DE102017112226A1

DE102017112226A1 - Wandelement und Wandsystem

Info

Publication number: DE102017112226A1
Application number: DE102017112226.5A
Authority: DE
Inventors: Lothar Betz; Manuela M. Koch; Karsten U. Tichelmann
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2018-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wandelement mit einem Wandkern und einer Beplankung sowie deren Verwendungen als einzelnes Wandelement und als Wandsystem zusammen mit weiteren Wandelementen. Das Wandelement kann für tragende Wände eingesetzt werden. Die gezielte Kombination und Ausrichtung der eingesetzten Bestandteile führt zu einem Bauelement bzw. Bausystem, das ohne die im Holz- und Stahl- bzw. Metallbau üblichen Ständerwerke auskommt, komplett die statisch tragenden Funktionen übernimmt und bauphysikalische Eigenschaften sowie ökologische und ökonomische Vorteile miteinander vereint. Die Wandelemente sind schadstofffrei und aus rezyklierbarem Material hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wandelement mit einem Wandkern und einer Beplankung sowie deren Verwendungen als einzelnes Wandelement und als Wandsystem zusammen mit weiteren Wandelementen. Das Wandelement kann insbesondere für tragende oder nichttragende Wände eingesetzt werden. Die gezielte Kombination und Ausrichtung der erfindungsgemäß eingesetzten Bestandteile führt zu einem Bauelement bzw. Bausystem, das ohne die im Holz- und Stahl- bzw. Metallbau üblichen Ständerwerke auskommt, komplett die statisch tragenden Funktionen übernimmt und bauphysikalische Eigenschaften sowie ökologische und ökonomische Vorteile miteinander vereint. Insbesondere sind die Wandelemente schadstofffrei und aus rezyklierbarem Material hergestellt, insbesondere aus zellstoffbasiertem Material. Darüber hinaus lassen sich die Wandelemente leicht herstellen und sehr schnell montieren.
WO 2009/056117 A1 offenbart ein Zellstoffverbundelement - unter anderem für den Einsatz dieses Elementes zwischen die Holz- oder Metallständer von Trockenbauwänden. Das Ständerwerk übernimmt hier die tragende Funktion und das beschriebene Zellstoffverbundelement ist als statisch nicht tragendes Element vorwiegend für die Wärmedämmung gedacht. Die Elemente können dennoch unbeplankt oder beplankt eingebaut werden, wobei sie keine statisch tragende Funktion übernehmen. Die Wellenbahnen der Wellenbögen des Zellstoffverbundelements können parallel oder kreuzweise zueinander ausgerichtet werden. Die Ausrichtung der Wellenbahnen hat hier keinen statischen Hintergrund, sondern nur einen wärmeisolierenden Vorteil. Es wird eine Steckverbindung verwendet, um die Zellstoffverbundelemente zwischen dem Ständerwerk ohne eine entstehende Wärmebrücke zu verlegen. Die Verbindungstechnik wurde nicht als statisch tragende Verbindung vorgesehen. Die Druckschrift offenbart nicht die erfindungsgemäße Ausrichtung des eingesetzten Materials und den konstruktiven Aufbau des Wandelements zum ständerlosen statisch tragenden Wandsystem.
EP 1 522 647 A1 beschreibt ebenfalls ein Wandelement auf Basis von Papier und Holz. Das dort beschriebene Wandelement ist aus imprägnierten Papierschichten aufgebaut. Die Imprägnierung ist notwendig, um die erforderliche Steifigkeit zu erzielen. Das Imprägniermittel ist ein Harz, das auch als Klebstoff dient. Das Dokument offenbart nicht den erfindungsgemäßen Aufbau eines Wandelements, insbesondere nicht die Ausrichtung der Wellenbahnen und die Dickenverhältnisse. Ferner sind die Wellenbahnen dieser Erfindung insbesondere nicht mit Harz imprägniert. Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile sind in dem Wandelement des Standes der Technik nicht zu erwarten.
