DE102023113497A1

DE102023113497A1 - Dämmbauelement zur Wärmedämmung, Fertigbauteil mit einem wärmedämmenden Kern, Verfahren zur Herstellung eines Fertigbauteils und Verwendung von Bioaerogel

Info

Publication number: DE102023113497A1
Application number: DE102023113497.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kahnt; Matthias Tietze; Otto Grauer; Lukas Steffen; Marc Fricke; Dirk Weinrich
Original assignee: Kahnt & Tietze GmbH
Current assignee: Kahnt & Tietze GmbH
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2023-05-23
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Dämmbauelement (30) und Fertigbauteil (31) zur Wärmedämmung, umfassend eine Vielzahl von Partikeln, wobei die Partikel aus wenigstens einem Bioaerogel (1) bestehen und ein Pulver oder ein Granulat ausbilden, und wobei ein wärmedämmender Effekt zumindest durch Poren im Inneren der Partikel hervorgerufen wird, wobei das Pulver oder Granulat um zwischen 10 und 70 % ohne zusätzlichen Binder zu einem formstabilen Körper verdichtet ist, der das Dämmbauelement (30) bildet. Verfahren zur Herstellung eines Fertigbauteils und Verwendung von Bioaerogel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämmbauelement zur Wärmedämmung, umfassend eine Vielzahl von Partikeln, wobei die Partikel aus wenigstens einem Bioaerogel bestehen und ein Pulver oder ein Granulat ausbilden, und wobei ein wärmedämmender Effekt zumindest durch Poren im Inneren der Partikel hervorgerufen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fertigbauteil, umfassend eine Außenschale, eine Innenschale und einen dazwischen angeordneten wärmedämmenden Kern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fertigbauteils. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung von Bioaerogel zur Herstellung eines Dämmbauelements.
Im Betonbau stellen Thermowände, wärmeisolierende Fertigteilwände, eine Weiterentwicklung der erfolgreichen Doppelwandelemente im Betonfertigteilbau dar. Durch die Integration einer Kerndämmung werden die Doppelwände zu Thermowänden. Sie integrieren damit auch die bauphysikalische Eigenschaft der Wärmedämmung im Querschnitt. Damit entfallen auf der Baustelle auch weitere zeit- und kostenintensive Arbeitsschritte, z. B. für eine Perimeterdämmung der Kellerwand oder ein Wärmedämmverbundsystem im Geschossbau. Als lastübertragende Elemente werden bspw. Gitterträger aus Stahl/Edelstahl oder Kunststoff-Pins eingesetzt. Zudem werden aktuell Dämmmaterialien aus der Petrochemie (EPS, PU etc.) oder mineralische Varianten wie Glas - und Steinwolle eingesetzt. Aus verschiedenen Gesichtspunkten wie ökologischer und ökonomischer Aspekte gilt es zu überlegen, ob nicht alternative Dämmmaterialen eingesetzt werden können.
Im Holzbau sieht dies ähnlich aus. Hier werden Dämmstoffe wie Mineralwolle direkt während der Fertigung im Werk in die Holzkassetten eingelegt. Dämmarbeiten auf der Baustelle entfallen damit. Dabei werden im Holzbau auch bereits Schütt- und Einblasdämmstoffe verwendet, welche allerdings derzeit ungepresst eingesetzt werden. Dabei kommt es während des Transportes zu Setzungen in der Dämmschicht, da diese durch Vibrationen nachverdichtet wird. Es entstehen große Luftschichten, welche zusätzliche Wärmebrücken darstellen und die Wärmedämmwirkung in diesen Bereichen entfallen lassen.
Konventionelle Baukonstruktionen z. B. aus Stahlbeton mit Dämmplatten aus mineralölbasierten Dämmstoffen wie Polystyrol, sind mit hohen Treibhausgasemissionen in der Herstellungsphase, aber auch in der Rückbauphase eines Gebäudes verbunden. Zahlreiche schüttbare Dämmstoffe können hingegen aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und binden damit bereits in der Herstellungsphase CO₂ im Bauteil. Zudem können diese Dämmstoffe problemlos am Ende des Lebenszyklus der Gebäudehülle kompostiert werden und bestehen ausschließlich aus biogenem Kohlenstoff. Es ist daher mit einer deutlichen Treibhausgasemissionsreduktion zu rechnen.
Die am Markt verfügbaren Produkte können nicht zerlegt werden, um die Dämmung anschließend wieder nutzen zu können. Im Falle der Betondoppelwände müssen diese z. B. mit einem Backenbrecher aufgebrochen werden, damit nehmen die Dämmlagen Schaden und können nicht wiederverwendet oder recycelt werden. Damit sind die Rohstoffe des Primärtragwerks aus Beton oder Holz stark verunreinigt, da diese immer mit Dämmstoffresten versetzt sind. Kompostierbar sind derzeit allenfalls die Holzteile, wenn diese sortenrein getrennt werden können. Lose, schüttbare Dämmstoffe können nach Aufbereitung wiederverwertet werden und sogar am Ende des Lebenszyklus kompostiert werden.
Derzeit werden die mineralischen Abfallmengen primär im Tiefbau verwendet und damit downgecycelt. Organische Abfallmengen werden thermisch verwertet, also verbrannt, verunreinigter Mischabfall wird deponiert. Hier fehlt derzeit auch Deponieraum, was zu sehr hohen Entsorgungspreisen führt.
Die aktuell verwendeten Dämmprodukte werden meist als Matten in festen Standardmaßen, z. B. 100 cm x 50 cm, eingesetzt. Somit entsteht immer ein Verschnitt von etwa 10 %, welcher direkt während der Herstellung aus der Wertschöpfungskette herausfällt. Individuell eingebrachte lose Dämmstoffe weisen keine Abfallmengen während der Herstellung auf.
Bei der Verwendung von Dämmmatten oder -rollen fallen eine Vielzahl an individuellen Wärmebrücken auf, welche zusätzlich den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) der Gebäudehülle verschlechtern. Derzeit am Markt verfügbare nachwachsende Dämmstoffe sind brennbar, wie z. B. Cellulose.
Die derzeit am Markt vorhandenen Baukonstruktionen weisen bei aktuellem Dämmstandard Baukonstruktionsdicken von 40 cm bis 50 cm auf (mit Wärmeleitfähigkeiten von 30 mW/(m·K) bis 40 mW/(m·K). Damit geht wichtige Nutzflächen wie z. B. Wohnraum verloren. Zudem kann die Flächenversiegelung des Bauwesens nicht weiter reduziert werden.
Das Verpressen von Aerogelen ist aus dem Stand der Technik bekannt. Aerogele sind hochporöse Festkörper, die aufgrund ihrer feinen Porenstruktur und geringer Dichte eine besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen können. Aufgrund von Porengrößen von kleiner 100 nm weisen Aerogele bessere Wärmedämmeigenschaften auf als ruhende Luft in konventionellen Dämmstoffen auf. Dabei sind Aerogele auch nur luftgefüllt und enthalten keinen zusätzlichen Gase. Grund dafür sind die veränderten thermodynamischen Eigenschaften von Luft in den kleinen Poren. Aerogele können im Prinzip aus jeglichen Materialien hergestellt werden, kommerzialisiert wurden bislang Aerogele auf Basis von silikatischen Ausgangsstoffen sowie Polyurethan. Bioaerogele sind eine neue Klasse von Aerogelen, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden und die gleichen Wärmedämmeigenschaften wie kommerzialisierte Aerogele aufweisen.
Eine solche Lösung ist aus den Druckschrift WO 2022/012887 A1 und DE 10 2020 118 734 A1 bekannt, wobei in Absatz [0059] der DE 10 2020 118 734 A1 die Aerogel-Partikel u. a. Biopolymere (z. B. Lignin, Cellulose) umfassen können, nachfolgend als Bioaerogele bezeichnet. Jedoch erfolgt das Verpressen der Aerogel-Partikel zusammen mit einem Binder oder Bindemittel (nachfolgend nur Binder genannt), der die Partikel verbindet und den Zusammenhalt des Dämmstoffs sichert. Zugleich wird durch den Binder die Wärmeleitfähigkeit signifikant erhöht, was sich nachteilig auf die Dämmeffekt auswirkt.
Durch Lösungen mit verpressten Bioaerogelen kann die Konstruktionsdicke weiter reduziert werden. Dadurch kann im Vergleich zu konventionellen Dämmstoffen die Schichtdicke um ca. 50 % reduziert werden, da diese Bioaerogelen eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit von 15 mW/(m·K) bis 25 mW/(m K) aufweisen. Zusammen mit schlanken Textilbetonplatten oder Holzplatten werden Baukonstruktionsdicken von 15 cm bis 20 cm erreicht. Allerdings sind nach dem Stand der Technik Binder erforderlich, die jedoch einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung bedeuten, zudem Wärmebrücken darstellen und damit die Dämmwirkung einschränken.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dämmbauelement, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verwendung von Bioaerogel mit verbesserten Eigenschaften und mit einer einfacheren Herstellbarkeit anzubieten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Dämmbauelement zur Wärmedämmung, umfassend eine Vielzahl von Partikeln, wobei die Partikel aus wenigstens einem Bioaerogel bestehen und ein Pulver oder ein Granulat ausbilden, und wobei ein wärmedämmender Effekt zumindest durch Poren im Inneren der Partikel hervorgerufen wird. Nach der Erfindung ist das Pulver oder Granulat um zwischen 10 und 70 % zu einem formstabilen Körper ohne zusätzlichen Binder verdichtet, der das Dämmbauelement bildet. Das Bioaerogel wird nachfolgend, insbesondere in den Ausführungsbeispielen, auch allgemein als Dämmmaterial bezeichnet.
