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Die Erfindung betrifft einen Mauerstein zur Herstellung von Mauerwerken, mit mindestens zwei ebenen Flächen. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mauersteins.
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Mauersteine und Verfahren zu deren Herstellung sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus
DE 35 20 716 A1 oder
DE 199 13 691 A1 . Mit derartigen Mauersteinen ist eine Errichtung individueller Mauerwerke möglich.
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Allerdings ist problematisch, dass zum Erreichen hinreichender Isolationseigenschaften Mauersteine insbesondere bei Wohn- oder Bürogebäuden in entsprechender Dicke (Mauerwerkdicke) verbaut werden müssen und das Mauerwerk anschließend zudem mit einer oder mehreren Schichten aus Dämmwerkstoffen verkleidet werden muss. Dies führt neben einer hinsichtlich Handhabung und Kosten aufwändigen Bauweise auch dazu, dass ein Mauerwerk stets einen großen Bauraum beansprucht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Mitteln eine platzsparende und hinsichtlich Isolationseigenschaften günstige Bauweise von Mauerwerken zu ermöglichen. Eine einfache Handhabung bei der Herstellung eines Mauerwerks ist bevorzugt.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Mauerstein mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach zeichnet sich der Mauerstein dadurch aus, dass Infrarot-Nanopartikel in den Mauerstein integriert sind/werden.
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Ein solcher Mauerstein hat den Vorteil, dass durch die Infrarot-Nanopartikel vorteilhafte Isolationseigenschaften erreicht werden können. Die Infrarot-Nanopartikel wirken als Wärmeisolationsmittel. Ein mit diesen Mauersteinen errichtetes Mauerwerk verfügt bereits ohne aufgebrachte Dämmmaterialien über derart vorteilhafte Isolationseigenschaften, dass auf zusätzliche Dämmmaterialien, bspw. Mineralwolle, verzichtet werden kann. Dadurch können Rohstoffe sowie Arbeitsaufwand und damit Kosten eingespart werden. Es lässt sich im Vergleich zu einem mit Vakuumisolatonspaneelen verkleideten Mauerwerk eine bis zu 50-fach verbesserte Isolation erreichen (Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,001 W/m*K). Dies erlaubt geringere Dicken des Mauersteins und damit des Mauerwerks einzusetzen, so dass sich Wohnraum mit besserer Isolation auf geringerer Fläche errichten lässt. Dadurch, dass eine Aufbringung von Dämmmaterialien entfallen kann, ist die Handhabung bei der Herstellung eines Mauerwerks vereinfacht.
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Bei Mauerwerken kann es sich um Wände von Bauwerken oder Gebäuden, insbesondere von Wohngebäuden, handeln. Ein Mauerwerk weist mindestens zwei Mauersteine auf. Der Mauerstein kann insgesamt beispielsweise trapezförmig oder quaderförmig ausgebildet sein. Bei dem Mauerstein kann es sich insbesondere um einen Wandbaustein handeln (Wandbaustoff). Der Wandbaustein dient zur Herstellung von Gebäudewänden, bspw. von Gebäudeaußenwänden.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können die Infrarot-Nanopartikel in den Mauerstein eingebrannt sein/werden. Auf diese Weise ist eine einfache Herstellung wie bei einem herkömmlichen Mauerstein möglich, da die Infrarot-Nanopartikel direkt bei der Herstellung des Mauersteins in diesen eingebrannt werden. Dabei werden die Infrarot-Nanopartikel in das Material des Mauersteins eingebrannt. Hierzu können die Infrarot-Nanopartikel der Ausgangsmasse des Materials des Mauersteins beigefügt werden.
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Alternativ oder ergänzend kann der Mauerstein Kanäle oder Kammern aufweisen, die zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit den Infrarot-Nanopartikeln gefüllt sind/werden. Dadurch können einem Mauerstein aus herkömmlichem Material ganz gezielt Infrarot-Nanopartikel beigegeben werden, falls gewünscht. Damit ist eine einfache Herstellung eines herkömmlichen Mauersteins (ohne Infrarot-Nanopartikel) und eines verbesserten Mauersteins (mit Infrarot-Nanopartikeln) ermöglicht. Durch Befüllung der Kanäle oder Kammern mit Infrarot-Nanopartikeln werden die Isolationseigenschaften des Mauersteins verbessert. Die Befüllung kann beim Verbauen des Mauersteins vor Ort, d.h. an der Baustelle, oder direkt bei oder nach der Herstellung des Mauersteins erfolgen. Der Aufnahmeraum für die Infrarot-Nanopartikel kann geschlossen sein (Kammer) oder zumindest einseitig offen sein (Kanal).
