DE3032163A1

DE3032163A1 - Flaechenheizvorrichtung fuer einen fussboden, sowie estrichwerkstoff hierfuer und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3032163A1
Application number: DE19803032163
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Schuh Co Felix GmbH
Current assignee: Schuh Co Felix GmbH
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1982-03-04

Description

REGISTERED REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

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Felix Schumi +· Co GmbH w. luderschmidt», dr.. dipl-chem.

PATENTANWÄLTE .

R.-A. JCUHNEN'*., DiPL-I W. LUDERSCHMIDT** P.-Ä. WACKER*,* DiPL.-iNG.. dipl:-wirtsch;-ing.

4300 Essen

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Flächenheizvörrichtung für einen Fußboden, sowie Estrichwerkstoff hierfür und Verfahren zu dessen

Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Flächenheiz vorrichtung für einen Fußboden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 _t sowie einen als Abdeckung hierfür geeigneten ·Estrichwerkstoff und ein Verfahren au dessen Herstellung. .- ■■.--<■■.-.. : - -_;

Bei bekannten-Flächenheizvorrichtungen für Fußböden· sind unterhalb einer trittfesten Estrichabdeckung ·- Heizelemente angeordnet» in der Regel in Form von _: ,,.,, mäanderförmig verlegten Heizrohren, die von Warmwasser durchströmt werden. Unterhalb der Heizrohre .-ist eine Wärmedämmlage vorgesehen, um die Wärmeabfuhr zur-darunterliegenden Rohdecke ün zu vermindern.. Die Estrichabdeckung muß erhebliche Belastungen aufnehmen und gegenüber den häufig aus Kunststoff bestehenden Heizrohren sowie der Wärmedämmlage, ab-. .. stützen können, so daß die Estrichabdeckung mit er-

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heblicher Biegezugfestigkeit und damit erheblicher Dicke ausgebildet werden muß. Um Höchstbelastungen von 200 kp/m dauerhaft aufnehmen zu können, ist etwa gemäß DIN 4109 vorgeschrieben, daß die Mindestdicke 35 mm betragen muß; Zementestriehe auf Heizungen müssen mindestens 45 mm dick über der Oberkante der Heizrohre hergestellt werden.

Eine gewisse Mindestdicke ist aber auch erforderlich, um eine gewünschte Vergleichmäßigung der Temperatur an der Oberseite der Estrichabdeckung zu erzielen. Die Heizrohre sind in der Regel parallel in Abständen von beispielsweise 30 cm unter der Estrichabdeckung angeordnet und geben Wärme in die Estrichabdeckung ab, die ein relativ schlechter Wärmeleiter ist. Da der Wärmeleitweg von einem Heizrohr zur Oberseite der Estrichabdeckung unmittelbar über dem Heizrohr erheblich geringer ist als zu einem Oberflächenbereich der Estrichabdeckung, der zwischen benachbarten Heizrohren liegt, ergibt sich an den Stellen der Heizrohre zwangsläufig eine erhöhte Temperatur. Diese Temperaturunterschiede sind um so größer, je dünner die Estrichabdeckung ist, je größer also der Unterschied der beiden betrachteten Wärmeleitwege zu einem Oberflächenbereich direkt über dem Heizrohr einerseits und einem Oberflächenbereich zwischen benachbarten Heizrohren andererseits ist; gemäß der DE-GbmS 72 25 287 sollte daher die Mindestdicke der Estrichabdeckung in der Größenordnung von 10 cm liegen, was aber zu einer erheblichen Verteuerung führt und darüber hinaus eine sehr große Gewichtsbelastung des tragenden Bauwerks mit sich bringt.

Zur Vermeidung derart großer Dicken der Estrichabdeckung schon alleine aus Gründen der Vergleichmäßigung der Wärmeverteilung ist es aus der DE-GbmS 72 25 287 bekannt, an der Oberseite der Heizrohre eine Belegung aus Metalldraht vorzusehen, der Wärme

erheblich besser leitet als beispielsweise Zementestrich und so unterhalb der Estrichabdeckung für eine Vergleichmäßigung der Wärmebelastung sorgt. Dies vermindert auch Spannungen im Estrich, die zu Eissen führen könnten. Wenn diese Maßnahme allerdings mit einer entsprechenden Verminderung der Estrichdicke einhergeht, so wird hierdurch die angestrebte Vergleichmäßigung der Temperatur an der Oberfläche der Estrichabdeckung zu einem gewissen Teil wieder aufgehoben, da eine völlige Vergleichmäßigung des Wärmeeinfalls von der Unterseite der Estrichabdeckung her auch mit derartigen flächenhaften Wärmelextelementen natürlich nicht erzielt werden kann.

