DE19736768A1 - Lichtdurchlässiges Bauelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus flachen oder geformten Kunststoffplatten gefertigtes ein- oder mehrschaliges, transparentes formstabile Hohlräume aufweisendes, thermisch isolierendes, lichtdurchlässiges Bauelement, insbesondere für den Wand-, Dach- oder Torbereich.

Derartige Bauelemente sind auf dem Markt in verschiedensten Ausführungen und aus verschiedensten Materialien bekannt. Am häufigsten werden solche Bauelemente aus zwei Platten geformt, die etwa parallel verlaufend und an den Rändern, mittel- oder unmittelbar miteinander verbunden, einen einzigen Hohlraum umschließen. Dieser luftgefüllte Hohlraum dient der Isolation. Da die Bauelemente relativ großflächig sind, ist auch der durch die Platten gebildete, formstabile Hohlraum relativ groß, was zwei Nachteile zur Folge hat, nämlich, daß einerseits das Bauelement nicht besonders stark ist und andererseits innerhalb des großen Hohlraumes die Luft zirkuliert, wodurch eine entsprechende Wärmekonvektion stattfindet. Benötigt man für ein Bauwerk ein Bauelement mit höherer Festigkeit, so hat man oftmals zwischen der äußersten und Innersten Schale eine oder mehrere gewellte Kunststoffplatten angebracht, wodurch zwar die Festigkeit erhöht wird, andererseits aber die größere Materialdichte pro Kubikmeter die Wärmekonduktion wiederum ungünstig beeinflußt. Eine Steigerung des k-Wertes wurde im wesentlichen lediglich durch die Erhöhung der Dicke des gesamten Bauelementes erzielt. Bauelemente, die beispielsweise aus zwei Lagen von glasfaserverstärkten Polyesterplatten gefertigt wurden, die einen luftgefüllten Hohlraum aufweisen, haben einen üblichen k-Wert von k = 2,1. Dieselbe Art von Platten mit einer im Hohlraum angeordneten gewellten Platte aus demselben Material weist etwa einen k-Wert von k = 2,2 auf. Eine Platte mit etwa der doppelten Dicke, bestehend aus drei parallel verlaufenden Schalen, wobei zwischen zwei benachbarten Schalen jeweils eine gewellte Platte angeordnet ist, erreicht etwa einen k-Wert von k = 1,35. Derart versteifte Platten sind für die meisten Bauanwendungen zu dick, zu schwer und verlieren zuviel an Transparenz.

Um möglichst hochtransparente Bauelemente der eingangs genannten Art zu erreichen, hat man einteilige Platten extrodiert, beispielsweise aus Acrylglas. Diese einteiligen, extrodierten Platten bestehen aus mehreren parallelen Ebenen, mit einer Vielzahl von vertikalen dazwischen verlaufenden Streben. Solche Platten sind relativ teuer, lassen sich dreidimensional nicht gestalten und sind je nach Temperatur sehr spröd. Gerade im Außenwandbereich oder im Dachbereich werden solche Bauelemente heute nicht mehr eingesetzt, da zu häufig Hagelschäden auftreten.

Aus den obigen Gründen ist man oftmals dazu übergegangen, Bauelemente aus Glas einzusetzen, bei denen beispielsweise bei Dreifachverglasung mit vakuumierten Hohlräumen ein k-Wert von k = 1,2 erzielt werden kann. Problematisch bei solchen Bauelementen ist neben dem Preis im wesentlichen das Gewicht. Solche Bauelemente sind derart schwer, daß die gesamte, die Bauelemente tragende Konstruktion, erheblich stärker ausgeführt sein muß, als wenn diese Bauelemente aus transparenten Kunststoffplatten gefertigt sind.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile bekannter Bauelemente dieser Art vermeidet.