Es besteht daher ein Bedarf an einfach zu fertigenden, wirtschaftlichen, schadstofffreien, rezyklierbaren und schnell montierbaren Wandelementen, vorzugsweise aus nachwachsenden Rohstoffen, die sogar als tragende Wandsysteme eingesetzt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der Patentansprüche. Diese sehen ein Wandelement mit einem Wandkern und Beplankung vor, wobei die Beplankung den Wandkern raumseitig abgrenzt, wobei der Wandkern eine Mehrzahl von Wellenbögen aufweist, die wenigstens zwei oder wenigstens drei Wellenbahnen umfassen, wobei die Wellenbahnen aus einem zellulosehaltigen Material, insbesondere Papier oder Pappe bestehen, wobei die Wellen der Wellenbahnen innerhalb eines Wellenbogens dieselbe Ausrichtung aufweisen, wobei die Wellentäler der Wellenbahnen parallel zur Höhe des Wandelements und in vertikaler Richtung verlaufen, und wobei das Verhältnis der Dicke des Wandkerns d_K zur Dicke des Wandelements dw (die Bezeichnungen d_k und dw sind der angehängten 6 zu entnehmen) wenigstens 0,65 und vorzugsweise höchstens 0,80 beträgt. In einer Ausführungsform werden die Wandelemente hintereinander mit abwechselnden Federelementen angeordnet und bilden ein Wandsystem.
Eine Wellenbahn ist insbesondere ein zusammenhängendes Stück zellulosehaltigen Materials, das in welliger Form angeordnet ist. Dabei haben innerhalb einer Wellenbahn vorzugsweise alle Wellen im Wesentlichen die gleiche Amplitude und Verlaufsrichtung.
Der Wandkern ist insbesondere der Teil des Wandelements, der sich auf der raumabgewandten Seite der Beplankung befindet und im Falle zweiseitiger Beplankung zwischen den Beplankungselementen angeordnet ist.
Die Wellenbahnen, die insbesondere aus Wellpappe bestehen können, weisen Wellen auf, so dass sich Hohlräume innerhalb der Wellenbögen ausbilden. Diese sind erfindungsgemäß bevorzugt nicht verfüllt, insbesondere befindet sich in den Hohlräumen Luft, was die Wärmedämmung positiv unterstützt. Der Wellenverlauf ist vorzugsweise bei im Wesentlichen allen Wellenbahnen des Wandelements parallel, damit ist gemeint, dass bezogen auf die Anzahl der Wellen innerhalb des Wandelements sowie optional auch im Bereich der Federelemente zwischen den Wandelementen pro laufendem Meter wenigstens 90% der Wellen, insbesondere wenigstens 95% oder wenigstens 98%, vorzugsweise wenigstens 99% oder 100%, dieselbe Verlaufsrichtung aufweisen.
Die genannte Ausgestaltung eines Wandelements erlaubt eine Optimierung der Eigenschaften des Wandelements insbesondere im Hinblick auf seine Tragfähigkeit, und insbesondere bezüglich der Anforderungen an nichttragende und tragende Eigenschaften. Die Wellenbahnen verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen ununterbrochen über die gesamte Länge des Wellenbogens und/oder der Höhe des Wandelements. Entsprechend soll die Höhe und/oder die Breite der Beplankung die Höhe beziehungsweise die Breite des Wandkerns um nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5% oder nicht mehr als 3%, bezogen auf die Höhe beziehungsweise Breite des Wandkerns überragen.
Die Beplankung kann erfindungsgemäß bevorzugt aus plattenförmigen Beplankungselementen bestehen, die zur Verstärkung der Tragfähigkeit des Wandelements und zum raumseitigen Abschluss des Wandelements in Hinblick auf Feuchte-, Brand-, und Schallschutz dienen. Die Beplankungselemente können Dicken in einem Bereich von je 5 bis 25 mm, bis 60 mm oder bis 40 mm, insbesondere von je 10 bis 16 mm, aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung, ist das Wandelement doppelt beplankt, so dass auf einer Seite zwei (oder auch mehr) Beplankungselemente vorgesehen sind. In diesem Fall weist die Beplankung vorzugsweise Dicken im Bereich zwischen 10 bis 60 mm pro Seite auf. Eine Mindestdicke sollte nicht unterschritten werden, um die Widerstandsfähigkeit des Wandelements gegenüber Einwirkungen und die bauphysikalischen Anforderungen sicherzustellen. Das Wandelement weist vorzugsweise auf beiden Raumseiten Beplankungselemente auf, wobei die Beplankung vorzugsweise auf die beiden Raumseiten des Wandelements beschränkt ist. Eine zusätzliche Beplankung des Wandelements an den Stirnseiten sowie der Deckenseite und/oder der Bodenseite ist vorzugsweise nicht vorgesehen. Die Beplankungselemente können in Form von Platten ausgeführt sein, insbesondere in Form von Holzfaserplatten wie zement- oder gipsgebundene Spanplatten, Mehrschichtplatten, Holz- oder Gipsfaserplatten und OSB-Platten, Gipskartonplatten, Kunststoffe wie Acrylplatten, Metallplatten und ESB-Platten. Eine Anordnung eben genannter Platten kann auch innerhalb des Wandkerns vorgesehen werden, beispielsweise im Wechsel mit Wellenbahnen, insbesondere aus Wellpappe. Das Wandelement kann insbesondere mindestens eine, mindestens zwei oder mindestens drei solcher Platten im Wandkern aufweisen. Die Platten sind vorzugsweise nicht vorgespannt.
Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Wandelement, bei dem das Verhältnis der Dicke des Wandkerns d_k zur Dicke des Wandelements d_w zwischen 0,75 und 0,8 liegt. Dieses erfindungsgemäße Verhältnis hat sich als vorteilhaft erwiesen, da auf diese Weise ein besonders tragfähiges Wandelement mit wenig Beplankungsmaterial erhalten wird. Bei größeren Wanddicken mit einem Verhältnis von d_k zu dw > 0,8 ist die Beplankungsdicke zu erhöhen, um den Wert 0,8 zu erreichen.
Die Gesamtdicke dw der Wandelemente beträgt vorzugsweise wenigstens 7 cm, insbesondere wenigstens 8 cm, oder wenigstens 10 cm. Für die Anwendung als tragende Wand haben sich Dicken von wenigstens 10 cm oder wenigstens 18 cm als nützlich erwiesen. Es ist dabei ausreichend, eine Dicke von 25 cm und insbesondere 22 cm nicht zu überschreiten. Die Dicke des Wandkerns beträgt vorzugsweise von 5 bis 20 cm, insbesondere von 5,5 bis 10 cm oder von 12 bis 20 cm für tragende Wandelemente.
Das Wandelement dieser Erfindung ist ein flächiges Element, das zum Errichten von Wänden dienen kann. Daher ist das Wandelement dergestalt optimiert, dass es einer vertikalen Belastung - also einer Lasteinwirkung parallel zur Wandhöhe - bestmöglich widerstehen wird, und bei tragender Anwendung gleichzeitig zur Horizontalaussteifung - also einer Lasteinwirkung in Wandscheibenrichtung - dient. Weiter ist das Wandelement so optimiert, dass es sich gegenüber statischen Belastungen, wie ruhenden Horizontallasten und Konsollasten, sowie stoßartigen Belastungen widersetzen kann.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung eines Wandelements als tragendes oder nicht-tragendes Wandelement und die Verbindung der Wandelemente zum Wandsystem. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird das Wandelement in Kombination mit wenigstens einem Federelement zur Verbindung von dem Wandelement mit wenigstens einem weiteren Bauteil als Wandsystem verwendet. Das weitere Bauteil kann vorzugsweise ein weiteres erfindungsgemäßes Wandelement sein. Das Federelement ist vorzugsweise so aufgebaut wie das erfindungsgemäße Wandelement (insbesondere mit Kern und Beplankung wie das Wandelement), wobei es eine Dicke hat, die um die Gesamtdicke der Beplankung des Wandelements (d_W - d_K) verkleinert ist. Das Wandelement weist vorzugsweise Ausnehmungen im Zwischenraum der Beplankung auf, die es erlauben, eines oder mehrere Federelemente in die Ausnehmung hinein zu schieben. Zwei Wandelemente, die mit einem oder mehreren Federelementen verbunden werden können, weisen insbesondere Ausnehmungen auf, die eine Gesamtbreite haben, die im Wesentlichen der Breite eines Federelements entspricht. Das Federelement kann eine Höhe haben, die im Wesentlichen der Höhe des Wandelements entspricht, ggf. abzüglich der Höhe eines Rähms und/oder einer Schwelle, so dass das Federelement das Wandelement auf ganzer Höhe mit dem weiteren Bauteil verbindet.
Insbesondere kann das Wandelement zusammen mit wenigstens einem horizontalen Lastverteilungselement, insbesondere einem Rähm oder einer Schwelle, verwendet werden, um einen kraftschlüssigen Anschluss des Wandelements an die benachbarten Bauteile zu ermöglichen. Über verschiedene Verbindungsmittel wie Schrauben, Nägel, Klammern, Holzdübel o.ä., können die Wandelemente über das Federelement untereinander sowie über das Rähm und die Schwelle mit den benachbarten Bauteilen verbunden werden.
Die Höhe eines erfindungsgemäßen Wandelements ist vorzugsweise auf höchstens 6 m oder höchstens 4 m, insbesondere höchstens 3,5 m oder höchstens 3,3 m begrenzt. Die Geschosshöhen in Neubauten liegen in der Regel bei 2,71 m bzw. in Altbauten bei 3,21 m. Daher sollte das Wandelement vorzugsweise eine Höhe von wenigstens 2,5 m, insbesondere 2,6 m oder 2,7 m nicht unterschreiten. Bevorzugte Wandelementhöhen liegen daher bei 2,55 m bzw. 3,05 m. Die Maschinenbreite der Wellpappanlage sollte in der Lage sein, diese Maße zu produzieren.