Poröse Materialien auf Basis organischer Polymere, beispielsweise Polymerschäume, oder anorganischer Vorstufen mit Poren im Größenbereich von wenigen Mikrometern oder deutlich darunter und einer hohen Porosität von mindestens 70 % sind für verschiedene Anwendungen besonders geeignet.
Solche porösen Materialien mit kleinem mittlerem Porendurchmesser können beispielsweise in Form von Aerogelen oder Xerogelen vorliegen, die mit einem Sol-Gel-Prozess und anschließender Trocknung hergestellt werden. Beim Sol-Gel-Verfahren wird zunächst ein Sol auf Basis einer Gelvorstufe hergestellt, und das Sol anschließend durch einen Vernetzungsschritt zu einem Gel geliert. Um aus dem Gel ein poröses Material, beispielsweise ein Aerogel, zu erhalten, muss die Flüssigkeit entfernt werden. Dieser Schritt wird häufig als Trocknung bezeichnet. Der Einfachheit halber werden Bioaerogele und Biomineralaerogele im Folgenden als Bioaerogele bezeichnet.
Derartige poröse Materialien auf Basis organischer Polymere können biobasierte Polymere und Polysaccharide mit Carbonsäuregruppen enthalten bzw. hieraus gewonnen werden. Unter biobasierten Polymeren werden Polymere verstanden, die aus nachwachsenden Rohstoffen (z. B. Algen, Bakterien, Mikroorganismen, Pflanzen) gewonnen werden. Biobasierte Polymere können hauptsächlich auf zwei verschiedene Arten gewonnen werden, aus der direkten Herstellung von Polymeren oder der Herstellung von biobasierten Monomeren und deren weiterer (bio)chemischer Polymerisation. Die direkte Produktion von Biopolymeren kann durch Mikroorganismen (Polyhydroxyalkanoate, PHA), durch Algen (Alginate), durch höhere Pflanzen (Pektin) oder durch verschiedene Arten von Produzenten erreicht werden. So wird Cellulose durch höhere Pflanzen, aber auch durch Bakterien produziert. Chitosan wird von Krebstieren, aber auch von Pilzen produziert.
Die Erfindung schafft auf einfache und nachhaltige Weise die Integration von verpressten Bioaerogelen in Baukonstruktionen. Das Pressen und Verkapseln der losen Dämmung ermöglicht dabei die Verbesserung der technischen, ökologischen und ökonomischen Eigenschaften. Primär zählen dazu die verbesserte Wärmeleitfähigkeit sowie der verbesserte Feuerwiderstand. Durch das Verkapseln der Dämmstoffe werden zusätzlich eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Pilze, Insekten und Tiere und darüber hinaus das Vereinfachen der Montageprozesse erreicht. Das Pressen und Verkapseln von Bioaerogelen in einem fertigen Hohlraum, ob im Werk oder auf der Baustelle, ist im Regelfall nicht mehr möglich. Dieser Vorgang muss in den Herstellungsprozess der Fertigteile integriert werden. Bioaerogele weisen bereits im Umgebungsklima eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 15 mW/(m·K) bis 25 mW/(m K) auf. Durch das Pressen der Bioaerogele ist auch eine Anwendung als Dämmstoffplatte möglich. Diese können auch ohne eine Verkapselung als Dämmstoff verwendet werden. Werden die Bioaerogele in einem zusätzlichen Arbeitsschritt mit einer Hochbarrierefolie umhüllt und dann die enthaltene Luft aus den Poren evakuiert (als Feinvakuum), können die Luftmoleküle und damit auch die Wärmeleitung infolge Konvektion deutlich reduziert werden. Somit kann die Wärmeleitfähigkeit insgesamt auf 4 mW/(m·K) bis 8 mW/(m·K) abgesenkt werden. Durch eine zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Pressen von Bioaerogelen kann die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchte, Pilze und Insekten weiter erhöht werden. Außerdem werden die mechanischen Eigenschaften gesteigert.
Der erfindungsgemäße Bioaerogeldämmstoff verbindet die Ökologie von nachwachsenden Rohstoffen mit der Ökonomie und dem Design von sehr schlanken Hochleistungsdämmstoffen. Um diese Eigenschaften zu verbinden, ist ein innovatives automatisiertes Herstellverfahren erforderlich, welches bisher keine Anwendung findet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Dämmbauelement bei einer Temperatur zwischen 90 °C und 280 °C, vorzugsweise zwischen 120 °C und 240 °C, über eine Dauer zwischen 1 und 72 Stunden, vorzugsweise zwischen 12 und 36 Stunden, unter einer Gasatmosphäre thermisch behandelt, gefolgt von einer Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von maximal 20 K/h (Kelvin pro Stunde). Die thermische Behandlung erhöht die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, Pilzen und Insekten sowie die strukturelle Stabilität.
Das Pressverfahren und die Wärmebehandlung erhöhen nochmals die Leistungsfähigkeit des Bioaerogeldämmstoffes, welcher damit auch in einen wirtschaftlichen Anwendungsbereich kommt. Es sind bisher keine anderen Dämmstoffe auf Basis biobasierter Polymere im Bauwesen bekannt, aus welchen dünnere Baukonstruktionen gefertigt werden können.
Die Anwendbarkeit im Bauwesen kann nur in automatisiert hergestellten, gepressten und/oder wärmebehandelten Fertigteilen sichergestellt werden. Da die Bioaerogele wirtschaftlich nur als Pulver oder Granulat vorliegen, ist dies der Schlüssel zur Anwendbarkeit des nachhaltigen Dämmstoffes.
Nach einer ersten Alternative ist das Pulver oder das Granulat in einen Hohlraum hinein verdichtet und in diesem das Dämmbauelement ausbildet. Dadurch sind die Dimensionen definiert. Der Hohlraum kann Teil eines Fertigbauteils sein und damit im Sinne einer verlorene Schalung wirken. Hohlraum kann aber auch als Schalung ausgebildet sein, aus der nach dem Pressen der gebildete Formkörper als Dämmbauelement entformt wird.
Nach einer zweiten Alternative ist das verdichtete Pulver oder das Granulat mit einer zumindest luftdichten Umhüllung versehen. Dadurch ist Dämmbauelement noch besser geschützt, sowohl vor chemischen Einflüssen wie Feuchtigkeit, aber auch die mechanische Stabilität wird erhöht.
Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn die Umhüllung evakuiert und verschlossen ist, um einen noch besseren Schutz vor Feuchtigkeit zu bieten, eine erhöhte Wirksamkeit bei der Wärmedämmung zu erreichen und auch mechanisch stabiler zu sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Fertigbauteil, umfassend eine Außenschale, eine Innenschale und einen dazwischen angeordneten wärmedämmenden Kern. Nach der Erfindung ist der Kern als ein Dämmbauelement, wie zuvor beschrieben, ausgebildet.
Nach einer ersten Alternative weist das Fertigbauteil den Hohlraum auf, in den das Pulver oder das Granulat, wie zuvor beschrieben, hinein verdichtet. Nach einer ersten Alternative ist das gesondert gefertigte Dämmbauelement, wie es zuvor beschrieben wurde, in den Hohlraum eingelegt. Bevorzugt ist Fertigbauteil, bei dem durch ein Doppelwandelement mit wenigstens einem zuvor beschriebenen Dämmbauelement als einer Kerndämmung zwischen den Wänden eine Thermowand gebildet wird.
Vorzugsweise sind die Außenschale und die Innenschale mittels Verbindungselementen über den Hohlraum hinweg miteinander verbunden. Dadurch entsteht ein Doppelwandelement, das für konstruktive Aufgaben zum Einsatz kommen kann.
Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Fertigbauteils umfassend eine Außenschale, eine Innenschale und einen dazwischen angeordneten wärmedämmenden Kern, der Kern umfassend eine Vielzahl von Partikeln, wobei die Partikel aus wenigstens einem Bioaerogel bestehen und ein Pulver oder ein Granulat ausbilden, und wobei ein wärmedämmender Effekt zumindest durch Poren im Inneren der Partikel hervorgerufen wird. Nach der Erfindung werden die folgenden Schritte durchgeführt, ggf. nach dem vorausgegangenen Herstellen der ersten und der zweiten Schale.

