DE102011014206A1

DE102011014206A1 - Tragfähiges oder tragendes Leichtbauelement

Info

Publication number: DE102011014206A1
Application number: DE102011014206A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein tragfähiges oder tragendes Leichtbauelement (2) mit einer oder mehreren Reihen von parallelen Kammern (6), die jeweils von röhrenförmigen Begrenzungswänden (12, 42) umgeben sind, wobei die Begrenzungswände (12, 42) mindestens teilweise aus Papier bestehen. Um die Tragfähigkeit der Leichtbauelemente (2) zu erhöhen und ihr Flächengewicht zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen dass die Begrenzungswände (12, 42) miteinander verbunden sind und ein Mehrkammer-Hohlprofil (4) bilden, das in Richtung der Längsmittelachsen (8) der Kammern (6) einen gleich bleibenden Querschnitt besitzt, dass die den Kammern (6) zugewandten inneren Oberflächen (16, 52) und die von den Kammern abgewandten äußeren Oberflächen (14, 54) der Begrenzungswände (12, 42) mit einer Wasser abweisenden und die Biege- und/oder Druckfestigkeit des Papiers erhöhenden Beschichtung (10) und/oder Imprägnierung versehen sind, und dass ein Hartschaum (18) auf mindestens eine von den Kammern (6) abgewandte Außenseite des Mehrkammer-Hohlprofils (4) aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein tragfähiges oder tragendes Leichtbauelement mit einer oder mehreren Reihen von parallelen Kammern, die jeweils von röhrenförmigen Begrenzungswänden umgeben sind, wobei die Begrenzungswände mindestens teilweise aus Papier bestehen.
Aus der DE 100 18 710 A1 ist bereits ein als Wandelement ausgebildetes Leichtbauelement der eingangs genannten Art mit einer Tragstruktur bekannt, die aus nebeneinander und/oder übereinander angeordneten röhrenförmigen Hohlkörpern besteht und eine Beschichtung zur Bildung der Wandflächen tragt. Die länglichen röhrenförmigen Hohlkörper sind aus Papier, Pappe, Kunststoffen oder dergleichen hergestellt. Recyclingpapier wird als preiswertes Ausgangsmaterial zur Herstellung der Hohlkörper besonders bevorzugt, da die raue Oberfläche in diesem Fall die Haftung der vorzugsweise als Putzschicht ausgebildeten Beschichtung verbessert. Die Putzschicht erhöht jedoch das Gewicht der Leichtbauelemente, ohne dass durch sie die Tragfähigkeit der Tragstruktur verbessert wird. Außerdem besitzen unbehandelte röhrenförmige Hohlkörper aus Papier oder Pappe in ihrer Längsrichtung nur eine begrenzte Tragfähigkeit, sofern sie nicht sehr dicke Begrenzungswände aufweisen, was jedoch wiederum das Gewicht der Leichtbauelemente erhöht. Ein weiterer Nachteil der bekannten Leichtbauelemente besteht darin, dass aus Papier bestehende röhrenförmige Hohlkörper leicht aus der Umgebung oder aus der Putzschicht Wasser aufsaugen können, wodurch ihre Tragfähigkeit stark abnimmt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein tragfähiges oder tragendes Leichtbauelement der eingangs genannten Art mit einer sehr hohen Tragfähigkeit und einem sehr geringen Gewicht oder Flächengewicht zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Begrenzungswände miteinander verbunden sind und ein Mehrkammer-Hohlprofil bilden, das in Richtung der Längsmittelachsen der Kammern einen gleich bleibenden Querschnitt besitzt, dass die den Kammern zugewandten inneren Oberflächen und die von den Kammern abgewandten äußeren Oberflächen der Begrenzungswände mit einer Wasser abweisenden und die Biege- und/oder Druckfestigkeit des Papiers erhöhenden Beschichtung und/oder Imprägnierung versehen sind, und dass ein Hartschaum auf mindestens eine von den Kammern abgewandte Außenseite des Mehrkammer-Hohlprofils aufgebracht ist.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass sich durch eine Wasser abweisende und die Biege- und/oder Druckfestigkeit des Papiers erhöhende Beschichtung oder Imprägnierung die Tragfähigkeit des Mehrkammer-Hohlprofils gegenüber derjenigen der nebeneinander angeordneten, mit einer Putzschicht versehenen röhrenförmigen Hohlkörper aus unbehandeltem Papier gemäß DE 100 18 710 A1 bei entsprechenden Querschnittsabmessungen und Wandstärken um ein Vielfaches steigern lässt, und damit auch die Tragfähigkeit des gesamten Leichtbauelements. Gleichzeitig verhindert die Wasser abweisende Beschichtung nach der Montage des Leichtbauelements, dass im Lauf der Lebensdauer des Leichtbauelements Feuchtigkeit in das Papier eindringt, was die Festigkeit des Hohlprofils und damit die Tragfähigkeit des Leichtbauelements beeinträchtigen konnte. Durch die Verwendung eines Hartschaums als Deckschicht oder alternativ als Zwischenschicht zwischen der Außenseite des Hohlprofils und einer zusätzlichen Deckschicht lässt sich im Vergleich zu dem bekannten Leichtbauelement das Gewicht weiter reduzieren und zum anderen auch die Festigkeit erhöhen, da Hartschaum trotz eines sehr geringen spezifischen Gewichts eine höhere Festigkeit als Putz oder Gips besitzt. Auch durch die gegenseitige Verbindung der Begrenzungswände der Kammern kann die Tragfähigkeit gesteigert werden, da auf diese Weise ein Ausknicken einzelner Begrenzungswände oder Wandabschnitte erschwert wird.
Mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination lassen sich plattenförmige Leichtbauelemente mit einem Flächengewicht von weniger als 2 kg/m² bei einer Dicke von etwa 50 mm herstellen, die bei einer Breite von 1000 mm imstande sind, parallel zur Richtung der Längsmittelachsen der Kammern Lasten von mehr als 10 t zu tragen.
Um das Vordringen von Feuchtigkeit zum Papier zu verhindern, sind die Begrenzungswände der Kammern sowohl an ihrem inneren und äußeren Umfang mit der Beschichtung und/oder Imprägnierung versehen, so dass weder von innen noch von außen Feuchtigkeit bis zum Papier vordringen und dadurch die Biege- und/oder Druckfestigkeit der Begrenzungswände der Kammern und damit des Leichtbauelements beeinträchtigen kann. Außerdem kann durch eine beidseitige innere und äußere Beschichtung und/oder Imprägnierung eine größere Steigerung der Biege- und/oder Druckfestigkeit als im Fall einer einseitigen Beschichtung und/oder Imprägnierung und damit eine weitere Erhöhung der Tragfähigkeit der Leichtbauelemente erreicht werden.
Vorzugsweise besteht die Beschichtung und/oder Imprägnierung aus einem Harz, das entweder nach oder während der Herstellung der röhrenförmigen Hohlkörper aus Papier in flüssigem Zustand auf die inneren und äußeren Umfangsflächen der röhrenförmigen Hohlkörper aufgebracht wird und dann aushärtet. Zweckmäßig wird ein Harz verwendet, das mit oder ohne Zufuhr von Warme schnell härtet, bevorzugt ein duroplastisches Reaktionsharz in Form eines Zweikomponenten-Systems, das neben dem Reaktionsharz einen Beschleuniger oder Katalysator zur Beschleunigung der Aushärtung umfasst. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Verwendung eines Poly- oder Epoxyisocyanuratharzes vor, zum Beispiel eines Poly- oder Epoxyisocyanuratharzes, das von der Firma Bayer MaterialScience unter der Bezeichnung Blendur erhältlich ist. Alternativ können jedoch auch andere Harze verwendet werden, wie zum Beispiel Epoxidharze, die in ausgehärtetem Zustand ebenfalls Wasser abweisend sind und die Biege- und/oder Druckfestigkeit der röhrenförmigen Hohlkörper aus Papier erhöhen.
Gemäß einer ersten Erfindungsalternative besteht das Hohlprofil aus einer oder mehreren Reihen von nebeneinander angeordneten röhrenförmigen Hohlkörpern, die die mit ihrem äußeren Umfang gegen den äußeren Umfang benachbarter röhrenförmiger Hohlkörper anliegen und mit den benachbarten Hohlkörpern verklebt sind, wobei jeder Hohlkörper eine der parallelen Kammern begrenzt.
Um die Herstellung derartiger röhrenförmigen Hohlkörper aus Papier zu erleichtern, besitzen diese vorteilhaft zylindrische äußere und innere Umfangsflächen bzw. einen kreisringförmigen Querschnitt, so dass sie sich auf vorhandenen Maschinen herstellen lassen, wie sie zum Beispiel bei der Fertigung von Wickelkernen aus Papier oder Pappe von Küchenpapierrollen oder Toilettenpapierrollen eingesetzt werden. Diese Wickelkerne werden hergestellt, indem zwei oder mehr streifenförmige Schichten aus Papier schraubenförmig und einander überlappend auf einen Dorn aufgewickelt werden, wobei ein Kleber in den Überlappungsbereichen auf einen oder beide Papierstreifen aufgebracht wird. Alternativ können die röhrenförmigen Hohlkörper jedoch auch hergestellt werden, indem breitere Bogen oder Bahnen aus Papier in Umfangsrichtung der röhrenförmigen Hohlkörper in mehreren Schichten übereinander gewickelt werden.
Diese Erfindungsalternative besitzt eine besonders hohe Tragfähigkeit.
Wenn die röhrenförmigen Hohlkörper gemäß dieser Alternative mit ihren äußeren Umfangsflächen gegen die äußeren Umfangsflächen benachbarter röhrenförmiger Hohlkörper anliegen und durch die Beschichtung und/oder den Hartschaum miteinander verklebt sind, kann das tragende Leichtbauelement weiter versteift und im Falle eines Einsatzes als plattenförmiges Wandelement oder als säulenförmiges Stützelement seine Druckfestigkeit in vertikaler Richtung weiter erhöht werden, da sich die benachbarten röhrenförmigen Hohlkörper gegenseitig abstützen und sich gegenseitig in ihrer Lage festhalten, was einem Knicken einzelner röhrenförmiger Hohlkörper unter Last entgegenwirkt. Durch die gegenseitige Anlage benachbarter röhrenförmigen Hohlkörper kann auch das Volumen der Kammern im Inneren der röhrenförmigen Hohlkörper im Vergleich zum Gesamtvolumen des Leichbauelements vergrößert und damit das Gewicht des letzteren ohne Beeinträchtigung der Tragfähigkeit weiter verkleinert werden, da die letztere zu einem großen Teil von den röhrenförmigen Hohlkörpern geliefert wird.
Gemäß einer zweiten Erfindungsalternative wird das Hohlprofil von zwei oder mehr Platten mit vorzugsweise wellenförmigem Profil gebildet, die abwechselnde parallele Vorsprünge und Vertiefungen aufweisen und so aufeinander gelegt werden, dass die Vorsprünge benachbarter Platten gegeneinander anliegen und miteinander verklebt werden können. Auf diese Weise werden jeweils zwischen den Vertiefungen der benachbarten Platten die parallelen Kammern erzeugt, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet und ebenso wie die Kammern in den röhrenförmigen Hohlkörpern von benachbarten Kammern getrennt sind. Diese Erfindungsalternative lässt sich leichter herstellen.
