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Die Neuerung betrifft ein Holz-Beton-Verbundelement mit einer vollflächigen Zwischenschicht als lastabtragendes Bauteil wie z.B. Wand, Decke, oder Dach.
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Bauteile aus Holz sind seit langem bekannt. Bei Decken bis zu einer Spannweite von rund 6 m sind die Holztragelemente allein ausreichend tragfähig. Für größere Spannweiten muss man die Holztragelemente verstärken, was beispielsweise mit Beton erfolgen kann, den man auf die Oberseite der Holztragelemente aufbringt.
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Dabei ist es wichtig, dass Schub- und Normalkräfte vom Beton auf die Holztragelemente übertragen werden; andernfalls würde der Beton die Steifigkeit der Holztragelemente kaum erhöhen. Bei herkömmlichen Bauweisen von Holz-Beton-Verbunddecken mit Ortbeton werden z.B. mechanische Verbindungsmittel, meist in Form von Metallschrauben, eingesetzt. Diese werden meist vor Ort in die Holztragkonstruktion unter Vorgabe eines bestimmten Rasters eingeschraubt. Die Aufbringung des Ortbetons erfolgt in nasser Form, was zu einem Feuchteeintrag in die Holz-Beton-Verbunddecke führt und das Risiko eines Feuchteschadens an der Holzkonstruktion erhöht. Durch die Aushärtezeiten des Aufbetons ist das System nicht unmittelbar belastbar.
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In der
EP 432484 A2 wurde vorgeschlagen, dass vor dem Eindrehen der Schrauben eine Folie (die man auch als Zwischenschicht bezeichnen kann) auf das Holz gelegt wird, um Feuchteschäden zu verhindern. Diese Trennschicht dient ausschließlich dem Feuchteschutz und ist nicht mit dem Holz oder Beton kraftschlüssig verklebt. Zusätzlich bleiben zwei Nachteile bestehen: das Anbringen der Schrauben ist zeitintensiv, und die Schubkraftübertragung erfolgt nur punktweise über die Schrauben, wodurch die Belastbarkeit des Systems verglichen mit einer vollflächigen Verbindung reduziert ist.
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In
DE 19729058 A1 wurde deswegen vorgeschlagen, auf das Holz einen Klebstoff aufzubringen und auf den noch frischen Klebstoff Ortbeton aufzugießen, sodass Klebstoff und Ortbeton gleichzeitig aushärten. Der Klebstoff ist dabei äußerst dünn (mindestens 0,1 mm), sodass hier wiederum das Problem von Feuchteschäden vorhanden ist. Bei dieser Ausführung handelt es sich um eine direkte Verklebung von Holz und Ortbeton.
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EP 2787140 A1 offenbart einen ähnlichen Aufbau, wobei die Klebstoffschicht jedoch wesentlich dicker ausgebildet ist, damit Toleranzen ausgeglichen werden können. Zu diesem Zweck wird zunächst die Betonplatte über Distanzstücke auf die Lage aus Holz aufgelegt, und danach wird in den entstandenen Zwischenraum Klebstoff gepumpt.
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Dies ist in der Herstellung doch sehr aufwändig. Einerseits bedingt das Versetzen der Distanzstücke einen hohen Aufwand; und auch das Einpumpen des Klebstoffes in einer Weise, dass möglichst keine Hohlräume verbleiben, ist alles andere als einfach. Und schließlich ist auch der Klebstoff in den großen Mengen, wie dies für die Lehre von D1 notwendig ist, alles andere als kostengünstig.
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Der Neuerung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Holz-Beton-Verbundelement derart auszugestalten, dass eine dauerhafte kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Beton und dem Holztragelement erzielt werden kann und eine industrielle Vorfertigung im Falle der Verwendung von Betonfertigteilen oder Ortbeton im Werk möglich ist, wodurch die spezifische Montagezeit gering ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verbundelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Zwischenschicht mindestens 3 mm dick und mit dem Holz verklebt und/oder verzahnt ist; dass entweder die Zwischenschicht auch mit dem Beton verklebt und/oder verzahnt ist oder dass die Zwischenschicht mit dem Beton durch direktes Aufgießen des Betons auf die Zwischenschicht verbunden ist; und dass die Übertragung von Kräften ausschließlich über die miteinander verbundenen Oberflächen von Zwischenschicht und Holz sowie von Zwischenschicht und Beton erfolgt. Solch ein Verbundelement besteht somit aus Holztragelementen, welche mit einem Betonfertigteil bzw. Ortbeton über eine mindestens 3 mm dicke Zwischenschicht verbunden sind. Die Übertragung von Schubkräften erfolgt ausschließlich über die miteinander verbundenen Oberflächen von Zwischenschicht und Holz sowie von Zwischenschicht und Beton, sodass also keine zusätzlichen mechanischen Elemente (wie beispielsweise Schrauben) notwendig sind. Dementsprechend gering ist die Montagezeit, und durch den Wegfall der mechanischen Elemente ergibt sich auch ein Kostenvorteil. Weiters kann die Übertragung von Kräften vollflächig erfolgen, wodurch die Steifigkeit des Verbundelements im Vergleich zu punktförmiger Übertragung gesteigert wird.
