DE19748457A1 - Wärmegedämmtes, tragendes Außenwandelement in mehrlagiger Sandwich-Konstruktion - Google Patents

Description

Die folgende Erfindung bezieht sich auf ein wärmegedämmtes, tragendes Außenwandelement in mehrlagiger Sandwich-Konstruktion sowie ein Ver­ fahren zu dessen Herstellung.

Zum Hintergrund der Erfindung ist auszuführen, daß im Zuge steigender Baukosten Wege zu einer rationelleren Bauweise gesucht werden. Ein Weg ist die industrielle Vorfertigung von großflächigen Wandelementen, die entsprechend konfektioniert hergestellt, anschließend zur Baustelle gefah­ ren und dort verbaut werden.

Für solche Wandelemente und insbesondere Außenwandelemente sind viel­ fache Ausführungsformen bekannt. So zeigt die DE 195 42 315 A1 ein Au­ ßenwand-Plattenelement insbesondere für Wohngebäude, das eine statisch beaufschlagbare Traglage und eine darauf aufgebrachte Wärmedämmlage aufweist. Die Traglage ist aus einem statisch belastbaren Betonmaterial aufgebaut, die Wärmedämmlage besteht aus einem Leichtbeton, der als Kombination von Leichtzuschlagstoff-Partikeln gebunden mit einer poro­ sierten Bindemittelmatrix aufgebaut ist.

Ferner ist aus der herkömmlichen Bautechnik ein Außenwandaufbau aus Mauerwerk - also einer statisch tragenden Lage - und darauf aufgebrachten Dämmplatten aus anorganischem oder organischem Schaummaterial be­ kannt. Der Übertragung dieses Aufbaukonzeptes auf industriell vorfertigba­ re Außenwandelemente ist problematisch, da die Wärmedämmlage mecha­ nisch sehr empfindlich ist. Transport und Montage müßten also mit einer solchen Vorsicht vonstattengehen, daß ein rationeller Einsatz praktisch unmöglich ist.

Zur Lösung dieser Problematik ist es bereits bekannt, eine mehrlagige Sandwich-Konstruktion für ein Außenwandelement einzusetzen, bei dem eine statisch tragfähige Traglage aus Betonmaterial, eine darauf angeord­ nete Wärmedämmlage aus einem geschäumten Dämmaterial sowie eine die Wärmedämmlage abdeckende Vorsatzlage zum mechanischen Schutz der Wärmedämmlage vorgesehen sind. Um eine statisch belastbare Verbindung zwischen Traglage und Vorsatzlage zu erzielen, sind in diese beiden Lagen der Ober- bzw. Untergurt von Gitterträgern eingebettet, wobei das Gitter­ werk dieser Gitterträger für eine "Verriegelung" von Traglage und Vor­ satzlage zueinander sorgt. Insoweit ergeben sich zwischen diesen beiden Lagen keine bautechnisch relevanten Scherbeanspruchungen etwa beim Anheben eines Wandelementes mittels eines Kranes.

Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist die Tatsache, daß auf­ grund der Verwendung von Gitterträgern in deren Bereich prinzipiell eine Lücke in der Wärmedämmlage vorhanden sein muß. Es werden nämlich - ausgehend vom Gitterträger - links und rechts Dämmplatten in die Felder zwischen den Trägern eingesetzt, so daß der Querschnittsbereich des Git­ terträgers frei von Wärmedämmung bleibt. Die damit entstehenden Kälte­ brücken sind wärmetechnisch natürlich von Nachteil.

Ferner stellen die Gitterträger konstruktiv und kostentechnisch aufwendige Bauteile dar, was im Hinblick auf möglichst günstige Baukosten natürlich ebenfalls von Nachteil ist.

Ausgehend von der geschilderten Problematik beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches und damit kostengünstiges Außenwandelement zu schaffen, das in statisch und wär­ metechnischer Hinsicht jedoch günstige Eigenschaften zeigt.

Der Kern der Erfindung liegt dabei in der Vielzahl die Wärmedämmlage überbrückenden Kopplungsstäben zwischen Traglage und Vorsatzlage. Durch die schräge Anordnung dieser Kopplungsstäbe in mindestens zwei zueinander gekreuzten Lageebenen wird ein statisch günstiger Verbund zwischen Traglage und Vorsatzlage geschaffen. Die Kopplungsstäbe wer­ den nämlich bei einer in der Hauptebene wirkenden Beanspruchung des Wandelementes, wie sie beispielsweise beim Anheben des Wandelementes mittels eines Kranes auftritt, je nach Ausrichtung auf Zug oder Druck bean­ sprucht, so daß die in statischer Hinsicht jeweils eine Scheibe bildende Trag- und Vorsatzlage zueinander "verriegelt" werden. Dadurch werden innere Scherbeanspruchungen vermieden, die zu Strukturschäden innerhalb des Wandelementes führen könnten.

