
besonders bevorzugtes Harz ist Epoxidharz. Epoxidharze sind seit
langem insbesondere aus dem Schiffsbau bekannt und zeichnen sich
durch eine hohe Resistenz gegenüber
Umwelteinflüssen und
insbesondere auch durch eine hohe Wasserbeständigkeit und Wasserundurchlässigkeit
aus. Epoxidharze sind gut verfügbar
und ihre mechanischen und physikalischen Eigenschaften können entsprechend
des Anforderungsprofils angepasst werden, so dass sie wesentlich
zu einer optimalen Stabilität des
erfindungsgemäßen Bauelements
beitragen können.
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Bei
manchen Verbrauchergruppen und insbesondere bei gesundheitsbewussten
und umweltbewussten Verbrauchern, sind synthetische Harze aus umwelttechnischen
Gründen
nicht so beliebt so dass somit auch die Akzeptanz des erfindungsgemäßen Bauelements,
das mit synthetischen Harzen gebildet wird, darunter leiden kann.
Jedoch gibt es in jüngerer
Zeit Entwicklungen dahingehend, Harze aus Naturprodukten herzustellen.
Eine höchst
interessante Entwicklung auf diesem Gebiet ist ein Produkt auf Leinölbasis.
Gerade solche Naturharze eigenen sich, wenn man auf synthetische
Harze verzichtet will, besonders für die vorliegende Erfindung,
da sie sich hervorragend mit anderen natürlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Bauelements
kombinieren lassen.
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Das
erfindungsgemäße Bauelement
umfasst neben der Schalung auch einen Kern. Unter einem Kern im
Sinne der Erfindung wird ein Gebilde verstanden, das mit der Schalung
einen engen Verbund darstellt und in dem zu erstellenden Gebäude nach Innen,
also in das Rauminnere gerichtet ist. Im Falle eines innenliegenden
Wandteils spielt diese Ausrichtung allerdings keine entscheidende
Rolle. Der Kern enthält
ein strukturelles Element, das eine Kombination aus einem dreidimensionalen
Gebilde und einem Füllmaterial
aufweist.
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Im
einfachsten Fall ist der Kern durch einen handelsüblichen,
verstärkten,
also insbesondere durch Stahl verstärkten, Beton gebildet. In diesem Fall
ist das dreidimensionale Gebilde mit den im Beton enthaltenen Stahlverstärkungen
gleichzusetzen. Stahlarmierter Beton ist schon lange bekannt, allerdings
wurde damit bisher das Problem der Bildung von Kältebrücken nicht behoben, wie es
oben bereits ausgeführt
ist. Um dieses Problem zu überwinden
ist erfindungsgemäß dieser
Beton nun mit einem Schalungsteil aus einem Verbundmaterial verbunden,
so dass wärmere
und kältere
Bereiche, zum Beispiel eines Hauses, nicht direkt durch eine Lage
Beton verbunden sind, sondern dazwischen immer ein Schalungsteil
im Sinne der Erfindung liegt. Das Schalungsteil dient damit als
dämmendes
Element und verhindert, dass Kälte
von außerhalb
des Gebäudes oder
Wärme aus
dem Inneren des Gebäudes
in das Mauerwerk eindringt und damit auf die jeweilige andere Seite
des Gebäudes
gelangt. Damit wird auch die Bildung von Kältebrücken effektiv verhindert.
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Diese
Ausführungsform
soll am Beispiel einer Bodenplatte für ein Gebäude näher erläutert werden, ist aber nicht
auf ein solches Bauelement beschränkt. Bislang wird Beton in
der Regel auf gerüttelten
Kies aufgebracht und in ihn Stahlgitter oder Stahlstränge eingebracht,
die für
die erforderliche Tritt- und Druckfestigkeit sorgen. Nachteilig
hieran ist, dass Beton aufgrund seiner Porosität, die durch den inneren strukturellen
Aufbau aus Zement und Zuschlagstoff geformt ist, für Feuchtigkeit
und Kälte durchlässig ist.
