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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen standardisierten Formstein sowie dessen Variation und Kombination in verschiedenen Formaten sowie Größen und darauf zugeschnittene konstruktive Formteile zur Errichtung von Wänden und Bauwerken ohne die Verwendung von Bausanden oder bausandfähigen Recyclingstoffen. Anwendungsgebiet der Erfindung sind die baustoffherstellende und -verarbeitende Industrie.
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Stand der Technik
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Zur Errichtung von Mauern und gemauerten Gebäuden sind hand- und oder industriell gefertigte Formsteine aus Lehm, mineralischen Rohprodukten und auch harzgebundenen Zuschlagstoffen in der allgemeinen Nutzung. Diese Steine werden in einem bewährten Verbund mittels Kleber, mineralischem Mörtel oder formschlüssig zu einer Wand verbunden. Verbund, Masse, Festigkeit und Formschlüssigkeit der Steine sowie Ausführung des Klebers oder Mörtels sind Garant für die Haltbarkeit der Wände, Häuser oder Bauwerke. Historisch betrachtet kamen ebenfalls behauene Feldsteine aus stabilen Mineralien zum Einsatz. Unter dem Markennamen Kern-Haus wird ein System aus Hohlkammersteinen mit formschlüssiger Verbindung, oben und unten offen, aus Styropor vermarktet. Nach Aufbau der Styroporsteinwände werden diese nachträglich mit Beton vergossen, welcher der Wand somit die erforderliche Festigkeit verleiht.
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Ebenso werden für Wände im Garten- und Landschaftsbau, vornehmlich zum Abfangen von leichten Hängen, Steine aus mineralischen Rohstoffen mit hohlen Körpern genutzt. In die Hohlkörper werden zur Erlangung der notwendigen Masse und Festigkeit mineralische Materialien aus Sand geschüttet. Die Füllung in den offenen Hohlkörpern dient gleichzeitig zum Verbund der Steine untereinander in vertikaler Richtung.
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Konstruktionsmaterialien wie z. B. Decken und Dachstühle werden überwiegend aus Holz und Stahl bzw. Stahlbeton gefertigt.
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Bekannt sind Voll- und Hohlsteine in verschiedensten Formaten und Ausformungen, die mit material- oder formschlüssiger Verbindungstechnik zu Wänden verbunden werden. So beschreibt beispielsweise
US 5,855,102 Hohlsteine für Stapel- und Steckverbindungstechniken, die mit nachträglicher Kernfüllung aus Beton zu tragfähigen Wänden verbunden werden (System „Kernhaus“). Ebenso werden in zahlreichen Schriften Böschungs- bzw. Pflanzsteine aus dem Garten- und Landschaftsbau beschrieben, die gestapelt und anschließend mit Erdreich verfüllt werden und so die erforderliche Standfestigkeit als Wand oder Pflanzmauer erlangen (
DE 102010019586A ;
DE102010050633 ;
DE29518157U1 ;
DE19654529C2 ;
DE4214078A1 ;
DE8903494U1 ;
DE7825831U1 ).
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Für die Herstellung der Voll- und Hohlsteine und/oder deren Verwendung wird Bausand benötigt. Unter dem Begriff „Bausand“ sind Sande verschiedener Körnung zu verstehen, deren Körnchen reichlich Ecken und Kanten haben und die damit für die Verarbeitung als Baustoff z. B. in Beton nutzbar sind. Die Einsatzbereiche von Bausand sind äußerst vielfältig. So wird Bausand auch zum Mauern, Verputzen, Pflastern, Verfugen, Estrichherstellen oder Auffüllen verwendet. Die Herkunft des Bausandes ist in Europa eng mit eiszeitlichen Gesteinsverschiebungen und der anschließenden Bearbeitung der Gesteine in Schmelzwasserbächen verbunden.
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Der rücksichtslose Eingriff des Menschen in den Naturhaushalt führte bzw. führt zum Versiegen natürlicher Rohstoffe bzw. macht immer größere Aufwendungen erforderlich, diese Stoffe zu gewinnen und aufzubereiten. So ist in letzter Zeit die Endlichkeit der Ressource Bausand in den Fokus der Öffentlichkeit geraten und versiegende Bausandressourcen machen ein Umdenken in der Bauindustrie für eine „Post-Bausand-Ära“ erforderlich. So stellt die Entwicklung von bausandfreien Steinsystemen einen notwendigen Schritt zur Umgehung der Abhängigkeit von der endlichen Ressource Bausand dar.