Ein weiterer Vorteil der Schrägstellung der Kopplungsstäbe liegt darin, daß bei einer vorgegebenen Dicke der Trag- bzw. Vorsatzlage und eine aus Korrosionsschutzgründen verlangte Mindestüberdeckung der Kopplungs­ stäbe durch Betonmaterial sich gegenüber einer geraden Anordnung der Kopplungsstäbe eine wesentlich größere Einbettungslänge der Kopplungs­ stabenden in den Lagen ergibt. So liegt der Faktor bei einer bevorzugten Anordnung der Kopplungsstäbe mit einem Schrägverlauf von 45° gegen­ über der Hauptebene beim Faktor √2, also etwa 1,4.

Eine weitere Verbesserung der Einbettung und damit der Verbindung zwi­ schen den Kopplungsstäben und der Vorsatzlage bzw. Traglage ergibt sich durch eine U-förmige Ausbildung der Kopplungsstäbe, wobei der Basisbo­ gen dieser Bügel in einer der beiden Lagen eingebettet ist.

Wie bereits eingangs erwähnt bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend erörterten Wandelemente, wobei die Ansprüche 7 und 8 zwei alternative Möglichkeiten für die Abfol­ ge es Aufbringens der Wärmedämmlage und des Installierens der Kopp­ lungsstäbe angeben. Näheres hierzu ergibt sich aus der Beschreibung des Ausführungsbeispieles, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen ver­ wiesen wird.

Für eine hohe Produktqualität sorgt im übrigen die im Anspruch 10 ange­ gebene bevorzugte Verfahrensweise, mit der ein Wandelement mit zwei sauberen Sichtseiten hergestellt wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes Außenwandelement und dessen Herstellung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Außenwandelement,

Fig. 2 und 3 Seitenansichten des Außenwandelementes gemäß Pfeilrichtung II bzw. III nach Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Teilschnitt durch ein Außenwandelement in einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 5 ein schematisiertes Ablaufdiagramm zur Darstellung zweier Her­ stellungszwischenschritte für ein Wandelement gemäß Fig. 1 bis 3.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 deutlich wird, ist ein Außenwandelement dreilagig aufgebaut, nämlich mit einer auf der Gebäudeinnenseite liegenden Traglage 1 aus einem Betonmaterial der Klasse LB15, d. h. Leichtbeton mit einem Festigkeitswert von 15 N/mm². Die Dicke der Traglage 1 liegt je nach An­ wendungsfall des Außenwandelementes in der Größenordnung zwischen 5 und 15 bis 20 cm.

Auf der Traglage 1 sitzt eine Wärmedämmlage 2 aus einem geschäumten Dämmaterial. In dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Beispiel ist diese Wärme­ dämmlage aus mineralischen Wärmedämmplatten 3 zusammengesetzt. Die Dicke der Wärmedämmlage 2 kann ca. 8 bis 20 cm betragen. Die Dämm­ platten können beispielsweise auf dem in der DE 44 08 088 A1 dargestell­ ten Herstellungsverfahren basieren, wonach solche porösen mineralischen Leicht-Dämmplatten aus einer Bindemittelschlämme aus Zement, Quarz­ mehl, Kalkhydrat und Wasser und einem darin eingemischten und homoge­ nisierten Schaum hergestellt werden.

Auf der der Traglage 1 abgewandten Seite der Wärmedämmlage 2 ist schließlich eine die Wärmedämmlage 2 abdeckende Vorsatzlage 4 aufge­ bracht, die die Wärmedämmlage 2 zum einen mechanisch schützt. Das Material der Vorsatzlage 4 ist ebenfalls Beton der Klasse LB15.