a. Einfüllen eines Pulvers oder Granulats in einen Hohlraum in einer ersten Schale des Fertigbauteils, die Verbindungselemente aufweist;
b. Verdichten des Pulvers oder Granulats um 10 bis 70 %, bis es einen formstabilen Körper bildet;
c. optionale thermische Behandlung bei einer Temperatur zwischen 90 °C und 280 °C über eine Dauer zwischen 1 und 72 Stunden, vorzugsweise 12 bis 36 Stunden unter einer Gasatmosphäre thermisch behandelt werden, gefolgt von einer Abkühlung nicht schneller als 20 K/h,
d. Verschließen des Hohlraums mit einer zweiten Schale und Verbinden der zweiten Schale mit den Verbindungselementen.

Die Wärmebehandlung, insbesondere von ligninbasierten Aerogelen, nach dem Pressen ist ein Prozess, der darauf abzielt, die Eigenschaften der Aerogele zu verbessern. Diese optionale thermische Behandlung erhöht die strukturelle Stabilität der Aerogele, verbessert ihre mechanischen Eigenschaften und verändert ihre mikrostrukturellen Merkmale. Zudem trägt die Wärmebehandlung zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, Pilzen und Insekten bei.
Der Prozess läuft dabei folgendermaßen ab:

I. Pressen des Aerogels: Das ligninbasierte Aerogel wird zuerst gepresst, um eine kompaktere Struktur zu erzeugen. Durch das Pressen wird die Porengröße und -verteilung des Aerogels verändert.
II. Lagerung in Normklima: Nach dem Pressen des Aerogels erfolgt die Lagerung bei 20 °C und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit.
III. Erhitzung: Das Aerogel wird in einem speziellen Ofen oder einer Kammer platziert. Die Temperatur und die Dauer der Erhitzung variieren je nach gewünschten Eigenschaften und Anwendungen. Typischerweise liegt die Temperatur zwischen 90 °C und 280 °C, vorzugsweise zwischen 120 °C und 240 °C, die Dauer zwischen 1 und 72 Stunden, vorzugsweise 12 bis 36 Stunden.
IV. Umgebungsgas bei der Hitzeeinwirkung: In Ofen können unterschiedliche Gase beim Erhitzen Eigenschaftsänderungen im Aerogel vollziehen. Typischerweise wird hier Luft oder Stickstoff verwendet.
V. Hitzeeinwirkung: Das Aerogel wird für eine bestimmte Zeit bei der gewählten Temperatur gehalten, um strukturelle Veränderungen zu bewirken. Während der Wärmebehandlung findet eine chemische Reaktion im Aerogel statt, die seine mikrostrukturellen Merkmale beeinflusst. Die Dauer hängt von der Geometrie, Temperatur und Grad der Behandlung ab.
VI. Abkühlung: Nachdem das Aerogel erhitzt wurde, erfolgt eine langsame Abkühlung nicht schneller als 20 K/h, um Spannungen und Verformungen zu minimieren und Rissbildung zu verhindern.

Der Prozess wird in einer Wärmebehandlungsanlage durchgeführt. Die Wärmebehandlung erfordert einen speziellen Ofen oder eine Kammer, wo das Aerogel auf die erforderlichen Temperaturen erhitzt und eine präzise Temperaturkontrolle gewährleistet werden kann. Der Ofen oder die Kammer sollten für den Einsatz mit bestimmten Umgebungsgasen ausgelegt sein. Ein Thermometer wird benötigt, um die Temperatur im Ofen oder in der Kammer zu überwachen und sicherzustellen, dass sie im gewünschten Bereich bleibt.
Die Materialeigenschaften des Aerogels werden durch die Wärmebehandlung modifiziert. Es erhöht sich die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit. Unbehandeltes ligninbasiertes Aerogel ist hydrophil, was Wasseraufnahme möglich macht und damit die Dämmeigenschaften verschlechtert. Weiterhin wird die strukturelle Stabilität verbessert. Das gepresste Aerogel vor der Wärmebehandlung weist nur eine geringe Festigkeit, die auf Grund der Pulverbindung entsteht, auf.
Bei der Wärmebehandlung von Aerogelen auf Ligninbasis oder mit Ligninbestandteilen findet eine chemische Reaktion statt, die zu strukturellen Veränderungen führt. Die Reaktion hängt von der Temperatur und der Dauer der Wärmebehandlung ab. Folgende Veränderungen des Aerogels sind im Zuge der Wärmebehandlung zu verzeichnen:

1. Abbau der Ligninstruktur: Beim Erhitzen von Lignin beginnt der Abbau der Ligninstruktur. Die Hitze führt dazu, dass die chemischen Bindungen im Ligninmolekül aufgebrochen werden. Dieser Prozess wird als thermische Spaltung bezeichnet.
2. Bildung von flüchtigen Verbindungen: Durch die thermische Spaltung werden flüchtige organische Verbindungen freigesetzt. Diese Verbindungen können zum Teil aromatische Verbindungen, Kohlenwasserstoffe und Gase wie Kohlendioxid oder Methan sein.
3. Kondensation von Phenolen: Die Spaltung des Lignins führt zur Bildung von Phenolmolekülen. Diese Phenole können sich weiter zu größeren Molekülstrukturen kondensieren, wodurch sich das Lignin vernetzt und verfestigt. Dadurch verringert sich auch die Feuchteaufnahme und der Wassersättigungsgrad wird reduziert.
4. Veränderung der chemischen Struktur: Während der Wärmebehandlung verändert sich die chemische Struktur des Lignins. Es können verschiedene Reaktionen auftreten, wie beispielsweise Methylierung, Hydroxylierung oder Oxidation. Diese Veränderungen können zu einer erhöhten Stabilität, einer veränderten Löslichkeit und anderen neuen chemischen Eigenschaften führen.