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können die Infrarot-Nanopartikel Kügelchen aufweisen, die im Inneren ein Vakuum aufweisen (Hohlkügelchen). Durch das enthaltene Vakuum werden die Isolationseigenschaften abermals verbessert. Bei den Kügelchen handelt es sich insbesondere um Kügelchen im Submikronbereich.
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In vorteilhafter Weise können die Kügelchen aus Glas, Keramik, Silikon oder Korund ausgebildet sein. Diese Stoffe weisen gute Isolationseigenschaften auf, so dass diese einen Übergang von Wärmeenergie zwischen einer Außenseite (unisolierte Seite) und einer Innenseite (isolierte Seite) des Mauersteins bzw. des Mauerwerks aufhalten, zumindest jedoch in erheblichem Maße verzögern.
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In vorteilhafter Weise können die Infrarot-Nanopartikel in einen Kunststoff eingebettet sein. Damit können die Infrarot-Nanopartikel über den Kunststoff in den Mauerstein integriert sein. Dabei dient der Kunststoff als Bindemittel und/oder Füllmaterial zwischen den Infrarot-Nanopartikeln, so dass diese nicht beschädigt werden.
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Im Konkreten können die Infrarot-Nanopartikel insbesondere in Form von Hohlkügelchen, bspw. Glashohlkügelchen, mit einem teilweisen Vakuum im Inneren in eine flüssige Suspension getaucht und anschließend entnommen werden, so dass diese mit der Suspension benetzt sind. Die Suspension kann flüssig gelösten Kunststoff, wie bspw. Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyurethan (PUR) enthalten. Die Suspension kann Wasser oder Aceton aufweisen, wobei die Suspension eine antibakterielle und/oder schmutzabweisende Funktion aufweisen kann. Alternativ ist eine Einbettung der als Glashohlkügelchen ausgebildeten Infrarot-Nanopartikel in niedrigschmelzendem Glas möglich (Glas hat niedrigeren Schmelzpunkt als die Glashohlkügelchen, insbesondere so, dass das Glas zumindest zähflüssig ist, die Infrarot-Nanopartikel jedoch ihre Form behalten).
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Die benetzten Infrarot-Nanopartikel können dann in den Mauerstein integriert werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass die benetzten Infrarot-Nanopartikel der Ausgangsmasse des Mauersteinmaterials beigegeben werden und/oder in die Kammern oder Kanäle des Mauersteins gefüllt werden. Durch Einbacken (Brennvorgang) und/oder Trocknung, insbesondere mittels Mikrowellen, entsteht die isolierende Masse aus Kunststoff und den Infrarot-Nanopartikeln („isolierender Vakuumschaum“). Die Masse kann bis zu 70 Volumenprozent an Infrarot-Nanopartikeln aufweisen (Hohlkügelchen). Die Zwischenräume können durch den Kunststoff gefüllt sein.
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Im Konkreten kann der Mauerstein als Hauptbestandteil Sand, Ton oder Porenbeton aufweisen. Damit ist der Hauptbestandteil des Mauersteins aus einem herkömmlichen Mauersteinmaterial gebildet, so dass Herstellung und Verarbeitung des verbesserten Mauersteins denen eines herkömmlichen Mauersteins weitestgehend ähneln. Dies erleichtert Herstellung und Verarbeitung des Mauersteins.
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Zur Trocknung des Mauersteins und insbesondere der Infrarot-Nanopartikel können Mikrowellen eingesetzt werden (Mikrowellenofen). Durch die Mikrowellen kann ganz gezielt eine Trocknung der Infrarot-Nanopartikel erfolgen. Der hierzu erforderliche Energieeintrag ist gering. Dabei kann ein Mikrowellenofen in Form eines Mikrowellen-Durchlaufofens eingesetzt werden.
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Im Konkreten können die zwei ebenen Flächen des Mauersteins als zwei planparallele Flächen ausgebildet sein. Diese können eine Auflagefläche bilden, mit der ein Mauerstein mit weiteren Mauersteinen in Stapelrichtung in Kontakt ist (Mauerstein liegt mit Auflagefläche auf weiterem Mauerstein auf). Die Auflagefläche kann auch als Lagerfläche oder Setzfläche bezeichnet werden.