Diesem Durchdringen von Feuchtigkeit und Kälte wird dadurch entgegengewirkt,
dass erfindungsgemäß der Beton
zumindest an seinen Außenseiten,
die mit der Umwelt in Kontakt stehen, von einem Schalungsteil im
Sinne der Erfindung umgeben ist. Dadurch ist die Bodenplatte wärmegedämmt, so
dass weder Wärme
aus dem Hausinneren nach außen
noch Kälte
von Außen
in das Hausinnere dringen kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Kern aber auch aus anderen Materialien gebildet
sein bzw. andere Formen aufweisen. Insbesondere kann das dreidimensionale
Gebilde viele unterschiedliche Formen haben, wobei es bevorzugt
in Form eines Stranges, eines Netzes, Gitters oder einer anderweitig
zusammenhängenden
Form ausgebildet ist. Aufgabe des dreidimensionalen Gebildes ist
es auch hier, zur Druckfestigkeit und damit zur Stabilität des Bauelements
beizutragen. Dazu ist es weiter vorteilhaft, wenn das dreidimensionale
Gebilde eine gewisse Symmetrie aufweist, also zum Beispiel ein gleichförmig gebildetes
Netz mit jeweils gleichgroßen
Durchbrechungen darstellt oder aber aneinander hängende gleichgroße Kreise
oder röhrenförmige Elemente
darstellt, da dann auch die Trittfestigkeit bzw. Druckfestigkeit
der Bauelement in allen Teilbereichen gleich groß ist.
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Die
Abmessungen der dreidimensionalen Gestalt sind an die jeweilige
Verwendung des Bauelements anzupassen. Bei stark belasteten Flächen wird
ein eher engmaschiges dreidimensionales Gebilde erforderlich sein,
während
das Gebilde bei nicht tragenden Wänden eher großmaschig
ausgebildet sein kann. Auch die Tiefe des Gebildes ist dabei an das
Einsatzgebiet des Bauelements gekoppelt. Um eine besonders gute
Dämmung
bzw. Isolierung sowohl hinsichtlich des Schalls als auch der Wärme zu erzielen,
ist es erforderlich eine größere Tiefe
zu wählen,
während
bei rein optischen abtrennenden Bauelementen geringere Mauertiefen
geeignet sind. Auch statische Aspekte des Bauelements sollten hier mit
einbezogen werden. Dies ist aber anhand gängiger Berechnungsmethoden
einfach zu ermitteln, die zum Beispiel einem Architekten leicht
zugänglich sind.
Die Durchbrechungen in dem dreidimensionalen Gebilde können variieren,
sind aber bevorzugt so groß,
dass das Material, das in die Durchbrechungen gefüllt wird,
sich darin gleichförmig
und leicht verteilen lässt
und sich den Rändern
der jeweiligen Durchbrechung gut anschmiegt.
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Besonders
bevorzugt sind in Form von Bienenwaben ausgebildete dreidimensionale
Gebilde. Unter solchen Bienenwaben sind röhrenförmige Elemente mit einem sechs- oder achteckigen
Querschnitt zu verstehen, wobei jede Kante einer Wabe gleichlang
ausgebildet ist und die Waben über
ihre Wände
miteinander verbunden sind, so dass sich eine Wabe ihre Wände mit
entsprechend sechs oder acht benachbarten Waben teilt. Hieraus entsteht
ein gleichförmiges
Gebilde, das sich durch besonders hohe Stabilität auszeichnet, so dass das
Bauelement über
exzellente tragende Eigenschaften verfügt, zudem druckfest ist und
darüber
hinaus gegenüber
einwirkenden Torsionskräften
resistent ist.
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Das
dreidimensionale Gebilde kann dabei auf das entsprechende Schalungsteil
aufgebracht sein, oder zwischen zwei oder mehrere Schalungsteile
eingebettet vorliegen. Auch im Nachhinein kann zum Beispiel ein
als Abdeckung dienendes Schalungsteil auf das dreidimensionale Gebilde
aufgebracht werden. Dabei können die
jeweils äußersten Randteile
des Gebildes auch als seitliche Abgrenzung oder Abgrenzung des Bauelements
nach oben dienen. Dies ist aber nicht zwingend nötig. Möglich ist es auch, dass das
dreidimensionale Gebilde in ein schalen- oder schachtelförmiges Schalungsteil
eingebettet wird, so dass das Schalungsteil selber als begrenzendes
Randelement verwandt wird.
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Bevorzugt
ist das dreidimensionale Gebilde fest mit der Schalung verbunden,
so dass ein Verrutschen nicht möglich
ist und das Bauteil eine zusätzliche
Versteifung erfährt,
insbesondere auch im Hinblick auf einwirkende Torsionskräfte.
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Die
chemische Zusammensetzung des dreidimensionalen Gebildes ist im
Einzelnen nicht beschränkt.
