DE202010004816U1

DE202010004816U1 - Vorrichtung zum Herstellen eines Skelettbausegments, ein Skelettbausegment, das mittels dieser Vorrichtung hergestellt wurde und ein Gebäude, das dieses Skelettbausegment umfasst

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Publication number: DE202010004816U1
Application number: DE201020004816
Authority: DE
Original assignee: BIOBASED INSULATION BELGIUM
Current assignee: MAC INVESTMENTS B.V., NL
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2020-04-08

Abstract

Vorrichtung (19) zum Herstellen eines Skelettbausegments (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) folgende Bestandteile umfasst:
– erste Positionierungsmittel (23) zum Positionieren einer halboffenen Baugruppe (2) mit auf der Grundlage eines Plans (16) eines zu konstruierenden Gebäudes vorgegebenen Abmessungen, wobei die Baugruppe (2) eine erste ebene Platte (3) umfasst an der ein Rahmen (4) befestigt ist, in einer liegenden Position, so dass sich die erste ebene Platte (3) unter dem Rahmen (4) befindet, und wobei die erste ebene Platte (3) und der Rahmen (4) zusammen mindestens ein Fach (5) mit einem Boden (6) und einem vorstehenden Rand (7) definieren;
– eine Berechnungseinheit zum Berechnen der anzubringenden Menge flüssigen Isolationsmaterials (8), das aufschäumen kann, aus den Abmessungen des mindestens einen Fachs (5) der Baugruppe (2) und aus mindestens einer vorgegebenen Dicke (15) des nach dem Plan (16) anzubringenden Isolationsmaterials (8);
– eine Verteilvorrichtung (24) mit mindestens einer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Skelettbausegments.
Die Erfindung betrifft ferner ein Skelettbausegment, das mittels dieser Vorrichtung hergestellt wurde, und ein Gebäude, das ein solches Skelettbausegment umfasst.
Zum Bau von Wohnungen in Skelettbauweise ist die Herstellung von Fertigwandpanelen bekannt, die auf der Baustelle aneinander befestigt werden. Diese Panelen bestehen in der Regel aus zwei gleichmäßig beabstandeten Holzplatten, die an einem Rahmen, der sich zwischen den beiden Platten befindet, befestigt sind. Um die Isolierung der Wohnung zu verbessern, werden diese Platten in der Regel auf der Baustelle isoliert, indem Öffnungen in den Holzplatten angebracht und eine Zelluloseisolierung in die Öffnungen eingesprüht wird. Alternativ werden die Wandpanele in der Fabrik mit einem weichen Isolationsmaterial, wie Glas- oder Mineralwolle, oder mit einem harten Isolationsmaterial, das auf Maß geschnitten werden muss, isoliert. Ein Nachteil dieser Arbeitsweise besteht jedoch darin, dass die Panelen oft schlecht isoliert sind oder dass viel Isolationsmaterialabfall entsteht.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Skelettbausegments mit einer guten Isolierung und einer geringeren Menge an Isolationsmaterial.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung erfüllt, die die technischen Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
Dazu umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung: – erste Positionierungsmittel zum Positionieren einer halboffenen Baugruppe mit auf der Grundlage eines Plans eines zu konstruierenden Gebäudes vorgegebenen Abmessungen, wobei die Baugruppe eine erste ebene Platte umfasst an der ein Rahmen befestigt ist, in einer liegenden Position, so dass die erste ebene Platte sich unter dem Rahmen befindet, und wobei die erste ebene Platte und der Rahmen gemeinsam mindestens ein Fach mit einem Boden und einem vorstehenden Rand definieren; – eine Berechnungseinheit zum Berechnen der anzubringenden Menge flüssigen Isolationsmaterials, das aufschäumen kann, aus den Abmessungen des mindestens einen Fachs der Baugruppe und aus der vorgegebenen Dicke des anzubringenden Isolationsmaterials nach dem Plan; – eine Verteilvorrichtung mit mindestens einer Düse zum Anbringen der berechneten Menge flüssigen Isolationsmaterials in dem mindestens einen Fach der liegenden Baugruppe; – zweite Montagemittel zum Anbringen und Befestigen einer zweiten ebenen Platte in gleichmäßigem Abstand zur ersten ebenen Platte, so dass sich der Rahmen zwischen der ersten und der zweiten ebenen Platte befindet.
Durch das Bereitstellen einer halboffenen Baugruppe ist der gesamte Raum des mindestens einen Fachs zugänglich, wodurch ein flüssiges Isolationsmaterial einfach angebracht und über das Fach verteilt werden kann, insbesondere auch in die Ecken und gegen den vorstehenden Rand.
Durch das Positionieren dieses Fachs in einer liegenden Position wird verhindert, dass sich das Isolationsmaterial an bestimmten Stellen ansammelt, was ein unregelmäßige Verteilung bewirken würde, die nach Möglichkeit entfernt werden muss.
Durch das Anbringen in noch nicht ausgehärteter Form wird außerdem die Haftung des aufgeschäumten Isolationsmaterials an der ersten ebenen Platte verbessert. Durch diese Haftung kann das Kondensationsrisiko zwischen der ersten Platte und dem Isolationsmaterial verringert werden. Diese feste Haftung bietet außerdem eine zusätzliche mechanische Stärke für das Segment, insbesondere gegenüber Biegen und Knicken, was für ein Gebäude mit mehreren Stockwerken wichtig ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Hartschaum eingesetzt wird.
