DE2058862A1

DE2058862A1 - Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen aus geblaehtem Material

Info

Publication number: DE2058862A1
Application number: DE19702058862
Authority: DE
Inventors: Wesch Ludwig Prof Dr
Original assignee: WESCH LUDWIG PROF DR
Current assignee: WESCH LUDWIG PROF DR
Priority date: 1970-11-30
Filing date: 1970-11-30
Publication date: 1972-06-08

Description

Verfahren zur Herstellung von Beichtbauelementen aus geblähtem Material In der Tehhnik der Ileichtbauelemente ist es bekannt Platten oder Körper beliebiger Form dadurch herzustellen, daß das zu blähende Material in Formen eingefüllt und nachträglich aufgeschäumt wird, wobei es sich selbst verfestigt. Bin weiteres Verfahren besteht darin, zuerst Kugeln, Linsen, Ellipsoide oder sonstige Körper aus geblähtem organischen oder anorganischei Material herzustellen und diese nachträglich durch Verkleben zu verfestigen und auszuformens Dem Klebstoff wurden auch schon Fasern zugesetzt und diese zur Verstärkung benutzt0 Es hat sich nun herqusgestellt, daß für Bauelemente aus dem beschriebenen Material die bisherigen Verfahren hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit/sowie deren Variabilität/und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit begrenzt sind.
Das erfindun-gsgemäß beschriebene Verfahren bringt dagegen bei hoher Wirtschaftlichkeit einen erheblichen technischen Fortschritt bezüglich der Festigkeit und Anwendungsbreite der Beichtbauelemente.
Dem Verfahren liegt die Tatsache zugrunde, daß zur Übertragung von Kräften nicht nur die Festigkeit des Materials bestimmend ist, sondern Festigkeit und Materialdicke. In die Formeln geht jeweils Festigkeit mal Materialdicke ein und um die gleiche Kraftübertragung zu erhalten, hat man es in der Hand, je nach Wirtschaftlichkeit und Anwendung, entweder höhere Festigkeit und kleinere Materialdicke oder umgekehrt zu wählen oder aber beide zu variieren.
Nach dem neuen verfahren ist es möglich1 die Festigkeit an einem bestimmten Ort und in einer vorbestimmten Schicht zu konzentrieren und die Materialdicke durch relativ schwache, dafür aber leichte Schichten herzustellen, deren eingene festigkeit örtlich schwanken kann und vorzugsweise über die gesamte Materialdicke gesteuert wird, Damit unterscheidet sich das Verfahren wesentlich von demjenigen der bekannten Sandwichbauweise, bei dem ein hochfester Zug- und Druckgurt vorhanden ist, und der Zwischenraum mehr uder minder aber gleichmäßig#mit geschäumten Material ausgefüllt wird. Die neutrale Achse liegt hierbei in der Mitte zwischen Zug- und Druckgurt.
Die Grundlage des Verfahrens wird zunächst für ein ebenes Bauelement beschrieben: Aus geschäumten Kugeln, Linsen, Ellipsoiden oder ähnlichen Körpern der verschiedensten Dimension oder des verschiedensten Materials, bspw. Polystyrol oder Glas oder Kies, alle mit mindestens 50% geschlossener Außenhaut, wird mittels Klebern und/ oder Eigenverbund ein Kern hergestlllt. Auf der einen Seite des Kernes wird eine druck-, zug-, und biegefeste Folie oder sonstiges plattenähnliches Material vorbestimmter Dicke aufgebracht. Dies kann entweder durch Kleber oder ein Nass- in Nassverfahren geschehen.
Diese Folie, oder Platte kann aus organisfhen und /oder anorganischel Material bestehen bspw. faserverstärkten Duroplasten oder Thermmplasten oder aus saugfähigem, mit variierenden Plasten getränktes Material, wie Pappen und/oder Vliessen und/oder Glasfasern. Nachdem diese Unterlage (Fig. 1,1) aufgebracht ist, läßt sich das Schaummaterial (2) als Kern (Pig. 1,2) in eine: Form (4) einfüllen, in sich verfestigen und dann verstärken.
Dies geschieht dadurch, daß man auf den Kern (2), welcher zahlreiche Hohlr#iine großen Volumens besitzt, Verfestigungsmaterial, welches in seiner Zusammensetzung dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt ist, aufgießt, unter Vakuum einsaugt oder einpreßt, So lassen sich Betonmischungen jeder Art verwenden, welche mit Zuschlagstoffen (Füllern) wie Sand versehen sein können und/oder Hohlkörpern, wie Mikroballoons, Hohlglas, Schaumglas oder Hohlkugeln organischen Materials, deren Durchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser des Kernmaterials sein muß, Oder aber es lassen sich Mischungen aus Beton mit Asbest- oder Glasfasern verarbeiten, die selbst wieder mit Duroplasten, bspw. Epoxydharzen mit Härtern abgemischt sein können, oder man kann Harze, die verfestigt werden und die beschriebenen Füllstoffe enthalten, anwenden. Andere Mischungen, wie Gips, sind ebenfalls verwendbar.
