DE102012206954A1

DE102012206954A1 - Verstärkung für einen Werkstoff aus einer formbaren Masse

Info

Publication number: DE102012206954A1
Application number: DE201210206954
Authority: DE
Inventors: Martin Krus; Theo Grosskinsky; Werner Theuerkorn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CA2872710A1; CN104254503A; CN104254503B; DE102012206954B4; WO2013160394A1; US20150059618A1; EP2841388A1; US9803086B2

Abstract

Vorgestellt wird eine Verstärkung für einen Werkstoff aus einer formbaren Masse, insbesondere für einen Baustoff, wobei in der Verstärkung als Komponenten Gerstengrannen (4) und Flugschirmchen (1) von Samen, insbesondere von Rohrkolbensamen, vorhanden sind. Dabei weisen die Flugschirmchen Stammfasern (2) und davon abzweigende Seitenfasern (3) auf, wobei die Seitenfasern (3) der Flugschirmchen (1) durch die Gerstengrannen (4) miteinander verbunden sind. Der Gewichtsanteil der Gerstengrannen (4) ist etwa 0,1 bis etwa 2 mal, beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 1 mal, so hoch ist wie der Gewichtsanteil der Flugschirmchen (1). Die Erfindung betrifft ferner einen Baustoff mit der geschilderten Verstärkung und ein Verfahren zum Herstellen des Baustoffs.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Verstärkung für einen Werkstoff aus einer formbaren Masse. Verstärkungen für Werkstoffe aus formbaren Massen können auch aus nachwachsenden Materialien bereitgestellt werden. Aus der DE 40 00 162 C2 ist etwa bekannt, Flugschirmchen vom Rohrkolbensamen zur Verstärkung einer keramischen Zusammensetzung einzusetzen. Aus der DE 40 00 162 C2 ist auch bekannt, verschiedene nachwachsende Rohstoffe in einer Mischung einzusetzen. Dabei erreichen die Werkstoffe jedoch nicht immer die geforderte Festigkeit. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verstärkung bereitzustellen, mit der die Werkstoffe, die geforderte Festigkeit erhalten. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen Baustoff mit einer solchen Verstärkung bereitzustellen und ein Herstellungsverfahren für den Baustoff anzugeben.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
Erfindungsgemäß ist eine Verstärkung für einen Werkstoff aus einer formbaren Masse vorgesehen. Bei der formbaren Masse kann es sich insbesondere um einen Baustoff handeln. In der Verstärkung sind als Komponenten Gerstengrannen und Flugschirmchen von Samen, insbesondere von Rohrkolbensamen, vorhanden. Rohrkolben werden auch im deutschen Sprachraum häufig mit der wissenschaftlichen Bezeichnung Typha bezeichnet. Hierbei sind mehrere Arten bekannt. Vorliegend wichtig sind die Arten "Schmalblättriger Rohrkolben" mit der wissenschaftlichen Bezeichnung "Typha angustifolia" und "Breitblättriger Rohrkolben" mit der wissenschaftlichen Bezeichnung "Typha latifolia". Die Flugschirmchen weisen dabei Stammfasern und von den Stammfasern abzweigende Seitenfasern auf. Die Seitenfasern werden häufig auch als Seitenarme bezeichnet. Dabei sind die Seitenfasern der Flugschirmchen durch die Gerstengrannen miteinander verbunden. Wichtig ist, dass der Gewichtsanteil der Gerstengrannen und der Flugschirmchen geeignet aufeinander abgestimmt ist.
Empirische Untersuchungen haben ergeben, dass der Gewichtsanteil der Gerstengrannen etwa 0,1 bis etwa zweimal so hoch sein sollte wie der Gewichtsanteil der Flugschirmchen. Besonders günstige Bedingungen ergeben sich, wenn der Gewichtsanteil etwa 0,5 bis etwa einmal so hoch ist.