Ähnlich wie zuvor beschrieben, sorgt die Verklebung zwischen den benachbarten Platten dafür, dass diese sich gegenseitig abstützen und ein Ausknicken einzelner Platten verhindert wird.
Bei dem verwendeten Papier handelt es sich vorzugsweise um Papier geringer Qualität, zweckmäßig um ein Recyclingpapier, das ohne die Beschichtung und/oder Imprägnierung nur eine geringe Biege- und/oder Druckfestigkeit besitzen muss, das hingegen vorzugsweise eine raue Oberfläche und eine gewisse Saugfähigkeit besitzen sollte, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Menge der flüssig aufgebrachten Beschichtung und/oder Imprägnierung an der Oberfläche des Papiers haften bleibt und vorteilhaft mindestens zum Teil in das Papier eindringt.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass bereits eine relativ geringe Wandstärke der Begrenzungswände der Kammern ausreicht, um dem Leichtbauelement eine sehr hohe Tragfähigkeit zu verleihen, so dass die Begrenzungswände gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus weniger als acht übereinander liegenden Schichten oder Lagen, bevorzugt aus weniger als fünf Schichten oder Lagen und am besten aus nur zwei bis drei Schichten oder Lagen aus Papier bestehen, so dass die Wandstärke der Begrenzungswände weniger als 4 mm, bevorzugt weniger als 2 mm und am besten weniger als 1 mm beträgt. Bei dieser Wandstärke der Begrenzungswände können die Kammern zweckmäßig Querschnittsabmessungen von etwa 50 mm aufweisen, so dass das Verhältnis zwischen der Wandstärke der röhrenförmigen Hohlkörper und den Querschnittsabmessungen zweckmäßig weniger als 1:25, vorzugsweise weniger als 1:50 und am besten etwa 1:100 beträgt. Mit solchen Abmessungen können tragende Leichtbau-Wandelemente hergestellt werden, die beim Bau einstöckiger Häuser mit Dach keine Stützkonstruktion erforderlich machen.
Wenn das Leichtbauelement als plattenförmiges Wandelement oder als säulenförmiges Stützelement eingesetzt werden soll, wird das Hohlprofil so ausgerichtet, dass die Längsachsen der parallelen Kammern eine vertikale Ausrichtung besitzen. Dadurch besitzen die Begrenzungswände in der Richtung, in der das Gewicht von darüber angeordneten Bauteilen auf das tragende Wand- oder Stützelement einwirkt, ihre größte Druckfestigkeit, so dass das Wand- oder Stützelement eine maximale Tragfähigkeit erhält. Das Hohlprofil erstreckt sich dabei vorteilhaft durchgehend von einem oberen bis zu einem unteren Ende des Leichtbauelements.
Wenn dem Wand- oder Stützelement eine relativ kleine Dicke verliehen werden soll, umschließt das Hohlprofil zweckmäßig nur eine einzige Reihe von nebeneinander angeordneten Kammern, deren Längsmittelachsen im Querschnitt zweckmäßig auf einer Linie liegen.
Demgegenüber können bei größeren Wanddicken zwei oder mehr Reihen von Kammern nebeneinander angeordnet werden, wobei die Kammern von benachbarten Reihen zweckmäßig gegeneinander versetzte Längsmittelachsen aufweisen, um für eine möglichst dichte Packung der Kammern und ein geringes Flächengewicht zu sorgen. Wenn das Hohlprofil aus parallelen zylindrischen Hohlkörpern besteht, füllt der Hartschaum die Zwickel zwischen den röhrenförmigen Hohlkörpern, wobei es benachbarte Hohlkörper miteinander verbindet und eine gegenseitige Verlagerung oder Verschiebung benachbarter Hohlkörper unter Last verhindert.
An den oberen und unteren Enden jedes Wand- oder Stützelements sind vorzugsweise Abschlusselemente angebracht, welche die offenen oberen und unteren Enden der Kammern verschließen. Die Abschlusselemente von Leichtbau-Wandelementen sind bevorzugt langgestreckt und erstrecken sich entlang des oberen und des unteren Endes, wobei sie an einer Seite mit Vorsprüngen versehen sind, die sich in die offenen Enden der parallelen Kammern einführen lassen. Die Abschlusselemente sorgen zum einen dafür, dass das obere und untere Ende der Kammern geschlossen wird und die Wand- oder Stützelemente an den oberen und unteren Enden keine Öffnungen aufweisen, und verbessern zum anderen auch den Zusammenhalt Wand- oder Stützelemente, wenn diese aus röhrenförmigen Hohlkörpern bestehen. Die Abschlusselemente werden zweckmäßig durch den Hartschaum mit dem Rest des Leichtbauelements verbunden, zum Beispiel indem sie vor dem Aushärten des Hartschaums angebracht werden.
Wenn das Leichtbauelement als plattenförmiges Boden- oder Deckenelement eingesetzt werden soll, weisen die parallelen Kammern ebenfalls vertikale Längsmittelachsen auf, wobei dann jedoch eine Vielzahl von kurzen röhrenförmigen Hohlkörpern oder kurzen Platten mit wellenförmigem Profil in Reihen versetzt nebeneinander angeordnet werden, so dass sie senkrecht zu den Breitseitenflächen des Boden- oder Deckenelements ausgerichtet sind und gemeinsam eine Wabenstruktur bilden. In diesem Fall werden die oberen und die unteren Enden der Kammern durch Platten verschlossen, die gegen die fluchtenden oberen bzw. unteren Stirnflächen des Hohlprofils anliegen.
