DE202018105997U1 - Lightweight wall module - Google Patents
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Abstract
Leichtbau-Wandmodul für Innen- und/oder Außenanwendungen, mit
- einer Rahmenkonstruktion (1) und
- mindestens einer flächigen Komponente (2, 6, 6', 7),
- wobei die Rahmenkonstruktion (1) die als Wärmedämmschicht (2) ausgebildete flächige Komponente aufnimmt, und
- wobei die Rahmenkonstruktion (1) ein Verstärkungsfasern enthaltendes Verbundmaterial (3) enthält.
- A frame structure (1) and
- at least one flat component (2, 6, 6 ', 7),
- The frame structure (1) accommodates the flat component designed as a heat insulation layer (2), and
- The frame structure (1) contains a reinforcing fiber-containing composite material (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Leichtbau-Wandmodul für Innen- und/oder Außenanwendungen mit einer Rahmenkonstruktion und mindestens einer flächigen Komponente. Bestehende Wandmodule im Häuserbau werden üblicherweise in Holzständerbauweise oder in Form von Betonfertigteilen hergestellt. Eine bislang nur wenig verbreitete Variante stellen Sandwichstrukturen mit geschäumten Kern dar. Beispielhaft ist hier der Hersteller LiteTex ® zu nennen, welcher mit LitePan®-Platten einen solchen Ansatz verfolgt. In größerem Umfang kommen Sandwichplatten bereits bei Hallen, für temporären Wohnraum oder bei günstigen Containerbauten zum Einsatz.The invention relates to a lightweight wall module for indoor and / or outdoor applications with a frame structure and at least one flat component. Existing wall modules in house construction are usually manufactured in wooden frame construction or in the form of precast concrete. Sandwich structures with a foamed core represent a variant that has so far been little used. One example is the manufacturer LiteTex ®, which pursues such an approach with LitePan® panels. Sandwich panels are already being used to a large extent in halls, for temporary living space or in low-cost container structures.
Wandaufbauten in Holzständerbauweise bestehen aus vielen Komponenten, die in manueller Arbeit zusammengefügt und montiert werden. Ein einfacher Aufbau von innen nach außen besteht aus folgenden Elementen: Gipskartonplatte, Holzriegelkonstruktion als Montageebene mit innenliegender Dämmwolle, OSB-Platten, Holzständerkonstruktion mit innenliegender Dämmwolle, Holzfaserplatte als Putzträger, Putzsystem. Hinzu kommen Folien als Dampfbremse. Der Montageaufwand ist zeit-und damit kostenintensiv. Darüber hinaus ist die Holzkonstruktion anfällig für Feuchtigkeit und Schädlingsbefall.Wall structures in wooden frame construction consist of many components that are assembled and assembled in manual work. A simple structure from the inside out consists of the following elements: plasterboard, wooden bar construction as a mounting level with internal insulation wool, OSB panels, wooden stand construction with internal insulation wool, fibreboard as a plaster base, plaster system. There are also foils as a vapor barrier. The installation effort is time-consuming and therefore cost-intensive. In addition, the wooden structure is susceptible to moisture and pests.
Betonfertigteile sind bei richtiger Herstellung weitgehend unempfindlich gegenüber Schädlingsbefall und Feuchtigkeit, bringen jedoch ein hohes Gewicht mit sich und weisen nur eine eingeschränkte thermische Isolation auf, so dass sie für eine Anwendung als Gebäudewand in der Regel mit einer zusätzlichen Wärmedämmung versehen werden. Leichte Betonschäume mit guter thermische Isolation sind hingegen nicht druckstabil und können nicht als tragendes Element ausgeführt werden.When properly manufactured, precast concrete parts are largely insensitive to pest infestation and moisture, but are very heavy and have only limited thermal insulation, so that they are usually provided with additional thermal insulation for use as a building wall. Light concrete foams with good thermal insulation, on the other hand, are not pressure-stable and cannot be designed as load-bearing elements.