Hier gilt es den Wirkmechanismus dieser Verstärkung näher zu erläutern. Die Gerstengrannen haben von ihrer natürlichen Ausgestaltung her Widerhaken, in die die Seitenfasern der Flugschirmchen verklemmt werden können. Dadurch erfolgt eine Verbindung der Seitenfasern untereinander. Dabei kann eine Verbindung von Seitenfasern eines einzelnen Flugschirmchens erfolgen. Insbesondere erfolgt aber auch eine Verbindung von Seitenfasern unterschiedlicher Flugschirmchen. Damit entstehen größere und verbundene Gebilde, die ein stabiles räumliches Netz bilden. Damit kann der Werkstoff aus einer formbaren Masse gut verstärkt werden. Allerdings dürfen auch nicht zu viele Gerstengrannen vorhanden sein, da die Steifigkeit der Gerstengrannen die Struktur der Massen sprengen würde. Wären zu viele Gerstengrannen vorhanden, würden die Gerstengrannenstücke störend aus der formbaren Masse hervorragen. Es war erforderlich diese Zusammenhänge zu verstehen und empirisch einen günstigen Gewichtsanteil von Gerstengrannen und Flugschirmchen zu ermitteln.
In der DE 4000162 C2 , dort Spalte 8, Bsp. 6, wird bereits ein Beispiel genannt, sowohl Flugschirmchen als auch Gerstengrannen als Verstärkung für eine formbare Masse, dort eine Lehmputzmasse, vorzusehen. Dabei werden allerdings 6,5 Gewichtsteile Gerstengranne auf 1,5 Gewichtsteile Flugschirmchen von Rohrkolbensamen vorgeschlagen. Bei einem so hohen Anteil von Gerstengrannen treten die oben genannten Probleme auf, sodass keine optimale Verstärkung erreicht wird. Dies wird erst durch den erfindungsgemäßen Gewichtsanteilsbereich erreicht.
Es ist nicht sinnvoll, einen exakten optimalen Gewichtsanteil anzugeben. Es handelt sich vorliegend um Naturprodukte, die immer gewissen Schwankungen unterliegen. Daher können nur Bereiche für optimale Gewichtsanteile angegeben werden. Zudem ist es auch nicht erheblich, ob die Gewichtsanteile genau eingehalten werden. Große Abweichungen, wie etwa der in DE 4000162 C2 , dort Spalte 8, Bsp. 6, genannte Wert sind freilich zu vermeiden.
In einer Ausführungsform der Erfindung liegen die Gerstengrannen in etwa 2 mm bis etwa 4 cm langen Bruchstücken vor. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Gerstengrannen in etwa 4–8 mm langen Bruchstücken vorliegen. Bei diesen kleineren Bruchstücken der Gerstengranne wird die sich ergebende Netzstruktur aus Gerstengrannen und Flugschirmchen räumlich wirksamer und effektiver. Zudem erleichtert diese Stückelung der Gerstengrannen auch die maschinelle Handhabung so verstärkter Massen, da die hierbei übliche Schneckenförderung längere Partikel in unzuträglicher Weise durch Torsion zersplittern würde.
In einer Ausführungsform haben die Stammfasern eine Länge von etwa 3 mm und/oder die Seitenfasern eine Länge von etwa 10 mm. Es versteht sich, dass hierbei durchaus Längenschwankungen von etwa 50% der angegebenen Werte denkbar sind. Bei der Länge der Stammfasern ist zu berücksichtigen, dass die Länge des Samens hinzukommt.
Bei den besonders geeigneten Flugschirmchen von Rohrkolbensamen der Art Typha latifolia ergibt sich die Stammfaserlänge aus einem etwa 2 mm langen Samen und den sich daran anschließenden Bündel von Fasern mit einer Länge von 2,5 mm. Davon zweigen etwa 8,5 mm lange Seitenfasern ab. Mit diesen Flugschirmchen wurden gute Ergebnisse erzielt.