Jegliches Material, das auf Dauer ausreichend Festigkeit, also insbesondere
Druckfestigkeit bereitzustellen vermag, ist geeignet im Sinne der
Erfindung. Das Material sollte weder spröd sein noch über hohe
elastische Anteile verfügen.
Das Material soll zudem inert gegenüber dem es enthaltenden Füllmaterial
sein, sich also weder durch dessen chemische Eigenschaften noch
physikalische Eigenschaften verändern.
Zur Anwendung kommen zum Beispiel Gebilde aus Kunststoff oder Holz,
die als netzartiges oder weitmaschiges Gebilde ausgeformt sein können. Solche
Netze können
in entsprechender Ausrichtung übereinander
angeordnet und verfüllt
werden oder aber es können
starre Teile in der Dicke des zu bildenden Bauelements eingesetzt
werden, die dann vom Boden des Bauelements, also dem Schalungsteil
bis zur Oberfläche
des Bauelements durchgängig
gebildet sind.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Gebilde aus demselben Verbundmaterial
besteht wie die Schalung des erfindungsgemäßen Bauelements. Dadurch wird
eine besonders effiziente Verzahnung bzw. Verankerung mit dem Schalungselement
erzielt. Dadurch werden auch Spannungen im Inneren des Bauelements
aufgrund unterschiedlichen Temperatur- und Druckverhaltens der Materialien
verhindert und zudem eine Rissbildung aufgrund variierender mechanischer
Eigenschaften vermieden. Das erfindungsgemäße Bauelement weist auch über einen langen
Zeitraum von mehreren Jahrzehnten eine hervorragende Stabilität auf. Zudem
zeichnet sich, wie bereits ausgeführt, das Material, das das
Schalungsteil und in dieser Ausführungsform
auch das dreidimensionale Gebilde bildet, durch ein leichtes Gewicht
aus, bei dennoch hervorragender Stabilität. Damit sind solche versteiften
Bauelemente von niedrigerem Gewicht als herkömmliche Bauelemente und können daher
leichter transportiert und verbaut werden.
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Der
Kern des erfindungsgemäßen Bauelements
besteht neben dem dreidimensionalen Gebilde auch aus einem Füllmaterial.
Unter einem Füllmaterial
im Sinne dieser Ausführungsform
der Erfindung wird ein Material verstanden, das mit dem dreidimensionalen
Gebilde und der Schalung einen guten Verbund eingeht, also nach
Fertigstellung weder von dort abfließt noch abbröckelt, so
dass sich das Bauteil auch im Inneren durch eine gleichbleibend
gute Stabilität
ausgezeichnet. Wie in der ersten Ausführungsform dient das Füllmaterial
ebenfalls dazu die Stabilität
des Bauelements zu erhöhen
und zudem dazu schall- und wärmedämmende Eigenschaften
zu vermitteln.
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Ein
besonders geeignetes Füllmaterial
ist Beton. Beton im Sinne der Erfindung besteht aus Zement, Wasser
und einem Zuschlagstoff, wobei weder die Zusammensetzung des Zements
noch diejenige des Zuschlagstoffes limitiert ist. So ist es möglich die Durchbrechungen
des dreidimensionalen Gebildes mit herkömmlichem Beton zu füllen. Dadurch,
dass entweder das dreidimensionale Gebilde einen nach außen begrenzenden
Rand aufweist oder aber das Schalungsteil derart ausgebildet ist,
dass es eine seitliche Begrenzung aufweist, wird auch bei Verwendung
von herkömmlichem
Beton auf Basis von Kies und Sand die Bildung von Kältebrücken unterbunden,
da das Verbundmaterial über
ausreichende dämmende
und isolierende Eigenschaften verfügt.
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Besonders
von Vorteil ist aber, wenn der Beton selber isolierende Eigenschaften
aufweist. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung von Gasbeton erreicht
werden. Wird dieser in das Schalungsteil vergossen, erfährt das
erfindungsgemäße Bauelement eine
zusätzliche
wärmeisolierende
Eigenschaft. Zudem wird das Gewicht des Bauteils reduziert, so dass insbesondere
der Transport und das Verbauen des Bauteils deutlich erleichtert
werden.
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Ganz
besonders bevorzugt ist es, wenn als Zuschlagstoff des Füllmaterials
geblähter
Ton und/oder geblähtes
Glas und/oder ein Silikat verwendet wird. Diese Materialien zeichnen
sich ebenfalls, so wie Kies, durch sehr gute Stabilität vermittelnde Eigenschaften
aus, sind jedoch erheblich leichter, so dass der Beton und damit
das Füllmaterial
insgesamt deutlich gewichtsreduziert ist sogar im Vergleich zu Gasbeton.