Durch das Einfüllen oder Einpressen in den Kern entsteht eine teilweise Ausfüllung des Kernes (2). Durch die aufgebrachte Unterlage (1) kann nicht alle Buft aus den Hohlräumene entweichdn, sodaß sich von der Oberfläche des Leichtbauelementes (3) bis zur Unterlage eine im Kern (2) fallende Ausfüllung der Hohlräume und damit von unten nach oben steigende Festigkeit ergibt. Die medhanischen Festigkeiten des Ausfüllmaterials des Kernes im Endzustand müssen höher liegen als diejenigen seines Grundmaterials0 Das Verfestigungsmaterial (3) wird nun derart in seiner Dicke auf den Kern (2) auf gebracht, daß es die zweite Folie oder Auflage bildet. Diese Auflage, je nach Anwendung als Zug- oder Druckgurt, ist fest im Material verankert und kann in seiner Festigkeit noch dadurch wesentlich verstärkt werden, daß zusätzlich Matten aus Glasfasern oder Gewebe aus Glasfasern, oder Matten und/oder Gewebe aus ofkanischen Material oder aus Metallen aufgebracht werden. Die Zug- Biege- und Druckfestigkeit kann üblicherweise auch dadurch erhöht werden, daß man vorgefertigte Platten jegliche Art auf dieses Bauelement zusätzlich aufbringt.
Die über die Dicke des Kerns variierende Füllmenge an Verfestigungsmaterial, und die damit variierende Festigkeit läßt sich auch dadurch erreichen, daß man die Größe der Hohlräume variiert, wobei der Durchmesser des geblähten Materials mit geschlossener Außenhaut von (3) nach (1) konstant abnimmt.
In vielen Fällen ist es erwünscht, daß die Festigkeit von beiden Seiten her gleichmäßig verteilt ist. In diesem Fall wird ein Döppelelement gebildet, was in einfachstem Fall derart geschieht, daß zwei Einzelelemente umgekehrt aufeinander geklebt werden Hierbei kann in die Zwischenlage noch zusätzlich Verstärkungsmaterial jeglicher Art einsgbraeht werden. Die Gestaltung eines Mehrtachelementes ergibt sich von selbst.
Die paraktische Durchführung des Verfahrens wird an folgenden Beispielen beschriebene Beispiel 1 Mischung l: 3 1m³ geschäumte Polystyrolkugeln bestehend aus 50% Kugeln 20 mm Durchmesser 30% Kugeln 1 - 10 mm Durchmesser 10% Kugeln 4 - 6 mm Durchmesser 10% Kugeln 1 - 5 mm Durchmesser werden mit einer Kunstharzdisper@innbspw. Polyvinylacetat oder Acryl@äure-(Misch)Polymerisate verklebt, wobei 10 1 Dispersion verwendet werden und nach gutem Verrühren die Restdispersion durch ein Sieb abtropft.
Mischung 2: Für die Mischung 2 wird eine saugfähige Pappe mit einem Gewicht von 400 gr/m2 vorbereitet. Diese Pappe wird mit folgender ~lösung getränkt: 100 Gew.teile Polyesterharz (bspw. Palatal P 8) 1% Methyläthylkatonperoiyd der BASF Ludwigshafen (aus 50 er Lösung) 0,2% Kobaltbeschleuniger (bspw. Kobaltoktoat#.
Die Pappe wird mit insgesamt 500 gr der Mischung getränkt und in die mit einem Trennmittel ausgekleidete Form (4) gebracht. Anstelle eines Trennmittels kann auch eine Polyäthylenfolie oder Teflonfolie oder ähnliches verwendet werden. Anschließend werden in die Form (4) die nach Mischung 1 zubereiteten geschäumten Materialien eingefüllt.
Mischung 3s Nach der Aushärtung bzw. Verfestigung der Materialien der Mischung 1 und 2 entsteht ein einseitig geschlossener Kern, der in sich viele grosse Hohlräume besitzt und dessen spezifisches Gewicht um 0,1 liegt. In diese Form wird nun folgende Mischung 3 gegossen: Dem Gemisch der Mischung 2 werden bspw. Sand der Körnung o, 1 - 1,2 mm zugegeben, wobei folgende Verhältnisse einzuhalten sind: Harz : Sand 5 1 Gew.Teil : 6 Gew.Teilen.
Ein Teil des Sandes kann auch aus einem blättthenförmigen Glimmer- Quarzprodukt, wie Plastorit der Talkaswerke Naintscht Österreich,} bestehen oder aus anderen feinkörniigen Füllstoffen.
10 Kg des Gemisches werden auf den vorbereiteten Kern gegossen und an der Oberfläche glattgestrichen, sodass eine zweite Kunetbetonhaut ( Fig.l,3) von 2 - 3 mm Dicke entsteht.Durch besondere Verstärkungen kann die Druckfestigkeit dieses Zug-oder Druckgurtes erheblich vergrösser ierden, desgleichen ist es möglich durch Rovingverstärkungen parallel zur Oberfläche des Kernes die Zugfestigkeit in einer vorgegebenen Richtung zu erhöhen.