Die Erfindung betrifft einen Baustoff, beispielsweise eine Putzmischung, mit einer oben dargestellten Verstärkung. Die Anforderung nachhaltig zu bauen verstärkt die Forderung nach Baustoffen mit einem hohen Anteil nachwachsender Rohstoffe. Daher werden auch Baustoffe gefordert, besonders auch Putzmischungen, mit einer Verstärkung aus biologisch nachwachsenden Rohstoffen, wie sie oben dargestellt ist. Gerade bei Putzmischungen hat sich herausgestellt, dass eine Verstärkung durchaus bedeutsam ist. Putzmischungen ohne Verstärkungen oder mit unzureichender Verstärkung haben nämlich das Problem, dass sich beim Trocknen der Putzmischung nach dem Verputzen der feuchten Putzmischung Risse im Putz bilden können. Diese Risse sind optisch unerwünscht und beeinträchtigen mitunter die Schutzfunktion des Putzes. Die Tauglichkeit und Akzeptanz einer Putzmischung hängt daher entscheidend davon ab, dass beim Trocknen keine Rissbildung auftritt. Um Risse zu vermeiden, ist im Stand der Technik oft vorgesehen den Putz in mehreren Lagen aufzubringen und/oder ein Gewebe in den Putz einzubringen. Dies macht mehrere Arbeitsgänge erforderlich, so dass es sehr vorteilhaft ist, eine Verstärkung in die Putzmischung einzubringen, um Rissbildungen zu vermeiden. Ein besonderer Aspekt ergibt sich bei denkmalgeschützten Gebäuden, da hier mitunter nur eine Putzlage aufgebracht werden darf, so dass die Alternative, mehrere Putzmischungen aufzubringen, gar nicht gegeben ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Baustoff eine Putzmischung, die Ton enthält. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Lehmputz handeln. Bei Lehm handelt es sich bekanntlich um eine Mischung aus Sand, Schluff und Ton. Es gibt aber auch Putze mit einem sehr hohen Tonanteil, sodass gewöhnlich nicht mehr von einem Lehmputz gesprochen wird. Auch solche Putzmischungen können mit der hier beschriebenen Verstärkung gut verstärkt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Baustoff um einen mineralischen Putz und/oder einen Kunstharzputz. Derartige Putze sind am Markt sehr verbreitet und haben positive Eigenschaften hinsichtlich Langzeitstabilität, Wärmedämmung und optischem Erscheinungsbild.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Baustoff Blattpartikel von Rohrkolbenblättern. Im Vordergrund stehen dabei die Blätter der Typha angustifolia. Durch die Zugabe dieser Blätter kann die Wärmedämmung verbessert werden. Gegenüber vielen anderen nachwachsenden Rohstoffen enthalten diese Blätter kein Siliziumdioxid. Dies erlaubt es die Blätter mit scharfen Messern zu schneiden, so dass fest umrissene Partikel mit geringer Oberfläche bereitgestellt werden können. Dies führt zu einem niedrigeren Bedarf an Klebern und damit zu einer reduzierten Einschränkung der Festigkeit. Mit dem erfindungsgemäßen Baustoff, der die Verstärkung enthält, können Probleme hinsichtlich der Festigkeit weiter reduziert werden. Soweit Flugschirmchen von Rohrkolbensamen in der Verstärkung eingesetzt werden, sind auch keine Probleme hinsichtlich biologischer Verträglichkeit zu erwarten, auch wenn es sich bei den Flugschirmchen eher um Typha latifolia handelt während die Blätter normalerweise aus Typha angustifolia gewonnen werden.