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Unter den bausandfrei konzipierten Formsteinsystemen sind:
- - Steine aus Polymerbeton bekannt, die aus einem Füllstoff und Polymerharz vor Ort mittels einer Produktionsanlage hergestellt werden und spezifisches Fachwissen zur Steinproduktion vor Ort sowie den Transport der Anlage vor Ort bedürfen ( DE 10 2007 055 033 A1 ). Diese Steine besitzen ein hohes Gewicht, das zur Festigkeit und Lastübertragung der Mauern erforderlich ist.
- - Hohlsteinmauern ohne Verfüllung aus Plastik bekannt, die zur Erlangung der Festigkeit horizontal und vertikal mit Stahlverstrebungen armiert werden ( JP 2013 - 036330A , CN 2026-58790U , unabhängig von konstruktiven Einbauten. Diese Mauern benötigen neben Plastik auch Stahl. Materialausführungen und Wandstärken sind nicht bekannt.
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Allerdings werden für oben aufgeführten Polymerbetonsteine Fachwissen und Produktionsmaschinen am Ort der Steinherstellung wie auch beim Recycling benötigt. Alternative zentrale Produktionsstätten wiederum würden Transportkapazitäten für die schweren Steine benötigen und vor Ort verfügbare Materialien kämen dann nicht zum Einsatz.
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Des Weiteren sind die beschriebenen Steine aus Plastik und Stahl in ihrer Kombination und Materialstärke den statischen Erfordernissen anzupassen, vor Ort verfügbare Materialien kommen ebenfalls nicht zum Einsatz und der Einsatz von Stahl macht einen nicht unerheblichen Massenanteil aus.
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Ziel und Aufgabe der Erfindung
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Somit besteht die Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber der bekannten Bautechnik verbessertes und stabiles Bausystem zur einfachsten Verwendung, mit geringen Transportaufwendungen bereitzustellen, bei dem auf die Verwendung von Bausand-Materialien verzichtet wird sowie die eingesetzten Materialien zu 100 % recyclebar gestaltet werden.
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Die Aufgabe wird durch einen Formstein gemäß Anspruch 1 und dessen Verwendung gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere mögliche Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung, den Zeichnungen und den Beispielen.
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Wesen der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Formstein ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen oben und unten offenen Kunststoffhohlkörper (1) umfasst ( ), der zur Erlangung der erforderlichen Masse mit einer losen trockenen Schüttung aus bausandfreien Materialien gefüllt wird. Unter Verwendung von erfinderischen Verbindungselementen (7, 8), nachfolgend auch als Klammern bezeichnet, werden die erfindungsgemäßen Formsteine vor der Befüllung derart miteinander verbunden und fixiert, dass sie nach Befüllung mit einem trockenen Füllstoff zur Lastabtragung von konstruktiven Bauteilen wie Stürzen, Balken, Laibungen und ähnliches verwendet werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verbindung der Formsteine untereinander über klammerförmige Verbindungselemente (7, 8). Kraft- oder materialschlüssige Verbindungen (z. B. Kunststoffschweißen) sind allerdings ebenfalls denkbar. Die Verbindung zwischen Stein und Füllstoff erfolgt formschlüssig.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Lastübertragung zwischen dem Kunststoffhohlkörper und dem Füllstoff die innere Oberflächenstruktur der Hohlkörper (1) mit Schuppen (5) derart ausgebildet, dass der Lastdruck des Füllstoffes auf die Hohlsteine übertragen wird ( ).
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Beim Vorgang des Füllens können zur gleichmäßigen Verteilung des Füllstoffes Hilfswerkzeuge eingesetzt werden, die den Füllstoff vibrierend in den Formstein zwingen.
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Je nach Materialeigenschaften des Kunststoffhohlkörper (1) kann der Formstein Verstärkungsstreben zwischen den Wänden umfassen.
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Die Abmessungen der Steine dieser Erfindung sind an die üblichen Steinformate angepasst und ermöglichen somit eine nach üblichen Baumaßen gestaltete Bauweise. Vorteilhafterweise beträgt die Länge des Grundkörpers (1) 24 cm oder beliebige Vielfache von 24 cm, die Höhe 24 oder 36 cm und die Tiefe des Grundkörpers (1) jedes Maß zwischen 15 und 36 cm. Aufgrund des geringen Gewichts können auch größere Abmessungen ausgeführt werden und dennoch mit einfacher Muskelkraft verlegt werden (9) ( , und ).