Da die Baugruppe beim Anbringen des Isolationsmaterials liegend angeordnet wird, muss das Isolationsmaterial nur über eine begrenzte Höhe aufschäumen (nur wenige Zentimeter im Gegensatz zu einigen Metern bei der Anbringung in situ), wodurch die Dichte des Isolationsmaterials geringer sein kann, was zu einer Einsparung von Isolationsmaterial führen kann. Vorzugsweise wird die Vorrichtung so vorgesehen, dass die zweite ebene Platte erst angebracht wird, wenn das Isolationsmaterial über den vorgegebenen Zeitraum frei aufgeschäumt ist. Hierdurch wird ein Gegendruck durch die zweite ebene Platte im Wesentlichen oder vollkommen vermieden und es wird eine gleichmäßigere und geringere Dichte des Isolationsmaterials ermöglicht, wodurch der Isolationswert für eine gegebene Menge Isolationsmaterial optimiert werden kann.
Der größte Vorteil dieser Vorrichtung besteht möglicherweise darin, dass die benötigte Menge Isolationsmaterial in Abhängigkeit von den Abmessungen des auszufüllenden Fachs im Voraus berechnet werden kann und dabei die gewünschte Höhe des aufgeschäumten Isolationsmaterials berücksichtigt werden kann. Dadurch eignet sich die Vorrichtung zum Herstellen von Skelettbausegmenten unterschiedlicher Formen und Abmessungen (jedes Gebäude ist anders). Dadurch, dass die Menge Isolationsmaterial auf der Grundlage des Gebäudeplans optimal an das Fach angepasst werden kann, in dem sie angebracht wird, können Materialkosten eingespart und Abfall durch überschüssiges Isolationsmaterial, das später entfernt werden muss, vermieden oder auf ein Mindestmaß beschränkt werden, was außerdem vorteilhaft für die Umwelt ist.
Der Erfinder hat überraschend festgestellt, dass dank der ersten Positionierungsmittel das Anbringen des Isolationsmaterials in einem liegenden Fach stattfinden kann, was die zusätzliche Möglichkeit bietet, das Fach nicht über die vollständige Dicke, sondern beispielsweise nur über die halbe Dicke zu füllen, während trotzdem alle Ecken und Ränder luft- und feuchtigkeitsdicht verschlossen werden können. Indem ein angemessenes Isolationsmaterial verwendet wird, kann die Panele so luft- und feuchtigkeitsdicht verschlossen werden, was für Passiv- und Niedrigenergiegebäude von Bedeutung ist. Dies ist nach dem Stand der Technik, bei dem Isolationsmaterial zwischen zwei aufrecht stehende Platten gesprüht wird, in situ nicht möglich. Dadurch bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung eine zusätzliche Form von Flexibilität, wobei die Dicke der Isolationsschicht der durch die Vorrichtung hergestellten Skelettbausegmente auf die Wünsche des Kunden abgestimmt werden und geringer ausfallen kann als die Dicke des Rahmens. Dadurch kann die Dicke des Rahmens unabhängig von der Dicke der Isolation gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Stärke. Diese Vorrichtung bietet ferner die Möglichkeit, eine monolithische Wand herzustellen, in die technische Versorgungsleitungen (z. B. Strom- oder Wasserleitungen) angebracht werden können, und die trotzdem gut isoliert, luft- und feuchtigkeitsdicht ist.
Vorzugsweise umfasst das Isolationsmaterial Polyurethan-(PUR)-Schaum oder Polyisocyanurat-(PIR)-Schaum.
Polyurethanschaum ist ein bekannter Schaum, der sich für diese Anwendung besonders eignet, da dieser Schaum sehr schnell aushärtet (zwischen einigen Sekunden bis einigen Minuten) und thermisch wie akustisch sehr gut isoliert. Darüber hinaus handelt es sich um einen Hartschaum, der zur Stabilität der Konstruktion beitragen kann.
Vorzugsweise umfasst die Verteilvorrichtung dritte Positionierungsmittel zum Positionieren und Verschieben der Düse über dem mindestens einen Fach zum Anbringen des Isolationsmaterials.
Dank dieser dritten Positionierungsmittel ist es möglich, mindestens den Boden des mindestens einen Fachs mit einer Lage Isolationsmaterial der vorgegebenen Dicke vollständig zu bedecken. Indem der gesamte Boden bedeckt wird, wird eine optimale Isolierung des Skelettbausegments erhalten. Indem das Isolationsmaterial über den gesamten Boden verteilt wird, wird eine gute Verteilung des Isolationsmaterials erhalten und die gewünschte Dicke kann genau eingestellt werden.
Alternativ umfasst die Verteilvorrichtung vierte Positionierungsmittel zum Positionieren und Verschieben von mindestens einem Fach unter die Düse zum Anbringen des Isolationsmaterials.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Sensoren zum Messen der Dicke des aufgeschäumten Isolationsmaterials und die Berechnungseinheit ist dazu vorgesehen, die gemessene Dicke bei der Berechnung der Menge Isolationsmaterial zu berücksichtigen.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Sensoren zum Messen der Luftfeuchte und der Umgebungstemperatur und die Berechnungseinheit ist vorgesehen, um die gemessenen Werte bei der Berechnung der Menge Isolationsmaterial zu berücksichtigen.
Dadurch, dass die Berechnungseinheit vorgesehen ist, um die wirkliche Dichte der aufgeschäumten Isolation eines Fachs zu messen und mit der gewünschten Dicke gemäß Plan zu vergleichen, wird wie in einem geschlossenen Regelkreis ein Korrekturmechanismus bereitgestellt. Dadurch ist es möglich, eine genaue Berechnung der Menge flüssigen Isolationsmaterials von noch zu isolierenden Fächern durchzuführen, wodurch so wenig Isolationsmaterial wie möglich verschwendet wird. Aus demselben Grund werden vorzugsweise auch die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchte gemessen und berücksichtigt.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Erwärmungsmittel zum Erwärmen des Isolationsmaterials. Durch Beeinflussen der Temperatur des Isolationsmaterials können die Prozessparameter genauer gesteuert werden und die Berechnung der benötigten Menge Isolationsmaterial wird noch genauer, wodurch es zu noch weniger Materialverlust kommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner die Bereitstellung eines Skelettbausegments, das mittels der oben beschriebenen Vorrichtung hergestellt wurde.
Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gebäude bereitzustellen, das ein solches Skelettbausegment umfasst.
Die Erfindung wird anhand der unten stehenden Beschreibung und der zugehörigen Figuren einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Skelettbausegments gemäß der vorliegenden Erfindung weiter verdeutlicht.
1 zeigt einen Balken aus Holz oder Metall.
2 zeigt einen Rahmen aus Holz oder Metall, der aus dem Balken aus Holz oder Metall aus 1 gefertigt ist.
3 zeigt eine ebene Platte.
4A–4C zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Skelettbausegments.
4A zeigt eine Ausführungsform einer aus dem Rahmen aus 2 und der ebenen Platte aus 3 gefertigten Baugruppe in Perspektivansicht.
4B zeigt die Baugruppe nach dem Anbringen und Verteilen von Isolationsmaterial anhand eines Schnitts der halboffenen Baugruppe aus 4A entlang der Linie I-I.
4C zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Skelettbausegments nach dem Anbringen einer zweiten ebenen Platte auf der halboffenen Baugruppe aus 4B.
5A–5E zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Skelettbausegments.
5A zeigt dieselbe Baugruppe wie 4A.
5B zeigt einen Schnitt der halboffenen Baugruppe aus 5A entlang Linie I-I nach dem Anbringen und Aufschäumen von darin angebrachtem Isolationsmaterial bis über den Rand des Rahmens.
5C zeigt die Baugruppe aus Fig. B, nachdem der Teil des Isolationsmaterials, der über den Rand des Rahmens hervorsteht, entfernt wurde.
5D zeigt die Baugruppe aus 5C in Perspektivansicht.
5E zeigt einen Schnitt des erfindungsgemäßen Skelettbausegments nach dem Anbringen einer zweiten ebenen Platte auf der halboffenen Baugruppe aus 5C.
6A zeigt das Skelettbausegment aus 4C oder 5E in Perspektivansicht, bevor eine Fensteröffnung vorgenommen wurde.
6B zeigt das Skelettbausegment aus 6A, nachdem eine Fensteröffnung vorgenommen wurde.
6C zeigt eine alternative Form und Abmessungen eines erfindungsgemäßen Skelettbausegments.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung bietet eine effiziente Lösung zum Isolieren von in Skelettbauweise errichteten Wohnungen an. Solche Wohnungen werden heute oft durch Herstellung von Fertigpanelen errichtet, die herkömmlicherweise mit Glas- oder Mineralwolle isoliert sind. Diese Fertigpanelen, im Folgenden Skelettbausegmente genannt, umfassen meist eine vollständige Seitenwand einer Etage des Gebäudes und werden auf der Baustelle miteinander verbunden. Solche Skelettbausegmente können sowohl am Gebäudeäußeren (als Außenmauer) als auch im Gebäudeinneren (als Innenmauer) eingesetzt werden. Diese Skelettbausegmente können ggf. Öffnungen zum Befestigen von Fenstern oder Türen aufweisen oder sie können für die Dachkonstruktion verwendet werden.
In der Regel umfassen diese Skelettbausegmente zwei gleichmäßig beabstandete Platten und einen dazwischen liegenden Rahmen, wodurch eine Anzahl getrennter Fächer (Räume) definiert wird. Heute werden solche Wohnungen in der Regel in situ isoliert, indem ein oder zwei Öffnungen vorgenommen und ein Isolationsmaterial aus Zellulose, beispielsweise Isofloc^®, in die Räume eingesprüht wird. Die professionelle Anbringung dieses Materials erfordert viel Fachkenntnis und Erfahrung und oft sind die Gegebenheiten zum Anbringen dieses Materials keineswegs ideal. So ist es ein inhärentes Problem, dass die Panelen aufrecht stehen und das Material daher nach unten fließt oder absinkt, so dass die Dichte im unteren Bereich des Segments oft höher ist als im oberen Bereich. Dies kann bei der Produktion passieren, aber es kann auch später zu einem Absinken kommen. Darüber hinaus gibt es keine Möglichkeit, die Auffüllung später zu kontrollieren. Ferner wird die eingesprühte Materialmenge nicht im Voraus berechnet, so dass in der Regel zuviel Material eingebracht wird, das nach der Ausdehnung oft aus den Öffnungen wieder austritt, was eine enorme Materialvergeudung darstellt. Diese Materialien sind nicht luft- oder feuchtigkeitsdicht, was in Passiv- und Niedrigenergiebauten entscheidend ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Skelettbausegmenten umfasst: – erste Positionierungsmittel zum Positionieren einer halboffenen Baugruppe mit auf der Grundlage eines zu konstruierenden Gebäudes vorab festgelegten Abmessungen, wobei die Baugruppe eine erste ebene Platte umfasst, an der ein Rahmen befestigt ist, in eine liegende Position, so dass die erste ebene Platte sich unter dem Rahmen befindet, und wobei die erste ebene Platte und der Rahmen gemeinsam mindestens ein Fach mit einem Boden und einem vorstehenden Rand definieren; – eine Berechnungseinheit zum Berechnen der anzubringenden Menge flüssigen Isolationsmaterials aus den Abmessungen des mindestens einen Fachs der Baugruppe und aus einer vorgegebenen Dicke des gemäß Plan anzubringenden Isolationsmaterials, welches aufschäumen kann; – eine Verteilvorrichtung mit mindestens einer Düse zum Anbringen der berechneten Menge flüssigen Isolationsmaterials in mindestens einem Fach der liegenden Baugruppe; – zweite Montagemittel zum Anbringen und Befestigen einer zweiten ebenen Platte in gleichmäßigem Abstand zur ersten ebenen Platte, so dass der Rahmen sich zwischen der ersten und zweiten ebenen Platte befindet.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Skelettbausegments gemäß der Erfindung wird in 4A bis 4C veranschaulicht. Dabei wird eine halboffene Baugruppe 2, wie in 4A gezeigt, verwendet. Diese Baugruppe 2 wird in eine liegende Position positioniert, vorzugsweise horizontal. Die Baugruppe 2 weist mindestens ein Fach 5, zumeist eine Reihe von Fächern 5 auf, die mindestens teilweise mit Isolationsmaterial 8 aufgefüllt werden müssen. Gemäß der Erfindung ist die Berechnungseinheit vorgesehen, um die anzubringende Menge Isolationsmaterial 8 auf der Grundlage der Abmessungen (und der Form) von Fach 5, sowie die vorgegebene Höhe der Lage des anzubringenden Isolationsmaterials 8 gemäß Plan 16 zu berechnen. In 4B beträgt diese Höhe ungefähr ein Viertel der Dicke des Rahmens 4, aber diese vorgegebene Höhe kann willkürlich festgelegt werden und von 1% (keine Isolation) bis nahezu 100% (maximale Menge) der Dicke von Rahmen 4 reichen, beispielsweise 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%. Die Form der Fächer 5 ist vorzugsweise dreieckig oder rechteckig.