Es ist wichtig anzumerken, dass die genauen Reaktionen und ihre Auswirkungen auf das Lignin von verschiedenen Faktoren abhängen, wie beispielsweise der Temperatur, der Dauer der Wärmebehandlung und der spezifischen chemischen Struktur des Lignins. Da Lignin ein komplexes Polymer ist, können die Reaktionen vielfältig sein und zu einer Vielzahl von Produkten führen. Die genaue Charakterisierung und Analyse dieser Produkte erfordert detaillierte Untersuchungen und Analysen, was aber dem Fachmann aus dem Umgang mit Lignin geläufig ist.
Die erste Schale (auch als Außenschale bezeichnet) und die zweite Schale (auch als Innenschale bezeichnet) können als Verbundwerkstoff oder Plattenwerkstoff ausgeführt sein. Verbundwerkstoffe sind demnach Baustoffe, welche durch Kombination verschiedener Ausgangsmaterialien einen Feststoff ergeben, wie Stahlbeton, Carbonbeton, Textilbeton, Faserlaminate oder 2K-Systeme. Plattenwerkstoffe sind demnach Baustoffe, welche in fester Form aus metallischen Stoffen oder mineralischen Stoffen wie Lehm, Stein, Gips, Glas etc. oder organischen Stoffen wie Holz/Holzwerkstoffen oder Kunststoffen hergestellt sind,
Die Zusammensetzung der Bioaerogelmischung kann je nach Anwendung individuell und ohne Aufpreis gesteuert werden. Während der automatisierten Fertigung der Fertigteile werden die Bioaerogele in die Schalung verbracht, dies kann durch Schütten oder Einblasen erfolgen. Dieser Prozess wird kontinuierlich gesteuert, sodass die eingebrachte Bioaerogelmischung nicht einheitlich sein muss. Sie kann aus mehreren Lagerboxen zu einem Mischpulver oder -granulat in einer definierten Mischung zusammengeführt werden. Dabei können beispielsweise stark hydrophobierte Bioaerogele dort verwendet werden, wo mit erhöhtem Feuchteanfall zu rechnen ist und nur leicht hydrophobierte Bioaerogele dort, wo keine Feuchtebelastung vorliegt. Zudem kann der Flammschutz der Produkte individuell eingestellt werden. Bereiche mit Brandanforderungen könnten dann mit einem brandresistenten Biomineralaerogel ausgestattet werden.
Es hat sich als vorteilhaft erweisen, wenn das Verschließen des Hohlraums der ersten Schale und die Verbindung mit der zweiten Schale durch Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschluss erfolgen. Beim Formschluss werden die Formschlussverbindungselemente beispielsweise einbetoniert. Beim Kraftschluss erfolgt beispielsweise die Verschraubung und beim Stoffschluss beispielsweise die Verklebung.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn in einem ersten Schritt ein Verschlusselement zum Verschließen des Hohlraums gefertigt wird, in das zugleich Distanz- und/oder Verbindungselemente eingesetzt werden, wobei in einem zweiten Schritt das Hohlraumelement hergestellt und in dessen Hohlraum das Pulver/Granulat eingebracht wird, wobei in einem dritten Schritt das Verschlusselement auf das Hohlraumelement aufgesetzt und dieses verschlossen wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verdichten über die Eigenlast der zweiten Schale oder über die Erzeugung einer Last auf die zweite Schale erfolgt. Durch das Gewicht und die Fläche der zweiten Schale ergibt sich eine definierte Drucklast zur Verdichtung des Pulvers oder Granulats von Aerogel. Reicht diese Drucklast nicht aus, kann eine zusätzliche Belastung erfolgen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht das Verdichten über die Erzeugung einer Last auf die zweite Schale mittels Kraftschlusselementen vor. Beispielsweise kann die zweiten Schale mit der ersten verschraubt und dabei beide auf die gewünschte Distanz zueinander gebracht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch die Verwendung von Bioaerogel zur Herstellung eines Dämmbauelements oder eines Fertigbauteils, wie jeweils zuvor beschrieben.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verknüpfung aller Nachhaltigkeitsaspekte im Bauwesen. Da der Dämmstoff, insbesondere Bioaerogele, nur als Pulver (Korngröße < 1 mm) oder Granulat (Korngrößen 1-3 mm) vorliegt, muss zwingend ein innovatives Herstellverfahren angewendet werden, um diese Innovation zur Anwendung zu bringen. Hierzu trägt die Erfindung maßgeblich bei.
Zudem weisen die erfindungsgemäßen Bioaerogel-Fertigteile einige Mehrwerte auch in der technischen Qualität sowie in der Prozessqualität auf. Die Fertigung kann in einer vollständig digitalen Wertschöpfungskette erfolgen, da das Pressen und/oder Verkapseln und/oder Wärmebehandeln der Bioaerogele in einem Fertigteilwerk durchgeführt werden muss. Die Qualität des Produktes liegt damit signifikant über dem konventioneller Gebäudehüllen, welche starken Schwankungen unterliegen. Die Produktionszeiten können deutlich reduziert werden.
Die einleitend beschriebenen konventionellen Baukonstruktionen ohne Aerogele verschenken wichtige Nutzflächen, welche im Falle der beschriebenen Innovation zusätzlich genutzt und vermarktet werden können. Zudem binden die verpressten Bioaerogele CO₂ und senken die Herstellungsenergie (sog. graue Energie), was zukünftig die Kosten bei einer CO₂-Bepreisung senken wird.
Lose, schüttbare Dämmstoffe aus Bioaerogelen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren direkt auf das Maß der Fertigteile eingebracht, so dass in der Dämmschicht keine Wärmebrücken mehr entstehen. Die Dämmstoffe aus Bioaerogelen sind zum einen im Fertigteil gemäß der Erfindung verkapselt und damit bereits schwerer entflammbar. Bioaerogele auf Basis von Lignin weisen einen hohen Flammwiderstand auf. Biomineralaerogele können sogar nichtentflammbar sein, da sie einen hohen Anteil Silikat enthalten.