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Formstein in einem Dreierblock (6) ( ) gefertigt. Unter Verwendung der Verbindungselemente können damit Mauern im allgemein bekannten Mauerwerksverband ( bis ) errichtet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Kunststoffhohlkörper vorrangig aus Recyclingmaterial. Als Füllstoffe werden regionale Materialien der Baustellenregion verwendet. Damit kann das Transportgewicht der Formsteine derart optimiert werden, dass die Produktion der Hohlsteine in Kompetenzzentren wirtschaftlich ermöglicht wird und dennoch die Transportkosten zur Baustelle minimiert werden.
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Die Gestaltung und Konstruktion der Formsteine ermöglicht es während der Montage der offenen Kunststoffhohlkörper zur Wand und vor der Befüllung mit trockenem bausandfreiem Schüttstoff auch gleichzeitig technische Installationen wie Kabel und Rohrleitungen im Hohlraum zu verlegen. Die dazu notwendigen Durchführungen zwischen Hohlraum und Raum werden anschließend mit Kunststoffrosetten verklebt.
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Der erfindungsgemäße Systemstein und dessen Verwendung zur Errichtung von Mauern und Gebäuden werden im Folgenden detaillierter beschrieben.
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Äußere Form und Abmessung:
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Es sind rechtwinklige kubische Formen in allen Abmessungen denkbar. Aufgrund standardisierter Bauteile von Fenstern, Türen etc. umfassen die erfindungsgemäßen Systemsteine Steinbreiten in üblichen Mauerwerksstärken (z. B. 240 mm oder 360 mm oder weitere).
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An allen 8 Verbindungs- und Auflageflächen (3) des Kunststoffhohlkörper (1) (je 4 Stirnseiten oben und unten des Hohlkörpers) sind Aussparungen (4) in statisch erforderlicher Anzahl und Abmessung zur Aufnahme der Verbindungselemente (7, 8, 10, 11, 13) vorgesehen. Äußerlich ist der Systemstein an allen 4 Außenflächen identisch aufgebaut. Somit ist die Einbaurichtung der Systemsteine variabel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Verbindungs- und Auflageflächen (3) zwischen zwei Steinlagen konstruktiv formschlüssig, d.h. gleich oder adäquat als Nut und Feder oder Plan als Klebefläche ausgebildet.
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Form und Gestaltung im Inneren des Hohlkörpers
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Die innere Oberfläche ist derart ausgebildet, dass der Füllstoff hindernisfrei in den Hohlraum gelangt und dort alle Hohlräume ausfüllt. Bei statischer Erfordernis sind Schuppen (5) oder andere Oberflächenstrukturen - nachfolgend als Profilierungen bezeichnet - auf der Wandinnenfläche derart ausgebildet, dass die Last des Füllstoffs auf den Hohlkörper übertragen wird ( ). Über die horizontalen Flächen der Profilierungen erfolgt die Lastübertragung auf den Formstein. Spitz auslaufende Profilierungen erleichtern eine vollvolumige Einbringung der Schüttung sowie die Lastübertragung auch auf die darunterliegenden horizontalen Flächen. Über Vibrationsinjektoren wird die gleichmäßige Verteilung des Füllstoffes begünstigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind je nach statischer Erfordernis zur Stabilisierung der Hohlkörperwände Aussteifungen über Eck oder zwischen den gegenüberliegenden Seiten geeignet.
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Material und Wandstärken
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Das Hohlkörper-Material des Systemsteins ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus Kunststoff besteht, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Kunststoff aus Recyclingmaterial gebildet wird. Als Kunststoffe geeignet sind alle recyclebaren und formbaren Polymerisate wie HDPE; PP; PVC Polyacrylate sowie Polymerverbindungen (Copolymere), Biokunststoffe wie PHB oder Zellulose-Kunststoff-Verbundmaterialien. Die Wandstärken (2) werden durch die Druck- und Zugfestigkeit des Kunststoffes bestimmt.
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Verbindungselemente
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Die Verbindung von zwei Systemsteinen erfolgt über klammerförmige Verbindungelemente (7, 8), ebenfalls aus Kunststoff bestehend, die in den dafür vorgesehenen Aussparungen (4) der Auflagenflächen (3) des Grundkörpers (1) passgenau eingesetzt werden. Jede Klammer verbindet dabei die beiden aneinandergereihten Systemsteine sowie die beiden darüber liegenden Steine der nächsten Lage.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind für die beiden dem Raum bzw. der Außenseite und der Laibung zugewandten Seiten adäquate Klammern vorgesehen, jedoch mit halber Breite, da diese nur je 2 Steine in je zwei Lagen verbinden.