Zum anderen kann die Vorsatzlage 4 auch eine statische Funktion über­ nehmen, da sie über Kopplungsstäbe 5 mit der Traglage 1 verbunden ist. Diese Kopplungsstäbe 5 sind in dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungs­ beispiel gerade Edelstahl-Stäbe eines Durchmessers von etwa 4 bis 5 mm, die schräg zur Hauptebene HE des Wandelementes in verschiedenen, zu­ einander gekreuzten Lageebenen LE1, LE2, LE3 . . . angeordnet sind. Kon­ kret ergibt sich aus der Zusammenschau von Fig. 1 bis 3, daß jeweils Rei­ hen von paarweise nebeneinanderliegenden und wechselweise zueinander gekreuzten Kopplungsstäben 5 entlang der Seitenränder 6, 7, 8, 9 des Wan­ delementes 1 angeordnet sind. Die Lageebenen LE nehmen dabei jeweils einen Winkel W von 45° zur Hauptebene HE des Wandelementes ein. Die Kopplungsstäbe 5 sind im übrigen im Bereich ihrer in die Traglage 1 bzw. Vorsatzlage 4 eingebetteten Enden 17 mit Riffelungen versehen, um einen innigen Kontakt zwischen dem Betonmaterial der Lagen 1, 4 zu erzielen. Durch die Schrägstellung ergibt sich trotz der beschränkten Schichtdicke von Traglage 1 und Vorsatzlage 4 eine relativ große Einbettungslänge der Kopplungsstabenden 17, was wiederum der stabilen Verankerung der Stäbe 5 in den Lagen 1, 4 zugute kommt. Aus Korrosionsschutzgründen weisen die Enden 17 der Kopplungsstäbe 5 von den nächstliegenden Oberflächen des Wandelementes 1 die gesetzlich vorgeschriebene Mindestüberdeckung an Betonmaterial auf.

Anhand der Fig. 2 ist die statische Funktion der Kopplungsstäbe 5 kurz zu erläutern. So wird beispielsweise bei Anheben des Wandelementes 1 durch Zug an der Traglage 1 (Pfeilrichtung Z in Fig. 2) durch die auf die Vor­ satzlage 4 wirkende Gewichtskraft G eine Scherbeanspruchung auf das Wandelement erzeugt. Dadurch werden die Kopplungsstäbe 5.1 im we­ sentlichen auf Schub und die Kopplungsstäbe 5.2 im wesentlichen auf Zug beansprucht. Insgesamt ergibt sich dadurch in statischer Hinsicht eine Sandwich-Struktur, die dem Wandelement eine besondere Stabilität ver­ leiht. Durch die in Fig. 1 erkennbare reihenartige Anordnung der Stäbe 5 entlang der Seitenränder 6 bis 9 ergibt sich diese statische Wirkung in allen in der Hauptebene HE liegenden Richtungen.

Durch die Schubbelastung der Kopplungsstäbe 5.1 neigen diese im übrigen zum Ausbeulen oder Ausknicken. Da die Stäbe 5 jedoch von den Wärme­ dämmplatten 3 umgeben sind, erzeugen diese eine Gegenkraft gegen dieses Ausbeulen oder Ausknicken, so daß die statische Belastbarkeit der Stäbe 5 erhöht wird.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Variante gemäß den Fig. 1 bis 3 in zweierlei Hinsicht. Zum einen ist die Wärme­ dämmlage 2 nicht aus einzelnen Platten, sondern durchgehend aus einer organischen, geschäumten Dämmschicht 10 hergestellt. Als Material kann beispielsweise Polyurethan- oder Polystyrol-Schaum verwendet werden.

Zum anderen sind die Kopplungsstäbe 11 nicht geradlinig, sondern als U-för­ mige Bügel ausgebildet, deren geriffelte Schenkelenden 12, 13 in der Traglage 1 verankert sind. Die Schenkelstreben 14, 15 durchsetzen die Dämmschicht 10, der Basisbogen 16 ist in das Material der Vorsatzlage 4 eingebettet. Dadurch ergibt sich ein sehr inniger Kontakt zwischen den U-för­ migen Kopplungsstäben 11 und der Vorsatzlage 4, was in statischer Hinsicht günstig ist. Im übrigen sind die Kopplungsstäbe 11 wiederum in gekreuzten Lagenebenen analog Fig. 1 bis 3 angeordnet, was aufgrund der in Fig. 4 gewählten Ansicht nicht unmittelbar aus dieser Zeichnung ent­ nehmbar ist.