Das so vorbereitete Bauelement kann beidseitig eingefärbt werden, es lässt sich unbrennbar einstellen und kann auch auf den Aussenseiten eine neue Harzauflage erhalten, ähnlich Mischung 2, wobei durch Ein oder Aufspritzen von Sand ein Rauhbelag für Fassaden und ähnliches entsteht.
Anstelle der Bl[ischung 2 lassen sich auch hier wieder alle möglichen Harztypen, wie Polyurethane, Spoxydharze und sonstige Harze mit guter Haftfestigkeit zur Anwendung bringen. Die Variationsbreite ist offensichtlich.
Weiterhin können nach Beispiel 1 Mischung 1 anstelle der Styroporkugeln Linsen aus Styropor oder aus sonstigen geblähten Körpern benutzt werden. Hierfür kommen sowohl anoranische als auch organische Körper infrage. Sie könien aus Ton, Kies, Glas oder aus sonstigen anorganischen Produkten bestehen.
Organische Materialien können in geblähtem Zustand aus PVC, Polyäthylen, Kautschuken jeder Art, Phenolharzen oder Polyurethanen hergestellt sein.
Ihre Yerkletung kann vielfach durchAhalösen der organischen Materialien vorgenommen werden, wobei für die einzelnen Materialien die entsprechenden Lösungsmittel bekannt sind. In fielen Fällen hat sich die gleichzeitige Verwendung ,ion anorganißohem oder organischem geblähtem Material im Gemisch bewährt, desgleichen eine Verfestigung mit anorganischen Klebern, wie Alkalisilikaten.
Für die Mischung 2, Beispiel 1 lassen sich alle Harze verwenden, die in einen schwerlöslichen Zustand gebracht werden können, darunter alle Duroplaste. Besonders bewährt haben sich hier wieder, außer den Polyesterharzen, alle Epoxydharze, Butadien- Styrol harze, welche mit Vinyltoluol uam. verhetzt werden können, Polymethacrylatharze, Phenolharze u.a. Aus kommerziellmn Gründen lasæen sich am besten diejenigen Harze verwenden, die mit weiteren Produkten, wie leeren und sonstigen Abkömmlingen aus der Teerdestillation verschnitten werden. Darüber hinaus lassen sich diesen Miachungen die schon beschriebenen Füll- und Verfestigungsstoffe hinzufügen.
Beispiel 2.
Mischung 1: Diese Mischung wird entspr. Beispiel 1, Mischung 1 hergestellt.
Mischung 2: Diese Mischung und das Verfahren zu seiner Verarbeitung wird nach Beispiel 1, Mischung 2 vorgenommen, jedoch 10% einer Mischung aus 5% Glasfasern (0,1 - 2 mm lang) und 5% Asbestfasern derselben Länge hinzugefügt.
Mischung 3: Für die Mischung 3 wird ein Gemisch aus einem Teil Zement, 5 Teilen Sand mit dem entsprechenden Zuschlag an Wasser hergestellt und in die vorbereitete Kernform gegossen oder unter Druck eingebracht. Zusätzliche Füllstoffe sind Glasfasern und Asbestfasern nach Mischung 20 Dan Einbringen unter DrucK bietet gleichzeitig die Möglichkeit die neutrale Zone der Sandwichkonstruktion zu verlagern, einfacher als beim normalen Füllen. Normalerweise befindet sich die neutrale Zone in der Mitte zwischen Zug- und Druckgurt. Sie wird nunmehr durch die gesteuerte Ausfüllung des Sandwichkerns nach Wunsch verschoben, sodaß für zahlreiche Konstruktionen eine große Variationsbreite ent 4 ht.
Jei dünnflüssiger die Mischung ist, oder je höher der Druck ist, um sol mehr füllt sich der Hohlraum des Kernmaterials mit der Mischung 3, und desto geringer ist die Verschiebung der neutralen Achse aus der Mitte des Sandwichker s Je geringer der Druck, oder je hochviskoser die Mischung 3 ist, desto mehr wird die neutrale Achse zu derjenigen Seite verschoben, aus der der Kern heraus gefüllt worden ist.
Das vorstehendfbeschriebene Verfahren läßt sich nicht nur für plane Flächen, sondern auch für beliebig gekrümmte Flächen oder sonstige Körper wie Rohre, Behälter usw. verwenden. Es lassen sich tragende Bauteile jeglicher Art herstellen, darunter auch Hohlkasten, ferner Schalen- und Faltenträger, hierbei seien wiederum Kappenschalen über regelmäßigem Dreieckgrundriß, Kappenschalen über gleichschenkligem Dreieckgrundriß, Segmentschalen mit freiem Rand, Segmente mit biegefreien Zwischenrippen genannt Alle Einzelelemente lassen sich wiederum im Fertigbau verwenden, wobei Brücken und Häuser aus den beschriebenen Beichtbauelementen zu nennen sind und wobei dem Konstrukteur durch die Eigenschaften der neuen Leichtbauelemente eine große Freiheit in der Konstruktidn gegeben ist.