Als Hartschaum wird bevorzugt ein Hartschaum verwendet, der ein großes Gesamtporenvolumen und damit ein geringes spezifisches Gewicht besitzt, bei dem jedoch die einzelnen Poren sehr klein sind und vorzugsweise Querschnittsabmessungen von weniger als 1 mm, besser von weniger als 0,5 mm aufweisen. Der Hartschaum kann ein aushärtender Reaktionsschaumstoff sein, zum Beispiel ein hoher vernetzter Hart-Polyurethanschaum, der auch als PIR-Schaum bezeichnet wird. Beim Einsatz eines solchen Hartschaums können zwei oder mehr Komponenten des Ausgangsmaterials in eine die röhrenförmigen Hohlkörper enthaltende Form eingebracht und in der Form vernetzt oder ausgehärtet werden. Alternativ kann auch ein Hartschaum verwendet werden, der aus einer Vielzahl von Mikrohohlkörpern in einer umgebenden Matrix besteht, zum Beispiel so genannten Mikroballs, das heißt mikroskopisch kleinen Hohlkörpern aus Glas, die in die Matrix eingebettet sind.
Wenn die tragenden Leichtbauelemente beim Bau von Gebäuden oder dergleichen eingesetzt werden, müssen sie eine ausreichende Feuerbeständigkeit aufweisen, wobei in Deutschland zumindest Brandschutzklasse B1S-D0 gefordert, jedoch Brandschutzklasse A bevorzugt wird. Um die Feuerbeständigkeit der Leichtbauelemente zu erhöhen, wird vorteilhaft zum einen zur Beschichtung oder Imprägnierung der röhrenförmigen Hohlkörper ein Material mit einer relativ hohen Temperaturbeständigkeit verwendet, wie das bereits genannte Poly- oder Epoxyisocyanuratharz, und zum anderen ein temperaturbeständiger, bei höheren Temperaturen formstabiler Hartschaum, wie zum Beispiel der bereits genannte PIR-Schaum der Brandschutzklasse B1S-D0 oder A1. Dieser Hartschaum weist ein spezifisches Gewicht von 40 kg/m³ auf und ist damit sehr leicht, besitzt aber andererseits eine solche Härte, dass er gebohrt oder auf andere Weise bearbeitet werden kann.
Dies ermöglicht es, den Hartschaum an den gegenüberliegenden Schmalseiten der benachbarten Leichtbauelemente bei deren Herstellung zu einer Nut bzw. Feder zu formen, so dass sich die benachbarten Leichtbauelemente zusammenstecken und damit auf einfache Weise miteinander verbinden lassen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Nuten und Federn nach der Herstellung der Leichtbauelemente an deren Schmalseiten in den Hartschaum einzufräsen. Alternativ können die Nuten und Federn an den gegenüberliegenden Schmalseiten benachbarter Leichtbauelemente auch von Profilen aus Metall oder Kunststoff gebildet werden, die durch den Hartschaum mit dem Hohlprofil verklebt sind.
Brandschutzklasse A1 lässt sich auch dadurch erreichen, dass der Hartschaum aus mikroskopischen Hohlkugeln aus Glas besteht, die in eine nicht-brennbare Matrix eingebettet sind, wie zum Beispiel einen Wasserglas-Kleber.
Das Transportgewicht der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente ist am geringsten, wenn die parallelen Kammern mit Luft gefüllt sind. Jedoch ist es auch möglich, zur Schall- und/oder Wärmedämmung bereits bei der Herstellung der Leichtbauelemente ein geeignetes Material mit einem geringen spezifischen Gewicht in die Kammern einzubringen, wie zum Beispiel ein Polystyrol-Granulat, Papierflocken oder ein faserförmiges Dämmmaterial. Schwerere Schalldämmungsmaterialien und insbesondere Sand, der eine sehr gute schalldämmende Wirkung besitzt, werden bevorzugt erst im Zuge der Montage der Leichtbauelemente in die Kammern eingefüllt. Als Schalldämmungsmaterialien werden vorzugsweise fließfähige Materialien, wie Sand oder Polystyrol-Granulat verwendet, weil diese Materialien leicht von oben her in die nach oben offenen Kammern eingefüllt werden können, wo sie dann durch die Schwerkraft nach unten fallen. Alternativ können die Kammern jedoch auch mit einem faser- oder flockenförmigen schall- und/oder wärmedämmenden Material gefüllt werden, das zum Beispiel in die Kammern eingeblasen werden kann, oder mit einem offenporigen Schaumstoff, mit dem die Kammern zur Schall- und/oder Wärmedämmung ausgeschäumt werden.
Da ein Leichtbauelement mit einem Hohlprofil aus nebeneinander angeordneten zylindrischen röhrenförmigen Hohlkörpern oder aus Platten mit einem wellenförmigen Profil eine als Wandoberfläche ungeeignete wellige Oberflächenstruktur besitzt, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass vor allem bei Wandelementen der Hartschaum mindestens eine und bevorzugt beide Breitseitenflächen des Leichtbauelements bildet. Jedoch kann das Leichtbauelement auch mit einer oder zwei Breitseitenflächen versehen sein, die von einer mit einer Breitseite gegen den Hartschaum und/oder das Hohlprofil anliegenden Platte gebildet wird.