Diese Aufgabe löst ein Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Das Prinzip der Erfindung besteht folglich darin, daß man die formstabilen Hohlräume, die von Kunststoffplatten gebildet sind, vollständig mit einem Füllkörper ausfüllt, der selber aus transparentem Folienmaterial gefertigt ist und eine Vielzahl von Kammern aufweist. Durch diese Füllung wird der jeweils relativ große Hohlraum in eine Vielzahl von kleineren Hohlräumen unterteilt, wodurch eine Wärmekonvektion zwischen den Platten durch sich bewegende Luft praktisch ausgeschlossen ist. Da der Füllkörper auch eine gewisse tragende Funktion haben kann, benötigt man weniger Stützstege zwischen den, einen Hohlraum bildenden, Platten, womit auch die Wärmekonduktion zwischen zwei benachbarten Platten erheblich reduziert ist. Ferner hat ein solcher Aufbau den großen Vorteil, daß keinerlei formgestalterische Einschränkungen zu berücksichtigen sind, womit die architektonische Freiheit vollkommen gewährleistet bleibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor, und deren Bedeutung ist in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

In den anliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauelementes dargestellt, wobei man insbesondere diverse Aufbaumöglichkeiten und Formgestaltungen des gesamten Bauelementes wie auch deren Einzelteile aufzeigt, die in der nachfolgenden Beschreibung mit bezug auf die Zeichnung erläutert sind.

Es zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch ein Bauelement im Bereich eines Hohlraumes;

Fig. 2 ein einschaliges Bauelement aus einer einzigen, entsprechend geformten Platte und

Fig. 3 ein zweischaliges Bauelement wie in Fig. 2 senkrecht zur Längsverlaufsrichtung geschnitten, gefertigt aus einer geformten Platte und einer flachen Platte sowie

Fig. 4 ein, in derselben Darstellung wie in den Fig. 2 und 3 gezeigtes, zweischaliges Bauelement aus zwei geformten Platten und

Fig. 5 ein dreischaliges Bauelement aus zwei geformten Platten mit einer flachen Platte als Zwischenlage.

Fig. 6 zeigt ein aus zwei Folienlagen gefertigter Füllkörper in der Aufsicht und

Fig. 6a in vertikal geschnittener Form, während

Fig. 6b eine Alternative zeigt, in gleicher Ansicht wie in Fig. 6a.

Fig. 7 zeigt einen mehrlagigen Füllkörper aus mehreren Folienlagen für sich allein und

Fig. 8 den Füllkörper nach Fig. 7 im eingebauten Zustand in einem kastenförmigen Bauelement, beispielsweise für Tore oder Türen.

Fig. 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement in der Form einer Kuppel, vereinfacht dargestellt im Vertikal­ schnitt, und letztlich zeigt

Fig. 10 eine mögliche Verlegungsart eines Füllkörpers gemäß Fig. 7 im Hohlraum zwischen zwei parallelen Platten.

Das erfindungsgemäße Bauelement ist gesamthaft mit 1 bezeichnet. Das Bauelement 1 erhält seine Größe, Form und Stabilität durch ein oder mehrere Kunststoffplatten 2. Ist das Bauelement aus einer einzigen Kunststoffplatte gefertigt, so spricht man von einem einschaligen Element. Ein solches, einschaliges Element ist beispielsweise in der Fig. 2 dargestellt. Die untere und die obere Begrenzung des Bauelementes 1 wird von ein und derselben Kunststoffplatte 2 gebildet. Solche Elemente lassen sich beispielsweise endlos extrodieren oder in konkrete Abschnitte formen. Da das Element 1 hier senkrecht, zu seiner Längserstreckung geschnitten, dargestellt ist, erkennt man nicht, daß es selbstverständlich an seinen beiden Schmalseiten ebenfalls verschlossen ist.