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Durch die Zwischenschicht wird zumindest weniger Feuchtigkeit in das Holz eingebracht, wenn Ortbeton aufgegossen wird; und die Zwischenschicht kann Unebenheiten ausgleichen, was besonders dann wesentlich ist, wenn Betonfertigteile aufgeklebt werden.
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Damit die Zwischenschicht Schubkräfte ausreichend gut übertragen kann, soll sie eine Schubfestigkeit von mindestens 0,5 N/mm2 haben.
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Ein weiterer Vorteil der zumindest 3 mm dicken Zwischenschicht besteht darin, dass die Schalldämmung verbessert wird; nach einer Ausgestaltung der Neuerung soll die Zwischenschicht den Schalldämmwert um mindestens 1 dB verbessern.
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Damit Toleranzen zwischen der Betonplatte und dem Holz ausgeglichen werden können, ist nach einem weiteren Merkmal der Neuerung vorgesehen, dass die Zwischenschicht zumindest stellenweise durch das Eigengewicht der Betonplatte um zumindest 1 mm, vorzugsweise um zumindest 2 mm gestaucht ist.
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Besonders günstig ist es, wenn die Zwischenschicht eine Flüssigkeitsabdichtung gegen den Ortbeton und für das Holz darstellt. Wenn die Zwischenschicht für Beton flüssigkeitsdicht ist, sind Feuchteschäden beim Holz durch das Aufbringen des Betons ausgeschlossen.
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Herstellen kann man neuerungssgemäße Verbundelemente, indem man die Zwischenschicht mit dem Holz verklebt und davon unabhängig Betonfertigteile herstellt und diese Betonfertigteile sodann auf die Zwischenschicht klebt.
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Alternativ kann man die Zwischenschicht mit dem Holz verkleben und auf die Zwischenschicht Ortbeton aufbringen und dadurch den Verbund zwischen dem Beton und der Zwischenschicht herstellen.
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Es wird also auf die Holztragelemente vorzugsweise vollflächig eine Zwischenschicht verklebt, auf welche wiederum entweder ein Betonfertigteil vorzugsweise vollflächig verklebt oder in Ortbetonweise vollflächig betoniert wird. Die Verklebung kann aber auch nur partiell erfolgen; gegebenenfalls kann man auf die Verklebung auch ganz verzichten, wenn die Kraftübertragung auf andere Weise (zum Beispiel durch Verzahnung) sichergestellt ist.
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Die Zwischenschicht kann aus Materialien, vorzugsweise Holz oder Holzwerkstoffen, synthetischen oder mineralischen Lagen und dgl. bestehen, welche in der Lage sind, einerseits die beim Verbund von Holz- und Beton auftretenden Kräfte und Verformungen von einem Werkstoff auf den anderen zu übertragen und andererseits Bautoleranzen auszugleichen. Die gleichen Anforderungen werden auch an den Klebstoff gestellt.
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Die Zwischenschicht ist bei der Variante Fertigteil mit dem Holz und mit dem Beton vorzugsweise über eine Klebeschicht verbunden. Bei der Variante Ortbeton wird der Verbund zwischen dem Beton und der Zwischenschicht über die Haftreibung bzw. die mechanische Verzahnung der beiden Oberflächen sichergestellt. Die Zwischenschicht ist an der Unterseite wiederum vorzugsweise mit einer Verklebung an das Holz angeschlossen.
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Durch die vorzugsweise vollflächige Verklebung zwischen dem Holztragelement und dem Betonfertigteil bzw. Ortbeton über die Zwischenschicht erfolgt eine gleichmäßige Lastübertragung zwischen den beiden Bauteilen.
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Gemäß der vorliegenden Neuerung ist es also lediglich notwendig, den Klebstoff dünn entweder auf die Zwischenschicht oder auf die Lage aus Holz aufzubringen und dann die Zwischenschicht auf die Lage aus Holz aufzulegen. Gegebenenfalls kann auf das Aufbringen des Klebstoffes sogar ganz verzichtet werden. Die Lage aus Beton wird dann entweder auf die Zwischenschicht aufgegossen, oder wenn eine fertige Betonplatte verlegt werden soll wird auf die Zwischenschicht gegebenenfalls neuerlich eine Lage Klebstoff aufgestrichen und die Betonplatte aufgelegt.
