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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Holz-Beton-Verbundkörper sowie dessen Herstellverfahren.
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Im Bereich der Gebäudefassaden, insbesondere im Bereich der Fassadengestaltung ist es wünschenswert, Elemente für eine Betonfassade zur Verfügung zu stellen, die alle statischen, baulichen und Energiesparerfordernisse erfüllt, dabei jedoch leicht und einfach mit dem Baukörper verbindbar ist. Holz-Beton-Verbundkörper sind hierfür besonders geeignet, da sie durch den Holzanteil deutlich leichter sind als reine Betonteile. Dies wird noch verbessert durch den seit ca. 2004 bekannten Textilbeton, bei dem die traditionell aus Stahl bestehende Armierung durch ein Textil ersetzt wird, wodurch weiter Gewicht gespart wird.
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Aus der
DE 10 2012 105 594 A1 ist ein Betonelement bekannt, bei dem ein Träger aus Holz oder Metall eine Armierung aus einer mit Kunststoff beschichteten textilen Bewehrung aufweist, die ein Gewebe, ein Gelege, ein Gewirk, ein Geflecht oder eine unidirektionale Struktur sein kann, bevorzugt aus einer Glasfaser oder einer Kohlefaser. Mit diesem Betonelement soll ein relativ dünnes Wand- oder Deckenelement herstellbar sein, welches eine große Tragkraft aufweist. Hierzu ist das Wand- oder Deckenelement als Rahmenkonstruktion ausgebildet, welches auf seiner großflächigen unmittelbar mit einer Sandwichkonstruktion aus in Beton eingebettetem textilen Material bespannt, ist. Die Gefache können mit einem Isoliermaterial versehen sein.
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Aus der
DE 10 2016 100 455 A1 ist ein textiles Gewebe als Armierung bekannt, welches auf einen Grundrahmen aufgebracht werden soll, der Garnhalteeinrichtungen im Bereich seiner Außenkanten aufweist, wobei die Garnhalteeinrichtungen zugleich Umlenkpunkte des Garns bilden, da das Garn auf den Grundrahmen mit einer Verlegeinrichtung aufgespannt werden soll. Die so hergestellten Teile aus Rahmen und Garn werden in eine Schalung verbracht und dort mit Feinbeton vergossen, wobei der Grundrahmen oberhalb der Schalung verbleibt und daher nicht eingegossen wird. Es besteht ein unmittelbarer Kontakt von Beton zu Grundrahmen. Durch dieses Vorgehen sollen die als nachteilig beschriebene Verwendung von vorgefertigten, flächigen Matten als Bewehrung vermieden und eine flexible, genau an die spätere Verwendung des Fertigteils angepaßte Bewehrung erreicht werden.
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Aus der
DE 20 2006 015 693 U1 ist ein Verbundelement aus einer stahlarmierten Leichtbetonschalplatte und einem Holzträgerelement bekannt, wobei Trägerelement und Plattenelement einander unmittelbar kontaktieren und durch mindestens ein Anschlusselement miteinander verbunden sind. Das Anschlusselement ist dabei einerseits in das Plattenelement eingebettet und andererseits in mindestens einer nutförmigen Vertiefung des Trägerelements mit einer Beton-Vergussmasse vergossen. Zwischen den zueinander beabstandeten Trägerelementen kann ein Isoliermaterial vorgesehen sein.