Die Breite eines Wandelements beträgt vorzugsweise b > 4*dw. Die Maximalbreite eines Wandelements kann bis zu 5 m, oder bis 8 m betragen. Um die Handhabbarkeit nicht zu beeinträchtigen, sollte die Breite einen Wert von b = 2,8 m, 2,5 m, 2 m oder 1,75 m vorzugsweise nicht überschreiten. Die bevorzugten Wandelementbreiten von b = 1,25 m und b = 0,625 m haben sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, da sie an das Rastermaß von Holz- und Metallständerwänden angepasst sind und die Beplankungsmaterialien mit entsprechender Breite bauüblich zur Verfügung stehen.
In dem erfindungsgemäßen Wandelement können die Wellenbögen untereinander mit einem Klebstoff, insbesondere einem ökologischen Wasserglasklebstoff, miteinander verbunden werden, oder einem Klebstoff auf Basis von Polysacchariden, insbesondere Stärke, wie Mais-, Weißen-, Kartoffelstärke.
Geeignete Wasserglasklebstoffe sind Wasserklebstoffe mit oder ohne einem Anteil an Wachs. Die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten reinen Wasserglasklebstoffe sind wässrige, kolloidale Natrium- oder Kalium-Salzlösungen aus polymeren Kieselsäuren, welche klare bis milchige Lösungen ausbilden. Sie können für fast alle Oberflächen verwendet werden und zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit, erhöhten Brandschutz, schnelle Härtung und erhöhten Feuchteschutz aus. Die mit einem Zusatz von Wachs eingesetzten Wasserglasklebstoffe weisen einen Anteil von Wachs von vorzugsweise ca. 5 bis 12 g pro Liter Wasserglas auf. Sie haben sich als brandschutzverbessernd erwiesen und als ausreichend tragfähig, da sie gegenüber der innerhalb der Wellenbögen vorzugsweise verarbeiteten Klebstoffe wie Weizen- oder Maisstärke ähnlich große Zugscherfestigkeit von etwa 1 N/mm² und mehr aufweisen. Allerdings sind sie nur schwer bis nicht in Wasser löslich, was die Verarbeitung bezüglich einer auftretenden stofflichen Entmischung erschwert. Die reinen Wasserglasklebstoffe, insbesondere ohne Zusatz von Wachs, haben Zugscherfestigkeiten von 6 N/mm² und mehr und können für die Verklebung der Wellenbögen untereinander vorzugsweise verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Wandelement, in dem die Wellenbögen untereinander mit Klebstoffen auf Basis von Polysacchariden, insbesondere Stärke, wie Mais-, Weizen-, Kartoffelstärke, verbunden sind. Diese Klebstoffe haben den Vorteil, dass sie aus natürlichen Rohstoffen gewonnen werden und schadstofffrei sind. Auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Klebstoffe haben sich diese Kleber als vorteilhaft erwiesen. Bevorzugte Klebstoffe sind Polysaccharid-Klebstoffe, insbesondere wasserbasierte Stärkeklebstoffe. Diese Klebstoffe zeichnen sich durch ihre schnelle Klebewirkung aus und sind hitzeempfindlich, wodurch der Aushärtungsmechanismus schnell und mit wenig Energiezufuhr aktiviert wird. Außerdem bieten sie die Möglichkeit, feinste Klebefilme aufzutragen und dadurch die benötigte Menge an Klebstoff zu minimieren. Die Klebstoffe enthalten keinerlei gefährliche Inhaltsstoffe.
Für die Verklebung der Wellenbögen mit der Beplankung können andere, auf biologischer Basis hergestellte Klebstoffe mit Längs-Zugscherfestigkeiten von mindestens 10 N/mm² eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird ein Kleber auf Polyurethanbasis verwendet. Bevorzugt ist ein Wandelement, bei dem Wellenbögen und Beplankung mit einem Kleber auf Polyurethanbasis miteinander verbunden sind. Dieser Kleber hat sich als besonders vorteilhaft in Hinblick auf die Tragfähigkeit des Wandelements erwiesen. Die im Wandelement dieser Erfindung eingesetzten Klebstoffe sind vorzugsweise keine Harzklebstoffe und/oder Klebstoffe in Form von Schaum.
Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Wandelement, das einen Wandkern mit wenigstens 3, wenigstens 4, wenigstens 5, wenigstens 7, wenigstens 10, wenigstens 12 oder wenigstens 14 Wellenbögen aufweist. Bevorzugt weist der Wandkern höchstens 50, höchstens 30, höchstens 20 oder höchstens 18 Wellenbögen auf. Die bevorzugte Anzahl an Wellenbögen sowie die geeignete Kombination aus weicheren bzw. härteren Wellenbahnen innerhalb der Wellenbögen ergibt sich zum Einen aus den erfindungsgemäß gewünschten statischen und bauphysikalischen Eigenschaften des Wandelements und zum Anderen aus der baupraktischen Umsetzung hinsichtlich eines nutzungsorientierten und wirtschaftlichen Verhältnisses von Materialverbrauch und Tragfähigkeit. Vorzugsweise werden für Innenwände wenigstens 3 und höchstens 7 Wellenbögen und für tragende Innenwände wenigstens 7 und höchstens 16 Wellenbögen vorgesehen. Bei tragenden Außenwänden werden vorzugsweise wenigstens 12 und höchstens 25 Wellenbögen vorgesehen.
Die Dimensionen der Wellenbahnen weisen vorzugsweise Wellenhöhen h von wenigstens 2 mm und höchstens 12 mm, insbesondere wenigstens 3 mm bis 8 mm oder bis 6 mm auf. Die Wellenteilung t beträgt dabei vorzugsweise wenigstens 5 mm und höchstens 20 mm, insbesondere wenigstens 6 mm und höchstens 12 mm. Dies gilt vorzugsweise für alle Wellenbahnen innerhalb des Wandelements.
Bevorzugt sind Wellenbögen, die wenigstens drei Wellenbahnen aufweisen, insbesondere mit gleichartigen Wellenbahnen. Im Wesentlichen weist von denen wenigstens eine Wellenbahn eine Wellenhöhe h von wenigstens 4 mm bis <6 mm (große Welle) auf und wenigstens eine Wellenbahn weist eine Wellenhöhe h von wenigstens 3 mm bis <4 mm (kleine Welle) auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Wellenhöhe innerhalb einer Wellenbahn im Wesentlichen konstant. „Im Wesentlichen konstante Wellenhöhe“ meint, dass die Wellenhöhe innerhalb einer Wellenbahn um höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%, im Verhältnis zu der mittleren Wellenhöhe in der Wellenbahn abweicht. Die Wellen innerhalb einer Wellenbahn, insbesondere der mit der kleineren Wellenhöhe h, weisen vorzugsweise Wellenteilungen t von <8 mm auf, insbesondere von 6,5 mm bis 8 mm. Die Wellen innerhalb einer anderen Wellenbahn, insbesondere der mit der größeren Wellenhöhe h, weisen vorzugsweise Wellenteilungen t von wenigstens 8 mm auf, insbesondere bis zu 12 mm oder <11 mm.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Wellenteilung innerhalb einer Wellenbahn im Wesentlichen konstant. „Im Wesentlichen konstante Wellenteilung“ meint, dass die Wellenteilung innerhalb einer Wellenbahn um höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%, im Verhältnis zu der mittleren Wellenteilung in der Wellenbahn abweicht. In bevorzugten Ausführungsformen folgen auf eine Wellenbahn mit kleinerer Wellenhöhe und/oder Wellenteilung zwei oder mehr Wellenbahnen mit größerer Wellenhöhe und/oder Wellenteilung. Es sind auch Ausführungsformen erfindungsgemäß, in denen ausschließlich Wellenbahnen mit größerer Wellenhöhe und/oder Wellenteilung eingesetzt werden. Bei Wahl dieser Ausgestaltung werden besonders gute Tragfähigkeiten erzielt. Die Wellenbögen weisen insgesamt vorzugsweise eine Höhe von wenigstens 12 mm und höchstens 20 mm oder höchstens 16 mm auf. Vorzugsweise sind die Wellenbögen so angeordnet, dass eine Wellenbahn mit kleiner Welle der Beplankung am nächsten ist. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Wellenbögen eine Dichte von wenigstens 50 kg/m³, mehr bevorzugt zwischen 80 und 150 kg/m³, insbesondere von 100 bis 120 kg/m³ auf.
Zwischen den Wellenbahnen eines Wellenbogens können Zwischenlagen angeordnet sein, die vorzugsweise nicht gewellt sind. Diese Zwischenlagen können eben verlaufende Bahnen sein, die aus einem zellulosehaltigen Material, insbesondere Papier oder Pappe bestehen. Zwischen den Wellenbögen können insbesondere Decklagen angeordnet sein, die aus demselben Material wie die Wellenbahnen bestehen können, insbesondere aus einem zellulosebasierten Werkstoff wie Papier oder Pappe. Diese sind die Außenschichten der Wellenbögen und schließen diese nach außen hin ab. Zwischenlagen und Decklagen können mit Hilfe eines Klebstoffs oder anderweitig mit den Wellenbahnen verbunden sein. In einer Ausführungsform werden mehrere Wellenbögen miteinander verbunden, so dass eine Lage vorhanden ist, die aus zwei Decklagen besteht. Zwischenlagen und/oder Decklagen verlaufen vorzugsweise parallel zu der Beplankung.
Beispiele
Untersuchungen an Wellpappe
Zugprüfungen