Das Isolationsmaterial 8 wird vorzugsweise über eine Düse 25 angebracht, welche in 4B die Form eines Sprühkopfs annimmt, und die sich bezüglich der auszufüllenden Fächer bewegen kann und das Isolationsmaterial 8 auf den Boden 6 und die vorstehenden Ränder 7 und in die Ecken des auszufüllenden Fachs 5 sprüht. Andere Ausführungsformen der Düse sind jedoch ebenfalls möglich, beispielsweise eine Düse, aus der das Isolationsmaterial 8 fließen kann. In der Praxis werden beim Füllen eines Fachs 5 vorzugsweise mehrere Düsen verwendet und es werden mehrere Fächer 5 zugleich gefüllt. Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung vorgesehen, um die Menge Isolationsmaterial 8, die in ein Fach 5 eingebracht werden soll, im Voraus zu berechnen, und sie ist ferner vorgesehen, um die Sprühköpfe so zu steuern, dass die Höhe der Isolationslage nach dem Aufschäumen optimal mit der gewünschten Dicke 15 nach Plan 16 übereinstimmt, beispielsweise durch Regelung von Position und Durchsatz. Nach vollständigem Aufschäumen des Isolationsmaterials 8 kann die zweite ebene Platte 13 mit Hilfe der zweiten Montagemittel (26) auf der Baugruppe 2 angebracht und befestigt werden, wie in 4C gezeigt. Der Freiraum kann zum Anbringen technischer Versorgungsleitungen (beispielsweise Strom- oder Wasserleitungen) verwendet werden, die andernfalls an der Außenseite eines Skelettbausegments angebracht werden müssten. Auf diese Weise kann ein monolithisches Skelettbausegment bereitgestellt werden, das vollständig fertiggestellt ist und in situ sehr schnell angebracht werden kann. Durch die Platzierung dieser Versorgungsleitungen an der Innenseite des Skelettbausegments werden der externe Aufbau und die externe Bearbeitung überflüssig, was zu Material- und Kosteneinsparung führt.
Wenn der Rahmen beispielsweise 17 cm dick ist und das Isolationsmaterial 10 cm dick ist, besteht ein Freiraum von 7 cm zur Anbringung technischer Mittel. Eine andere Möglichkeit ist ein Rahmen von 16 cm Dicke mit 12 cm Schaum, andere Abmessungen sind jedoch ebenfalls möglich. Eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Skelettbaupanels wird in 5A bis 5E gezeigt. Dabei wird ferner eine halboffene Baugruppe wie in 5A gezeigt, verwendet. Diese Baugruppe 2 wird mit Hilfe der ersten Positionierungsmittel (23) in eine liegende Position, vorzugsweise horizontale Position, gebracht. Die Baugruppe 2 weist mindestens ein Fach 5, meist eine Reihe einzelner Fächer 5 auf, die mit Isolationsmaterial 8 aufgefüllt werden müssen. Gemäß der Erfindung ist die Berechnungseinheit vorgesehen, um die anzubringende Menge Isolationsmaterial 8 auf Grundlage der Abmessungen (und der Form) jedes Fachs 5 sowie die vorgegebene gewünschte Höhe 15 der Schicht des nach Plan anzubringenden Isolationsmaterial 8 zu berechnen. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform beträgt die gewünschte Dicke 15 des Isolationsmaterials 100% der Dicke des Rahmens 4, d. h. die maximale Isolation für eine gegebene Rahmendicke. Da die tatsächliche Höhe des aufgeschäumten Isolationsmaterials 8 unweigerlich Abweichungen aufweisen wird, wird bei dieser Ausführungsform die Menge Isolationsmaterial 8 so ausgewählt, dass sich das aufgeschäumte Isolationsmaterial 8 bis oben zum abstehenden Rand 7 des Rahmens 4 erstreckt (5B), vorzugsweise bis gerade oberhalb des abstehenden Rands 7, und danach wird der überstehende Teil, beispielsweise durch Wegschneiden oder Sägen entfernt (5C). Gemäß der Erfindung wird eine Annäherung an den gewünschten Wert von 100% Materialverbrauch beabsichtigt, so dass so wenig Isolationsmaterial 8 wie möglich weggeschnitten werden muss. Nach Entfernen des überschüssigen Teils Isolationsmaterial 8 (5D) durch die Entfernungsmittel (27) kann die zweite ebene Platte 13 auf der Baugruppe 2, wie in 5E gezeigt, angebracht und befestigt werden.