Die Partikel der Bioaerogele, aus z. B. Lignin, können völlig ohne zusätzlichen Binder gepresst werden. Zudem kann durch eine zusätzliche Wärmebehandlung ein hydrophiles Bioaerogel in ein hydrophobiertes Bioaerogel gewandelt werden. Und schließlich kann durch den Herstellungsprozess ein dauerhafter Druck auf den Bioaerogelen sichergestellt werden. Alle drei Aspekte schaffen ohne viel Energieaufwand eine deutliche Leistungssteigerung des Produktes der Baukonstruktion.
Herstellung deutlich ökologischerer Bauteile der Gebäudehülle: Durch das Verpressen von Aerogelpartikeln auf Basis nachwachsender Rohstoffe und die Einbringung in die Gebäudehülle werden die Eigenschaften von Baukonstruktionen deutlich verbessert. Dazu gehört die Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften, die Reduzierung der Dichte aber auch die Senkung des Aufbereitungsaufwands, da Schüttgut leichter herzustellen ist aber auch die Aufbereitung für Hydrophobierungen oder Pilz- und Insektenschutz durch die optionale thermische Behandlung verringert werden können oder sogar entfallen. Dies führt zu deutlich verringerten CO₂-Emissionen aber auch weiterer Emissionen im Vergleich zu konventionellen Baukonstruktionen.
Ist diese Wirtschaftlichkeit durch die geringen Baukonstruktionsdicken erreicht, können die ökologischen und gestalterischen Vorteile ausgenutzt werden.
Ein weiterer Vorteil betrifft die Schonung von Ressourcen. Bereits durch den Einsatz von z. B. Textilbeton oder mehrschichtigen Holzplatten können im Bereich der massiven Wandschichten bis zu 80 % der Ressourcen bei Herstellung und Transport eingespart werden. Durch die Integration von gepressten und verkapselten Bioaerogelen wie Celluloseaerogel oder Ligninaerogel sowie Biomineralaerogel auf Basis von anorganischen Vorstufen und Biopolymeren können im Bereich der Wärmedämmung mind. 50 % der Ressourcen bei Herstellung und Transport eingespart werden. Neben den Ressourcen der grauen Energie im Bauteil kann aber auch die Flächenversiegelung durch Baukonstruktionen, um mind. 50 % reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil betrifft verbesserte Eigenschaften beim Einsatz. Gepresste Dämmstoffe verbessern die Wärmeleitfähigkeit, da diese die großen Porenräume in der Struktur verdichten. Die Verwendung in Fertigteilen verbessert außerdem den Brandschutz der nachwachsenden Rohstoffe und sorgt zudem für einen nachhaltigen Schutz vor Pilzen und Insekten. Die Wärmebehandlung reduziert die Feuchteaufnahme der Bioaerogele nochmals deutlich und steigert auch die mechanischen Eigenschaften des Baustoffs. Damit wird der Widerstand gegen Pilze und Insekten verbessert. Die hier vorgeschlagenen natürlichen Dämmstoffe müssen nicht mit umweltschädlichen Flammschutzmitteln oder Pilz- und Insektenschutzmitteln (z. B. Borsalz) behandelt werden, da diese vollständig im Fertigteil gekapselt und/oder zusätzlich wärmebehandelt sind.
Ein weiterer Vorteil betrifft die Baubiologie. Durch die Verwendung von unbehandelten und gepressten Aerogel-Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen, kommt es zu keiner Belastung durch Ausgasungen im Innenraum.
Ein weiterer Vorteil betrifft Recycling und Kompostierung. Gepresste und wärmebehandelte nachwachsende Dämmstoffe können leicht aufbereitet und recycelt werden. Beim Recycling werden die Baukonstruktionen der Gebäudehülle einfach zerlegt, um das gepresste Pulver oder -granulat zu entfernen und dann in neue Baukonstruktionen einzubringen. Da ein zusätzlicher Binder fehlt, kann die Baukonstruktion sehr leicht wieder getrennt werden. Zudem können diese Dämmstoffe nach mehreren Lebenszyklen kompostiert werden, da sie komplett aus biogenem Kohlenstoff bestehen.
Die ökologischen Vorteile betreffen die Senkung der Flächenversiegelung durch schlankere Baukonstruktionen, die Reduktion der Treibhausgasemissionen durch CO₂-Bindung in nachwachsenden Rohstoffen, die Senkung der Emissionen in der Herstellung und im Rückbau, durch vereinfachte Prozesse. Im Fall einer Holzkonstruktion mit Bioaerogelen könnten die gesamten Fassadenelemente sogar vollständig kompostiert werden. Vorher wären sie aber in mehreren Lebenszyklen wiederverwendbar.
Die gestalterischen Vorteile betreffen die sehr schlanke und damit filigrane Bauweise, welche es den Planern ermöglicht, auch nach aktuellen Anforderungsniveau an den Wärmeschutz so schlank wie die Baumeister Anfang des 20. Jahrhunderts z. B. im Bauhaus zu konstruieren.
Das Pressen bei konventionellen Aerogelen auf Silikatbasis funktioniert im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung ohne zusätzlichen Binder nicht, da diese Aerogele sehr spröde sind und zerfallen. Der Binder (z. B. Harz oder Wasserglas) erhöht auch die Wärmeleitfähigkeit bei den konventionellen Silica-Aerogelen. Im Gegensatz dazu verformen sich die erfindungsgemäßen Bioaerogele duktil, passen sich damit an die Hohlräume an und verzahnen sich mit dem nächsten Korn. Dies reduziert nochmals die Wärmeleitfähigkeit durch das Pressen der Poren. Das Pressen ist ohne zusätzlichen Binder möglich, wie sich überraschend gezeigt hat. Dies ist mit ökologischen und wirtschaftlichen Vorteilen verbunden und unterscheidet sich nochmal deutlich von den konventionellen Silica-Aerogelen. Dadurch ist auch ein Vorpressen in einer Plattenpresse mit anschließendem Einlegen der Dämmung in das Sandwichbauteil möglich, denn es bildet sich ein stabiler, weiterverarbeitbarer Formköper aus. In der Folge können die erzeugten Dämmstoffplatten auch ohne eine umhüllende Baukonstruktion flexibel verwendet werden.
Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