Daher ist aus Gründen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung an der Oberfläche der Estrichabdeckung eine gewisse Mindestdicke nicht zu unterschreiten, die auch aus Festigkeitsgründen erforderlich ist. Diese erhebliche Dicke der schlecht wärmeleitenden Estrichabdeckung führt zu einer zwangsläufigen Trägheit der Heizung im Sinne eines langsamen Ansprechens auf Steuerbefehle, da eine erhebliche Zeit vergeht, bis eine Erhöhung oder Absenkung der Wassertemperatur in den Heizrohren zu einer entsprechenden Änderung der Raumtemperatur führt. Ein schnelleres Anheben der Raumtemperatur könnte allenfalls durch erhöhte Vor— lauftemperatur des Warmwassers erzielt werden, was jedoch neben erhöhtem Energieverbrauch und anlagentechnischem Aufwand zur Bereitstellung einer solchen erhöhten Temperatur auch deshalb Bedenken begegnet, weil rasche und starke Temperaturerhöhungen den Baukörper mit nachteiligen Spannungen belasten.

Zur Minderung dieses Problemes ist es bei einer Flächen heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 26 21 938 ersichtlich ist, bekannt, in der Estrichabdeckung Einlagen aus einem Material größerer Wärmeleitfähigkeit anzuordnen. Dabei

können im Estrichmaterial selbst auch Körner, Späne oder Splitter aus Metall eingelagert werden. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, die Wärmeleitfähigkeit des so gebildeten Verbundwerkstoffes etwa aus Zementestrich mit eingelagerten Metallspänen gegenüber "dem Wärmeleitwert von normalem Zementestrich zu erhöhen und so die Wärmeleitung in der Estrichabdeckung zu verbessern. Damit wird einerseits eine Vergleichmäßigung des Temperaturprofils in der Estrichabdeckung und insbesondere an dessen Oberfläche erzielt, und kann andererseits auch bei geringen Vorlauftemperaturen des Warmwassers die Ansprechträgheit der Fußbodenheizung verringert werden. Die Dicke der Estrichabdeckung kann unter wärmetechnischen Gesichtspunkten minimiert werden und ist nur noch dadurch begrenzt, daß die erforderlichen Festigkeitswerte für die vorgesehenen Höchstbelastungen erreicht werden müssen.

Jedoch treten Nachteile in anderer Hinsicht auf. Bei einer Einlagerung von im wesentlichen kugelförmigen Metallteilchen in Pulver- oder Körnerform tritt zwar sicherlich eine entsprechende schnellere Wärmeleitung etwa von der Unterseite eines MetalTkorns zu dessen Oberseite hin auf, die um Größenordnungen höher ist als in einem entsprechenden Völumenteü aus Zementestrich. Zu beiden Seiten des Metallkornes jedoch wird der Wärmeübergang durch die Grenzflächen in gewissem Umfange behindert, und die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit insgesamt fällt nur sehr gering aus, wenn an der der Wärmeeinfaliseite gegenüber-' liegenden Seite des Metallkornes nicht ein weiteres Metallkorn in geringem Abstand liegt. Dies führt zu der Forderung, einen möglichst hohen Anteil an Metallpartikeln in die Estrichabdeckung einzubringen, um den Gesamtwärmeleitwert der Abdeckung deutlich"anheben zu können. Abgesehen von herstellungstechnischen Problemen eines sehr hohen Metallanteiles^;in Form von Kügelchen od. dgl. ergibt dies jedoch eine nachteilige

] starke Erhöhung des Gewichtes der Estrichabdeckung, da beispielsweise Eisen ein mehr als vierfach höheres spezifisches Gewicht als Zementestrich besitzt. Wenn beispielsweise 50% des Volumens der Estrichabdeckung β von Metallpartikeln eingenommen würde, so würde sich deren Gewicht gegenüber einer Abdeckung aus Zementestrich ohne Einlagerungen bei gleicher Dicke mehr als verdoppeln, was im Hinblick auf die Gewichtsbelastung des tragenden Bauwerkes außerordentlich

IQ nachteilig ist und etwa eine Anwendung bei Altbauten glatt ausschließen würde. Hinzu kommt, daß die Biegezugfestigkeit der Estrichabdeckung durch eingelagerte Metallpartikel beispielsweise in Form von Kügelchen unkontrolliert beeinflußt würde und wahrscheinlich geringer wäre als ohne Einlagerungen, da zwischen den Metalloberflächen und dem Zementestrich nur begrenzte Haftung auftritt. Hinzu kommt weiterhin, daß ein hoher Metallanteil zwar die Wärmeleitfähigkeit verbessert, jedoch auch die Wärmekapazität erhöht, so daß hierdurch die Regelbarkeit der Heizung wiederum nachteilig beeinflußt würde, da zunächst eine große Metallmasse aufgeheizt werden muß bzw. nach Abschaltung der Heizung abkühlen muß.