6A zeigt das Skelettbausegment 1 aus 4C und 5E in Perspektivansicht. An der Außenseite kann man nicht sehen, wie dick die angebrachte Isolationslage 8 wirklich ist.
1 zeigt einen Balken 10, der zum Herstellen des in 2 gezeigten Rahmens 4 verwendet werden kann. Die Länge des Balkens 10 muss dazu in der Regel angepasst werden. Dies kann auf herkömmliche Weise, wie beispielsweise Sägen (mit Hilfe von Sägemitteln) oder auf eine andere herkömmliche Weise erfolgen. 3 zeigt die erste und zweite Platte 3, 13, die am Rahmen 4 aus 2 befestigt werden, um die Baugruppe 2 aus 4A bzw. 5A zu erhalten. Bei dem Rahmen 4 kann es sich um einen Rahmen aus Holz handeln. Der Rahmen kann jedoch auch aus einem anderen Material gefertigt sein, beispielsweise Metall, wie Stahl oder Aluminium. Ein Vorteil eines Rahmens aus Holz besteht darin, dass Kältebrücken so vermieden werden. Ein Vorteil eines Rahmens aus Metall besteht darin, dass der Rahmen stärker und steifer ist, wodurch die Höhe der Wohnung in Skelettbauweise größer sein kann.
Die Form und Abmessungen des Skelettbausegments 1 aus 6A sind natürlich nur ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Skelettbausegments 1. Andere Formen und Abmessungen sind ebenfalls möglich. So zeigt 6B beispielsweise ein Skelettbausegment 1 einer oberen Etage eines Gebäudes mit zwei abgeschrägten Rändern und ohne Öffnung für eine Tür oder ein Fenster. Andere Formen und Abmessungen sind natürlich auch möglich und natürlich gilt dasselbe für den entsprechenden Rahmen und die entsprechenden flachen Platten 3, 13.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so konstruiert, dass die zweite flache Platte erst nach einem vorgegebenen Zeitraum angebracht wird, wobei der vorgegebene Zeitraum größer als 1 Sekunde ist, vorzugsweise handelt es sich um einen Zeitraum zwischen 5 Sekunden und 30 Minuten, weiter bevorzugt um einen Zeitraum zwischen 10 Sekunden und 10 Minuten.
Der Fachmann kann die Reaktionsgeschwindigkeit beim Aufschäumen anpassen, indem er die Zufuhrgeschwindigkeit des Isolationsmaterials und seine Zusammensetzung anpasst und optimal auf die Eigenschaften (beispielsweise Zufuhrgeschwindigkeit, Herstellungszeit usw.) der Vorrichtung abstimmt.
Vorzugsweise umfasst das Isolationsmaterial 8 Polyurethan-(PUR)-Schaum oder Polyisocyanurat-(PIR)-Schaum.
Sowohl PUR als auch PIR sind hochwertige Isolationsmaterialien mit guten thermischen Isolatoren. Beide Materialien haben einen Lamdawert von 0,026–0,035 W/mK. Falls gewünscht, kann dieser Schaum durch Hinzufügung bekannter Substanzen feuerfest gemacht werden. Alternativ kann auch ein Isolationsschaum mit offener Zellstruktur verwendet werden. Ein solches Material ist in der Regel kostengünstiger, aber nicht diffusionsdicht. Vorzugsweise wird ein Isolationsschaum mit geschlossener Zellstruktur verwendet, da dieser feuchtigkeitsdicht ist und sich daher besser für Passivbauten eignet. Hierdurch kann auf die Verwendung einer Folie, die die Wand luft- und feuchtigkeitsdicht macht, verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich der Isolationswert durch unerwünschte Ursachen über die Zeit nicht oder kaum verschlechtert, wie dies bei weichem Isolationsmaterial, wie Glas- oder Mineralwolle, häufig der Fall ist.
Vorzugsweise wird die erste ebene Platte 3 aus Holz oder Gipsfaserplatte gefertigt.
Holz und Gipsfaserplatten sind Materialien, die sich sehr gut für diese Anwendung eignen, da sie eine sehr große Festigkeit aufweisen und eine gute Haftung zum Isolationsmaterial 8 ermöglichen. Optional kann die Oberfläche der ebenen Platte 3, 13 angeraut werden, um die Haftung zu erhöhen, beispielsweise mittels Sandstrahlen der ebenen Platte 3, 13. Eine harte ebene Platte aus jedem anderen Material, das der Fachmann für geeignet hält, kann jedoch ebenfalls verwendet werden, beispielsweise eine harte ebene gepresste Isolationsplatte.
Das Messen der Dicke 15 der Lage Isolationsmaterial 8 erfolgt vorzugsweise an mehreren Stellen. Dies kann beispielsweise unter Verwendung eines Lichtsensors, z. B. eines Lichtsensors, der über das Fach bewegt werden kann, oder mit Hilfe einer Reihe von Lichtsensoren, erfolgen; andere dem Fachmann bekannte Verfahren können ebenfalls angewendet werden, beispielsweise mehrere 3D-Kameras.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Skelettbausegment (1) um ein Holzskelettbausegment.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Rahmen um einen Rahmen aus Holz. Der Rahmen kann jedoch auch aus Metall hergestellt werden, beispielsweise Stahl oder Aluminium.