1: schematisch eine geschnittene Ansicht von drei Ausführungsformen eines Verfahrens zur Verdichtung des Dämmmaterials eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements;
2: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements mit Formschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung;
3: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements in der Schalung und des Verfahrens zu ihrer Befüllung mit Dämmmaterial;
4: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements und des Verfahrens zu ihrer Deckelung;
5: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements, vor und nach dem Ausschalen;
6: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils mit Stoffschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung;
7: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Außenschale eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils mit aufgebrachter Stoffschlussverbindung;
8: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils mit aufgebrachter Stoffschlussverbindung, eingebrachten und verpresstem Dämmmaterial;
9: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines finalisierten erfindungsgemäßen Fertigbauteils mit aufgebrachter Stoffschlussverbindung, eingebrachten und verpresstem Dämmmaterial;
10: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale und der Außenschale aus einem Verbundwerkstoff eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils mit Kraftschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung;
11: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale und der Außenschale aus einem Plattenwerkstoff eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils mit Kraftschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung;
12: schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements mit Kraftschlussverbindung beim Verpressen der Dämmung durch Befestigung der Innenschale z. B. mittels Schrauben;
13: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines finalisierten erfindungsgemäßen Dämmbauelements.

1 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht von drei Ausführungsformen a), b) und c) eines Verfahrens zur Verdichtung des Dämmmaterials 1 eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements 30. Das eingesetzte Dämmmaterial 1, im Ausführungsbeispiel Partikel von Aerogel in Form von Granulat oder Pulver, wird auf unterschiedliche Weise komprimiert und erfolgt

• nach Ausführungsform a) über die Eigenlast der Innenschale 2, 4, die auf das Dämmmaterial 1 im Hohlraum 9 und gegen die Außenschale 6, 8 wirkt,
• nach Ausführungsform b) über die Erzeugung eines zusätzlichen Lasteintrags 3, der auf die Innenschale 2, 4 wirkt und das Dämmmaterial 1 im Hohlraum 9 mit definiertem Druck verdichtet,
• nach Ausführungsform c) über das Vorpressen in einer nicht dargestellten Plattenpresse, anschließendes Einpacken, beispielsweise in eine Hochbarrierefolie, und Evakuieren (mit nachfolgendem Verschließen) zu einem evakuierten Dämmmaterial 1" bzw. einem Dämmbauelement 30.