Da auch das Verbundmaterial extrem leicht ist, wird so ein Bauelement
erhalten, das sich sowohl durch ausgezeichnete Druck- und Zugfestigkeit
und wärme-
bzw. schallisolierende Eigenschaften auszeichnet, wie auch durch
ein im Vergleich zu herkömmlichen
Baumaterialien relativ geringes Gewicht bei gleicher wenn nicht
besserer Langzeitstabilität.
Damit kann der transporttechnische und bautechnische Aufwand deutlich
herabgesetzt werden. Das Bauelement ist einfach zu verarbeiten und
wie herkömmliche
Materialien zu bearbeiten, kann also beliebig mit Estrich und Putz,
sowie Wandfarbe und dergleichen versehen werden. Die Oberfläche ist
angenehm und kann auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen ohne schützende Arbeitskleidung
ohne Gefahr bearbeitet werden.
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Wird
Silikat als Zuschlagstoff verwendet, so wird bevorzugt Perlite eingesetzt,
da dieses Silikat besonders gute isolierende Eigenschaften aufweist.
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Auch
wenn sich die vorgenannten Materialien durch hervorragende dämmende,
sowie Stabilität
erzeugende Eigenschaften auszeichnen, so ist es dennoch möglich, neben
diesen, die auch im Gemisch verwendet werden können, auch herkömmliche
Zuschlagstoffe wie Sand und Kies zu verarbeiten um die Kosten des
zu erstellenden Bauelements zu reduzieren.
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Als
weiteres Füllmaterial,
das in das dreidimensionale Gebilde eingebettet ist, eignen sich
auch geschäumte
Materialien, wie zum Beispiel geschäumter Beton, z. B. ein Beton,
wie er von der Firma YTONG vertrieben wird. Durch den Eintrag von Gas
in das Füllmaterial
wird die Dichte des Materials reduziert, was einen deutlichen Gewichtsverlust
des Bauelements und damit eine einfachere Verarbeitbarkeit wie einen
weniger aufwendigen Transport der Bauelemente nach sich zieht. Dennoch
wird durch die Gasblasenbildung im Inneren des Betons die Stabilität desselben
nicht wesentlich verringert, so dass dennoch alle ausgezeichneten
Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bauelements
erzielt werden. Vielmehr werden durch die im Inneren des Betons
stabilisierten Gasblasen die dämmenden
Eigenschaften des Materials noch deutlich erhöht.
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Als
geschäumte
Füllmaterialien
kommen auch andere Materialien neben Beton in Frage, wie zum Beispiel
geschäumter
Kunststoff, also zum Beispiel geschäumter PVC, PP, PU oder andere.
Daneben finden auch ökologische
Schäume
basierend zum Beispiel auf geschäumter
Stärke,
wie zum Beispiel Maisstärke,
Anwendung. Solche Schäume
auf natürlicher
Basis werden bereits im Verpackungssektor verwendet und haben sich
hier als äußerst stabiles,
wasserbeständiges
und hervorragend dämmendes
Material bewiesen.
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Das
erfindungsgemäße Bauelement
zeichnet sich aufgrund seines einzigartigen Aufbaus noch durch weitere
Vorteile aus. Dadurch, dass sich das umgebende Verbundmaterial leicht
mit einem ebensolchen verbinden lässt, können entsprechende Bauelemente
in beliebiger Größe vorgefertigt
und am Bau einfach miteinander verbunden werden. Die Bauelemente
im Sinne der Erfindung können
sozusagen in einer Art Steckkastensystem bereitgestellt werden,
ohne dabei Einbußen
im Hinblick auf die Stabilität
oder die Dämmeigenschaften
des Materials hinnehmen zu müssen.
Die aus den erfindungsgemäßen Bauelementen
errichteten Gebäude
können damit
beliebig erweitert oder verändert
werden was eine deutliche Flexibilität im Vergleich zu herkömmlichen
Bauweisen bedeutet. Als Ankermechanismen kommen einfache Spangen,
Nute und Federn oder andere zum Einsatz. Ferner können die
Bauelemente auch aneinander geklebt oder miteinander verschweißt werden.