Claims

Patent ansprüche

Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen beliebiger Gestalt, welche aus einem Kernmaterial bestehen und mit einem Zug- und Druckgurt versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus geblähtem Material auf organischer und/oder anorganischer Basis besteht, und wobei die Hohlräuiie zwischen dem geblähten Material derart mit Zuschlagsstoffen ausgefüllt werden, dass die mechanischen Festigkeiten des Kerns höher liegen als diejenigen des geblähten Grundmaterials des Kernes ~und wobei die Verteilung des Füllmaterials über die Gesamtdicke des Kernes so erfolgt, daß die Festigkeit pro cm Kerndicke in dem Zwischenraum zwischen Zuggurt und Druckgurt örtlich schwankt, und damit eine beliebig vorgegebane Lage der neutralen Achse erreicht wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zug- und/oder Druckgurt aus dem Füll- und Verfestigungs material gebildet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus geschäumten Kugeln und/oder Linsen und/oder Bllipsoiden und/oder sonstigen Körpern aus Polystyrol, Polypropylen oder beliebigen Thermoplasten und/oder Kautschuk, natürlicher oder künstlicher Art und/oder HSaolharzen und/ oder Polyurethanen undjoder Duroplasten besteht, deren Durchmesser oder Lange der größten Achse zwischen 3 mm und 5cm im Mittel betragen, und deren Außenhaut derart ausgebildet ist, daß die geschlossene Oberfläche des Kernmaterials mindestens 50% der gesamten Oberfläche beträgt.
4) Verfahren aach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß anorganische Stoffe, welche auf silikatischer Basis gebläht ru#sden,allein oder im Gemisch mit organischen geblähten Materialien verwendet werden.
5) Verfahren nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite des Zug- oder Druckgurtes aus faserverstärkten Duro- oder Thermoplasten besteht.
6) Verfahren nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite des Zug- oder Druckgurtee aus tr~ankbarem Material, wie Pappe und/oder Vliessen und/oder Glasfasern beliebiger Art besteht ~und als Tränkmaterial Duroplast oder Thermoplaste Verwendung finden.
7) Verfahren nach Anspruch 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, daß dem Füll- und Verfestigungsmaterial zusätzlich geblähte Füllstoffe beliebiger Gestalt beigemengt werden, deren Durchmesser kleiner ist als der kleinste Durchmesser des Kernmaterials.
8) Verfahren nach Anspruch 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Verfestigungsmaterial des Kern. organischer und/oder anorganischer Natur ist.
9) Verfahren nach Anspruch 1 -8 dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtbauelemente als plane Platten oder beliebig gekrümmt Platten hergestellt werden,
10) Verfahren nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtbauelemente als vorgefertigte Schalen und Falten bzw. Segmentschalen beliebiger Art hergestellt werden.
11) Verfahren nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtbauelemente als Rohre oder Hohlkasten ausgebieldet sind.
12) Verfahren nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtbauelemente in Einzelteilen oder in geschlossener form als Behälter hergestellt werden.
13) Verfahren nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Außenwand (Zug-odrr Druckgurt) mit hoher Druckfestigkeit hergestellt ist.
l4) Verfahren nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Außenwand ( Zug- oder Druckgurt) mit hoher Zugfestigkeit parallel zur Oberfläche des Kernes ausgebildet ist.
15) Verfahren nach Anspruch 1 - 14 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Außenwand (Zug- oder Druckgurt) durch das Füll- und Verstärkungslaterial gebildet wird, auf das eine vorgefertigte Verstärkungsplatte aufgebracht wird.
16) Verfahren nach Anspruch 1 - 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Füll- und Verfestigungsmaterial im Giess-, Injektions-oder Vakuumverfahren in den Kern eingebracht wird.
17) Verfahren nach Anspruch 1 - 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente zu Doppel- und/oder Mehrfachelementen zusammengesetzt werden.