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Aus der
DE 202 10 714 U1 ist ein Holz-Beton-Verbundelement mit integriertem Klimasegment bekannt, welches ein Holzbauteil, ein Betonbauteil und eine darin eingebettete Armierung sowie mit der Armierung verbundene Querkraftanker aufweist, die durch die Beton- und Holzschicht verlaufend sind.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik sind die entweder umständliche Herstellungsweise oder die unflexible Handhabung.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen verbesserten Holz-Beton-Verbundkörper einschließlich seiner Herstellung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Holz-Beton-Verbundkörper, aufweisend einen Holzrahmen, eine Betonplatte, in der eine Armierung in Form einer Textillage angeordnet ist, dadurch gelöst, dass am Holzrahmen angeordnete und in die Betonplatte mit Textillage nur über einen Teilbereich ihrer axialen Länge eingegossene Abstandshalter vorgesehen sind, wobei die Abstandshalter die Textillage tragend sind, wobei die Betonplatte nur die Abstandshalter und nicht den Holzrahmen kontaktierend ist, so dass eine Hinterlüftung per Spalt ermöglicht ist. Diese Merkmalskombination erlaubt mit großem Vorteil sowohl einen besonders leichten Holz-Beton-Verbundkörper als auch einen, der alle Anforderungen an die moderne Gebäudetechnik erfüllt, insbesondere eine Hinterlüftung ermöglicht. Der Holzrahmen dient zur Befestigung des Verbundkörpers an einem Baukörper sowie zur Befestigung an benachbarten Holzrahmen, wodurch insbesondere eine Fassade aus diesen Bauelementen erstellbar ist. Die Vorteile einer Armierung in Form einer Textillage wurden bereits beschrieben. Die Erfindung vermeidet nun mit großem Nachteil die unmittelbare Kontaktierung der die Armierung aufweisende Betonplatte mit dem Holzrahmen selber. Stattdessen kontaktiert die Betonplatte nur die Abstandshalter und dies nur über einen Teil von deren axialer Länge, nämlich den Teil, der näher an der Betonplatte als am Holzrahmen befindlich ist. Hierdurch kann zum einen in bekannter Weise zwischen den Holzrahmenbestandteilen eine Isolierung vorgesehen sein, als auch zwischen Betonplatte und Holzrahmen eine Hinterlüftung per Spalt erfolgen, wobei im Spalt eine diffusionsoffene Folie angeordnet sein kann. Die Abstandshalter sind erfindungsgemäß nur über einen Teilbereich ihrer axialen Länge in die Betonplatte eingegossen und tragen mit Vorteil die Armierung, die insbesondere an ihnen befestigt ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der beanspruchte Verbundkörper ein einheitlicher Verbundkörper, bei dem nicht ein oder mehrere, gesondert gefertigte, Teile zusammengefügt werden müssen. Die Umgießung der Abstandshalter, also deren vollumfängliche Einbettung in Beton im Bereich der umgossenen axialen Länge, stellt eine sichere Verbindung von Betonplatte zu Tragrahmen her. Letzterer kann erfindungsgemäß auch aus einem Kunststoff bestehen, insbesondere auch aus einem Holzwerkstoff oder einem Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffes. Unter Holzrahmen wird daher nicht nur ein Rahmen aus Voll- oder Leimholz verstanden, auch wenn im Folgenden stets nur von Holz gesprochen wird.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abstandshalter einstückig mit dem Holzrahmen ausgebildet sind. Dies bedeutet erfindungsgemäß, dass die entsprechenden Holzrahmenstücke Anformungen in Form der Abstandshalter aufweisen.
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Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Abstandshalter am Holzrahmen befestigt sind. Dies erlaubt mit großem Vorteil eine höhere Gestaltungsvariabilität bei den Abstandshaltern bei gleichbleibenden und konstruktiv einfacheren Holzrahmen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abstandshalter mittels einer Formschlussverbindung mit dem Holzrahmen verbunden ausgebildet sind, insbesondere mittels eines hinterschnittenen Nutkanals. Eine solche Formschlussverbindung, und im ganz besonderen Maße in Form einer hinterschnittenen Nut, erlaubt die Verbindung von Abstandshalter und Holzrahmen ohne Verwendung von Verbindungsmitteln wie z.B. Schrauben oder Nägeln. Dies reduziert zum einen weiter das Gewicht und erleichtert zum anderen die Herstellung, insbesondere dann, wenn die Abstandshalter auf die entsprechend gestalteten Holzrahmen einfach aufschiebbar sind.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abstandshalter auf ihrer zur Armierung bzw. zur Textillage weisenden Seite eine Oberflächenprofilierung aufweisen, insbesondere Nuten, bevorzugt hinterschnittene Nuten. Diese Oberflächenprofilierung dient dazu, einzelne Stränge der netzartigen Armierung aufzunehmen und es so zu ermöglichen, die Armierung auf den Holzrahmen auf Zug belastet zu spannen. Hierbei liegen die Stränge dann jeweils an einer Wand der Oberflächenprofilierung an. Besonders einfach ist dies möglich, wenn diese Seite der Abstandshalter mit Nuten versehen wird, insbesondere mit sich kreuzenden Nuten. Erfindungsgemäß ist dabei eine Mehrzahl von Nuten vorgesehen, insbesondere 2, 3, 4 oder 5 parallel zueinander und in gleicher oder unterschiedlicher Anzahl dazu, orthogonal verlaufende Nuten. Das Hinterschneiden eines solchen Nutkanals bewirkt mit Vorteil eine Erschwerung des Herausrutschens der Armierung während des Spannvorganges von den Abstandshaltern.