Das Herstellungsverfahren für ein in Fig. 1 bis 3 gezeigtes Wandelement ist wie folgt zu beschreiben:
Zuerst wird auf dem planen Formboden eines oben offenen Formkastens Leichtbeton eingegossen und in einer gleichmäßigen Schicht aufgebracht, die die Traglage 1 bildet. Auf die noch nicht ausgehärtete Traglage 1 wer­ den dann die einzelnen Wärmedämmplatten 3 aufgelegt und vorzugsweise leicht angedrückt, so daß sich bereits ein guter Kontakt zwischen den Wärmedämmplatten 3 und dem Leichtbetonmaterial der Traglage 1 ergibt.

Anschließend werden die einzelnen Kopplungsstäbe 5 in der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Stellung durch die porösen und leicht durchdringbaren Wärme­ dämmplatten 3 hindurchgesteckt, bis die traglagenseitigen Enden 17 in ih­ rer Sollposition in die Traglage 1 hineinstehen. Die vorsatzlagenseitigen Enden 17' der Kopplungsstäbe 5 stehen aus den Wärmedämmplatten 3 her­ vor. In diesem Fertigungszwischenschritt dienen die Wärmedämmplatten 3 zusätzlich als Montagehilfe zur Fixierung der Kopplungsstäbe 5 in ihrer Sollposition.

Danach wird auf die Wärmedämmplatten 3 eine Schicht Leichtbeton zur Bildung der Vorsatzlage 4 unter Einbettung der nach oben abstehenden Enden 17' der Kopplungsstäbe 5 aufgebracht. Nach dem Abbinden des Betonmaterials von Traglage 1 und Vorsatzlage 4 kann das Wandelement aus der Form entnommen und nach einer entsprechenden Nachhärtezeit verbaut werden.

Gegebenenfalls kann auf der Vorsatzlage 4, die insoweit im Außenwandbe­ reich als Putzlage dient, noch eine Farbschicht aufgebracht werden, um dem Außenwandelement die gewünschte Erscheinungsform zu geben. Be­ züglich der Farbgebung kann natürlich auch das Betonmaterial der Vor­ satzlage entsprechend gewählt werden. So können Weißbeton oder anders eingefärbter Beton eingesetzt werden.

Bei der Herstellung der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird ein ab­ weichendes Hersteilungsverfahrens eingesetzt. So werden hier nach dem Gießen der Traglage 1 aus Leichtbeton und vor dem Anbringen der Wär­ medämmlage 2 die U-förmigen Kopplungsstäbe 11 mit ihren Schenkelen­ den 14, 15 in das weiche Material der Traglage 1 eingesteckt und dort ein­ gebettet. Da durch die Auslegung des Betonmaterials die Kopplungsstäbe 11 ausreichend gehalten werden, kann anschließend mit einer üblichen Schäumvorrichtung der Polymerschaum zur Bildung der Wärmedämmlage 2 auf die Traglageschicht 1 aufgebracht werden. Dabei werden die Schen­ kelstreben 14, 15 der Kopplungsstäbe 11 eingebettet. Nach dem Aushärten des organischen Schaummaterials wird das Leichtbetonmaterial für die Vorsatzlage 4 auf die Wärmedämmlage 2 aufgebracht, wobei die Basisbö­ gen 16 der Kopplungsstäbe 11 mit eingebettet werden. Nach dem vollstän­ digen Aushärten der Traglage 1 und Vorsatzlage 4 kann das entsprechende Wandelement eingesetzt werden.

Anhand von Fig. 5 ist ein besonderes Verfahren zur Herstellung eines Wandelementes mit zwei Sichtseiten dargestellt.

Hierbei ist grundsätzlich anmerken, daß diese "Sichtseiten" sich dann ohne zusätzliche Maßnahmen bilden, wenn ein zu vergießendes Betonma­ terial direkt auf einen planen Formboden gegossen wird. Insoweit ist die dem Gebäudeinneren zugewandte Seite 18 der Traglage 1 bei den in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen bereits als "Sichtseite" zu bezeichnen. Dies trifft jedoch nicht für die Außenseite 19 der Vorsatzlage 4, da diese lediglich abgezogen worden ist.

Wie in Fig. 5 linker Teil dargestellt ist, wird in Übereinstimmung mit den bisher erläuterten Herstellungsverfahren die Traglage 1 mit darauf aufge­ brachter Wärmedämmlage und eingesteckten Kopplungsstäben 5 herge­ stellt. Damit ist die Seite 18 dieser Einheit eine "Sichtseite".