Optional umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Entfernungsmitteln zum Entfernen eines Teils des Isolationsmaterials 8, das sich über den vorstehenden Rand 7 erstreckt.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn beabsichtigt ist, das Skelettbausegment 1 zu 100% zu füllen. Da erfindungsgemäß die zweite Platte 13 erst nach einem vorgegebenen Zeitraum angebracht wird, vorzugsweise nach dem nahezu vollständigen Aufschäumen des Isolationsmaterials 8, muss das Isolationsmaterial 8, das sich über den abstehenden Rand 7 erstreckt, erst entfernt werden, beispielsweise mit Hilfe von Schneide- bzw. Sägemitteln, bevor die zweite Platte 13 angebracht werden kann. Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, insbesondere in diesem Fall, bei dem das Fach 5 vollständig gefüllt werden muss, eine solche Menge Isolationsmaterial 8 anzubringen und im Fach 5 zu verteilen, dass die Höhe des Isolationsmaterials 8, das sich über den abstehenden Rand 7 erstreckt, so gering wie möglich ist, so dass so wenig Material 8 wie möglich verloren geht.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Sensoren zum Messen der Luftfeuchte und Umgebungstemperatur und die Berechnungseinheit ist vorgesehen, um die gemessenen Werte der Luftfeuchte und Umgebungstemperatur bei der Berechnung der Menge anzubringenden Isolationsmaterials 8 zu berücksichtigen.
Die gemessenen Werte der Luftfeuchte und Temperatur können auch verwendet werden, um den Zeitpunkt zu bestimmen, in dem die Dicke des Isolationsmaterials 8 gemessen werden kann, oder bei der Bestimmung des vorgegebenen Zeitraums, nach dem die zweite ebene Platte 13 auf den Rahmen 4 angebracht werden kann.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Erwärmungsmittel zum Erwärmen des Isolationsmaterials 8 vor oder bei seinem Verteilen.
Durch das Aufwärmen des Isolationsmaterials 8 kann die Reaktionsgeschwindigkeit und somit die Geschwindigkeit des Aufschäumens und Aushärtens beeinflusst werden. Der Fachmann kann die Aufwärmung so bestimmen, dass ein guter Kompromiss zwischen einem genauen Ansteuern des Auffüllens der Fächer 5 auf die gewünschte Höhe nach Plan 16 und einer hohen Qualität und Gleichmäßigkeit des Schaums sowie einer hohen Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Durch Gewährleistung einer konstanten Temperatur des Isolationsmaterials konvergieren die Korrekturen aus der Rückkopplungsschleife besser und die Höhe des Isolationsmaterials 8 schwankt weniger.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 19 ferner erste Montagemittel 22 zum Bereitstellen der Baugruppe 2, wobei die ersten Montagemittel 22 erste Zufuhrmittel zum Bereitstellen einer Menge Balken 10 und Sägemittel zum Zuschneiden der Balken 10 auf eine vorgegebenen Länge nach Plan 16 und erste Positionierungsmittel zum Positionieren der Balken 10 auf eine erste vorgegebene Position und Ausrichtung bezüglich einander und erste Befestigungsmittel zum Befestigen der Balken 10 aneinander zur Bildung eines Rahmens 4 und zweite Zufuhrmittel zum Bereitstellen der ersten ebenen Platte 3 mit Abmessungen, die mit den Abmessungen des Rahmens 4 übereinstimmen; und zweite Positionierungsmittel zum Positionieren und Ausrichten der ersten ebenen Platte 3 auf den Rahmen 4 und zweite Befestigungsmittel zum Befestigen der ersten flachen Platte 3 an dem Rahmen 4 umfassen.
Das Befestigen der Balken 10 aneinander und das Befestigen der ersten und zweiten ebenen Platte 3, 13 am Rahmen 4 kann beispielsweise unter Verwendung von Nägeln, durch Nieten, Schrauben, Schweißen oder Leimen oder mittels jeder anderen dem Fachmann bekannten Technik erfolgen.
In einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Öffnung für ein Fenster oder eine Tür im Voraus in der ersten oder zweiten ebenen Platte 3, 13 vorgesehen sein, bevor sie am Rahmen 4 befestigt wird. Diese Öffnung stellt für das Befüllen des Isolationsmaterials 8 kein Problem dar, wenn das Fach (oder die Fächer), die mit der Öffnung übereinstimmen, nicht mit Isolationsmaterial 8 gefüllt werden. Es kann sogar ein Vorteil sein, diese Öffnungen im Voraus in den ebenen Platten 3, 13 vorzusehen (beispielsweise mittels einer Kreissäge oder einer Bandsäge oder mit anderen bekannten Techniken), da dadurch das Risiko verringert wird, den Rahmen 4 zu beschädigen.
Es sei darauf hingewiesen, dass gemäß der beschriebenen Vorrichtung das Isolationsmaterial 8 nicht an der zweiten ebenen Platte 13 haftet; da es bereits an der ersten ebenen Platte 3 haftet, wodurch das herzustellende Skelettbausegment bereits feuchtigkeits- und luftdicht ist, ist dies auch nicht erforderlich.
Als vorrangige Vorteile eines in der Fabrik optimal isolierten Skelettbausegments gemäß der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Panelen, die in situ isoliert werden, sind zu nennen: niedrigere Endkosten, da das Isolieren in situ sehr zeitaufwändig ist und von erfahrenen (somit teuren und knappen) Mitarbeitern ausgeführt werden muss; in der Fabrik wird viel weniger Isolationsmaterial 8 verschwendet, da die Menge Isolationsmaterial optimal an den auszufüllenden Raum angepasst wird. Außerdem ist die Qualität des Schaums einer mobilen Sprühmaschine niemals so gut, wie in einem unterbrechungslosen Prozess in der Fabrik erhalten wird, zumal Feuchtigkeit und Temperatur in situ nicht zu kontrollieren sind.
Erfindungsgemäße Skelettbaupanele bieten den weiteren Vorteil, dass sie eine Einsparung der Arbeitskosten auf der Baustelle ermöglichen (es muss keine Isolation in situ angebracht werden), und dass Wohnraum viel schneller hergestellt und platziert werden kann.