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Dadurch, dass die Oberflächenprofilierungen als Vorsprünge ausgebildet sind, insbesondere als invers angeordnete, kegelstumpfförmige Vorsprünge, ist eine Anpassung der Oberflächenprofilierung an alle denkbaren Betriebsbedingungen ermöglicht. Insbesondere führt eine derartige runde Ausgestaltung dazu, dass die runden Fasern der netzförmigen Armierung nicht beschädigt werden, gleichzeitig wird durch den „auf die Spitze“ gestellten Kegelstumpf letzten Endes eine Hinterschneidung erreicht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Armierung aus einer Carbonfaser besteht, insbesondere aus einer nicht mit einem Polymer umhüllten Carbonfaser. Eine derartige Carbonfaser muss nicht extra umhüllt werden, ein Aushärtungsschritt kann unterbleiben, die damit verbundenen Probleme werden vermieden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass die Armierung aus einem Carbonfasernetz besteht. Ein derartiges Carbonfasernetz ist in einem ähnlichen Maße auf Zug belastbar, wie Stahl, dabei jedoch besonders leicht. Die Armierung ist wie geschildert erfindungsgemäß netzartig ausgebildet und nicht notwendigerweise gewebt oder geflochten. Die Längs- und Querfasern können auch nach Art der bekannten Stahlarmierungsmatten angeordnet sein, also alle Querfasern über den darunter liegenden Längsfasern verlaufend.
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Mit besonders großem Vorteil schlägt die Erfindung vor, dass die Armierung, bzw. das Carbonfasernetz zusätzlich Zuganker aufweist. Diese Zuganker sind insbesondere Z-förmig ausgebildete, in etwa büroklammergroße oder kleinere Drahtbügel, die auf die entsprechenden Kreuzungspunkte aufgelegt sind oder mit diesen verbunden sind, beispielsweise aufgeklebt.
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Mit besonderem Vorteil schlägt die Erfindung vor, dass zwischen Betonplatte und Holzrahmen eine diffussionsoffene Folie und eine Hinterlüftung angeordnet sind, wobei die Hinterlüftung aus einem Leerraum zwischen diffussionsoffener Folie und Betonplatte besteht, hierdurch sind die baulichen Anforderungen leicht erfüllbar.