Ziel: Ermittlung der Zugfestigkeit von dreiwelliger Wellpappe in Anlehnung an DIN EN 319:1993-08 „Spanplatten und Faserplatten - Bestimmung der Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene“
Fazit: Die maximale charakteristische Zugfestigkeit von Wellpappe wird bei Belastung parallel zur Plattenebene, parallel zur Wellenrichtung, erreicht (siehe 5). Sie betrug 2,99 N/mm².

Druckprüfungen

Ziel: Ermittlung der Druckfestigkeit von dreiwelliger Wellpappe in Anlehnung an DIN EN 789:2005-01 „Holzbauwerke - Prüfverfahren: Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Holzwerkstoffen“
Fazit: Die maximale Druckfestigkeit von Wellpappe wird bei Belastung parallel zur Plattenebene und senkrecht zur Herstellrichtung, in Wellenrichtung (siehe 5), erreicht. Sie betrug im Mittel 0,75 N/mm².

Biegeprüfungen

Ziel: Ermittlung des Biege-Elastizitätsmodul und der Biegefestigkeit von dreiwelliger Wellpappe in Anlehnung an DIN EN 408:2004-08 „Holzbauwerke - Bauholz für tragende Zwecke und Brettschichtholz: Bestimmung einiger physikalischer und mechanischer Eigenschaften“
Fazit:
1. 1. Die maximalen charakteristischen Biegefestigkeit für Wellpappe wurde bei Belastung parallel zur Plattenebene und senkrecht zur Herstellrichtung (siehe 5) erreicht. Die charakteristische Biegefestigkeit betrug im Mittel zwischen 1,39 und 1,44 N/mm².
2. 2. Die maximalen E-Biegemoduln Wellpappe wurde bei einer Belastung senkrecht zur Plattenebene und parallel zur Herstellrichtung, erreicht. Der Mittelwert der E-Moduln betrug zwischen 1.123 N/mm² und 1.640 N/mm².
3. 3. Die größten Biegebeanspruchungen konnten Prüfkörper bei Belastung senkrecht zur Plattenebene und senkrecht zur Herstellrichtung aufnehmen. Belastungen bis 8.115 N wurden bei Prüfkörpern der Dicke d = 19,4 cm erreicht.

Scherprüfungen

Ziel: Ermittlung des Schubmoduls und der Scherfestigkeit von Wellpappe in Anlehnung an DIN EN 789:2005-01 „Holzbauwerke - Prüfverfahren: Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Holzwerkstoffen“
Fazit: Die maximalen Scherfestigkeiten der Wellenbögen werden bei Belastung senkrecht zur Plattenebene (siehe 5) erreicht. Im Mittel beträgt die charakteristische Scherfestigkeit parallel zur Herstellrichtung 0,54 N/mm² und das Schubmodul 80 N/mm². Für die Belastung senkrecht zur Herstellrichtung betragen die charakteristische Scherfestigkeit 0,47 N/mm² und der Schubmodul 166 N/mm².

Untersuchungen am Verbundquerschnitt

Ziel: Ermittlung der Biegefestigkeit des Verbundquerschnittes aus dreiwelliger Wellpappe und beidseitiger Beplankung
- - Vier-Punkt-Biegung in Anlehnung an DIN EN 408:2004-08 „Holzbauwerke - Bauholz für tragende Zwecke und Brettschichtholz: Bestimmung einiger physikalischer und mechanischer Eigenschaften“
- - Drei-Punkt-Biegung in Anlehnung an DIN 52186:1978-06 „Prüfung von Holz - Biegeversuch“
Fazit:
1. 1. Die größte Biegebeanspruchung wurde an Verbund-Prüfkörpern mit beidseitiger Beplankung bei einer Belastung von 8665 N senkrecht zur Plattenebene und senkrecht zur Herstellrichtung (siehe 5) erreicht.
2. 2. Die maximale Biegefestigkeit am Verbundquerschnitt a, wurde für Belastung senkrecht zur Plattenebene und senkrecht zur Herstellrichtung (siehe 5) erreicht. Der Wert der mittleren Biegefestigkeiten lag für Verbund-Prüfkörper, d = 8 cm, mit beidseitiger Beplankung aus Faserzementplatten, OSB-Platten, Gipsfaserplatten und Gipskartonplatten im Bereich zwischen 2,56 N/mm² und 4,21 N/mm².

Untersuchungen an Wandelementen
Prüfungen des Widerstandes gegenüber weichem Stoß

Ziel war es, in Anlehnung an DIN 4103-1, nachzuweisen, dass das erfindungsgemäße Wandelement bei weichen Stößen nicht insgesamt zerstört oder örtlich durchstoßen werden. Dem Widerstand des Wandelements stand daher der dem Stoß in die Wand übertragende Energieanteil (Aufprallenergie) gegenüber. Diese Aufprallenergie durfte nicht überschritten werden.
Fazit:
- Bei allen Prüfungen wurden keine Verformungen des erfindungsgemäßen Wandelements gemessen, da es aufgrund der Stoßbeanspruchung zu keinerlei Beschädigungen an den Elementen kam. Die Elemente jeder Prüfreihe wiesen auch bei einer einwirkenden Energie von etwa 500 Nm kein Versagen auf; sie wurden weder durchstoßen noch aus ihren Befestigungen herausgerissen.

Prüfungen des Widerstandes gegenüber hartem Stoß

Ziel war es, in Anlehnung an DIN 4103-1, nachzuweisen, dass die erfindungsgemäßen Wandelemente durch harte Stoßbeanspruchungen keine makroskopisch sichtbaren Verformungen auf der Bauteiloberfläche aufweisen.
Fazit:
- Die erfindungsgemäßen Wandelemente wurden weder durchstoßen noch aus ihren Befestigungen herausgerissen.

Prüfungen der Biegegrenztragfähigkeit gegenüber Konsolbelastung

Ziel war es zu überprüfen, ob die erfindungsgemäßen Wandelemente in Anlehnung an DIN 4103-1 einer leichten Konsollast von 0,4 kN/m Wandlänge stand halten. Die bei den Prüfungen erreichte mittlere maximale aufgebrachte Linienlast lag bei 446 kN/m. Die Maximallasten wurden bei den Prüfungen in der Regel nach 4 und 9 Sekunden erreicht.
Fazit:
- Ein Versagen des erfindungsgemäßen Wandelements infolge Konsollastbeanspruchung gab es nicht. Es kam punktuell zu einem Lochleibungsversagen der Schraubverbindungen im Bereich von Rähm und Schwelle.