Sowohl aus der DE-OS 26 21 938 als auch etwa aus der DE-OS 27 54 218 ist es daher auch bekannt, die eingelagerten Metallpartikel im Vergleich zu einer kugelähnlichen Form flächiger und langgestreckter auszubilden und etwa Metallspäne zu verwenden, wie sie bei der Metallbearbeitung anfallen. Durch eine solche Formgebung der Metallpartikel könnten zwar die vorstehend geschilderten Nachteile dadurch vermindert werden, daß bereits bei erheblich geringerem Metallanteil eine deutliche Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Abdeckung insgesamt auftritt. Entsprechend ist für Metallspäne gemäß der DE-OS 27 54 gegebenenfalls auch nur eine Gesamtmenge von fünf Raumteilen an Metallspänen, entsprechend etwas über

20 Gew.-% an Metall im Zementestrich, vorgesehen.

Ein solcher Verbundwerkstoff aus Zementestrich und unregelmäßig geformten Metallspänen ist jedoch in der Praxis mit einem auch nur annähernd ausreichenden Metallanteil nicht herstellbar. Bereits bei weniger als 1 Gew.-%" Zumischung an Metallpartikeln dieser Art, also einem Zwanzigstel der gemäß DE-OS 27 54 218 vorgesehenen Menge, tritt im Estrichwerkstoff durch Aneinanderhaken der Metallteilchen eine "Igelbildung¹¹ auf, bei der sich die Metallspäne zu Klumpen verhaken und nicht mehr homogen verteilbar sind. Derartige Metallklumpen haben nicht nur die Unverarbeitbarkeit der Estrichmasse beim Abziehen mit der Egalisierlatte oder dem Streichholz oder einer Glättkelle zur Folge, sondern wurden auch den Effekt einer homogenen Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Estrichabdeckung zunichte machen. Darüber hinaus ergäben sich Probleme durch im Inneren der Estrichabdeckung verhakte und dami'c verankerte Metallspäne, die an der Oberfläche der Estrichabdeckung vorstehen, während im Falle einer Anlage des Estrichs an Kunststoffrohren deren Beschädigung bei relativen Wärmebewegungen zu befürchten wäre. Derartige Metallspäne könnten also homogen allenfalls in einer minimalen Zuschlagsmenge eingebracht werden, die keine merkliche Auswirkung mehr auf die Wärmeleitfähigkeit der Estrichabdeckung insgesamt haben würde.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flächenheizvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 umrissenen Gattung zu schaffen, mit der ohne Beeinträchtigung der Verarbeitbarkeit des Estrichwerkstoffs für die Estrichabdeckung sowohl eine nachhaltige Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit als auch eine Verminderung des Gewichts und der Dicke erzielbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß ein Zusatz von geradlinigen Stahlfasern oder Stahldrähten innerhalb der angegebenen Bereichsgrenzen sowie mit den angegebenen Abmessungen bei der Aufbringung des Estrichwerkstoffes als Abdeckung der Heizvorrichtung keinerlei Verarbeitungsprobleme mit sich bringt. Die Stahlfasern im oberen Bereich der Abdeckung werden bei der Arbeit mit dem Streichholz oder der Glättkelle glattgelegt, so daß sich eine völlig regelmäßige Oberfläche der Estrichabdeckung ergibt, die mit jedem beliebigen Bodenbelag versehen werden kann. Trotz der relativ geringen Zuschlagmenge an Stahlfasern, die zu einer kaum merklichen Erhöhung des spezifischen Gewichtes der Estrichabdeckung führt, ergibt sich eine nachhaltige Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, obwohl infolge der geringen Zuschlagmenge eine gegenseitige Berührung der Stahlfasern in der Estrichabdeckung in einem merklichen Umfang nicht auftritt. Die unerwartet starke Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Estrichabdeckung selbst bei derart geringer Zuschlagmenge an Stahlfasern dürfte insbesondere auf deren extrem langgestreckte Form zurückzuführen sein, durch die die Wärme von jeder Stahlfaser über eine relativ große Länge transportiert und verteilt wird; eine Temperaturerhöhung am einen Ende einer Faser bewirkt eine weitgehend verzögerungsfreie entsprechende Temperaturanhebung der gesamten Länge der Stahlfaser und damit eine gleichmäßige Wärmebeaufschlagung des umgebenden Estrichwerkstoffes über die gesamte, relativ große Faseroberfläche hinweg. Auf diese Weise ist durch die Stahlfasern gewissermaßen eine Vielzan] von im Vergleich zum eingesetzten Stahlvolumen sehr langen Wärmebrücken aus Stahl regellos in der Estrichabdeckung eingelagert, so daß der Estrichwerkstoff bei Wärmebeaufschlagung schnell voll-