Eine etwas andere Gestaltungsform eines Bauelementes zeigt die Fig. 3. Dieses Element ist zweischalig, da es von einer unteren geformten Kunststoffplatte 2′ und einer oberen, flachen Kunststoffplatte 2′ gebildet ist. Die Bezeichnungen, obere Platte und untere Platte, beziehen sich selbstverständlich lediglich auf die Darstellung gemäß der Fig. 3. Völlig willkürlich könnte natürlich die Anordnung genausogut umgekehrt sein. Auch hier ist der seitliche Verschluß der beiden Platten 21 und 2′′ nicht dargestellt. In völlig analoger Art wie die Fig. 3 ist ebenfalls ein zweischaliges Bauelement in der Fig. 4 dargestellt. Der einzige Unterschied besteht hier, daß die untere Platte 2′ und die obere Platte 2′′ beide identisch geformt sind. Eine letzte Variante ist in der Fig. 5 dargestellt. Hier besteht das Bauelement 1 aus drei verschiedenen Platten. Sowohl die untere Platte 2′ wie auch die obere Platte 2′′ sind gewellt geformt, während eine dazwischen angeordnete, mittlere Platte 2′′′, flach ist. Ein solches Element kann beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn das Bauelement relativ hohe Lasten, beispielsweise hohe Schneelasten, zu tragen hat.

Bezüglich der Materialwahl der Kunststoffplatten 2 muß man mit Sicherheit an die atmosphärischen Bedingungen und an die physikalischen Erfordernisse denken. Grundbedingung ist selbstverständlich, daß der entsprechende Kunststoff transparent ist. Die Transparenz muß selbstverständlich so hoch sein, daß die Bauelemente zur Lichteinleitung in einem Gebäude geeignet sind. Eine vollkommene Transparenz ist dabei nicht erforderlich und meist auch nicht erwünscht. Neben anderen Kunststoffen haben sich insbesondere Platten aus glasfaserverstärktem Polyester als geeignet erwiesen. Solche Platten haben eine relativ hohe Transparenz, lassen sich gut in verschiedensten Formen anfertigen, haben eine genügende Flexibilität, sind nicht spröde und können trotz relativ niederem spezifischen Gewicht relativ hohe Kräfte übertragen. Zudem sind die Platten weitgehend UV-beständig.

Die aus den Kunststoffplatten 2 geformten Schalen umschließen ein oder mehrere Hohlräume 3, die erfindungsgemäß mit einem transparenten Füllkörper vollständig ausgefüllt werden.

Der Füllkörper 4 ist gefertigt aus transparenten Kunststoffolien, die durch entsprechende Formgebung und Verbindung miteinander ein vielkammeriges Gebilde formen. Die Kammern können dabei entweder geschlossen oder offen sein. Wesentlich ist, daß die Kammern des Füllkörpers 4 um ein vielfaches, daß heißt je nach der Größe der Hohlräume 3, mehrere hundert oder mehrere tausend mal kleiner sind, als der Hohlraum 3. Durch die Aufteilung des Hohlraumes 3 in viele kleine Kammern 6 kann die in den Hohlräumen 3 eingeschlossene Luft nicht mehr zirkulieren, wodurch eine Konvektion praktisch unterbunden ist. Die Bildung des Füllkörpers 4 kann mit verschieden gestalteten, transparenten Folien 5 realisiert werden. Die einzelnen, geformten Folien können prinzipiell lediglich lose gestapelt sein oder jeweils zwei benachbarte Folien können miteinander verklebt oder verschweißt sein und so entsprechende Kammern 6 formen. Mehrere Lagen von kammerbildenden Folien lassen sich selbstverständlich auch in den Hohlräumen 3, mehrfach gestapelt und aufeinander liegend, einbringen. Um eine relativ dichte Packung der Kammern 6 zu erreichen, kann der Füllkörper 4 zwischen den Platten 2, die den Hohlraum 3 begrenzen, auch zusätzlich unter Druck zwischen diesen Platten 2 eingeschweißt sein. Dies ist beispielsweise in der Fig. 1 dargestellt.