Eine weitere Möglichkeit des Wandaufbaus bieten Sandwichstrukturen mit Wabenkern oder geschäumtem Kern, welche eine gute Wärmedämmung bei einfachem Aufbau und geringem Gewicht ermöglichen. Aufgrund der eingeschränkten Druckstabilität in Plattenebene werden die beschriebenen Sandwichplatten als Füllungen in eine tragende Rahmenkonstruktion, üblicherweise aus Stahl, eingesetzt. Neben den durch den Stahlrahmen entstehenden Wärmebrücken ist aufgrund der geringen Masse das schlechte akustische Verhalten als weiterer Nachteil zu bewerten, sodass eine solche Bauweise überwiegend im Bereich von Hallen, temporär genutzten Wohnraum oder bei günstigen Containerbauten zum Einsatz kommt.Another option for wall construction is provided by sandwich structures with a honeycomb core or foamed core, which enable good thermal insulation with a simple structure and low weight. Due to the limited pressure stability in the plate level, the sandwich panels described are used as fillings in a load-bearing frame construction, usually made of steel. In addition to the thermal bridges created by the steel frame, the poor acoustic behavior is to be rated as a further disadvantage due to the low mass, so that this type of construction is mainly used in the area of halls, temporarily used living space or in low-cost container buildings.
Vor diesem Hintergrund liegt Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wandmodul zur Verfügung zu stellen, welches sich durch ein gutes Wärmedämmverhalten, ein gutes Schallschutzverhalten sowie ein vergleichsweise geringes Gewicht und dabei gleichzeitig geringer Anfälligkeit gegen Feuchtigkeit und Schädlingsbefall auszeichnet.Against this background, the invention is based on the object of providing a wall module which is distinguished by good thermal insulation behavior, good soundproofing behavior and a comparatively low weight and at the same time low susceptibility to moisture and pest infestation.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Leichtbau-Wandmodul für Innen- und/oder Außenanwendungen, mit
- - einer Rahmenkonstruktion und
- - mindestens einer flächigen Komponente,
- - wobei die Rahmenkonstruktion die als Wärmedämmschicht ausgebildete flächige Komponente aufnimmt, und
- - wobei die Rahmenkonstruktion ein Verstärkungsfasern enthaltendes Verbundmaterial enthält.
- - a frame construction and
- - at least one flat component,
- - The frame construction accommodates the flat component designed as a thermal insulation layer, and
- - The frame construction contains a composite material containing reinforcing fibers.
Vorzugsweise weist das faserverstärkte Verbundmaterial eine, insbesondere schichtartige, organische oder anorganische Materialmatrix auf, in die die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Durch die Verwendung eines Leichtbau-Wandmoduls mit einer Komposit-Rahmenstruktur, welche zweckmäßigerweise sowohl eine einfache und schnelle Verbindung mehrerer Module zu einer kompletten Wand ermöglicht als auch die tragende Struktur für die dazwischenliegende Wärmedämmung bildet, lassen sich die oben stehenden Nachteile eliminieren. Die Rahmenkonstruktion aus Faserverbundmaterial weist nur eine geringe thermische Leitfähigkeit auf und verhindert hierdurch die Bildung von Wärmebrücken. Zugleich ist das Material korrosionsstabil und unempfindlich sowohl gegenüber Feuchtigkeit als auch gegen Schädlingsbefall. Die Verstärkungsfasern können als Kurz- und/oder Lang- und/oder Endlosfasern ausgebildet sein, wobei Kurzfasern insbesondere Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von höchstens 10 mm, z.B. höchstens 5 mm, und Langfasern insbesondere Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von mehr als 10 mm, z.B. mehr als 20 mm meint. Die Fasern können aus Glas und/oder Carbon und/oder Basalt und/oder Naturfasern (z.B Hanf) und/oder Syntetikfasern (z.B. Aramid) bestehen.The fiber-reinforced composite material preferably has an, in particular layer-like, organic or inorganic material matrix in which the reinforcing fibers are embedded. By using a lightweight wall module with a composite frame structure, which expediently enables both a simple and quick connection of several modules to form a complete wall and also forms the supporting structure for the thermal insulation in between, the above disadvantages can be eliminated. The frame construction made of fiber composite material has only a low thermal conductivity and thus prevents the formation of thermal bridges. At the same time, the material is corrosion-resistant and insensitive to both moisture and pests. The reinforcing fibers can be designed as short and / or long and / or endless fibers, short fibers in particular fibers with an average fiber length of at most 10 mm, e.g. at most 5 mm, and long fibers in particular fibers with an average fiber length of more than 10 mm, e.g. means more than 20 mm. The fibers can consist of glass and / or carbon and / or basalt and / or natural fibers (e.g. hemp) and / or synthetic fibers (e.g. aramid).
