DE19812747A1 - Konstruktionselement mit armiertem Stützkern - Google Patents
Konstruktionselement mit armiertem StützkernInfo
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Abstract
Ein Konstruktionselement ist mit einem armierten Stützkern als Verstärkung und zur Bildung von Aufnahmeträgern für kunstharzgebundenes Leichtgranulat versehen. Durch die skelettartige Ausbildung entsteht ein Doppel-T-Trägereffekt. Das Skelett ermöglicht eine zellenartige Unterteilung der Gesamtfläche des Stützkerns, der durch die Füllung mit kunstharzgebundenem Leichtgranulat in Verbindung mit den ebenfalls kunstharzimprägnierten Decklagen aus Faserkunststoff ein extrem zugfestes und biegesteifes Konstruktionselement entstehen läßt.
Description
Die Erfindung stellt ein Konstruktionselement mit armiertem Stützkern dar.
Bei bisher bekannten Konstruktionselementen als Halbzeuge in Form von Plattenwerkstoffen
mit Stützkern aus Wabenzellen, sog. Honeycombs, mit oberer und unterer Decklage aus Blech,
Kunststoff oder getränktem Fasergewebe, findet keine Armierung des Stützkerns statt.
Ausführliche Recherchen zum Stand der Technik haben keine gleichen oder ähnlichen
technischen Lösungen ermittelt. So beschreibt die AT Nr. 3 53 670 ein Verfahren zur
Herstellung von Leichtplatten unter Verwendung von Blähglimmer-(Vermiculit-)Granulat,
vermengt mit Wasserglas und mit Siliconverbindungen in mehreren Schichten; somit ein zwar
hitzebeständiges und wasserfestes Konstruktionselement allerdings mit nur äußerst geringer
Biegezugfestigkeit, da sich der Sandwicheffekt (TT-Trägereffekt) nicht nutzen läßt.
Die britische Patentschrift Nr. 1 520 450 beschreibt ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau
von zwei oder mehreren imprägnierten Glasfaserlagen zusammen mit "Betelligung von Sand".
Hier handelt es sich um den sog. Polymerbeton, Konstruktionselement mit hohem Gewicht
und nur geringer Biegezugfestigkeit, da sich auch hier der Sandwicheffekt nicht nutzen läßt.
Die DE OS 23 11 075 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Platten für die Bau
industrie in erster Linie als Flächenelemente mit Leichtmaterial-Kügelchen für Wärme- und
Schall-Isolierungen, wobei die Kügelchen aus expandiertem Polystyrol, z. B. Styropor™, be
stehen und lagenweise in eine Form eingebracht werden. Als Tragschicht werden Schichtungen
aus Glasgewebe verwendet.
Die Europäische Patentschrift Nr. 0 191 892 beschreibt einen Formkörper in Stützkern
bauweise mit einem Stützkern aus keramischem gekörnten Material, das sich vorzugsweise
durch Aufschäumen des Klebeharzes und Ausfüllen der Hohlräume miteinander und den
Deckschichten verbindet.
In letztgenanntem Falle wird auf einfache Weise der Sandwicheffekt genutzt, jedoch reicht
erwiesenermaßen die Biegezugfestigkeit bei höherer Zug-, Druck- und Scherbeanspruchung
nicht aus. Die Bindung der einzelnen, größtenteils runden, Kornbestandteile an ihren Grenz
flächen, nur bewirkt über das Ausschäumen der Zwischenräume, ermöglicht keinen festen
Verbund. Die Biegebruchfestigkeit ist somit allein durch die Druckfestigkeit der Rundkorn
bestandteile ohne jegliche Armierung gegeben. Durch den Klebeschaum ist zudem ein ange
strebtes flammwidriges Verhalten im Brandfalle nicht gegeben.
Die vorliegende Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht ein Konstruktions
element zu schaffen, das unter bestmöglicher Nutzung des Sandwicheffektes die vorgenann
ten Nachteile vermeidet.
Ein wesentlicher Erfindungsgedanke besteht darin, durch eine Armierung die z. B. bei der
Plattenproduktion vorgesehenen großen Flächen des Stützkernes in kleine Einzelsegmente
durch ein hohlraumbildendes Skelett zu unterteilen. Jedes Einzelsegment (2) hat so die
Möglichkeit, für sich selbst zu wirken. Die einzelnen Bestandteile der Kernfüllung des Leicht
granulates (2) können sich einerseits gegeneinander an ihren Bruchkanten abstützen und haben
andererseits die Möglichkeit durch Verklebung mit dem Skelett (1) sowie den Decklagen aus
kunstharzimprägnierten Verstärkungsfasern (6) und (7) einen homogenen Verbund zu bilden.
Die eingebetteten Stege in Form von Wellpappen oder Waben (1) stützen dabei zusätzlich die
beiden Decklagen (6) und (7) gegeneinander, indem sie durch das überschüssige Kunstharz
sich sowohl mit diesen, als auch mit der Kernfüllung aus imprägniertem Leichtgranulat
verbinden.