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Zweckmäßigerweise kann der Mauerstein in Draufsicht (Blickrichtung entlang des Normalenvektors der planparallelen Flächen) verschiedene Querschnitte aufweisen. Dabei kann der Querschnitt dreieckig, trapezförmig, rechteckig oder L-förmig ausgebildet sein oder einen Kreisringabschnitt bilden. Wie bereits erwähnt, kann der Mauerstein insgesamt trapezförmig oder quaderförmig ausgebildet sein.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mauersteins zur Herstellung von Mauerwerken mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Dabei können die gleichen Vorteile erreicht werden wie im Zusammenhang mit dem Mauerstein bereits beschrieben, so dass auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird.
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Zur vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die im Zusammenhang mit dem Mauerstein beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in verfahrensmäßiger Hinsicht lesen lassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente teilweise lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Mauersteins in einer schematischen und perspektivischen Ansicht;
- 2 eine Ausgestaltung des Mauersteins in einer schematischen Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittachse A-A, bei der der Mauerstein mit Infrarot-Nanopartikel gefüllte Kammern/Kanäle aufweist;
- 3 eine weitere Ausgestaltung des Mauersteins in einer schematischen Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittachse A-A, bei der Infrarot-Nanopartikel in den Mauerstein eingebrannt sind; und
- 4 eine weitere Ausgestaltung des Mauersteins in einer schematischen Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittachse A-A, bei der der Mauerstein mit Infrarot-Nanopartikel gefüllte Kammern/Kanäle aufweist und Infrarot-Nanopartikel in den Mauerstein eingebrannt sind.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Mauerstein, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Mauerstein 10 dient zur Herstellung von Mauerwerken (nicht dargestellt).
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Der Mauerstein 10 weist mindestens zwei ebene Flächen 12, 14 auf. In den Mauerstein 10 sind Infrarot-Nanopartikel 16 integriert.
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Die Infrarot-Nanopartikel 16' sind gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit in den Mauerstein 10 eingebrannt (siehe 3 und 4). Hierzu werden die Infrarot-Nanopartikel 16' in das Material des Mauersteins 10 eingebrannt. Zuvor werden die Infrarot-Nanopartikel 16 der Ausgangsmasse des den Mauerstein 10 bildenden Materials beigefügt.
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Alternativ (2) oder ergänzend (4) weist der Mauerstein 10 gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit Kammern 18 auf, die mit den Infrarot-Nanopartikeln 16“ gefüllt sind. Die Kammern 18 sind endseitig, also zu den Flächen 12 und 14 hin, verschlossen. Hierzu dient eine dünne Schicht 20, 22 des den Mauerstein 10 bildenden Materials.
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Die Infrarot-Nanopartikel 16 weisen Kügelchen auf, die im Inneren ein Vakuum aufweisen (nicht dargestellt). Die Kügelchen sind aus Glas, Keramik, Silikon oder Korund ausgebildet.
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Die Infrarot-Nanopartikel 16 sind in einem Kunststoff eingebettet, so dass die Infrarot-Nanopartikel 16 über den Kunststoff in den Mauerstein 10 integriert sind. Hierzu können die Infrarot-Nanopartikel 16 in Form von Glaskügelchen in eine flüssige Suspension mit Kunststoff getaucht und anschließend entnommen werden, so dass diese mit der Suspension benetzt sind. Die Suspension kann flüssig gelösten Kunststoff, insbesondere Polyurethan (PUR), enthalten.
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Die benetzten Infrarot-Nanopartikel 16 können dann in den Mauerstein 10 integriert werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass die benetzten Infrarot-Nanopartikel 16 der Ausgangsmasse des Mauersteinmaterials beigegeben werden und/oder in die Kammern oder Kanäle 18 des Mauersteins 10 gefüllt werden. Durch Einbacken und/oder Trocknung mittels Mikrowellen entsteht die isolierende Masse aus Kunststoff und den Infrarot-Nanopartikeln.
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Der Mauerstein 10 weist als Hauptbestandteil Sand, Ton oder Porenbeton auf.
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Die zwei ebenen Flächen 12, 14 sind als planparallele Flächen 24, 26 ausgebildet (siehe 1). Der Mauerstein 10 weist in Draufsicht - Blickrichtung entlang des Normalenvektors 28 der planparallelen Flächen 24, 26 im Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Mauerstein 10 ist im Ausführungsbeispiel insgesamt quaderförmig ausgebildet. Vereinfacht ausgedrückt können die Infrarot-Nanopartikel 16" in im Mauerstein 10 ausgebildeten Kammern 18 angeordnet sein (siehe 2). Der Mauerstein 10 ist aus herkömmlichem Material ausgebildet, das zumindest einen der oben genannten Hauptbestandteile aufweist.