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Die Verfahrensaufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gelöst, wonach der zuvor beschriebene Holz-Beton-Verbundkörper herstellbar ist mittels der aufeinander folgenden Schritte a) Herstellen eines Rahmens mit Abstandshaltern b) Auflegen einer nicht-metallischen Armierung auf die Abstandhalter und c) Einlegen des in Schritt b) erhaltenen Rohkörpers in eine Schalung, wobei die Armierung in Richtung der Schalung weist und Gießen einer Betonschicht über einen Teilbereich der axialen Länge der Abstandshalter, sodass der Holzrahmen nicht von der Betonschicht kontaktiert wird. Damit wird der zuvor beschriebene Holz-Beton-Verbundkörper in einfacher Weise einteilig hergestellt, es müssen nicht zwei gesondert hergestellte Bauteile miteinander verbunden werden. Ein derartiges Verfahren erlaubt es auch, die Dicke der Betonschicht nach den Anforderungen zu variieren. Diese Dicke kann insbesondere zwischen zwei und sechs Zentimetern betragen.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch weitergebildet, dass eine diffussionsoffene Folie zwischen Armierung und Holzrahmen eingebracht wird, was entweder in Schritt a) oder zwischen Schritt a) und b) oder nach Schritt c) erfolgt. Schließlich kann auch noch vorgesehen sein, die Gefache der Holzrahmenkonstruktion mit Isoliermaterial zu versehen.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
- 1: zeigt schematisch eine perspektivische Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundkörper im Rohzustand vor dem Gießen,
- 2: zeigt einen Querschnitt durch einen fertiggestellten Holz-Beton-Verbundkörper entlang der Linie I-I aus 1.
- 3: eine Ausführungsform der Oberflächenprofilierung eines Abstandshalters und
- 4: einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Verbundkörpers.
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1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Holzrahmen 2 mit darauf befestigten Abstandshaltern 7 und als Armierung dienende Textillage 4. Ein solches Bauteil stellt einen Rohkörper des erfindungsgemäßen Verbundkörpers da, wie er sich nach dem Schritt b) ergibt. Die hier vom Holzrahmen 7 unterschiedlichen Abstandshalter 7 könnten erfindungsgemäß auch einstückig Teil des Holzrahmens 2 sein. Die Abstandshalter 7 weisen eine durch schwarze Rauten angedeutete Oberflächenprofilierung 11 auf, in die einzelne Stränge 18 der als Armierung wirkenden Textillage 4 eingreifend sind. Die Oberflächenprofilierung 11 ist bei dieser Ausführungsform aus sich rechtwinklig kreuzenden Nuten 12 gebildet, je drei zueinander parallele Stränge 18 greifen in die parallelen Nuten einer Raumrichtung ein, so dass sich die Zugkraft auf diese drei verteilt. Die Abstandshalter 7 sind dabei so ausgebildet, dass sie, wie in diesem Fall dargestellt, zwei oder drei der hier quer verlaufenden Fasern der Textillage 4 in ihren jeweiligen Nuten aufnehmen können, sodass das ausreichend Möglichkeit besteht, Zug auf die Textillage 4 zu bringen. Die Textillage 4 ist hier als gitterförmiges Carbonfasernetz ausgebildet. Anstelle eines Holzrahmens könnte auch ein Rahmen aus einem Holzwerkstoff, einem Holz-Kunststoffverbundwerkstoff oder einem reinen Kunststoff vorgesehen sein. Daher wäre auch ein Kunststoff-Beton-Verbundkörper erfindungsgemäß. 1 zeigt einen annähernd quadratischen Holzrahmen 2, jedoch sind selbstverständlich rechteckige Holzrahmen 2 oder anders geformte, insbesondere polygone, Rahmen 2 erfindungsgemäß. Zu beachten ist, dass bei dieser schematischen Darstellung aus Anschaulichkeitsgründen nicht alle sichtbaren Linien dargestellt sind, insbesondere sind lediglich drei von vier Abstandshaltern angedeutet, grundsätzlich sichtbare Linien unterhalb der Armierung sind weggelassen. Die Erfindung ist nicht auf vier Abstandshalter 7 pro Rahmen 2 beschränkt, es können auch mehr als zwei pro Seite des Rahmens 2 vorgesehen sein.