Zur Herstellung eines oben geschilderten Baustoffs eignet sich folgendes Verfahren. Zunächst sind Gerstengrannen bereitzustellen. Die Gerstengrannen sind sodann mit den Flugschirmchen von Samen, wobei insbesondere Rohrkolbensamen in Betracht kommen, zu vermischen. Dabei ist wie oben geschildert der Gewichtsanteil der Gerstengrannen etwa 0,1 bis etwa zweimal so hoch wie der Gewichtsanteil der Flugschirmchen. Sodann erfolgt eine Mischung mit dem gewählten Baustoff. Im Regelfall erfolgt eine Vermischung mit einer Trockenmischung des Baustoffs. Es dürfte im Regelfall günstiger sein, zunächst die einzelnen Komponenten im quasi industriellen Maßstab mit speziell dafür ausgerichteten Mischungsgeräten zu mischen und ein Anrühren mit Wasser erst an der Baustelle vorzunehmen. Dies führt zu besseren Mischergebnissen, reduziertem Transportaufwand, da das Wasser nicht mittransportiert werden muss, und zu besserer Haltbarkeit, da Trockenmischungen besser halten. Jedoch ist zu betonen, dass die Reihenfolge der Schritte nicht zwingend ist. Es wäre auch denkbar, etwa die Flugschirmchen zur Trockenmischung des Baustoffs zu geben, diesen mit Wasser anzurühren und dann nachträglich noch Gerstengranne hinzuzufügen.
Bei der Ernte der Gerste wird das Erntegut häufig am Feld direkt in einen Mähdrescher gefördert. In vielen Fällen werden anstelle ganzer Gerstengrannen Bruchstücke von Gerstengrannen eingesetzt. Zumeist befinden sich in den Mähdreschern Grannenbrecher. In diesen wird die geerntete Gerstengranne gebrochen, sodass Bruchstücke von Gerstengranne vorliegen. Beim oben beschriebenen Verfahren werden dann anstelle der ganzen Gerstengrannen Bruchstücke von Gerstengrannen eingesetzt. Ein Vorteil von Bruchstücken im Vergleich zu ganzen Gerstengrannen ergibt sich etwa bei Putzmischungen, die dünn aufzutragen sind. Hier würden ganze Gerstengrannen optisch unerwünscht herausstehen.
In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden die Bruchstücke in der gewünschten Länge durch Siebung angereichert. Etwa bei der oben genannten geschildeten Zerkleinerung in Grannenbrechern von Mähdreschern entstehen unterschiedlich lange Bruchstücke von Gerstengrannen. Durch eine entsprechende Siebung können diejenigen Gerstengrannen, die eine nicht gewünschte Länge haben, aussortiert werden, sodass die gewünschten übrig bleiben.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Flugschirmchen keimunfähig gemacht. Dies kann durch Erhitzen und/oder Bestrahlen der Flugschirmchen, genauer gesagt der Samen, die sich am Flugschirmchen befinden, erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist es die Samen, etwa durch einen Wasserstrahl oder einen Luftstrahl von den Flugschirmchen zu entfernen. Es ist empfehlenswert die Flugschirmchen keimunfähig zu machen. Dadurch wird sichergestellt, dass kein unerwünschtes Pflanzenwachstum in der formbaren Masse, also zumeist im Baustoff, erfolgt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren noch näher dargestellt. Dabei zeigen
1 schematisch drei Flugschirmchen, deren Seitenfasern mit Bruchstücken von Gerstengrannen verbunden sind.
2 nähere Einzelheiten eines Flugschirmchens.
3 nähere Einzelheiten einer Gerstengranne.
In 1 sind drei Flugschirmchen 1 von Rohrkolbensamen dargestellt. Diese weisen jeweils ein Stammfaserbündel 2 auf. Vom Stammfaserbündel 2 zweigen jeweils eine Vielzahl von Seitenfasern 3 ab. Zu beachten ist, dass 1 sehr schematisch ist und beispielweise nicht zeigt, dass die Seitenfasern 3 auch nach unten, also in Richtung Samen 5 zeigen, wie dies aus 2 deutlich wird. Diese Seitenfasern 3, auch Seitenarme genannt, greifen in die Widerhaken der Bruchstücke 4 der Gerstengrannen ein. Damit erfolgt eine Verbindung der verschiedenen Seitenfasern 3. Es bildet sich ein stabiles räumliches Netz von verschiedenen Flugschirmchen 1 aus. Dieses Netz ist dann in der Lage, magere mineralische Zusammensetzungen soweit zu festigen, dass sie bildbar bleiben und im ausgehärtetem Zustand vielen Beanspruchungen standhalten.