Somit wird der Transport der nun kleineren „Baukastensystem-Bauteile” noch einmal deutlich
erleichtert und auch das Errichten zum Beispiel eines Wandteils
ist einfach und unkompliziert zu bewerkstelligen, da das gesamte
Gewicht der Wand nicht auf einmal gestemmt werden muss, sondern sich
nacheinander die vorgefertigten Bauelemente ineinander fügen lassen.
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Darüber hinaus
können
in die erfindungsgemäßen Bauelemente
funktionelle Strukturelemente eingebettet sein, wie zum Beispiel
Abflüsse,
eine integrierte Wasserführung
und dergleichen. Dies ist gerade in Deckenelementen zum Schutz vor
Durchnässen
der Decke bei Wassereinbruch von Vorteil, um das Wasser gezielt
abzuleiten, während
es sich in herkömmlichem
Mauerwerk gleichmäßig verteilt
und erst durch lange Trocknungszeiten wieder entfernt werden kann.
Vorteilhaft ist dies auch bei Balkonen, deren Trägerplatte aus dem erfindungsgemäßen Bauelement besteht.
Auch hier kann Spritz- oder Regenwasser gezielt vom Haus weg abgeleitet
werden.
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Das
erfindungsgemäße Bauelement
findet vielfach Anwendung. Zum Beispiel können hieraus Bodenplatten,
Wand- und Deckenelemente, Sohlkörbe,
Fertigkeller, Teile eines Fachwerkbaus wie zum Beispiel Pfosten,
Riegel, Rähme,
Schwelle und auch Dachkonstruktionselemente wie Deckenträgerelemente,
Dachelemente und Dachbalken oder aber auch Balkone (einteilig, leicht,
entspr. Bootsbau) und Terrassen errichtet werden. Insbesondere eignet
sich das Bauelement entsprechend der Erfindung dazu an solchen Stellen
verbaut zu werden, wo sich im Normalfall Kältebrücken bilden können, also
an Stellen, die das Äußere des
Hauses mit dem Inneren des Hauses miteinander verbinden.
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Beim
Balkonbau zeigt sich noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements.
Während
herkömmliche
Balkone umständlich
durch den Dachdecker mittels einer Bitumenschicht abgeklebt werden
müssen
um ein Eindringen von Kälte
oder Feuchtigkeit ins Gebäudeinnere
zu verhindern, so ist das erfindungsgemäße Bauelement an sich schon isoliert
und kann einfach an der Hauswand verankert werden, und zwar so leicht,
dass keine vier Stützen erforderlich
sind. Ebenso ist auch im Neubau kein Isokorb mehr von Nöten. Das
Bauelement kann dabei schon mit einer Tropfkante vorgebildet sein,
so dass hier ein geschlossenes System vorliegt, das im Hinblick
auf Umwelteinflüsse
und Witterungsbedingungen resistent ist. Aufgrund dessen, dass das
erfindungsgemäß verwendete
Bauelement gerade bei Verwendung von geschäumten Zuschlagstoffen als Ersatz
für herkömmlich verwendeten
Kies, wesentlich leichter ist, können
somit auch ohne statische Probleme freitragende Balkone errichtet
werden, die die entsprechende Hausseite nicht durch eine aufwendige
Stabilität
bildende Konstruktion optisch beeinträchtigen. Weiterhin sind mit
den erfindungsgemäßen Bauelementen
neuartige Konstruktionen möglich,
sodass z. B. vorgebildete Balkonelemente „regalartig” in vorgebildete
Aufnahmeelemente eingehängt
werden können.
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Weiterhin
ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verbundschalungsteil, das
aus einem Verbundmaterial besteht, das eine Kombination von mindestens
einem Fasermaterial und mindestens einem Harz ist, das als verlorene
Schalung für
die Herstellung von Betonelementen dient, insbesondere zur Herstellung
von Bauelementen wie sie oben erläutert wurden und beispielhaft
in den Figuren dargestellt werden. Das Verbundschalungsteil kann
auch bereits kombiniert mit den dreidimensionalen Gebilden, die oben
beschrieben wurden, vorgebildet werden, um dann nur noch mit dem
Füllmaterial
an Ort und Stelle gefüllt
zu werden. Ebenso ist es möglich,
die Verbundschalungsteile und die dreidimensionalen Gebilde getrennt
vorzuhalten und nach den Gegebenheiten zusammenzusetzen. Dies ermöglicht sehr
viel Flexibilität
bei der Gestaltung der Elemente.