Vertikallastprüfung

Ziel war es, die maximale Lasteinwirkung eines erfindungsgemäßen Wandelementes unter Vertikalbeanspruchung zu ermitteln. Entsprechende DIN-Vorschriften für den Prüfaufbau und die Prüfdurchführung gab es nicht. Die Prüfungen erfolgten an einer MAN-Vertikalprüfmaschine.
Fazit:
- Auf die Wandelemente konnten Lasten von 262 kN bis 400 kN aufgebracht werden, bevor sich Versagensformen, wie Aufspalten der Wellenbögen mit einhergehendem Bruch der Beplankung oder Ausweichen und Ablösen der Beplankung vom Wandkern mit einhergehender Schiefstellung, einstellten. Satz nach unten gestellt: Die Prüfergebnisse zeigten, dass die Dicke und Höhe des Wandelements einen Einfluss auf das Tragverhalten des Wandkerns und der Größe der maximal aufgebrachten Kernlast haben. Eine Steigerung der Tragfähigkeit des erfindungsgemäßen Wandelements kann zusätzlich durch größere Beplankungsdicken erreicht werden.

Horizontallastprüfung

Ziel war es, die maximale Lasteinwirkung eines erfindungsgemäßen Wandelements unter horizontaler Scheibenbeanspruchung in Anlehnung an DIN EN 594: 2011-09 „Holzbauwerke - Prüfverfahren - Wandscheiben - Tragfähigkeit und -steifigkeit von Wandelementen in Holztafelbauart“ zu ermitteln. Die Prüfungen erfolgten im Wandscheibenprüfstand.
Fazit:
- Die Wandelemente konnten horizontale Lasten von 44 kN bis 54 kN aufnehmen, bevor es zum Versagen der Befestigungsmittel im Rähm- und Schwellenbereich oder zum Versagen der Beplankung infolge Lochleibung kam. Das Tragverhalten der Wandelemente kann durch größere Beplankungsdicken oder durch Reduzierung des Befestigungsmittelabstandes verbessert werden.

Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Welle innerhalb einer Wellenbahn mit einer Wellenhöhe h und einer Wellenteilung t.
2 zeigt einen Wellenbogen mit drei Wellenbahnen.
3 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Wandkerns der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt zwei mit einem Federelement verbundene erfindungsgemäße Wandelemente.
5 zeigt den schematischen Aufbau einer Wellenbahn.
6 zeigt eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Wandsystems.

Detaillierte Figurenbeschreibung
1 zeigt schematisch eine Welle, wie sie in einer Wellenbahn in einem Wandelement der vorliegenden Erfindung vorhanden sein kann. Die Welle hat eine Wellenhöhe h und eine Wellenteilung t. Die Wellenhöhe erstreckt sich also von dem Tiefpunkt eines Wellentals zu dem höchsten Punkt des Wellenbergs einer Welle. Die Wellenteilung erstreckt sich von einem zum daneben liegenden Tiefpunkt.
2 zeigt einen Wellenbogen 1, wie er in dem erfindungsgemäßen Wandelement eingesetzt werden kann. Der Wellenbogen 1 weist in dieser beispielhaften und bevorzugten Ausführungsform genau drei Wellenbahnen 2, 3 auf, von denen eine Wellenbahn 2 eine kleinere Wellenhöhe und eine kleinere Wellenteilung aufweist, als eine Wellenbahn 3, die eine im Vergleich zur Wellenbahn 2 größere Wellenhöhe und Wellenteilung aufweist. Die Wellenbahnen 2, 3 sind innerhalb des Wellenbogens mit Zwischenlagen 4 verbunden, wobei die Wellenbahnen 2, 3 insbesondere mit den Zwischenlagen 4 verklebt sind. Die äußere Abgrenzung des Wellenbogens 1 bilden Decklagen 5. Die äußeren Wellenbahnen sind mit den Decklagen 5 verklebt.
3 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Wandkerns mit einer Mehrzahl von Wellenbögen 1, die jeweils eine Mehrzahl von Wellenbahnen 2, 3 aufweisen. Die Wellenbahnen 2, 3 sind innerhalb der Wellenbögen 1 über Zwischenlagen 4 miteinander verbunden. Die Wellenbögen 1 sind untereinander über Decklagen 5 miteinander verbunden. Die Verbindung der Decklagen 5 erfolgt insbesondere mit einem Klebstoff 6, der in Form einer Klebstoffschicht aufgebracht werden kann. Die in Richtung des Klebstoffs 6 zeigenden Pfeile symbolisieren das Zusammenfügen der Wellenbögen.
4 zeigt erfindungsgemäße Wandelelemente 7, die mittels Federelementen 10 miteinander verbunden sind. Die Wandelemente verfügen über Wandkerne 8 und Beplankungen 9. Die Federelemente weisen Kerne 11 auf und sind ebenfalls beplankt. Im Bereich des Federelements 10 weist das Wandelement 7 also die folgende Abfolge von Schichten auf: Beplankung/Beplankung/Kern/Beplankung/Beplankung. Die Wandelemente 7 sind über Rähm 12 und Schwelle 13 ortsfest und/oder kraftschlüssig angebracht.
5 zeigt eine Wellenbahn, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden kann. Zur Klarstellung der in dieser Anmeldung verwendeten Richtungsangaben sind drei Raumrichtungen angegeben, die jeweils senkrecht zueinander verlaufen. Dabei bezeichnet Richtungspfeil A die Herstellrichtung des Wellenprofils der Wellpappe , die erfindungsgemäß parallel zur Beplankung des Wandelements und demnach parallel zur Wand- bzw. Plattenebene orientiert ist. Richtungspfeil B zeigt in Richtung der Wellenröhre bzw. senkrecht zur Herstellrichtung der Wellpappe und damit in Wandhöhenrichtung parallel zur Wand- bzw. Plattenebene. Richtungspfeil C gibt die Richtung senkrecht zur Beplankung und demnach senkrecht zur Wand- bzw. Plattenebene an.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Wandsystem mit zwei Wandelementen 7, die mittels Federelement 10 verbunden sind. Gezeigt sind ferner die Dicke des Wandkerns d_K und die Dicke des Wandelements dw.
Bezugszeichenliste