In 2 wird ein einzelnes Flugschirmchen eines Rohrkolbensamens nochmal näher dargestellt. Zu erkennen ist der Samen 5. An diesen schließt sich das Stammfaserbündel 2 an. Dabei ist der Samen 5 etwa 2 mm lang und das Stammfaserbündel 2 selbst etwa 2,5 mm lang. Davon zweigen die einzelnen Seitenfasern 3 ab. Eine typische Länge für die Seitenfasern 3 sind 8,5 mm.
In 3 wird ein einzelnes Bruchstück 4 einer Gerstengranne gezeigt. Die Bruchstücke 4 der Gerstengrannen sind für die Verbindung der Seitenfasern 3 so geeignet, weil deren Widerhaken eine Form haben, an der sich die Seitenfasern der Rohrkolbensamen leicht verklemmen. An den Klemmpunkten 7 verbinden sich die Seitenfasern 3 durch Verklemmung an den Widerhaken 6.
Bezugszeichenliste

1: Flugschirmchen von Rohrkolbensamen
2: Stammfaserbündel
3: Seitenfasern
4: Bruchstücke von Gertengrannen
5: Samen der Samenflugschirmchen
6: Widerhaken
7: Klemmpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4000162 C2 [0001, 0001, 0006, 0007]

Claims

Verstärkung für einen Werkstoff aus einer formbaren Masse, insbesondere für einen Baustoff, wobei in der Verstärkung als Komponenten Gerstengrannen (4) und Flugschirmchen (1) von Samen, insbesondere von Rohrkolbensamen, vorhanden sind, wobei die Flugschirmchen Stammfasern (2) und davon abzweigende Seitenfasern (3) aufweisen, wobei die Seitenfasern (3) der Flugschirmchen (1) durch die Gerstengrannen (4) miteinander verbunden sind, wobei der Gewichtsanteil der Gerstengrannen (4) etwa 0,1 bis etwa 2 mal, beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 1 mal, so hoch ist wie der Gewichtsanteil der Flugschirmchen (1).
Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerstengrannen in etwa 2 mm bis etwa 4 cm, beispielsweise etwa 4 bis etwa 8 mm, langen Bruchstücken (4) vorliegen.
Verstärkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stammfasern (2) eine Länge von etwa 3 mm und/oder die Seitenfasern (3) der Flugschirmchen (1) eine Länge von etwa 10 mm haben.
Baustoff, beispielsweise Putzmischung, mit einer Verstärkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Baustoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff eine Putzmischung ist, die Ton enthält.
Baustoff nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff ein mineralischer Putz und/oder ein Kunstharzputz ist.
Baustoff nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff Blattpartikel von Rohrkolbenblättern enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs nach einem der Ansprüche 4 bis 7 mit folgenden Schritten: Bereitstellen von Gerstengrannen (4); Vermischen der Gerstengrannen (4) mit Flugschirmchen (1) von Samen, wobei der Gewichtsanteil der Gerstengrannen etwa 0,1 bis etwa 2 mal so hoch ist wie der Gewichtsanteil der Flugschirmchen (1); Vermischen mit dem gewählten Baustoff.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerstengrannen vor der Vermischung zerkleinert werden, so dass die Gerstengrannen als Bruchstücke (4) vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchstücke (4) in der gewünschten Länge durch Siebung angereichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugschirmchen (1) keimunfähig gemacht werden.