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Trotz dieser einfachen Art der Herstellung ergeben sich beim Endprodukt Vorteile: Es ist eine bekannte Tatsache, dass ein Klebstoff umso höhere Schubkräfte aufnehmen kann, je dünner die Schicht aus Klebstoff ist. Es können daher neuerungsgemäß höhere Schubkräfte übertragen werden als gemäß der Lösung der
EP 2787140 A1 , weil gemäß dieser Schrift die Klebstoffschicht auch den Toleranzausgleich übernehmen muss (der neuerungsgemäß von der Zwischenschicht übernommen wird, sodass die Klebstoffschicht sehr dünn sein kann). Weiters kann man für die Zwischenschicht ein Material auswählen, welches für die geplanten Zwecke möglichst vorteilhafte Eigenschaften hat. So ist es insbesondere möglich, die Schalldämmung signifikant zu verbessern.
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Die Neuerung kann bei Verwendung von Betonfertigteilen durch Automatisierung der Verklebung und des Fügeprozesses industriell zu einem Halbfertigteil von hoher Qualität vorgefertigt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Ortbeton entweder im Werk oder auf der Baustelle aufzubringen.
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Durch den Wegfall des vollflächigen Betoniervorganges bei der Ausführungsvariante Fertigteil bzw. Ortbeton im Werk verkürzt sich die Bauzeit, da nur die Fugen vergossen werden müssen und das System sofort belastbar ist.
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Die Entkopplung durch die Zwischenschicht zwischen den beiden Baustoffen Holz und Beton wirkt sich günstig auf das Schalldämmmaß der Bauteile aus.
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Durch die Verklebung von Fertigteilen mit der Zwischenschicht bzw. dem Ortbeton im Werk und deren Montage auf der Baustelle wird der bei herkömmlichen Systemen durch das Betonieren vor Ort entstehende Feuchteeintrag in die Konstruktion auf ein Mindestmaß reduziert.
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Als Klebstoff für die Verklebung der Zwischenschicht mit dem Aufbeton bzw. dem Holztragelement sind vorzugsweise synthetische elastische bzw. starre Klebstoffe und/oder mineralische Klebstoffe zu verwenden. Die Holztragelemente können aus Flächen (z. B. Brettstapel, Brettsperrholz, Furnierschichtholzelementen) oder Linientragwerken (z. B. Vollholz, Brettschichtholz, Furnierschichtholz oder I Trägern) bestehen.
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An Hand der folgenden beiden Beispiele wird die vorliegende Neuerung näher erläutert.
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A) Variante Betonfertigteil:
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Die Unterseite einer 6 mm dicken Elastomerlage Sylodyn® von Getzner Werkstoffe GmbH wird zunächst mittels des PU-Klebstoffs Jawopur® 686 von Jowat SE auf die Oberseite einer 140 mm Furnierschichtholzplatte LVL X von Steico SE verklebt. Ein 70 mm Betonfertigteil der Festigkeitsklasse C25/30 von MISCHEK Systembau GmbH wird im Anschluss mit demselben Klebstoff an der Oberseite der Zwischenschicht verklebt. Diese Verklebung und diese Zwischenschicht sind in der Lage, die Kräfte überleiten zu können. Die Klebeflächen des Beton- und des Holzfertigteils sind derart beschaffen, um einen permanenten Verbund mit dem Klebstoff und der Zwischenschicht auf Dauer zu garantieren.
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B) Variante Ortbeton:
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Die Unterseite einer 10 mm Heraklith-Holzwolleleichtbauplatte von Knauf Insulation GmbH wird mit einem Klebstoff LOCTITE® HB S609 PURBOND auf die Oberseite einer 160 mm CLT-Brettsperrholzplatte von Stora Enso verklebt. Auf die Zwischenschicht wird im Anschluss die Ortbetonlage betoniert, und zwar 80 mm Ortbeton der Festigkeitsklasse C25/30 von Rohrdorfer Baustoffe Austria AG. Die Verklebung und die Zwischenschicht sind in der Lage, die Kräfte überleiten zu können. Die Oberfläche der Zwischenschicht ist dabei derart beschaffen, dass ein Verbund zwischen dem Ortbeton und der Zwischenschicht über die Haftreibung bzw. die mechanische Verzahnung der beiden Oberflächen erfolgt und die auftretenden Kräfte vom Beton in die Zwischenschicht auf Dauer eingeleitet werden können. Der Beton besitzt ein Gefüge und eine Konsistenz, welche einen kraft- und formschlüssigen Verbund mit der Oberfläche der Zwischenschicht ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 432484 A2 [0004]
- DE 19729058 A1 [0005]
- EP 2787140 A1 [0006, 0022]