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Die
Erfindung wird nun noch beispielhaft anhand der Figuren erläutert, wobei
diese Erläuterung keinesfalls
den Gegenstand der Erfindung einschränken soll. In 1 sind
im Aufriss Beispiele für
verschiedene erfindungsgemäße Bauelemente,
nämlich ein
Rahmenbau (12), eine Sohle (13), ein Keller bzw. ein
Fundament (14) dargestellt. Elemente des Rahmenbaus sind
Pfosten bzw. Riegel (1) und Schwellen (2). Diese
sind aufgebaut aus einer Schalung (3) und einem Kern (4)
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei der Kern ein strukturelles Element ist, das erfindungsgemäße dreidimensionale
Gebilde (8) enthält
und mit einem Füllmaterial
(nicht gezeigt) gefüllt werden
kann. Der erfindungsgemäße Rahmenbau wird
flankiert durch eine außen
liegende Dämmung (5)
und auf der Innenseite durch eine entsprechende Verkleidung (6),
die im einfachsten Fall eine Putzschicht darstellt. Weiter zeigt 1 den
strukturellen Aufbau einer Sohle (13), bestehend aus einem
Sohlenkern (7), der aus dem erfindungsgemäßen dreidimensionalen
Gebilde (8) besteht, das hier aus sechseckigen, aneinandergefügten wabenartigen
Strukturen besteht und mit einem Füllmaterial (9) gefüllt ist. Der
Sohlenkern ist wiederum im Inneren von entsprechenden Schalungsteilen
(3) eingebettet.
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Weiterhin
zeigt 1 auch den strukturellen Aufbau eines Kellers
bzw. eines Fundaments (14). Auch diese Elemente eines Hauses
sind erfindungsgemäß gebildet,
nämlich
aus Schalungsteilen (3) und einem Kern (4), wobei
der Kern wiederum ein strukturelles Element, das erfindungsgemäße dreidimensionale
Gebilde (8) enthält.
Das dreidimensionale Gebilde (8) ist hier in der Draufsicht
gezeigt und ist pyramidenförmig
ausgebildet. Die pyramidenförmigen
Komponenten können
dann paarweise aneinandergereiht werden, wobei ein solches Komponentenpaar
(11) aus jeweils zwei an den jeweiligen Spitzen verbundenen pyramidalen
Strukturen (11) gebildet wird (siehe Ausschnitt). Die gezeigten
wabenförmigen
und pyramidenförmigen
Komponenten sind gut geeignet als dreidimensionale Gebilde, da sie
gut Druck aufnehmen können
und dem fertigen Bauelement eine ausgezeichnete Stabilität und Festigkeit verleihen.
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In 2 ist
ein Deckenelement (10) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Das Deckenelement (10) besteht
hier beispielhaft aus zwei miteinander verbundenen Einzelelementen
(16), zeigt also eine sogenannte „Baukasten-Ausführung” des erfindungsgemäßen Bauelements.
Die beiden hier gezeigten Einzelelemente (16) können miteinander
verschweißt
oder verklebt sein. Jedes Einzelelement (16) wird durch
ein Schalungsteil (3) gebildet, das die Form eines U-förmiges Schalungselements
hat, das an seiner Oberseite (17), also der künftigen
Deckenoberseite, eine integrierte Vertiefung (18), also
eine Rinne (18) zum Ablauf von Wasser, aufweist. In die
U-Form des Schalungsteils (3) können dann, zur Fertigstellung
des erfindungsgemäßen Deckenelements
(10) ggf. dreidimensionale Gebilde (8) (hier nicht
gezeigt) eingebracht werden, und anschließend oder vorab kann mit einem
Füllmaterial
(9) befüllt
werden. Weiterhin weisen die Schalungsteile (3) Aussparungen
(19) in den einander zugewandten Seiten auf. Diese Aussparungen
(19) einander benachbarter und verbundener U-förmiger Schalungsteile
(3) liegen bevorzugt deckungsgleich aufeinander, so dass
zum Beispiel nach dem Einbringen des dreidimensionalen Gebildes
(8) beim Befüllen
desselben das Füllmaterial
(9) nicht nur in die Aussparungen des dreidimensionalen Gebildes
(8) eingebracht werden kann, sondern auch durch die Aussparungen
der aneinanderliegenden Schalungsteile (19) tritt. Dort
sorgt es nach dem Verfestigen des Füllmaterials (9) zusätzlich für Stabilität entlang
der Lauffläche
des aus Einzelelementen (16) gebildeten Deckenelements
(10).