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung leichter, mechanisch stabiler und gegenüber Feuchtigkeit sowie Schädlingsbefall unempfindlicher Wandelemente mit guter Schalldämmung. So lassen sich beispielsweise in einem Endlosprozess (z.B. Extrusion. Kalandrierung, Pultrusion) herstellbare Elemente aus dem Faserverbundmaterial mit integrierter Verbindungstechnik kostengünstig konfektionieren und zu Rahmenkonstruktionen individueller Größe zusammensetzen. Diese Rahmenkonstruktionen werden zweckmäßigerweise mit dem Material der Wärmedämmschicht ausgefüllt (z.B. wird die Wärmedämmschicht in den Rahmen eingeschoben oder es wird der Rahmen mit Wärmedämmmaterial ausgeschäumt, jedoch sind auch andere Verfahrensweisen grundsätzlich möglich) und mit Deckschichten versehen, welche sowohl das Dämmmaterial vor äußeren Einflüssen schützen als auch den Rahmen in Hinblick auf Schubbelastung stabilisieren. Auf diese Weise lassen sich Herstellung-und Montageaufwand im Vergleich zur Holzständerbauweise oder Betonfertigteilen signifikant reduzieren.The invention enables the production of light, mechanically stable wall elements with good sound insulation that are insensitive to moisture and pest infestation. For example, in an endless process (e.g. extrusion, calendering, pultrusion), elements that can be produced from the fiber composite material with integrated connection technology can be manufactured cost-effectively and assembled into frame structures of individual size. These frame constructions are expediently filled with the material of the thermal insulation layer (for example, the thermal insulation layer is inserted into the frame or it is the frame is foamed with thermal insulation material, however other methods are basically possible) and provided with cover layers that protect the insulation material from external influences and also stabilize the frame with regard to shear stress. In this way, manufacturing and assembly work can be significantly reduced compared to the wooden frame construction or precast concrete parts.
Zweckmäßigerweise besteht die Materialmatrix aus Kunststoffmaterial. Das Verbundmaterial bildet vorzugsweise zumindest eine - z.B. parallel zur Wärmedämmschicht ausgerichtete - Materialschicht. Diese Materialschicht kann als GFK- und/oder CFK-Materialschicht ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass das faserverstärkte Verbundmaterial zumindest eine Pultrusionsschicht bildet. Während bei einer Pultrusionsschicht in der Regel alle Verstärkungsfasern unidirektional ausgerichtet sind und in eine Kunststoffmatrix eingebettet werden, liegt es grundsätzlich auch im Rahmen der Erfindung, dass die Verstärkungsfasern gitterartig, insbesondere gewebeartig ausgerichtet bzw. ausgebildet oder aber auch unstrukturiert in der Materialmatrix verteilt sind (z.B. bei einer Extrusion mit Kurzfasern).The material matrix expediently consists of plastic material. The composite material preferably forms at least one - e.g. material layer aligned parallel to the thermal insulation layer. This material layer can be designed as a GFK and / or CFK material layer. It is within the scope of the invention that the fiber-reinforced composite material forms at least one pultrusion layer. While in the case of a pultrusion layer all reinforcing fibers are generally unidirectionally oriented and are embedded in a plastic matrix, it is also fundamentally within the scope of the invention that the reinforcing fibers are lattice-like, in particular fabric-like aligned or formed or are also distributed unstructured in the material matrix (e.g. in the case of extrusion with short fibers).
Das faserverstärkte Verbundmaterial kann auch eine - z.B. parallel zur Wärmedämmschicht ausgerichtete - anorganische Materialmatrix aufweisen, die z.B. aus Beton, Keramik, Gips oder Lehm besteht. Eine solche Materialwahl hat insbesondere Vorteile hinsichtlich des Brandschutzes. So sind beispielsweise anorganische Faserverbunde, z.B. mit Keramikmatrix, hochtemperaturstabil und brandfest bis zu Temperaturen von ca. 1000 °C.The fiber reinforced composite material can also be a - e.g. have an inorganic material matrix aligned parallel to the thermal insulation layer, e.g. made of concrete, ceramic, plaster or clay. Such a choice of materials has particular advantages in terms of fire protection. For example, inorganic fiber composites, e.g. with ceramic matrix, high temperature stable and fire resistant up to temperatures of approx. 1000 ° C.
Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass zur Verbesserung der Schalldämmung zusätzlich mindestens eine, vorzugsweise parallel zur Wärmedämmschicht ausgerichtete, Betonschicht vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise bildet die Betonschicht die Außenfassade der Rahmenkonstruktion. Denn während bei der Wärmedämmung das einfache Additionsprinzip gilt (die Gesamtwärmedämmung ist bei einer Reihenschaltung die Summe der Wärmedämmung der Einzelschichten), ist das bei der Schalldämmung nicht der Fall. Eine wirksame Verbesserung der Wärmedämmung wird jedoch durch die vorgenannte vorgesetzte Schicht verbessert. Im Rahmen der Erfindung liegt es hierbei insbesondere, dass die Betonschicht an beiden Oberflächen des Wandmoduls (also außen und innen) angeordnet werden. Die Betonschicht kann dünnwandig mit einer Schichtstärke von 1 - 8 cm, z.B. 2 - 5 cm ausgebildet sein. Ferner kann die Betonschicht als Verstärkungsfasern enthaltende Betonschicht, als Schaumbetonschicht oder auch als vorgespannte Betonschicht ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber insbesondere auch, die Betonschicht an der Innenseite der Rahmenkonstruktion durch eine andere Schicht, z.B. aus Gipskarton zu ersetzen bzw. ergänzend zu inneren Betonschicht zusätzlich eine weitere Schicht, z.B. aus Gipskarton vorzusehen.It is also within the scope of the invention that at least one concrete layer, preferably oriented parallel to the thermal insulation layer, is additionally provided to improve the sound insulation. The concrete layer expediently forms the outer facade of the frame structure. Because while the simple addition principle applies to thermal insulation (the total thermal insulation in a series connection is the sum of the thermal insulation of the individual layers), this is not the case with acoustic insulation. However, an effective improvement in the thermal insulation is improved by the above-mentioned layer. It is particularly within the scope of the invention that the concrete layer is arranged on both surfaces of the wall module (ie outside and inside). The concrete layer can be thin-walled with a layer thickness of 1 - 8 cm, e.g. 2 - 5 cm. Furthermore, the concrete layer can be designed as a concrete layer containing reinforcing fibers, as a foam concrete layer or also as a prestressed concrete layer. However, it is also within the scope of the invention in particular to cover the concrete layer on the inside of the frame construction with another layer, e.g. to be replaced from plasterboard or, in addition to the inner concrete layer, an additional layer, e.g. to be made of plasterboard.
Vorzugsweise besteht die Wärmedämmschicht aus einem geschäumten Material, z.B. Polystyrol. Die Wärmedämmschicht weist zweckmäßigerweise eine niedrige Wärmeleitfähigkeit λ, z.B. max 0,1 W/mK, insbesondere max. 0,07 W/mK auf. Ferner ist die Wasseraufnahme der Wärmedämmschicht zweckmäßigerweise auf max. 7 %, z.B. max. 5 % begrenzt. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass zusätzlich ein mit integrierten Kanälen versehenes flächiges Installationselement vorgesehen ist, das vorzugsweise parallel zur Wärmedämmschicht ausgerichtet ist. Zweckmäßigerweise besteht diese Installationsschicht aus einem geschäumten Material, z.B. Polystyrol.Preferably the thermal barrier coating consists of a foamed material, e.g. Polystyrene. The thermal barrier coating expediently has a low thermal conductivity λ, e.g. max 0.1 W / mK, especially max. 0.07 W / mK. Furthermore, the water absorption of the thermal barrier coating is expediently limited to max. 7%, e.g. Max. 5% limited. It is also within the scope of the invention that an areal installation element provided with integrated channels is additionally provided, which is preferably aligned parallel to the thermal insulation layer. This installation layer expediently consists of a foamed material, e.g. Polystyrene.