Ein weiterer erfinderischer Gedanke ist die Möglichkeit, das hohlraumbildende Skelett (1),
vorzugsweise aus Papier, vor dem Zusammenführen mit der Kernfüllung (2) mit Phenolharz
oder Natrium- bzw. Kaliumsilikat zu imprägnieren, um so eine Nichtbrennbarkeit zu
erreichen.
Das Ziel ist ein Konstruktionselement in Form von Platten, Tragbalken, Unterkonstruktionen
und als Trägerelement für unterschiedliche Oberflächen, z. B. als Fassadenverkleidung in
wetterfester und feuerbeständiger Ausführung bei Verwendung entsprechender Binder für
die Kernfüllungen (2) und die Decklagen (6) und (7).
Ein nicht armiertes Konstruktionselement nach EP 0 191 892 hat eine Biegezugfestigkeit
von ca. 21 N/mm2 nach DIN 53452/52371 während das erfindungsgemäße Konstruktions
element annähernd die doppelte Festigkeit erreicht. Nicht unwesentlich trägt dazu bei die
Orientierung der Verstärkungsfasern der Decklagen (6) und (7) im Kreuzungswinkel von
±45° bezogen auf die Längs- und Querachse des jeweiligen Bauteils, so daß idealerweise
ein Quasi-Isotrop erzielt wird, (4) und (5) der Decklagen (6) und (7), das eine gleichmäßige
Belastbarkeit in allen horizontalen Richtungen ermöglicht.
Ein weiterer Erfindungsgedanke ist die Mehrfachausbildung nach Fig. 2. Hierbei können
Konstruktionselemente auch unterschiedlicher Kernhöhen und mit unterschiedlichen
Armierungen einsatzzweckentsprechend durch Verklebung bzw. Laminierung (8) mitein
ander verbunden werden.
Ein großer Vorteil ist das geringe Strukturgewicht von nur ca. 400-450 kg/m3 sowie
die hohe Lochleibungsfestigkeit in Verbindung mit guten Weiterverarbeitungsmöglichkeiten.
Nachfolgend werden einige Beispiele für den Einsatz des erfindungsgemäßen Konstruktions
elementes, ohne den Anspruch auf Vollständigkeit, aufgeführt:
Platten für Böden, Decken und Wände im Bauwesen sowie Flachdächer und feuerfeste Isolierung von Kabelführungen, Feuerschutztüren, Fensterbänke, Heizungsschächte für Fernheizungen sowie Arbeitsplatten in Küchen und Labors.
Aufbauten für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Isolier- und Kofferfahrzeuge.
Rümpfe, Abschottungen und Aufbauten für Wasserfahrzeuge.
Trägerplatten für beschichtete Fassadenverkleidungen z. B. mit Marmor.
Waggonbau-Böden und Seitenteile.
Flüssigkeits-Hochbehälter in Segmentbauweise.
Regalböden mit sehr niedriger Durchbiegung für Möbel, Lager- und Verkaufsräume.
Wetterfeste Beschilderung für Verkehrsführungen.
Platten für Böden, Decken und Wände im Bauwesen sowie Flachdächer und feuerfeste Isolierung von Kabelführungen, Feuerschutztüren, Fensterbänke, Heizungsschächte für Fernheizungen sowie Arbeitsplatten in Küchen und Labors.
Aufbauten für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Isolier- und Kofferfahrzeuge.
Rümpfe, Abschottungen und Aufbauten für Wasserfahrzeuge.
Trägerplatten für beschichtete Fassadenverkleidungen z. B. mit Marmor.
Waggonbau-Böden und Seitenteile.
Flüssigkeits-Hochbehälter in Segmentbauweise.
Regalböden mit sehr niedriger Durchbiegung für Möbel, Lager- und Verkaufsräume.
Wetterfeste Beschilderung für Verkehrsführungen.
Es ergeben sich weitere Kennzeichen und Merkmale aus den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispielen, es zeigen:
Fig. 1 ein Konstruktionselement mit armiertem Stützkern mit oberer Decklage, teilweise
abgedeckt, in perspektivischer Draufsicht,
Fig. 2 ein Konstruktionselement mit Waben-Stützkern und Kernfüllung aus Leicht
granulat mit Deck- und Zwischenlagen in perspektivischer Seitenansicht,
Fig. 3 ein hohlraumbildendes Skelett aus mehrwelliger Wellpappe, wasserglas-imprägniert
mit Kernfüllung aus kunstharzimprägniertem Leichtgranulat.
Fig. 4 ein Wabenstützkern mit Kernfüllung aus Leichtgranulat.
Das Konstruktionselement wird, als Beispiel, in folgenden Fertigungsschritten produziert:
Das Skelett (1) wird von vorgefertigten Blöcken in Scheiben durch Sägeschnitte getrennt, nachdem die Wellpappen- oder Honigwabenblöcke in Wasserglaslösung bzw. Phenolharz vorzugsweise durch Eintauchen imprägniert und anschließend getrocknet wurden. Durch diesen Arbeitsgang wird das hohlraumbildende Skelett feuerschützend behandelt.