1: Wellenbogen
2, 3: Wellenbahnen
4: Zwischenlage
5: Decklage
6: Klebstoff
7: Wandelement
8: Wandkern
9: Beplankung
10: Federelement
11: Kern eines Federelements
12: Rähm
13: Schwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/056117 A1 [0002]
EP 1522647 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 319:1993-08 [0027]
DIN EN 789:2005-01 [0027]
DIN EN 408:2004-08 [0027]
DIN 52186:1978-06 [0027]
DIN 4103-1 [0027]
DIN EN 594: 2011-09 [0027]

Claims

Wandelement (7) mit einem Wandkern (8) und Beplankung (9), wobei die Beplankung (9) den Wandkern (8) raumseitig abgrenzt, wobei Beplankung (9) und Wandkern (8) gemeinsam statische sowie bauphysikalische Funktionen übernehmen, wobei der Wandkern (8) eine Mehrzahl von Wellenbögen (1) aufweist, die wenigstens zwei Wellenbahnen (2, 3) umfassen, wobei die Wellenbahnen (2, 3) aus einem zellulosehaltigen Material, insbesondere Papier oder Pappe bestehen, wobei die Wellen der Wellenbahnen (2, 3) innerhalb eines Wellenbogens (1) dieselbe Ausrichtung aufweisen, wobei die Wellentäler der Wellenbahnen (2, 3) parallel zur Höhe des Wandelements (7) und in vertikaler Richtung verlaufen, wobei das Verhältnis der Dicke des Wandkerns d_K zur Dicke des Wandelements dw (7) wenigstens 0,65 beträgt.
Wandelement (7) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Dicke des Wandkerns (8) d_K zur Dicke des Wandelements (7) dw höchstens 0,8 beträgt.
Wandelement (7) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beplankung (9) Platten, insbesondere Holzfaserplatten wie zement- oder gipsgebundene Spanplatten, Mehrschichtplatten, Holz- oder Gipsfaserplatten und OSB-Platten, Gipskartonplatten, Kunststoffe wie Acrylplatten, Metallplatten, ESB-Platten, aufweist.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wandkern (8) wenigstens 3, wenigstens 4, wenigstens 5, wenigstens 7, wenigstens 10 oder wenigstens 12 Wellenbögen (1) aufweist.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wandkern (8) höchstens 50, höchstens 30, höchstens 20 oder höchstens 18 Wellenbögen (1) aufweist.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Wellenbögen (1) in dem Wandelement (7) jeweils wenigstens 1, wenigstens 2 oder wenigstens 3 Wellenbahnen (2, 3) aufweisen.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Wellenbögen (1) in dem Wandelement (7) jeweils höchstens 10, höchstens 8, höchstens 6 oder höchstens 4 Wellenbahnen (2, 3) aufweisen.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenbögen (1) mit einem Wasserglasklebstoff (6) miteinander verbunden sind.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Wellenbögen (1) und Beplankung (9) mit einem Kleber (6) auf Polyurethanbasis miteinander verbunden sind.
Wandelement (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenbahnen (2, 3) innerhalb der Wellenbögen (1) mit Klebstoffen (6) auf Basis von Polysacchariden, insbesondere Stärke, wie beispielsweise Mais-, Weizen-, Kartoffelstärke, verbunden sind.
Verwendung eines Wandelements (7) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Wandelement, insbesondere als tragendes Wandelement.
Verwendung nach Anspruch 11, wobei wenigstens zwei der Wandelemente (7) hintereinander in Abwechslung mit Federelementen (10) zu einem Wandsystem zusammengesetzt werden oder zusammengesetzt sind.
Verwendung nach Anspruch 11 oder 12 zusammen mit wenigstens einem horizontalen Lastverteilungselement, insbesondere einem Rähm (12) oder einer Schwelle (13).