Die Stirnseiten der Rahmenkonstruktion können aus faserverstärktem Verbundmaterial in Form von stirnseitigen Profilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffprofilen bestehen, die vorzugsweise Verbindungselemente zur Verbindung zweier benachbarter Wandmodule aufweisen. Dies ermöglicht eine einfache Verbindung zweier benachbarter Wandmodule. Die Verbindung kann formschlüssig (z.B. Steckverbindung, insbesondere nach dem Nut-Feder-Prinzip, oder Clipsverbindung), kraftschlüssig (z.B. mittels Verschraubungen) oder stoffschlüssig (z.B. mit Klebstoff, Beton oder einer Schweißverbindung) erfolgen. The end faces of the frame construction can consist of fiber-reinforced composite material in the form of end profiles, in particular fiber-reinforced plastic profiles, which preferably have connecting elements for connecting two adjacent wall modules. This enables a simple connection of two adjacent wall modules. The connection can be positive (e.g. plug-in connection, especially according to the tongue and groove principle, or clip connection), non-positive (e.g. by means of screw connections) or material (e.g. with adhesive, concrete or a welded connection).
Zweckmäßigerweise sind sämtliche Schichten des Leichtbau-Wandmoduls mittels Klammerelementen kraftschlüssig miteinander verbunden. Alternativ kann die Verbindung der Schichten auch form- oder stoffschlüssig, wie beispielsweise durch Stecken, Nageln, Schrauben oder Kleben erfolgen. Innerhalb der Erfindung liegt es grundsätzlich auch, dass die Bildung der Rahmenkonstruktion erst am Ende der Fertigungsprozesses des Leichtbau-Wandmoduls erfolgt, mithin also die Rahmenkonstruktion aus zunächst einzelnen, noch nicht miteinander verbundenen Komponenten - insbesondere Rahmenprofilen und flächigen Materialschichten an der Innen- und Außenseite des Moduls - besteht, die erst am Ende des Fertigungsprozesses des Leichtbau-Wandmoduls zum Rahmen miteinander verbunden werden, z.B. mittels der vorgenannten Klammerelemente.All layers of the lightweight wall module are expediently connected to one another by means of clamp elements. Alternatively, the layers can also be connected in a form-fitting or material-locking manner, for example by plugging, nailing, screwing or gluing. It is also fundamentally within the invention that the frame structure is formed only at the end of the manufacturing process of the lightweight wall module, i.e. the frame structure initially consists of individual components that are not yet connected to one another - in particular frame profiles and flat material layers on the inside and outside of the Module - exists, which are only connected to each other to form a frame at the end of the manufacturing process of the lightweight wall module, e.g. by means of the aforementioned clamp elements.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert:
- Die einzige
1 zeigt ausschnittsweise ein erfindungsgemäßes Leichtbau-Wandmodul für Innen- und/oder Außenanwendungen. Das Leichtbau-Wandumodul weist eine umlaufende Rahmenkonstruktion1 und mehrere flächige Komponenten2 ,6 ,6' ,7 auf.Die flächigen Komponenten 2 ,6 ,6' ,7 stabilisieren dieRahmenkonstruktion 1 insbesondere auch gegenüber Schubbelastungen.Die Rahmenkonstruktion 1 besteht aus Verstärkungsfasern (nicht dargestellt) enthaltendem Verbundmaterial3 , wobei diesesVerbundmaterial 3 wiederum eine imAusführungsbeispiel organische Materialmatrix 50 aufweist, in die die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Wie aus der1 zu entnehmen ist, nimmt dieRahmenkonstruktion 1 eine als Wärmedämmschicht 2 ausgebildete flächige Komponente auf.
- The only
1 shows a section of a lightweight wall module according to the invention for indoor and / or outdoor applications. The lightweight wall module has an all-round frame construction 1 and severalflat components 2 .6 .6 ' .7 on. Theflat components 2 .6 .6 ' .7 stabilize theframe construction 1 especially against shear loads. Theframe construction 1 consists of composite material (not shown) containing reinforcingfibers 3 , thiscomposite material 3 again an organic material matrix in theexemplary embodiment 50 has, in which the reinforcing fibers are embedded. As from the1 can be seen, takes theframe construction 1 one as athermal barrier coating 2 trained flat component.
Im Ausführungsbeispiel besteht die Materialmatrix
Zur Verbesserung der Schalldämmung sind zusätzlich zwei parallel zur Wärmedämmschicht
Die Wärmedämmschicht
Die stirnseitigen Profile
Sämtliche Schichten
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2018
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