ständig und homogen von der Wärme durchdrungen wird. Durch die mit den eingelagerten Stahlfasern bewirkte erhebliche Erhöhung der Biegezugfestigkeit des Estrichwerkstoffes kann dieser die auftretenden Belastungen c bei erheblich verminderter Dicke der Abdeckung auf bis zu unter 20 mm sicher aufnehmen. Durch die mit den Stahlfasern bewirkte ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit der Estrichabdeckung führt auch eine so stark verminderte Dicke nicht zu merklich ungleich-

IQ mäßiger Aufheizung der Estrichabdeckung, da die Wärme schnell in jeder Richtung weitergeleitet wird. Dadurch weist die Estrichabdeckung im Ergebnis durch die einerseits stark verbesserte Wärmeleitfähigkeit und die andererseits verminderte Wärmekapazität optimale Eigenschaften in wärmetechnischer Hinsicht auf, welche bei sehr geringer Vorlauftemperatur des Warmwassers eine ausgezeichnete Regelfähigkeit der Heizung ergeben, und besitzt darüber hinaus geringstmögliches Gewicht, so daß das tragende Bauwerk in erheblichem Umfange gewichtsentlastet wird. Dies macht die erfindungsgemäße Heizvorrichtung im Verein mit der konstruktiv geringen Bauhöhe der Estrichabdeckung besonders geeignet für einen nachträglichen Einbau einer Fußbodenheizung in Altbauten. Störende unterschiedliche Bodenhöhen zwischen Räumen mit Fußbodenheizung und solchen ohne Fußbodenheizung können vermindert oder ganz vermieden werden, da die geringe Dicke der Estrichabdeckung der erfindungsgemäßen Flächenheiζvorrichtung zu einer entsprechend verminderten Gesamtauflagenhöhe ab Oberkante Rohdecke führt, die bei Abdeckung mit normalem Zementestrich ohne Flächenheizvorrichtung ebenfalls erreicht werden kann.

Zwar ist es seit langem bekannt, zur Herstellung von Formteilen aus Beton einen Zuschlag aus Stahldrähten oder Stahlfasern zum Beton zu verwenden, um die mechanische Festigkeit der Betonformteile zu erhöhen.

Einzelheiten und maßgebende Gesichtspunkte hierfür sind beispielsweise in der DE-OS 18 01 561 oder der FR-OS 22 25 392 erläutert. Dabei kommen auch geradlinige Stahlfasern mit Abmessungen und in Zuschlagmengen in Betracht, wie sie erfindungsgemäß für die Estrichabdeckung der Flächenhexζvorrχchtung verwendet werden sollen. Jedoch spielt bei derartigen stahlfaserarmierten Betonformteilen die Wärmeleitfähigkeit keine Rolle und ist im Unterschied zu einer Estrichabdeckung die Verarbeitung problemlos, da die Frischbetonmasse mit den untergemischten Stahlfasern einfach in die Form eingegossen wird und dort aushärtet. Wenn somit eine Erhöhung der Biegezugfestigkeit durch die eingelagerten Stahlfasern bei der Estrichabdeckung einer erfindungsgemäßen Flächenheizvorrichtung zumindest in gewissem Umfange erwartet werden konnte, so muß andererseits dennoch überraschen, daß auch im Falle einer Verarbeitung eines ähnlichen Werkstoffes als schwimmender Estrich Verarbeitungsprobleme durch derartige Stahlfasern nicht auftreten, und insbesondere, daß trotz der sehr geringen Zuschlagmenge an Stahlfasern eine derartig nachhaltige Verbesserung der Wärmeleiteigenschaften der Estrichabdeckung insgesamt erreicht werden kann. Ohne eine solche gleichzeitige starke Verbesserung der Wärmeleiteigenschaften aber wäre eine Verminderung der Dicke der Estrichabdeckung alleine aufgrund der Erhöhung der Biegezugfestigkeit des Materials von geringem Wert, da diese Verminderung der Dicke dem Grundsatz zuwiderlaufen würde, daß eine nicht unerhebliche Dicke erforderlich ist, um an der Oberfläche der Estrichabdeckung ein weitestgehend gleichmäßiges Temperaturprofil trotz erheblicher Abstände zwischen den Heizrohren zu erreichen, selbst wenn die Heizrohre mit flächigen Wärmeleitelementen versehen sein sollten. Somit sind bei Betonformteilen an sich bekannte Maßnahmen mit Rücksicht auf die erheblichen Unterschiede in der Bearbeitung nur bedingt auf Estrichabdeckungen zu