Neben den Varianten, wo die Kammern 6 durch die Folien 5 zu blasenartigen Formen gebildet sind, ist es auch möglich, etwas formstabilere Folien zu verwenden und solche übereinander zu stapeln, wobei jede Folie für sich eine Art Mappe 7 bildet, die eine Volumenvergrößerung bewirkt und wobei die Stapelung solcher Matten 7 den Füllkörper 4 formt. Die einzelnen Matten 7 können wiederum untereinander verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben oder Schweißen, oder aber auch lediglich gestapelt zwischen den beiden Schalen eines Bauelementes eingelegt werden. In der Fig. 7 ist eine solche Variante dargestellt, wo jede Folie 5′ zu einer zick-zack-förmig gefalteten Matte 7 geformt ist. Sinnvollerweise verlegt man die Matten 7 so, daß die Verlaufsrichtung der Faltungen zweier benachbarten Matten 7 jeweils senkrecht zu einander verlaufen. Auf diese Weise werden eine Vielzahl von längsverlaufenden, parallelen Kammern 6′ gebildet, die an sich zur Seite hin offen sind. Zusätzlich ist es möglich, zwischen den einzelnen gewellten Folien jeweils ein flache Folie zu verlegen, um die Kommunikation der eingeschlossenen Luft zwischen den einzelnen Kammern weiter zu hemmen. Ein Füllkörper 4 gemäß der Fig. 7 ist in der Fig. 8 im eingebauten Zustand dargestellt. Das hier dargestellte Bauelement 1 besteht aus 2 äußeren ebenen Platten 2, die über einen Verbindungssteg 8 miteinander verbunden sind und so einen geschlossenen Hohlraum 3 definieren. Dieser Hohlraum ist vollständig vom Füllkörper 4 ausgefüllt. Ein Bauelement, wie hier beschrieben, eignet sich insbesondere zur Anfertigung von lichtdurchlässigen Toren, aber auch für Wandelemente. Handelt es sich um größere Wandelemente, so ist es beispielsweise sinnvoll, den Füllkörper 4 in verschiedene Teilfüllkörper 4′ zu unterteilen und diese, jeweils um 90° Grad verdreht, nebeneinander zu verlegen, um dadurch die offenen Längskammern 5′ zu unterbrechen.

Die Wahl des Materials der transparenten Folien 5, aus denen man den Füllkörper 4 fertigt, ist im wesentlichen von verschiedenen Vorgaben abhängig. Stellt man ein dreidimensional gewölbtes Bauelement her, so muß die Folie, beziehungsweise der daraus gefertigte Füllkörper 4, ebenfalls entsprechend formbar sein, beziehungsweise in diese Form bringbar sein. Hierzu eignen sich insbesondere Kunststoffolien. Auch wenn man den Füllkörper 4 zwischen den Platten 2 im Hohlraum 3 leicht komprimieren möchte, ist es sinnvoll, einen Füllkörper, hergestellt aus Kunststoffolien, zu verwenden. Solche Füllkörper in der Gestalt, wie in den Fig. 6a und 6b dargestellt, sind als Polstermaterial in der Verpackungsindustrie seit vielen Jahren bekannt und im Einsatz. In ähnlicher Weise kennt man auch Füllkörper aus Kunststoffolien, die einen wabenartigen Strukturaufbau haben.

Ist die Distanz zwischen der unteren Platte 2′ und der oberen Platte 2′′ groß, so kommen insgesamt viele Kunststoffolien­ lagen übereinander zu liegen, wodurch die Transparenz vermindert wird. Gerade für solche Bauelemente hat es sich erwiesen, daß ein Füllkörper 4, mit der Struktur wie in Fig. 7 dargestellt, besonders geeignet ist, wenn dieser aus transparenten Folien auf Zellulosebasis gefertigt ist. Bei Versuchen mit zweischaligen Bauelementen wie in der Fig. 3 dargestellt, wobei die transparenten Platten aus glasfaserverstärktem Polyester hergestellt waren und der Füllkörper den Aufbau gemäß der Fig. 7 aufwies, die transparente Folie aus Zellulosematerial gefertigt war und der Füllkörper 4 den Hohlraum 3 vollständig ausfüllte, jedoch drucklos darin untergebracht war, wurde ein k-Wert von k < 1,0 erreicht.