7 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Skelettbausegments 1, umfassend: – erste Positionierungsmittel 23 zum Positionieren einer halboffenen Baugruppe 2 mit auf Grundlage von Plan 16 eines zu konstruierenden Gebäudes vorgegebenen Abmessungen, wobei die Baugruppe 2 eine erste ebene Platte 3 umfasst, an der ein Rahmen 4 befestigt ist, in eine liegende Position, so dass die erste ebene Platte 3 sich unter dem Rahmen 4 befindet, und wobei die erste ebene Platte 3 und der Rahmen 4 gemeinsam mindestens ein Fach 5 mit einem Boden 6 und einem vorstehenden Rand 7 definieren; – ein Computer mit einer Berechnungseinheit und mit Auslesemitteln zum Auslesen der Daten eines Plans aus einer Datenbank zum Berechnen einer anzubringenden Menge flüssigen Isolationsmaterials 8, das aufschäumen kann, aus den Abmessungen des mindestens einen Fachs der Baugruppe 2 und aus einer vorgegebenen Dicke 15 des nach Plan 16 anzubringenden Isolationsmaterials; – eine Verteilvorrichtung 24 mit mindestens einer Düse 25 zum Anbringen der berechneten Menge flüssigen Isolationsmaterials 8 in dem mindestens einen Fach der liegenden Baugruppe; – zweite Montagemittel 26 zum Anbringen und Befestigen einer zweiten ebenen Platte 13 in gleichmäßigem Abstand von der ersten ebenen Platte 3, so dass der Rahmen 4 sich zwischen der ersten und zweiten flachen Platte 3, 13 befindet.
In 7 wird eine integrierte, vollautomatische und computergesteuerte Vorrichtung 19 gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die erfindungsgemäße Vorrichtung 19 muss jedoch nicht integriert und vollautomatisch sein. Bestimmte Schritte können auch gesondert und ganz oder teilweise manuell ausgeführt werden. So kann die erste Baugruppe (von Rahmen 4) beispielsweise in einer zweiten Produktionslinie gesondert gefertigt werden, oder sie kann manuell gefertigt werden. Auch das Positionieren und Befestigen der zweiten ebenen Platte 13 an der Baugruppe 2 kann ganz oder zu Teilen manuell erfolgen.
Die Funktionsweise der gezeigten Vorrichtung 19 ist wie folgt. Ein Computer 20 liest die Daten aus einem Plan 16 aus, der in einer mit dem Computer 20 gekoppelten Datenbank 21 gespeichert ist. Diese Daten können beispielsweise in Form einer CAD-(Computer Aided Design)-Zeichnung sowie in jeder anderen dem Fachmann bekannten Form gespeichert sein. Auch wenn diese Daten vorzugsweise in der Datenbank 21 gespeichert und aus dieser abgerufen werden, ist dies für die Erfindung nicht zwingend erforderlich. Alternativ können beispielsweise die Abmessungen der Baugruppe 2 ausgemessen werden. In der bevorzugten Ausführungsform aus 7 steuert der Computer 20 erste Montagemittel 22. Diese sägen Balken 20 in die gewünschte Länge nach Plan 16 und fertigen daraus einen Rahmen 4, wie in 2 gezeigt. Der Rahmen 4 wird an einer ersten ebenen Platte 3 befestigt, um eine halboffene Baugruppe 2 zu erhalten, wie in 4A oder 5A gezeigt. Anhand der Abmessungen aus Plan 16 und der gewünschten Fülldichte berechnet der Computer 20, wie viel Isolationsmaterial 8 in jedes zu füllende Fach 5 eingebracht werden muss, und der Computer 20 gibt an, welche Fächer 5 gefüllt werden müssen. In der Verteilvorrichtung 24 wird die so berechnete Menge Isolationsmaterial 8 danach in das betreffende Fach eingebracht, wie in 4B oder 5B gezeigt. In 7 wird schematisch ein Fass als Behälter für das Isolationsmaterial 8 gezeigt, in der Praxis können aber mehrere Fässer verwendet werden. So wird Polyurethan beispielsweise durch ein Gemisch aus zwei Flüssigkeiten gebildet. In der Fachliteratur finden sich hierzu ausführliche Informationen, daher ist hier keine weitere Erläuterung notwendig.
Die Verteilvorrichtung 24 umfasst ferner Entfernungsmittel 27 zum ggf. erforderlichen Entfernen von Isolationsmaterial 8, das über den vorstehenden Rand 7 von Fach 5 aufgeschäumt ist. Danach wird eine zweite ebene Platte 13 an Baugruppe 2 angebracht und befestigt. Hierdurch wird ein Skelettbausegment 1 ohne Öffnung erhalten (wie in 6A gezeigt). Falls nötig, werden danach mit Hilfe der Bearbeitungsmittel 30 Öffnungen für Fenster oder Türen in das Skelettbausegment 1 eingearbeitet, beispielsweise mittels einer Kreissäge (6B).
Ein wichtiger Unterschied zu Vorrichtungen zum Herstellen bekannter Sandwichpanele besteht darin, dass große Serien von Panelen mit konstanten Abmessungen hergestellt werden können, während die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dazu vorgesehen ist, Skelettbausegmente 1 nach Maß herzustellen. Dies ist notwendig, da sich nicht nur die Abmessungen von Wohnung zu Wohnung stark unterscheiden, sondern auch die Abmessungen der Skelettbauelemente 1 für dieselbe Wohnung stark voneinander abweichen können.
Vorzugsweise umfasst die Verteilvorrichtung 24 dritte Positionierungsmittel zum Verschieben der Düse 25 über das mindestens eine Fach 5 zum Anbringen des Isolationsmaterials 8.
Alternativ umfasst die Verteilvorrichtung 24 vierte Positionierungsmittel zum Positionieren und Verschieben des mindestens einen Fachs 5 unter die Düse 25 zum Anbringen des Isolationsmaterials 8. Gegebenenfalls können sowohl dritte als auch vierte Positionierungsmittel vorgesehen sein.