Vorzugsweise werden im zuletzt genannten Fall zur Erhöhung der Feuerfestigkeit Platten aus einem mineralischen Werkstoff verwendet, vorzugsweise Mineralstoffplatten aus Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid mit einer Glasfaserverstärkung, die im Handel unter der Bezeichnung Megapan erhältlich sind und die in einer Dicke von einigen Millimetern als Deckschicht auf dem Leichtbauelement angebracht werden, so dass sie die sichtbaren äußeren Oberflächen bilden. Die Platten werden bevorzugt durch den Hartschaum mit dem Hohlprofil verbunden bzw. an diesem festgeklebt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilweise weg geschnittene perspektivische Ansicht von Teilen zweier Leichtbau-Wandelemente;
2 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils von einem der Leichtbau-Wandelemente aus 1;
3 eine teilweise weg geschnittene perspektivische Ansicht von Teilen zweier modifizierter Leichtbau-Wandelemente;
4 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils von einem der Leichtbau-Wandelemente aus 3;
5 eine teilweise weg geschnittene perspektivische Ansicht von Teilen von zwei weiteren modifizierten Leichtbau-Wandelementen;
6 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils von einem der Leichtbau-Wandelemente aus 5;
7 eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnitts einer Abschlussleiste für das obere oder untere Stirnende des Leichtbau-Wandelement aus 1;
8 eine vergrößerte Unterseitenansicht des Abschnitts der Abschlussleiste aus 4;
9 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines weiteren Leichtbau-Wandelements;
10 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines noch weiteren Leichtbau-Wandelements;
11 eine vergrößerte Querschnittansicht entsprechend 10, jedoch mit einem wärmedämmenden Granulat in einem Teil der Kammern;
12 eine Querschnittsansicht eines säulenförmigen Leichtbauelements;
13 eine Schnittansicht eines als Boden- oder Deckenplatte ausgebildeten Leichtbauelements;
14 eine teilweise weg geschnittene vergrößerte perspektivische Ausschnittsansicht des Leichtbauelements aus 13.
Die in der Zeichnung dargestellten tragfähigen oder tragenden Leichtbauelemente 2 enthalten jeweils ein Mehrkammer-Hohlprofil 4, das eine oder mehrere Reihen von Kammern 6 mit parallelen Längsmittelachsen 8 und einem in Richtung der Längsmittelachsen 8 gleich bleibenden Öffnungsquerschnitt umgibt.
Bei den Leichtbauelementen 2 in den 1 bis 8 sowie 12 bis 15 besteht das Mehrkammer-Hohlprofil 4 aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen zylindrischen Hohlkörpern 12 aus Papier, die an ihrem äußeren und inneren Umfang 14, 16 mit einem Harz 10 beschichtet sind. Die Hohlkörper 12 sind in einen Hartschaum 18 eingebettet, der die Zwickel 20 zwischen den benachbarten röhrenförmigen Hohlkörpern 12 füllt und die Hohlkörper 12 ebenfalls miteinander verbindet.
Wenn es sich bei dem Leichtbauelement 2 um ein Wandelement handelt, wie in den 1 bis 6 dargestellt, oder um ein Stützelement, z. B. eine Säule, wie in 12 im Querschnitt dargestellt, sind die röhrenförmigen Hohlkörper 12 innerhalb des Leichtbauelements 2 in paralleler und vertikaler Ausrichtung nebeneinander angeordnet, so dass sie mit ihrem äußeren Umfang 14 gegen den äußeren Umfang 14 benachbarter Hohlkörper 12 anliegen und sich gegenseitig abstützen.
Bei den Leichtbau-Wandelementen 2 in den 1 bis 6 können in Abhängigkeit von der Dicke des Wandelements 10 und dem Durchmesser der verwendeten röhrenförmigen Hohlkörper 12 zwischen zwei entgegengesetzten Breitseiten 22 eine einzige Reihe von nebeneinander angeordneten röhrenförmigen Hohlkörpern 12 vorgesehen sein, deren Längsmittelachsen 8 eine vertikale Ebene aufspannen, wie in den 1 bis 4 dargestellt, oder mehrere Reihen, wie in den 5 und 6 dargestellt. Dort, das Leichtbau-Wandelement 2 mehrere Reihen von röhrenförmigen Hohlkörpern 12 enthält, sind die Längsmittelachsen 8 der Hohlkörper 12 in benachbarten Reihen von Hohlkörpern 12 um den Durchmesser der Hohlkörper 12 gegeneinander versetzt, so dass die Reihen miteinander verzahnt sind und sich die Hohlkörper 12 nicht nur parallel und senkrecht zu den Breitseiten 22 des Leichtbauelements 2 gegeneinander abstützen, sondern auch unter einem spitzen Winkel von 45 Grad zu diesen Richtungen. Außerdem wird dadurch das Volumen der mit Hartschaum 18 gefüllten Zwischenräume oder Zwickel 20 zwischen den benachbarten Hohlkörpern 12 minimiert.
Die röhrenförmigen Hohlkörper 12 bestehen aus mehreren ganz oder teilweise miteinander verklebten gewickelten Schichten oder Lagen von Recyclingpapier. Die Schichten oder Lagen können jeweils aus schraubenförmigen Papierstreifen bestehen, die auf einem Dorn kontinuierlich gewickelt werden, so dass sie sich mit benachbarten Wicklungen oder Streifen überlappen, wobei sie an den Überlappungsstellen miteinander verklebt sind. Jedoch können die Schichten oder Lagen auch aus breiteren Bogen oder Bahnen bestehen, die in Umfangsrichtung des Hohlkörpers 12 gewickelt sind. An das Recyclingpapier werden keine speziellen Qualitätsanforderungen gestellt.
Bei Leichtbauelementen 2 in Form von Wand- oder Stützelementen besitzen die röhrenförmigen Hohlkörper 12 eine Länge, die der Hohe des Wand- oder Stützelements 2 entspricht, und sind an ihren entgegengesetzten Enden offen. Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser und der Wandstärke der röhrenförmigen Hohlkörper 12 ist größer als 25:1, vorzugsweise größer als 50:1 und liegt am besten zwischen etwa 50:1 und etwa 100:1. Im zuletzt genannten Fall betragt die Wandstärke der Hohlkörper 12 bei einem Durchmesser von etwa 50 mm etwa 0,5 mm. Das Gewicht der mit Harz 10 beschichteten Hohlkörper 12 vor deren Einbettung in dem Hartschaum 18 beträgt pro Meter Länge weniger als 100 g, vorzugsweise weniger als 50 g und am besten weniger als 25 g.