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2 zeigt einen Querschnitt durch einen fertigen Holz-Beton-Verbundkörper 1 in etwa entlang der Linie I-I aus 1. Zu erkennen sind zwei Latten 16, die einen Teil des Holzrahmens 2 bilden. Zwischen diesen ist ein Isoliermaterial 17 angeordnet. Diese Abstandshalter 7 weisen eine axiale Länge 6 auf, die teilweise von der Betonplatte 3 umgossen und damit überdeckt ausgebildet ist. Nicht dargestellt ist die in der Betonplatte 3 angeordnete Textillage 4, die dort als Armierung wirkt. Die Dicke der Carbonbeton-Vorschale beträgt 22-25 mm und ist damit extrem dünn. Zu erkennen ist weiterhin eine diffussionsoffene Folie 15, die zwischen Betonplatte 3 und Holzrahmen 2 angeordnet ist, insbesondere Holzrahmenseitig. Der Holzrahmen 2 kann dabei ohne Weiteres Größen von 3 m x 2,50 m aufweisen, auch 4 m x 4 m, oder andere Größen sind erfindungsgemäß. Die Betonplatte 3 ist aus Sichtbeton gefertigt, sodass die auf der Zeichnung links dargestellte Seite der Betonplatte 3 gleichzeitig die spätere Fassade im Benutzungsfall bildet. Der Spalt zwischen der zum Holzrahmen 2 weisenden Seite der Betonplatte 3 und dem Holzrahmen 2 selber beträgt 5-8 mm. Er kann jedoch größer oder kleiner ausfallen, insbesondere können es auch 10 mm oder mehr sein.
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3 zeigt ein Detail der Oberflächenprofilierung 11 eines Abstandshalters 7 in kombinierter Aufsicht und Seitenansicht sowie einen Teil der als Armierung wirkenden Textillage 4 in Form eines Carbonfasernetzes. Die Oberflächenprofilierung 11 ist in Form von hinterschnittenen Nuten 12 zwischen Vorsprüngen 13 ausgebildet, die hier eine quadratische Oberfläche aufweisen, erfindungsgemäß aber auch insbesondere als umgekehrte Kegelstümpfe ausgebildet sein können und damit eine runde abschließende Oberfläche aufweisen. Zu erkennen ist, dass je drei Stränge 18 die Zugkraft aufnehmen, gesonderte Zuganker sind bei dieser Ausführungsform nicht vorhanden. Diese wären insbesondere an einigen Kreuzungspunkten der Stränge 18 angeordnet.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundkörpers 1 mit einer Betonplatte 3, die die Randbereiche des Rahmens 2 umgreift und in die eine Textillage 4 als Armierung eingebracht ist, wobei diese schematisch bündig mit dem freien Ende der Abstandshaltern 7 abschließend als Balken gezeigt und in den Beton eingebettet ist. Die Einbettung erfolgt dabei bevorzugt nicht mittig in der Betonplatte 3 sondern eher in demjenigen Drittel der Dicke, das in Richtung des Rahmens 2 liegt. Die Abstandshalter 7 sind mit Befestigungselementen 8 an den Latten 16, bzw. dem Rahmen 2 befestigt. Die Befestigungselemente 8 sind hier insbesondere Schrauben oder Nägel. Gut zu erkennen ist auch hier, dass nur ein Teilbereich 5 der axialen Länge 6 der Abstandshalter 7 von Beton umgossen ist. Die randständigen Abstandshalter 7 sind etwas von der nach außen gerichteten Oberfläche des Rahmens 2 zurückgesetzt ausgebildet, um auch auf dieser Seite eine Einbettung des jeweiligen Abstandshalter 7 in den Beton zu ermöglichen und diesen so vor Korrosion zu schützen. Nicht dargestellt sind Isolationsmaterial oder eine Dampfsperre zwischen Betonschicht 3 und Rahmen 2. Zu erkennen ist jedoch die sehr dünne und damit gewichtssparende Ausführung der Betonplatte 3, die sehr leichte und doch tragfähige, miteinander verbindbare Verbundkörper 1 ergibt, so dass sich ohne weiteres bspw. Fassanden herstellen lassen, die sämtlichen aktuellen Anforderungen an Wärmedämmung und Energiehaushalt des zugehörigen Gebäudes erfüllen. Die Dicke der Betonschicht 3 entspricht den zuvor genannten Maßen, kann aber auch dicker ausfallen, falls gewünscht.