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Jedes der klammerförmigen Verbindungselemente innerhalb der Mauer (8) (Innenklammern) besteht aus einem Verbindungssteg in Größe der Aussparungen (4) sowie 2 gegenüberliegenden Platten und bildet im Schnitt die Form des Buchstaben „H“. Die beiden Platten überragen die Aussparung um ca. 2 cm in jede Richtung. Mit der genauen Passform des Verbindungsstegs hinsichtlich Steinbreite und Aussparungen pressen die Klammern die Steine aneinander und verhindern während der Bauphase ein Auseinanderdriften der Formsteine. Steine der darüber liegenden Lage werden anschließend von oben in die Klammern eingepasst. Jede Klammer innerhalb der Mauer nimmt somit 4 Steine auf ( , und ).
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Verbindungselemente an den Außenseiten der Mauer (7) (Außenklammern) sind analog zu den Innenklammern, jedoch nur mit halber Steglänge gestaltet, so dass sie konstruktiv für die Aufnahme von 2 übereinanderliegenden Steinen vorgesehen sind.
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Weitere Ausgestaltungen der Verbindungselemente für Befestigungskonstruktionen:
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Durch eine Verbindung von Klammen (9) nebeneinanderliegender Steine oder kreuzweise Verbindungen von 4 Klammern eines Steins (10) sowie durch Verwendung vertikaler Verbindungselemente (12) können konstruktiv höher belastbare Anker realisiert werden; z. B. zur Herstellung von Laibungen, Ringankern oder zur Aufnahme der Befestigungen von Fenster- und Türrahmen oder ähnlichen konstruktiven Bauteilen.
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Kreuzweise verbundene Verbindungselemente zur Herstellung von Mauerwerksecken (13) sind so auszubilden, dass die Kräfte in den jeweils nächsten Stein übertragen werden.
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Als vertikale Verbindungselemente (12) werden dabei bevorzugt stabförmige Formteile aus Kunststoff eingesetzt.
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Festigkeit und Masse
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Bevorzugt wird je Steinlage die Wand mit losem, trockenem bausandfreien Sand oder anderem schüttfähigen bausandfreien Material befüllt. Um das nachträgliche Schwinden des Füllmaterials zu vermeiden, ist eine vollvolumige Füllung des Systemsteins sicherzustellen. Dies kann durch Vibrationsinjektoren erfolgen.
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Durch eine derartige Füllung mit bausandfreiem Schüttstoff erreicht der Systemstein die Masse eines herkömmlichen mineralisch gefertigten Steines.
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Um dem durch Körperschall, z. B. durch Straßenverkehr, zu erwartendem Schwund des Füllstoffes durch Nachsickern zu entgegnen, sind in einer bevorzugten Ausführungsform an den Konstruktionsübergängen zwischen Wand und Dach Nachfüllöffnungen vorgesehen.
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Stürze
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Stürze werden mittels konstruktiver Einlagen nach statischer Erfordernis erstellt. Die aufliegenden Teile eines Sturzes sind konstruktiv wie die Formsteine ausgebildet.
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Fensterbänke
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Fensterbänke sind mit Klammern ausgebildet, die ein Aufstecken der Fensterbänke auf die Formsteine ermöglichen.
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Deckenbalken / Dachbalken
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Die Ausbildung der Decken- und Dachbalken ist in verschiedenen Materialien (Kunststoff, Holz, Stahl) denkbar. Die Auflagepunkte auf das Mauerwerk sind dem Stein-Klammer-System entsprechend zu gestalten.
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Sohlstein
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Der Sohlstein (unterste Steinreihe) ist vorzugsweise mit geschlossenem Boden auszubilden. Damit wird bei Unebenheiten im Bautoleranzbereich ein Herausrieseln des Füllstoffes vermieden.
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Die Gestaltung des Formsteins und dessen erfinderische Art der Verbindung zu Mauern und Gebäuden ermöglicht auch eine konstruktive Integration installationstechnischer Einbauten in größeren Blöcken wie Unterkonstruktionen für sanitäre Anlagen, für Küchen, Bauteile von Zu- und Abluftanlagen, Elektrodosen und elektrische Schaltanlagen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Formsteinsystem zur einfachen und wirtschaftlichen Errichtung von Gebäuden zur Verfügung bereitgestellt, dessen Nutzung insbesondere in ländlichen, strukturschwachen Regionen vorteilhaft ist.