Das Skelett (1) wird von vorgefertigten Blöcken in Scheiben durch Sägeschnitte getrennt, nachdem die Wellpappen- oder Honigwabenblöcke in Wasserglaslösung bzw. Phenolharz vorzugsweise durch Eintauchen imprägniert und anschließend getrocknet wurden. Durch diesen Arbeitsgang wird das hohlraumbildende Skelett feuerschützend behandelt.
Als nächster Schrift werden die Hohlräume des Skelettes (1) mit dem Gemisch aus Leicht
granulat (2) z. B. auf der Basis von Bims oder Ton mit Binder z. B. auf der Basis von Phenol
in flüssiger oder Pulverform oder Epoxidharz gefüllt und mittels Verdichterplatten verpreßt,
so daß die Hohlräume ihrerseits mit der Kernfüllung und den Skelett-Seitenwänden eine
homogene Einheit bilden.
Extern gefertigte Gelege aus unidirektional orientierten Verstärkungsfasern auf der Basis
von z. B. Glas, Carbon, Aramid, Polyester oder Polyäthylen werden im Kreuzungswinkel
von ±45° zusammengeführt (4), (5) und (6) und mittels Kunstharz in duromerer oder thermo
plastischer Form imprägniert.
Die aus den imprägnierten Gelegen gebildeten Deck- oder Zwischenlagen (6), (7) oder (8)
decken den vorbereiteten Stützkern, entsprechend Fig. 3 oder 4 ab und werden mit diesem
unter mittelstarkem Pressendruck und Hitzezuführung zu einer Einheit verbunden.
Das so entstandene Konstruktionselement kann unmittelbar danach der Weiterbearbeitung
z. B. durch Aufbringen von Dekorschichten, Einfarbungen, Lackierungen, Marmor- oder
Holzbeschichtungen, je nach Einsatzzweck, zugeführt werden.
Das zuvor beschriebene Konstruktionselement ist kochwasserbeständig, hitzebeständig,
wetterfest, feuerfest und physiologisch unbedenklich. Es ist recyclingfähig und besteht
aus Rohstoffen mineralisch-anorganischen Ursprungs und zum Teil aus Altpapier. Es
ist kostengünstig und umweltschonend herzustellen und einzusetzen.
Claims (9)
1. Konstruktionselement mit armiertem Stützkern, dadurch gekennzeichnet, daß als
Verstärkung zwischen den Decklagen (6) und (7) ein hohlraumbildendes Skelett (1)
zur Aufnahme der Kernfüllung aus Leichtgranulat (2) und als Verbindungssteg zwischen
den Decklagen (6) und (7) angeordnet ist.
2. Konstruktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Skelett (1)
eine mehrwellige Wellpappe aus Zellstoff verwendet wird, deren Einzellagen miteinander
verklebt sind.
3. Konstruktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Skelett (1)
eine Wabe entsprechend Fig. 2 und Fig. 4 auf der Basis von Zellstoff, Aramid, Aluminium
oder thermoplastischem Kunststoff verwendet wird.
4. Konstruktionselement nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß
das hohlraumbildende Skelett (1) aus Wellpappe oder in Wabenform mit Phenolharz oder
Wasserglas auf der Basis von Natrium- oder Kaliumsilikat imprägniert wird.
5. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das hohlraumbildende Skelett (1) aus Wellpappe oder in Wabenform mit einer kunstharzge
bundenen Kernfüllung aus Leichtgranulat (2) auf der Basis von Bimsstein, Tonklinker,
Blähschiefer, Blähglimmer oder Hohlglaskugeln gefüllt wird.
6. Konstruktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlraum
bildende Skelett (1) mit der Kernfüllung (2) auf mindestens einer Seite mit einer Deck
lage (6) und (7) aus kunstharzimprägnierten Verstärkungsfasern auf der Basis von Glas,
Carbon, Aramid, Polyester oder Polyäthylen versehen ist.
7. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
als Kunstharz für die Bindung der Kerntüllung (2) und die Imprägnierung der Ver
stärkungsfasern (4), (5), (6), (7) und (8) Kunstharze als Duromere oder Thermoplaste
auf der Basis von Phenol, Polyester, Epoxid oder Melamin verwendet werden.
8. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einzellagen der Verstärkungsfasern (4) und (5) der Decklagen (6) und (7) in einem
Kreuzungswinkel von ±45° zur Längsachse des Konstruktionselementes entsprechend
Fig. 1 orientiert sind.
9. Konstruktionselement nach Anspruch 1 und einem der folgenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Verbindung mehrerer Konstruktionselemente durch Aufeinan
derlegen und Verbinden mittels Verkleben oder Laminieren an ihren Grenzflächen ent
sprechend Fig. 2 erfolgt.
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