Das Ausgangsmaterial zur Herstellung solcher transparenter Folien zur Erstellung eines Füllkörpers 4 kann nicht nur auf Zellulosebasis erreicht werden. Es ist bekannt, daß Folienmaterial mit ähnlich guten Eigenschaften auch auf Glucose-, Gelatine- und Stärkebasis herstellbar ist. All diese Folien lassen sich mit besonders hoher Transparenz herstellen. Ferner haben solche Folien eine hohe UV-Be­ ständigkeit und erzeugen keine toxischen Rauchgase bei der Verbrennung. Alle diese Eigenschaften führen dazu, daß man die erfindungsgemäßen Bauelemente besonders bevorzugt mit Füllmaterial ausfüllt, welches aus Folien auf Zellulose-, Glucose-, Gelatine- oder Stärkebasis beruht.

Wie bereits erwähnt, braucht das erfindungsgemäße Bauelement nicht zwingend eine wesentliche, ebene Ausrichtung aufzuweisen. Eine besonders typische Anwendung für ein derartiges Bauelement sind Lichtkuppeln, die heute noch immer zu den größten Energieverluststellen auf dem Bau gelten. Hier kann die Erfindung ausgezeichnet Abhilfe schaffen.

Claims (16)

1. Aus flachen oder geformten Kunststoffplatten (2, 2′, 2′′) gefertigtes, ein- oder mehrschaliges, formstabile Hohlräume (3) aufweisendes, thermisch isolierendes, lichtdurchlässiges Bauelement (1), insbesondere für den Wand-, Dach- oder Torbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2, 2′, 2′′) zu einem geschlossenen ein- oder mehrkammerigen Gebilde verbunden sind, dessen Hohlraum (3) oder Hohlräume (3) vollständig mit einem Isolator ausgefüllt ist bzw. ausgefüllt sind, wobei der Isolator ein vielkammeriger, aus transparenten Folienmaterial (5) gefertigter Füllkörper (4) ist, welcher die Wärmekonduktion und Wärmekonvektion zwischen dem Hohlraum (3) bzw. den Hohlräume (3) bildenden Schalen hemmt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatten (2, 2′, 2′′) aus glasfaserverstärktem Polyester sind.

3. Bauelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (4) aus mehreren Folienlagen besteht, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Folien eine Vielzahl von Kammern (6) sind.

4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (5) zwischen benachbarten Folien (5) durch Verschweißung der benachbarten Folienlagen gebildet sind.

5. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (6) zwischen benachbarter Folie (5) durch Verkleben der benachbarten Folienlagen gebildet sind.

6. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (6) zwischen benachbarten Folien (5) vollständig geschlossen sind.

7. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (6) zwischen benachbarten Folien offene in Längsrichtung verlaufende Kanäle sind.

8. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator aus relativ formstabilen Material gefertigt ist, wobei mehrere unverbundene oder verbundene Folienlagen zu einer eine erhöhte Dicke aufweisende Matte (7) geformt sind.

9. Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (7) durch mehrere zick-zack gefaltete, kreuzweise übereinanderliegenden und miteinander verbundenen Folien (5) gebildet ist.

10. Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Matte (7) durch mehrere unterschiedlich geformte oder unterschiedlich verlegten Folienlagen aus geformten Material gebildet ist.

11. Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle stirnseitig durch die Schalen (2) oder deren Verbindungsteile (8) mindestens annähernd anliegend geschlossen sind.

12. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (5) aus transparentem Kunststoff sind.

13. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Folien (5) aus Zellulose gefertigt sind.

14. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Folien (5) aus einem Material auf Glucose-, Gelatine- oder Stärkebasis gefertigt sind.

15. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (4) zwischen den transparenten Platten (2, 2′, 2′′) in den Hohlräumen (3) unter Druck steht.

16. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses (1) die Form einer Kuppel aufweist. (Fig. 9).