Durch die Verschiebung der Düse 25 bezüglich Fach 5 oder umgekehrt kann eine bessere Verteilung des Isolationsmaterials 8 in Fach 5 und somit eine gleichmäßigere Höhe des Schaums erreicht werden.
Das Anbringen des Isolationsmaterials 8 beispielsweise durch Spritzen oder Gießen oder Fließenlassen erfolgt am besten, wenn die Baugruppe 2 nahezu horizontal liegt. Wenn das Isolationsmaterial 8 vollständig getrocknet ist, d. h. die äußere Oberfläche des Schaums sich fast nicht mehr verformt, kann die Baugruppe 2 gegebenenfalls umgekippt werden.
Das gemäß dieser Erfindung erhaltene Skelettbausegment 1 eignet sich außerordentlich für so genannte Passiv- oder Niedrigenergiebauten.
Falls gewünscht, kann das Skelettbausegment 1 wie in 6A–6C gezeigt, weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Platzieren eines Fenster- oder Türenprofils. Eventuell können auf die erste oder zweite ebene Platte 3, 13 elektrische oder sonstige technische Leitungen platziert werden, wonach gegebenenfalls eine dritte ebene Platte als Abschluss dienen kann. Diese Techniken sind dem Fachmann wohlbekannt.

Claims

Vorrichtung (19) zum Herstellen eines Skelettbausegments (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) folgende Bestandteile umfasst: – erste Positionierungsmittel (23) zum Positionieren einer halboffenen Baugruppe (2) mit auf der Grundlage eines Plans (16) eines zu konstruierenden Gebäudes vorgegebenen Abmessungen, wobei die Baugruppe (2) eine erste ebene Platte (3) umfasst an der ein Rahmen (4) befestigt ist, in einer liegenden Position, so dass sich die erste ebene Platte (3) unter dem Rahmen (4) befindet, und wobei die erste ebene Platte (3) und der Rahmen (4) zusammen mindestens ein Fach (5) mit einem Boden (6) und einem vorstehenden Rand (7) definieren; – eine Berechnungseinheit zum Berechnen der anzubringenden Menge flüssigen Isolationsmaterials (8), das aufschäumen kann, aus den Abmessungen des mindestens einen Fachs (5) der Baugruppe (2) und aus mindestens einer vorgegebenen Dicke (15) des nach dem Plan (16) anzubringenden Isolationsmaterials (8); – eine Verteilvorrichtung (24) mit mindestens einer Düse (25) zum Anbringen der berechneten Menge flüssigen Isolationsmaterials (8) in dem mindestens einen Fach (5) der liegenden Baugruppe (2); – zweite Montagemittel (26) zum Anbringen und Befestigen einer zweiten ebenen Platte (13) in einem gleichmäßigen Abstand von der ersten ebenen Platte (3), sodass der Rahmen (4) sich zwischen der ersten und der zweiten ebenen Platte befindet (3, 13).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) ferner einen Computer (20), der die Berechnungseinheit umfasst, und ferner Auslesemittel zum Auslesen der Daten des Plans (16) aus einer Datenbank (21) und Steuermittel zum Ansteuern der ersten Positionierungsmittel (23) und der Verteilvorrichtung (24) und der zweiten Montagemittel (26) umfasst.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial (8) Polyurethanschaum oder Polyisocyanuratschaum umfasst.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Platte aus Holz oder Gipsfaserplatte besteht.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Skelettbausegment (1) um ein Holzskelettbausegment handelt.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rahmen (4) um einen Holzrahmen handelt.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) ferner erste Montagemittel (22) zum Bereitstellen der Baugruppe (2) umfasst, wobei die ersten Montagemittel (22) erste Zufuhrmittel zum Bereitstellen einer Menge Balken (10) und Sägemittel zum Zuschneiden der Balken (10) auf eine nach dem Plan (16) vorgegebene Länge und erste Positionierungsmittel zum Positionieren der Balken (10) auf eine vorgegebene Position und Ausrichtung bezüglich einander und erste Befestigungsmittel zum Befestigen der Balken (10) aneinander zur Bildung eines Rahmens (4), und zweite Zufuhrmittel zum Bereitstellen der ersten ebenen Platte (3) mit Abmessungen, die mit den Abmessungen des Rahmens (4) übereinstimmen; und zweite Positionierungsmittel zum Positionieren und Ausrichten der ersten ebenen Platte (3) auf dem Rahmen (4) und zweite Befestigungsmittel zum Befestigen der ersten ebenen Platte (3) am Rahmen (4) umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilvorrichtung (24) dritte Positionierungsmittel zum Positionieren und Verschieben der Düse (25) über das mindestens eine Fach (5) zum Anbringen des Isolationsmaterials (8) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilvorrichtung (24) vierte Positionierungsmittel zum Positionieren und Verschieben des mindestens einen Fachs unter die Düse (25) zum Anbringen des Isolationsmaterials (8) umfasst.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) ferner Sensoren zum Messen einer Dicke (15) des aufgeschäumten Isolationsmaterials (8) umfasst und die Berechnungseinheit bei der Berechnung der Menge Isolationsmaterial (8) die gemessene Dicke (15) berücksichtigt.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Entfernungsmittel (27) zum Entfernen des Isolationsmaterials (8), das sich über den vorstehenden Rand (7) des Rahmens (4) erstreckt, umfasst.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) ferner Sensoren zum Messen der Luftfeuchte oder der Umgebungstemperatur umfasst.
Vorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) ferner Erwärmungsmittel zum Erwärmen des Isolationsmaterials (8) umfasst.
Skelettbausegment (1), das mittels einer Vorrichtung (19) nach den Ansprüchen 1–13 hergestellt wurde.
Gebäude, das ein Skelettbauelement (1) nach Anspruch 14 umfasst.