Bei dem zur Beschichtung verwendeten Harz 10 handelt es sich um ein Epoxy- oder Polyisocyanurat-Reaktionsharz auf Basis von MDI oder um ein modifiziertes Epoxy- oder Polyisocyanurat-Reaktionsharz, die beide im Handel unter der Bezeichnung Blendur von der Firma Bayer MaterialScience erhältlich sind. Je nach Zusammensetzung trimerisieren diese Harze entweder nach Zugabe eines Katalysators unter Zufuhr von Wärme oder ohne die Notwendigkeit eines Katalysators allein durch Wärmezufuhr zu einem hochvernetzten duroplastischen Kunststoff, der eine ausgezeichnete Thermostabilität besitzt. Die Vernetzung oder Aushärtung des Harzes erfolgt im Anschluss an das Aufbringen des Harzes 10 auf den äußeren und den inneren Umfang 14, 16 der Hohlkörper 12, das vorzugsweise unmittelbar nach dem Wickeln der Hohlkörper 12 aus Papier erfolgt.
Nach der Trimerisation bzw. Aushärtung des Harzes 10 werden die fertigen röhrenförmigen Hohlkörper 12 in der gewünschten Anzahl und Anordnung in eine verschließbare Form mit einem der Form und den Abmessungen der Leichtbauelemente 2 entsprechenden Formhohlraum eingebracht, so dass die offenen Enden der Kammern 6 an den entgegengesetzten Stirnenden der Hohlkörper 12 von Formwänden der Form verschlossen werden. Anschließend werden die Zwischenräume oder Zwickel 20 zwischen den benachbarten Hohlkörpern 12 mit dem Hartschaum 18 ausgeschäumt, der aus einem PIR-Schaum besteht und in der Form ausgehärtet wird.
Die Leichtbau-Wandelemente 2 in den 1, 2, 5 und 6 sind an ihren beiden entgegengesetzten Breitseiten 22 nicht mit zusätzlichen Deckschichten versehen, so dass sie im Wesentlichen nur aus den röhrenförmigen Hohlkörpern 12 und dem Hartschaum 18 bestehen, der die Zwischenräume oder Zwickel 20 zwischen dem äußeren Umfang 14 der benachbarten Hohlkörper 12 ausfüllt und in diesem Fall auch die Oberflächen der beiden Breitseiten 22 der Leichtbauelemente 2 bildet. Die Leichtbauelemente 2 in den 1 und 2 mit jeweils einer einzelnen Reihe von zylindrischen röhrenförmigen Hohlkörpern 12, die einen Außendurchmesser von 50 mm aufweisen, besitzen ein Flächengewicht von weniger als 3 kg/m² und vorzugsweise von weniger als 2 kg/m². Am besten betragt das Flächengewicht dieser Leichtbauelemente 2 etwa 1,5 bis 2 kg/cm², wobei das Flächengewicht des unbehandelten Papiers 0,45 bis 0,55 kg/m², das Flächengewicht des zur Beschichtung verwendeten Harzes 10 0,55 bis 0,60 kg/m² und das Flächengewicht des Hartschaums 18 0,55 bis 0,65 kg/m² betragt, so dass diese drei Komponenten mithin etwa jeweils ein Drittel des Flächengewichts liefern.
Demgegenüber werden die Oberflächen der entgegengesetzten Breitseiten 22 der Leichtbau-Wandelemente 12 in 3 und 4 und der äußere Umfang 26 des Leichtbau-Stützelements 2 in 3 von ebenen, zu den Breitseiten parallelen Mineralfaser-Deckplatten 28 gebildet, die aus einem mit Glasfasern verstärkten Gemisch aus Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid bestehen, mit ihren inneren Oberflächen gegen die benachbarte Reihe von Hohlkörpern 12 anliegen und durch den Hartschaum 18 mit den röhrenförmigen Hohlkörpern 12 verklebt sind.
Bei dem Hartschaum 18 handelt es sich um einen PIR-Schaum, das heißt Polyurethanschaum, der höher als der übliche PUR-Schaum vernetzt ist und damit auch bei höheren Temperaturen formstabil ist. Durch die Formstabilität und die verhältnismäßig kleinen Porenabmessungen von weniger als 1 mm kann der Hartschaum 18 bei der Herstellung der Leichtbau-Wandelemente 2 in den 1 bis 6 an den beiden entgegengesetzten vertikalen Schmalseiten jedes Wandelements 2 zu einer Nut 30 bzw. zu einer Feder 32 geformt werden, so dass benachbarte Wandelemente 2 mittels einer Nut- und Federverbindung 30, 32 miteinander verbindbar sind.