2 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale 2 eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements 30 mit Formschlussverbindung 12 und des Verfahrens zur Herstellung des Dämmbauelements 30, jeweils vor und nach dem Einsetzen der Formschlussverbindungselemente 10. Die Formschlussverbindung 12 stellt eine der Fügemethoden zur dauerhaften Verbindung von zwei Schalen, einer ersten Schale 6 und einer zweiten Schale 2 bzw. der Außen- und Innenschale 6, 2 des Sandwichbauteils, nachfolgend Fertigbauteil 31 genannt.
Für die Formschlussverbindung 12 sowie die nachfolgend dargestellten weiteren Fügemethoden können verschiedene Werkstofftypen, Plattenwerkstoffe und Verbundwerkstoffe, wie eingangs definiert, für die Außenschale 6 und Innenschale 2 des Fertigbauteils 31 verwendet werden.
Um die Formschlussverbindung 12 herzustellen, wird zunächst die Innenschale 2 hergestellt, beispielsweise durch Gießen der Innenschale 2 (z. B. mineralische Matrix) und Einbringung der Formschlussverbindungselemente 10. Dabei werden in den noch nicht erhärteten Verbundwerkstoff der Innenschale 2 Formschlussverbindungselemente 10, wie Pins, Abstandhalter oder Thermopins mit eingeschränkter Wärmeleitung eingebracht. Nach dem Erhärten des Verbundwerkstoffs sind die Verbindungselemente über die Formschlussverbindung 12 direkt mit der Innenschale 2 verbunden. Die Innenschale 2 kann aus der Schalung 14 entnommen werden.
3 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Außenschale 6 als Basis eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements 30 in der Schalung 14 und des Verfahrens zu ihrer Befüllung mit Dämmmaterial 1. Gezeigt wird das Einbringen von Pulver oder Granulat, dem Dämmmaterial 1, in die Schalung 14. Auf dem Grund der Schalung 14 wurde das Material für die Außenschale 6 eingebracht. Im diesem Schritt erfolgt somit die Herstellung der Außenschale 6. Ergänzend wird das Dämmmaterial 1, das Pulver oder Granulat aus Bioaerogel, noch vor dem Erhärten des Verbundwerkstoffes, des Materials für die Außenschale 6, automatisiert aufgebracht.
4 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements 30 und des Verfahrens zu Deckelung der Außenschale 6 als auf die Herstellung der Außenschale 6 nachfolgenden Schritt. Dazu wird die Innenschale 2 aus dem Prozessschritt gemäß 2, dort aus der Schalung 14 entnommen, auf die Außenschale 6 aufgelegt. Die mit der Innenschale 2 verbundenen Formschlussverbindungselemente 10, hier Thermopins, definieren dabei die Höhe des zu erzeugenden Dämmbauelements 30 bzw. Fertigbauteils 31 und im Umkehrschluss auch den Verdichtungsgrad des Dämmmaterials 1 durch den vorgegebenen Kompressionsweg.
5 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämmbauelements 30 bzw. eines Fertigbauteils 31, vor (linke Darstellung) und nach (rechte Darstellung) dem Ausschalen, der Entnahme aus der Schalung 14. Dadurch lässt sich ein Fertigbauteil 31 (z. B. ein Außenwandelement) gewinnen.
Im Schnitt sind die mit den Schalen 2, 6 durch eine Formschlussverbindung 12 verbundenen Formschlussverbindungselemente 10 und das dazwischen komprimierte Dämmmaterial 1'. Das kombinierte Fertigbauteil 31 kann so in den Erhärtungsprozess überführt werden und nach Erreichung der Ausschalfestigkeit aus der Schalung 14 entnommen werden.
Der in den 2 bis 5 dargestellte Prozessschritt kann auch umgekehrt werden, indem mit der Herstellung der Außenschale 6, 8 begonnen wird. Dabei ist jedoch der in die Schalung 14 der Außenschale 6 komprimierte Dämmstoff 1' für den Wendeprozess zusätzlich zu fixieren z. B. durch ein oberflächlich aufgebrachtes Harz.
6 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer ersten und zweiten Schale 2, 6, der Außen- und der Innenschale, eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit Stoffschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung, wie in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Unabhängig davon, ob Plattenwerkstoffe oder Verbundwerkstoffe (wie dargestellt) Verwendung finden, sind diese nach diesem Prozess direkt konfektioniert und weiterverarbeitbar.
7 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Außenschale 6, 8 eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit aufgebrachter Stoffschlussverbindung 18, insbesondere in Form von Klebstoff, alternativ als Schweißapplikation. Damit erfolgt das Aufbringen des Verbindungselementes auf eine Schale.
Die Verbindung zwischen Außen- und der Innenschale und den Enden der Stoffschlussverbindungselemente 16 erfolgt somit mittels Stoffschluss, insbesondere Kleben oder Schweißen. Deshalb ist es nicht erforderlich, Verbindungselemente bei der Herstellung der Außen- und der Innenschale in das Material einzubringen. Dies ist auch nicht möglich, wenn ein Plattenwerkstoff für eine erste Schale 8 verwendet wird, der nicht gemäß 6 hergestellt wurde. Erst nach dem Aushärten der Schalen 2, 6 werden die Stoffschlussverbindungselemente 16 zunächst auf der ersten Schale 6, 8 angebracht, insbesondere aufgeklebt.
Alternativ kann ein Ende des Verbindungselementes bei Verwendung von Verbundwerkstoff schon bei der Herstellung in eine Schale 2, 6 (Außen- oder Innenschale) eingebracht werden.
8 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit aufgebrachter Stoffschlussverbindung, eingebrachten (linke Darstellung) und verpresstem, komprimiertem (rechte Darstellung) Dämmmaterial 1, 1'.
Wenn die Klebe- oder Schweißnaht der Stoffschlussverbindung 18 erhärtet ist, wird das Pulver oder Granulat des Dämmmaterials 1 in die nicht dargestellte Schalung eingebracht bzw. auf die erste Schale 6, 8 aufgebracht. Abschließend erfolgt das Auflegen der zweiten Schale 2, 4, der Innenschale. Auf diese wurden zuvor Klebe- oder Schweißpunkte für die Stoffschlussverbindung 18 appliziert, welche sich mit den Verbindungselementen im gepressten Zustand verbinden. Bei diesem Vorgang wird das vorher eingebrachte Pulver oder Granulat komprimiert (Dämmmaterial 1') und die schlussendliche Bauteileigenschaft hinsichtlich Wärmedämmung wird erreicht. Dieses Prinzip kann vorteilhaft für verschiedene Plattenwerkstoffe verwendet werden.
9 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines finalisierten erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit aufgebrachter Stoffschlussverbindung 18, eingebrachten und im Hohlraum 9 verpresstem Dämmmaterial. Die Innenschale 4 und die Außenschale 8 sind durch Stoffschlussverbindungselemente 16 verbunden. Damit ist das Finalisieren des Fertigbauteils 31 erfolgt.
10 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale 2 und der Außenschale 6 aus einem Verbundwerkstoff eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit Kraftschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung.
Die Kraftschlussverbindung erfolgt vorliegend durch Verschrauben. Im ersten Prozessschritt wird die Außenschale 6 hergestellt. Im vorliegenden Fall einer Außenschale 6 aus Verbundwerkstoffen werden während der Herstellung Gewindemuttern bzw. Inserts 22 mit Innengewinde in die Außenschale 6 eingelegt. Bestehen die Außenschalen 8 alternativ aus Plattenwerkstoffen, können beispielsweise Hinterschnittdübel 24 oder ähnliches mit Innengewinde in die Außenschale 8 eingebracht werden. In der korrespondierenden Platte sind Durchgangslöcher 26 eingebracht.
Ein Kraftschluss kann aber auch alternativ zur Schraubverbindung z. B. durch Nieten oder Klammern hergestellt werden, wie es im Holzbau üblich ist.
11 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer Innenschale 2,4 und der Außenschale 6,8 aus einem Plattenwerkstoff eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit Kraftschlussverbindung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung. Sofern Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen, wird parallel zur Außenschale 6 die Innenschale 2 hergestellt. Die Fertigungsprozesse sind dabei so ausgeführt, dass bei den Verbundwerkstoffen automatisch Durchgangslöcher 26 für die späteren Einschraubungen hergestellt werden. Für den alternativen Fall der Nutzung von Plattenwerkstoffen für die Innenschale 4 und der Außenschale 8 werden die Durchgangslöcher 26 durch Bohren oder Fräsen hergestellt.
12 zeigt schematisch eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit Kraftschlussverbindung beim Verpressen des Dämmmaterials 1 durch Befestigung der Innenschale 2, 4 z. B. mittels Schrauben 28. Dazu wird die Innenschale 2, 4 auf das eingebrachte Dämmmaterial 1 aufgelegt. Schrauben 28, welche die beiden Schalen, die Innenschale 2, 4 und die Außenschale 6, 8 miteinander verbinden, definieren über ihre Gewindelänge die beabsichtigte Dicke des Fertigbauteils 31. Die Schrauben 28 beeinflussen auch den Grad der Verdichtung des Dämmmaterials 1 und der daraus resultierenden Wärmedämmeigenschaft.
13 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines finalisierten erfindungsgemäßen Fertigbauteils 31 mit im Hohlraum 9 verdichteten Dämmmaterial 1' und den Schrauben 28, die den Zusammenhalt des Fertigbauteils 31 gewährleisten.
Bezugszeichenliste