] übertragen, und spielen bei Estrichabdeckungen für Flächenheizvorrichtungen primär wärmetechnisehe Gesichtspunkte eine Rolle, die bei Betonformteilen überhaupt nicht auftreten, so daß weder eine problemlose Anwendbarkeit derartiger, bei Betonformteilen an sich bekannter Stahlfaserzuschläge bei Estrichabdeckungen erwartet werden konnte, noch eine solche Anwendung, selbst wenn wider Erwarten möglich, sinnvoll erschien. Tatsächlich ist auch eine spezielle Auswahl hinsieht-IQ lieh Zuschlagmenge und Abmessungen der Stahlfasern oder Stahldrähte erforderlich, um die Anwendung dieser an sich bekannten Maßnahmen bei Estrichabdeckungen für Flächenheizungen zu ermöglichen und die gewünschten funktionellen Vorteile zu erzielen.

Die Untergrenze einer Zuschlagmenge von etwa 0,5 Vol.-% ergibt sich daraus, daß unterhalb dieser Zuschlagmenge eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit in einem signifikanten Umfang nicht mehr auftritt, und darüber hinaus auch die Festigkeitsverbesserung gering ausfällt. Unterhalb dieser Zuschlagmenge werden die mittleren Abstände zwischen den Stahlfasern so groß, daß kaum noch Wechselwirkungen zwischen benachbarten Stahlfasern auftreten. Im Bereich zwischen etwa 0,5 Vol.-% und 2 Vol.-% gelangen die Stahlfasern zumindest in irgendwelchen Randbereichen ihrer Länge in eine solche gegenseitige Nachbarschaft, daß zwischen den einzelnen Stahlfasern nur relativ geringe Weglängen an Zementestrichmaterial liegen, die schlecht wärmeleitend sind, während die größeren Abstände zwischen diesen Weglängen durch die gut leitenden Stahlfasern überbrückt sind. Eine optimale Zuschiagmenge liegt bei etwa 0,8 bis 1 Vol.-% da hier der Effekt der geschilderten Wechselwirkung zwischen den einzelnen Fasern bereits in vollem Umfange eingetreten ist, die Wärme also in ausreichendem Umfange von Stahlfaser zu Stahlfaser unter Überwindung nur einer geringen Wegstrecke im Zementestrich weitergegeben wird, und

bei dieser noch sehr geringen Zuschlagmenge noch keinerlei "Igelbildung" oder ähnliche Störungen beim Untermischen der Stahlfasern in den Frischmörtel zu befürchten sind. Eine solche Igelbildung mit der damit einhergehenden Störung der Homogenität der Faserverteilung tritt bei einer Zuschlagsmenge von mehr als etwa 2 Vol.-% hingegen in merklichem Umfange auf. Außerdem geraten bei größeren Zuschlagmengen immer mehr Stahlfasern in unmittelbare gegenseitige Berührung. Dies scheint zwar im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit an sich günstig zu sein, da durch solche gegenseitige Berührungen Wärmebarrieren durch Estrichwerkstoff zwischen den Fasern vermieden werden und der Gesamtwärmeleitwert der Estrichabdeckung im Ergebnis zweifellos weiter erhöht wird. Es hat sich jedoch überraschend gezeigt, daß durch solche gegenseitige Berührungen in einem merklichen Umfange sozusagen makroskopische Wärmebrücken entstehen, die das umgebende Estrichmaterial gewissermaßen kurzschließen und so dessen homogener Erwärmung entgegenwirken, da die Wärme nicht mehr gezwungen ist, auch durch das Estrichmaterial hindurchzuwandern. Auch aus diesem Grunde sind Zuschlagmengen oberhalb einer Grenze von etwa 2 Voi.-% oder etwa 10 Gew.-% an Stahlfasern häufig eher nachteilig.