Es wird nun abgewartet, bis die Traglage 1 vollständig ausgehärtet und da­ mit die Einheit aus Traglage 1, Wärmedämmlage 2 und Kopplungsstäbe 5 handhabbar ist. Dadurch kann diese Einheit als Ganzes gewendet und in die bereits in einem zweiten Formkasten auf den Formboden 20 aufgebrachten Material für die Vorsatzlage 4 von oben aufgesetzt werden, so daß die En­ den 17 der Kopplungsstäbe 5 in das Betonmaterial der Vorsatzlage 4 ein­ tauchen und dort verankert werden. Da nun auch die Außenseite 19 der Vorsatzlage 4 auf einen planen Formboden 20 hergestellt wurde, sind beide Seiten 18, 19 des in Fig. 5 gezeigten Wandelementes "Sichtseiten".

Claims (10)

1. Wärmegedämmtes, tragendes Außenwandelement in mehrlagiger Sand­ wich-Konstruktion mit

• - einer statisch tragfähigen Traglage (1) aus Betonmaterial,
• - einer darauf angeordneten Wärmedämmlage (2) aus einem ge­ schäumten Dämmaterial,
• - einer die Wärmedämmlage (2) abdeckenden Vorsatzlage (4) zum me­ chanischen Schutz der Wärmedämmlage (2) und
• - einer Vielzahl von die Wärmedämmlage (2) überbrückenden Kopp­ lungsstäben (5) zwischen Traglage (1) und Vorsatzlage (4), wobei die Kopplungsstäbe (5) schräg zur Hauptebene (HE) des Wandelementes in mindestens zwei zueinander gekreuzten Lageebenen (LE1, LE2) angeordnet sind.

2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die La­ geebenen (LE1, LE2) der Kopplungsstäbe (5) in einem Winkel (W) von etwa 45° zur Hauptebene (HE) des Wandelements verlaufen.

3. Wandelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Reihen von paarweise zueinander gekreuzten Kopplungsstäben (5) entlang der Seitenränder (6, 7, 8, 9) des Wandelements angeordnet sind.

4. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Traglage (1) und/oder die Vorsatzlage (4) aus Leicht­ beton, vorzugsweise mindestens der Festigkeitsklasse LB15 bestehen.

5. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmedämmlage (2) aus mineralischen Wärme­ dämmplatten (3) oder einer organischen, geschäumten Dämmschicht be­ steht.

6. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kopplungsstäbe (5) als U-förmige Bügel ausgebildet sind, dessen Basisbogen (16) in der Vorsatzlage (4) oder Traglage (1) eingebettet ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Wandelements nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Gießen der Traglage (1) vorzugsweise aus Leichtbeton,
• - Auflegen von Dämmplatten auf die noch nicht ausgehärtete Traglage zur Bildung der Wärmedämmlage (2),
• - Durchstecken von Kopplungsstäben (5) durch die Dämmplatten (3), bis die durchgesteckten Enden (12, 13) der Stäbe (5) in der Traglage (1) eingebettet sind und die entgegengesetzten Enden (17) aus den Dämmplatten (3) hervorstehen, und
• - Aufbringen der Vorsatzlage (4) auf die Dämmplatten (3) unter Ein­ betten der daraus hervorstehenden Stabenden (17).

8. Verfahren zur Herstellung eines Wandelements nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Gießen der Traglage (1) vorzugsweise aus Leichtbeton,
• - Einstecken von Kopplungsstäben (5) mit ihren Enden (17) in die Traglage (1),
• - Aufschäumen einer Wärmedämmlage (2) aus organischem Schaum­ material auf die Traglage unter Einbetten der Kopplungsstab-Schäfte,
• - Aufbringen der Vorsatzlage (4) auf die Wärmedämmlage (2) unter Einbetten der daraus hervorstehenden Stabenden (17).

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsatzlage (4) vor dem Aushärten der Traglage (1) auf die Wärme­ dämmlage (2) aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Herstellung eines Wandelements mit zwei Sichtseiten

• - zuerst die Traglage (1) auf einem planen Formboden gegossen wird,
• - anschließend die Wärmedämmlage (2) und die Kopplungsstäbe (5) an der Traglage (1) angebracht werden, und
• - danach die ausgehärtete Zwischeneinheit aus Traglage (1), Wärme­ dämmlage (2) und Kopplungsstäbe (5) unter Wenden auf die auf einen planen Formboden (20) gegossene Vorsatzlage (4) aufgesetzt wird.