Um die Öffnungen der röhrenförmigen Hohlkörper 12 am oberen und unteren Ende der Leichtbau-Wandelemente 2 zu verschießen und für einen ebenen Abschluss zu sorgen, sind die Leichtbau-Wandelemente 2 an ihrem oberen und unteren Ende jeweils mit einer Abschlussleiste 34 versehen. Wie am besten in 7 und 8 dargestellt, weist die Abschlussleiste 34 eine von den Enden der Hohlkörper 12 abgewandte ebene Breitseite 36 auf. Über die entgegengesetzte, den Enden der Hohlkörper 12 zugewandte Breitseite 38 steht eine Reihe von zylindrischen Vorspringen 40 über, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der röhrenförmigen Hohlkörper 12, so dass sie sich in die offenen Enden der Kammern 6 an den Stirnenden der Hohlkörper 12 einführen lassen und damit den Zusammenhalt der Hohlkörper 12 am oberen und unteren Ende verbessern. Um das Einführen der Vorsprünge 40 in die gegenüberliegenden Öffnungen zu erleichtern, sind die freien Enden der Vorsprünge 40 verjüngt oder mit einer Fase versehen. Die Abschlussleisten 34 weisen eine der Länge und Breite der Leichtbau-Wandelemente 2 entsprechende Länge und Breite auf und können bei der Herstellung der Leichtbau-Wandelemente 2 oder bei der Montage derselben angebracht werden. Im zuletzt genannten Fall können die Leisten 34 jeweils versetzt zu den Nut- und Feder-Verbindungen 30, 32 an den Stößen benachbarter Leichtbau-Wandelemente 2 angebracht werden, so dass sie die Stöße überbrücken.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass Leichtbau-Wandelemente 2 mit einer Hohe von 980 mm, einer Breite von 250 mm und einer Dicke von 56 mm, bestehend aus einer Reihe von zylindrischen röhrenförmigen Hohlkörpern 12, die an ihrem äußeren und ihrem inneren Umfang 14, 16 mit einem Epoxy- oder Polyisocyanurat-Reaktionsharz 10 beschichtet sind, sowie zwei Mineralfaser-Deckplatten 28 mit einer Dicke von 3 mm an beiden Breitseiten und einer Füllung aus PIR-Hartschaum 18 in den Zwischenräumen oder Zwickeln 20 zwischen den röhrenförmigen Hohlkörpern 12 und den Platten 28 gemäß 4 in Richtung der Längsmittelachsen 8 der Hohlkörper 16 eine Druckbelastung von mehr 2,5 t aufnehmen können, bevor es zu einem Bruch der Wandelemente 10 kommt. Bei Biegeversuchen mit denselben Leichtbau-Wandelementen 2, jedoch mit einem PUR-Hartschaum 18 in den Zwischenräumen 20 zwischen den Hohlkörpern 12, wurde festgestellt, dass die Wandelemente 2 eine im Abstand an zwei Stellen in eine Breitseite 22 eingeleitete seitliche Druckbelastung von 0,4 t aushalten, bevor es zu einem Biegebruch der Leichtbau-Wandelemente 2 kommt.
Die hohe Tragfähigkeit der Leichtbauelemente 2 in Richtung der Längsmittelachsen 8 der röhrenförmigen Hohlkörper 12 wird durch die Beschichtung des äußeren und des inneren Umfangs 14 und 16 der Hohlkörper 12 mit dem Harz 10 erzielt, das nach seiner Vernetzung und Aushärtung die Druckfestigkeit der Hohlkörper 12 in Richtung ihrer Längsmittelachsen 8 um ein Vielfaches erhöht.
Bei den in 9, 10 und 11 im Querschnitt dargestellten Leichtbauelementen 2 besteht das Mehrkammer-Hohlprofil 4 nicht aus einer oder mehreren Reihen von einzelnen, miteinander verbundenen Hohlkörpern 12, sondern aus zwei oder mehr gegeneinander anliegenden und miteinander verbundenen Platten 42, die jeweils einen Querschnitt in Form einer Sinuswelle mit abwechselnden Vorsprüngen in Form von Wellenbergen 44 und Vertiefungen in Form von Wellentalern 46 aufweisen. Die Wellenberge 44 und die Wellentaler 46 benachbarter Platten 42 sind um eine Halbwelle gegeneinander versetzt, so dass sich jeweils die Wellenberge 44 und die Wellentaler 46 der beiden Platten 42 gegenüberliegen, wobei die gegenüberliegenden Wellenberge 44 mit ihren Scheiteln 50 gegeneinander anliegen und an den Scheiteln 50 miteinander verklebt sind. Dadurch wird zwischen zwei benachbarten Platten 42 jeweils eine Reihe von nebeneinander angeordneten Kammern 6 gebildet, die gleiche Querschnitte besitzen, welche in Richtung der Längsachsen der Kammern 6 gleich bleiben. Die benachbarten Kammern 6 sind durch die Verklebung 50 an den Scheiteln 50 voneinander getrennt. Die Platten 42 bestehen wie die Hohlprofile 6 aus einer oder mehreren Papierschichten und sind auf ihren den Kammern 6 zugewandten inneren Oberflächen 52 sowie auf ihren von den Kammern 6 abgewandten äußeren Oberflächen 54 mit einer Beschichtung aus dem Harz 10 versehen, wie zuvor für die Hohlkörper 12 beschrieben. Das zur Beschichtung verwendete Harz 10 ist dasselbe, wie zuvor beschrieben. Die Wandstärken der Platten 42 und das Verhältnis der Querschnittsabmessungen der Kammern 6 zu der Wandstärke der Platten 42, welche die Begrenzungswände der Kammern 6 bilden, sind ähnlich, wie zuvor für die Hohlkörper 12 beschrieben.
Bei den Leichtbauelementen 2 in den 9 bis 12 handelt es sich um Wandelemente. Das Wandelement 2 in 9 ist wie das Wandelement 2 in 3 und 4 mit zwei ebenen Deckschichten 28 in Form von dünnen Mineralfaserplatten versehen, die gegen die Scheitel 56 der Wellentaler 46 anliegen und zwischen diesen mit Hartschaum 18 an dem Mehrkammer-Hohlprofil 4 festgeklebt sind, wobei der Hartschaum 18 die Zwickel 20 zwischen den von den Kammern 6 abgewandten äußeren Oberflächen 54 der Platten 42 und den Deckschichten 28 füllt.