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Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit können die Infrarot-Nanopartikel 16' in das Material des Mauersteins 10 eingebrannt sein (siehe 3). Der Mauerstein 10 kann dann ohne Kammern/Kanäle ausgebildet sein (siehe 3) oder bspw. luftgefüllte Kammern/Kanäle aufweisen (nicht dargestellt). Die Ausgestaltung der Kammern/Kanäle kann derjenigen der in den 2 und 4 gezeigten Ausgestaltung entsprechen. Der Ausgangsmasse des Mauersteins 10, das zumindest einen der oben genannten Hauptbestandteile aufweist, sind Infrarot-Nanopartikel 16 in Form von Glashohlkügelchen mit teilweisem Vakuum im Inneren beigegeben, wobei die Glashohlkügelchen mit einer Suspension aus flüssig gelöstem Kunststoff, insbesondere PUR, benetzt sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit können die Infrarot-Nanopartikel 16' in das Material des Mauersteins 10 eingebrannt sein und die Infrarot-Nanopartikel 16" in im Mauerstein 10 ausgebildeten Kammern 18 angeordnet sein (siehe 4). Dem Ausgangsmaterial des Mauersteins 10, das zumindest einen der oben genannten Hauptbestandteile aufweist, sind Infrarot-Nanopartikel 16 in Form von Glashohlkügelchen mit teilweisem Vakuum im Inneren beigegeben, wobei die Glashohlkügelchen mit einer Suspension aus flüssig gelöstem Kunststoff, insbesondere PUR, benetzt sind. Zudem sind in im Mauerstein 10 ausgebildeten Kammern 18 Infrarot-Nanopartikel 16" in Form von Glashohlkügelchen mit teilweisem Vakuum im Inneren angeordnet, wobei die Glashohlkügelchen mit einer Suspension aus flüssig gelöstem Kunststoff, insbesondere PUR, benetzt sind.
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Das Verfahren zur Herstellung des Mauersteins 10 läuft folgendermaßen ab:
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Bei der Herstellung des Mauersteins 10 werden Infrarot-Nanopartikel 16 in den Mauerstein integriert. Hierzu werden die Infrarot-Nanopartikeln 16 in Form von Glashohlkügelchen mit teilweisem Vakuum im Inneren in eine Suspension aus flüssig gelöstem Kunststoff, insbesondere PUR, getaucht und anschließend entnommen. Die Glaskügelchen sind dann mit der Suspension benetzt.
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Die Integration von Infrarot-Nanopartikeln 16 in den Mauerstein 10 kann dadurch erfolgen, dass die Infrarot-Nanopartikel 16' bei der Herstellung des Mauersteins 10 in den Mauerstein 10 eingebrannt werden. Dabei werden die Infrarot-Nanopartikel 16' in das Material des Mauersteins 10 eingebrannt. Hierzu werden die Infrarot-Nanopartikel 16' in Form mit Suspension benetzter Glashohlkügelchen der Ausgangsmasse des den Mauerstein 10 bildenden Materials beigefügt.
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Alternativ oder ergänzend können im Mauerstein 10 Kammern 18 ausgebildet werden, die mit den Infrarot-Nanopartikeln 16" in Form mit Suspension benetzter Glashohlkügelchen befüllt werden. Die Kammern 18 können nach erfolgter Befüllung verschlossen werden, insbesondere durch eine dünne Schicht 20, 22 des den Mauerstein 10 bildenden Materials.
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Der Mauerstein 10 kann als Hauptbestandteil aus Sand, Ton oder Porenbeton ausgebildet werden.
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Zur Trocknung des Mauersteins 10 und insbesondere der mit Suspension benetzten Infrarot-Nanopartikel 16 können Mikrowellen eingesetzt werden (Mikrowellenofen). Dabei kann ein Mikrowellenofen in Form eines Mikrowellen-Durchlaufofens eingesetzt werden. Nach dem Brennvorgang und/oder einer Trocknung mittels Mikrowellen entsteht die isolierende Masse aus Kunststoff und darin eingebetteten Infrarot-Nanopartikeln 16, insbesondere in Form von Glashohlkügelchen mit teilweisem Vakuum (Unterdruck) im Inneren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3520716 A1 [0002]
- DE 19913691 A1 [0002]