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Die konstruktiven Elemente werden werkseitig präzise gefertigt und können aufgrund Ihres geringen Gewichts kostengünstig zur Verwendungsstelle transportiert werden. An der Verwendungsstelle werden lokal verfügbare Füllmaterialien, die den größten Gewichtsanteil des Gebäudes ausmachen, hinzugefügt. Vor Ort kann anschließend das einfache Baukastensystem ohne Spezialkenntnisse zusammengefügt werden.
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Für die Herstellung der Formsteine kann Recyclingmaterial genutzt werden. Der hohe mögliche Grad der Standardisierung ermöglicht geringe Herstellungskosten. Die Formsteine sind nach Ihrer Nutzung wieder recyclebar.
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Neben den standardisierten Formsteinen kommt lokal verfügbares bausandfreies Füllmaterial ohne hohe spezifische Anforderungen zum Einsatz.
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Figurenliste
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- Formstein als Grundkörper
- Formstein als Dreierblock (Triple)
- Innenwandprofilierung in Kegelform als mögliche Ausführung
- - Verlege- und Verbindungssystematik
- Darstellung in Einzelelementen
- Untere Steinreihe und Verbindungselemente bereits montiert
- 6 Formsteine mit Verbindungselementen verbunden
- Verbindungselement zur Verteilung horizontaler Lasten in Einzelelementen
- Verbindungselement zur Verteilung horizontaler Lasten in darunterliegender Steinreihe montiert
- Verbindungselement zur Verteilung vertikaler Lasten in Einzelelementen
- Verbindungselement zur Verteilung vertikaler Lasten in zwei Einzelsteinen montiert
- Anordnung von Steinen zur Darstellung eines Eckverbands
- Anordnung von Steinen wie in , jedoch vereinfachte Darstellung ohne Zwischenstege; Variation der Verbindungselemente 7 und 9 für eine Eckverbindung
- Darstellung wie in , jedoch nach Einsetzen der Eckverbindung und mit Darstellung der Verbindungselemente „Außenklammer“ und „Innenklammer“
- Darstellung wie in , jedoch nach Einsetzen aller Verbindungselemente in der unteren Steinreihe; Darstellung des Eckverbinders in der zweiten Steinreihe
- Darstellung des Steinverbands der ersten und zweiten Steinreihe; Darstellung aller Verbindungselemente zwischen zweiter und dritter Steinreihe
- Darstellung des Eckverbands für drei Steinreihen mit allen zugehörigen Verbindungselemente
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formstein, Grundkörper
- 2
- Hohlkörperwand
- 3
- Verbindungs- und Auflagefläche
- 4
- Aussparung zur Aufnahme der Verbindungselemente
- 5
- Hohlkörper Wandinnenfläche
- 6
- Formstein als vorgefertigter Dreierblock (Verbundform - Triple)
- 7
- Verbindungselemente für Außenverbindung (2 Steine übereinander) - „Außenklammer“
- 8
- Verbindungselement für Innenverbindung (je 2 Steine neben- und übereinander) - „Innenklammer“
- 9
- Verbindungselemente mit linearen Verbindungsstegen zur horizontalen Lastübertragung der Zug- und Druckkräfte auf nebenliegende Steinreihe bzw. -reihen
- 10
- Verbindungselemente mit kreuzartigen Verbindungsstegen zur vertikalen Lastübertragung
- 11
- Loch zur Aufnahme eines Verbindungselements zur vertikalen Lastübertragung
- 12
- Vertikales, stabförmiges Verbindungselement für vertikale Lastübertragung der Zug- und Druckkräfte auf darunterliegende Steinreihe bzw. -reihen
- 13
- Verbindungselement als Variation der Verbindungselemente 7 und 9 für einen Eckverband
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5855102 [0005]
- DE 102010019586 A [0005]
- DE 102010050633 [0005]
- DE 29518157 U1 [0005]
- DE 19654529 C2 [0005]
- DE 4214078 A1 [0005]
- DE 8903494 U1 [0005]
- DE 7825831 U1 [0005]
- DE 102007055033 A1 [0008]
- JP 2013 [0008]
- JP 036330 A [0008]
- CN 202658790 U [0008]