Während das Mehrkammer-Hohlprofil 4 des Wandelements 2 in 9 aus zwei Platten 4 besteht, besteht das Mehrkammer-Hohlprofil 4 des Wandelements 2 in 10 und 11 aus vier übereinander liegenden Platten 42 mit wellenförmigem Querschnitt, die zwischen sich drei Reihen von Kammern 6 begrenzen. Die Kammern 6 benachbarter Reihen sind in seitlicher Richtung jeweils um die halbe Kammerbreite gegeneinander versetzt, so dass zwischen den Platten 42 nur Kammern 6, aber keine mit Hartschaum 18 gefüllten Zwickel 20 gebildet werden. Die inneren Platten 42 liegen jeweils mit den Scheiteln 50 ihrer Wellenberge 44 gegen eine der beiden benachbarten Platten 42 und mit den Scheiteln 56 der Wellentaler 46 gegen die andere benachbarte Platte 42 an und sind dort mit den benachbarten Platten 42 verklebt. Der Hartschaum 18 füllt die Zwickel 20 zwischen den von den Kammern 6 abgewandten äußeren Oberflächen 54 der äußersten Platten 42 und bildet die Oberflächen der beiden Breitseiten 22 des Wandelements 2.
Das in 10 und 11 dargestellte Leichtbauelement 2 in Form einer Decken- oder Bodenplatte besteht wieder aus einer Mehrzahl von röhrenförmigen Hohlkörpern 12, die in den Hartschaum 18 (nur in 10 dargestellt) eingebettet sind. Die Hohlkörper 12 sind vertikal ausgerichtet und liegen jeweils mit ihrem äußeren Umfang 14 gegen den äußeren Umfang 14 benachbarter Hohlkörper 12 an, mit denen sie wieder durch den Hartschaum 18 in den Zwischenräumen oder Zwickeln 20 verklebt sind. Die Hohlkörper 12 besitzen dieselbe Länge und stutzen sich mit ihren fluchtenden entgegengesetzten Stirnenden gegen parallele ebene Deckplatten 28 ab, welche die Öffnungen der Hohlkörper 12 an der Ober- und Unterseite der Decken- oder Bodenplatte 10 verschließen und zusätzlich die Biegesteifigkeit des Decken- oder Bodenelements 10 erhöhen, vor allem wenn die Stirnenden der Hohlkörper 12 durch den Hartschaum 18 mit der Innenseite der benachbarten Deckplatte 28 verklebt sind. Die Deckplatten 28 können hier aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen. An den Schmalseiten der Leichtbauelemente 10 sind wieder Nuten (nicht dargestellt) und Federn 32 vorgesehen, so dass sich benachbarte Elemente 10 durch Nut- und Federverbindungen 30, 32 miteinander verbinden lassen.
In allen Fällen können die von dem Mehrkammer-Hohlprofil 4 umschlossenen röhrenförmigen Kammern 6 entweder leer sein oder ein wärme- oder schalldämmendes Material, zum Beispiel ein Polystyrol-Granulat 56, Papierflocken oder Sand enthalten, wie beispielhaft in einem Teil der Kammern 6 in 11 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10018710 A1 [0002, 0005]

Claims

Tragfähiges oder tragendes Leichtbauelement mit einer oder mehreren Reihen von parallelen Kammern, die jeweils von röhrenförmigen Begrenzungswänden umgeben sind, wobei die Begrenzungswände mindestens teilweise aus Papier bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (12, 42) miteinander verbunden sind und ein Mehrkammer-Hohlprofil (4) bilden, das in Richtung der Längsmittelachsen (8) der Kammern (6) einen gleich bleibenden Querschnitt besitzt, dass die den Kammern (6) zugewandten inneren Oberflächen (52) und die von den Kammern (6) abgewandten äußeren Oberflächen der Begrenzungswände (12, 42) mit einer Wasser abweisenden und die Biege- und/oder Druckfestigkeit des Papiers erhöhenden Beschichtung (10) und/oder Imprägnierung versehen sind, und dass ein Hartschaum (18) auf mindestens eine von den Kammern (6) abgewandte Außenseite des Mehrkammer-Hohlprofils (4) aufgebracht ist.
Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (12, 42) aus weniger als vier miteinander verklebten Papierschichten bestehen und eine Wandstärke von weniger als 2 mm aufweisen.
Leichtbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung und/oder Imprägnierung aus einem in flüssigem Zustand auf die Oberflächen aufgebrachten und anschließend vernetzten duroplastischen Harz (10) besteht.
Leichtbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung und/oder Imprägnierung aus einem Poly- oder Epoxyisocyanuratharz besteht.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammer-Hohlprofil (4) eine oder mehrere Reihen von nebeneinander angeordneten röhrenförmigen Hohlkörpern (12) umfasst, die mit ihrem äußeren Umfang (14) gegen den äußeren Umfang (14) benachbarter röhrenförmiger Hohlkörper (12) anliegen und mit den benachbarten Hohlkörpern (12) verklebt sind.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammer-Hohlprofil (4) mindestens zwei Platten (42) umfasst, die abwechselnde parallele Vorsprünge (44) und Vertiefungen (46) aufweisen, wobei sich die einander zugewandten Vorsprünge (44) und/oder die einander zugewandten Vertiefungen (46) benachbarter Platten (42) gegenüberliegen, gegeneinander anliegen und miteinander verklebt sind.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Mehrkammer-Hohlprofil (4) durchgehend über die gesamte Höhe des Leichtbauelements (10) erstreckt.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den Querschnittsabmessungen der Kammern (6) und der Wandstärke der Begrenzungswände (12, 42) größer als 25:1 und vorzugsweise größer als 50:1 ist und am besten etwa 100:1 beträgt.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartschaum (18) mindestens eine Oberfläche (22) des Leichtbauelements (10) bildet.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Kammern (6) ein schall- und/oder wärmedämmendes Material (56) enthält.
Leichtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei entgegengesetzten Schmalseiten eine Nut (30) und eine Feder (32) angeordnet sind, die in den Hartschaum (18) eingeformt oder aus dem Hartschaum (18) ausgefräst sind.