1: Dämmmaterial, Granulat aus Bioaerogel, Bioaerogel
1': Dämmmaterial, Granulat aus Bioaerogel - komprimiert
1'': Dämmmaterial, Granulat aus Bioaerogel - komprimiert, evakuiert
2: Innenschale Verbundwerkstoff, zweite Schale
3: Lasteintrag
4: Innenschale Plattenwerkstoff, zweite Schale
6: Außenschale Verbundwerkstoff, erste Schale
8: Außenschale Plattenwerkstoff, erste Schale
9: Hohlraum
10: Verbindungselement, Formschlussverbindungselement, Thermopin
12: Formschlussverbindung
14: Schalung
16: Verbindungselement, Stoffschlussverbindungselement
18: Stoffschlussverbindung
20: Deckplatte
22: Kraftschlusselement, Gewindemutter, Insert
24: Kraftschlusselement, Hinterschnittdübel
26: Durchgangsloch
28: Verbindungselement, Kraftschlusselement, Schraube
30: Dämmbauelement
31: Fertigbauteil

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 2022012887 A1 [0011]
DE 102020118734 A1 [0011]

Claims

Dämmbauelement (30) zur Wärmedämmung, umfassend eine Vielzahl von Partikeln, wobei die Partikel aus wenigstens einem Bioaerogel (1) bestehen und ein Pulver oder ein Granulat ausbilden, und wobei ein wärmedämmender Effekt zumindest durch Poren im Inneren der Partikel hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat um zwischen 10 und 70 % ohne zusätzlichen Binder zu einem formstabilen Körper verdichtet ist, der das Dämmbauelement (30) bildet.
Dämmbauelement nach Anspruch 1, wobei das Dämmbauelement (30) bei einer Temperatur zwischen 90 °C und 280 °C über eine Dauer zwischen 1 und 72 Stunden unter einer Gasatmosphäre thermisch behandelt wird, gefolgt von einer Abkühlung nicht schneller als 20 K/h.
Dämmbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bioaerogel (1) die Biopolymere Lignin oder Cellulose umfasst.
Dämmbauelement nach Anspruch 1 bis 3, wobei das Pulver oder das Granulat in einen Hohlraum (9) hinein verdichtet ist und in diesem das Dämmbauelement (30) ausbildet.
Dämmbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das verdichtete Pulver oder das Granulat mit einer zumindest luftdichten Umhüllung versehen ist.
Dämmbauelement nach Anspruch 5, wobei die Umhüllung evakuiert und verschlossen ist.
Fertigbauteil (31), umfassend eine Außenschale (6, 8), eine Innenschale (2, 4) und einen dazwischen angeordneten wärmedämmenden Kern, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern als ein Dämmbauelement (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist, wobei das Fertigbauteil (31) den Hohlraum (9) aufweist, in den das Pulver oder das Granulat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hinein verdichtet oder in den das Dämmbauelement (30) gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 5 oder 6 eingelegt ist.
Fertigbauteil nach Anspruch 7, wobei die Außenschale (6, 8) und die Innenschale (2, 4) mittels Verbindungselementen (10, 16, 28) über den Hohlraum (9) hinweg miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Fertigbauteils umfassend eine Außenschale (6, 8), eine Innenschale (2, 4) und einen dazwischen angeordneten wärmedämmenden Kern, der Kern umfassend eine Vielzahl von Partikeln, wobei die Partikel aus wenigstens einem Bioaerogel (1) bestehen und ein Pulver oder ein Granulat ausbilden, und wobei ein wärmedämmender Effekt zumindest durch Poren im Inneren der Partikel hervorgerufen wird, gekennzeichnet durch die Schritte a. Einfüllen des Pulvers oder Granulats in einen Hohlraum (9) in einer ersten Schale (6, 8) des Fertigbauteils (31), die Verbindungselemente (10, 16, 28) aufweist; b. Verdichten des Pulvers oder Granulats um 10 bis 60 %, bis es einen formstabilen Körper bildet; c. Verschließen des Hohlraums (9) mit einer zweiten Schale (2, 4) und Verbinden der zweiten Schale (2, 4) mit den Verbindungselementen (10, 16, 28).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich an Schritt b) eine thermische Behandlung bei einer Temperatur zwischen 90 °C und 280 °C über eine Dauer zwischen 1 und 72 Stunden unter einer Gasatmosphäre thermisch behandelt werden, gefolgt von einer Abkühlung nicht schneller als 20 K/h, anschließt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verschließen des Hohlraums (8) der ersten Schale (6, 8) und die Verbindung mit der zweiten Schale (2, 4) durch Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschluss erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Verdichten über die Eigenlast der zweiten Schale (2, 4) oder über die Erzeugung einer Last auf die zweite Schale (2, 4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verdichten über die Erzeugung einer Last auf die zweite Schale (2, 4) mittels Kraftschlusselementen (22, 24, 28) erfolgt.
Verwendung von Bioaerogel (1) zur Herstellung eines Dämmbauelements (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Fertigbauteils (31) nach Anspruch 7 oder 8.