Ein Optimum der Zuschlagmenge von 0,8 Vol.-% entsprechen etwa 4 Gew.-% ergibt sich bei einer bevorzugten Faserabmessung von einem Durchmesser von etwa 0,4 mm und einer Länge von 12 mm. Für geringere Faserlänge und/oder größeren Faserdurchmesser, der bei gleicher Zuschlagsmenge zu einer Verminderung der Faseranzahl führen würde, sollte die Zuschlagmenge eher etwas größer, für größere Faserlänge und geringeren Faserdurchmesser hingegen etwas geringer gewählt werden. Bei Dicken der Stahlfasern oberhalb von etwa 2 mm ergibt sich für jede einzelne Faser

ein Wärmeleitquerschnitt, der in jedem Falle ausreichend groß ist, so daß eine weitere Querschnittsvergrößerung zu einer unnötigen Gewichtserhöhung bzw. bei Festlegung einer oberen Gewichtsgrenze zu einer nachteiligen Verminderung der Anzahl der einzelnen Stahlfasern führen würde. Andererseits sollte der Querschnitt der einzelnen Stahlfasern nicht zu gering gewählt werden, um einen ausreichenden Temperaturausgleich über die Länge der Stahlfaser ohne wesentliehe Zeitverzögerung zu ermöglichen. Die maximale Länge der Stahlfasern wird im wesentlichen durch die Verarbeitbarkeit begrenzt, da extrem lange Stahlfasern oder Stahldrähte natürlich nicht mehr homogen untergemischt und ohne Störung der Oberfläche der Estrichabdeckung glattgestrichen werden könnten. Eine Obergrenze der Länge liegt hier bei etwa 25 mm, bevorzugt jedoch bei 20 mm, da bei dieser Länge eine einwandfreie Verarbeitung in jedem Falle gewährleistet ist, auch wenn die Dicke der Estrichabdeckung nur bei knapp 20 mm liegt. Jedoch sollte die Länge jeder einzelnen Stahlfaser über 5 mm liegen, da sonst im Rahmen der vorgesehenen Zuschlagmengen die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und auch der Festigkeit zu gering wird. Für kleinere Längen werden auch kleinere Faserquerschnitte bevorzugt.

Die Unteransprüche 2 bis 7 haben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Flächenheizvorrichtung zum Inhalt. Ein zur Verwendung als Abdeckung der erfindungsgemäßen Flächenheizvorrichtung besonders geeigneter Estrichwerkstoff ergibt sich aus den Ansprüchen 8 bis 11, während die Ansprüche 12 bis 14 ein zu dessen Herstellung besonders geeignetes Verfahren zum Inhalt haben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

4b*

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Baukörper mit einer erfindungsgemäßen Flächenheiζvorrichtung,

Fig. 2 die Einzelheit aus Kreis II in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, die gegenüber natürlicher Größe einer Vergrößerung von 2:1 entspricht und

Fig. 3 eine Ansicht einer erfindungsgemäß verwendbaren Stahlfaser in dem der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechenden Maßstab.

Bei dem aus Fig. 1 ersichtlichen erfindungsgemäßen Baukörper für die Flächenheiζvorrichtung geht die Heizwirkung von Heizrohren 1 aus, die in der bekannten Weise etwa mäanderförmig unter der zu heizenden Oberfläche 2 angeordnet sind. Auf einer Rohdecke 3 kann bei Bedarf zunächst eine Ausgleichsschüttung 4 mit einer Höhe von beispielsweise 10 mm vorgesehen werden, die bei Bedarf mit einer Trittschall-Dämmunterlage 5 nach oben hin abgedeckt ist. Als Trittschall-Dämmunterlage 5 kommt beispielsweise eine pe-Schaumfolie mit etwa 4 mm Höhe in Betracht. 25

Oberhalb der Trittschall—Dämmunterlage 5 oder - wenn diese zusammen mit der Ausgleichsschüttung 4 entfallen kann, der Oberfläche der Rohdecke 3 sind im Beispielsfalle 50 mm dicke Dämmplatten 6 angeordnet, die aus PoIy styrolschaum bestehen können und an ihrer Oberseite Mulden 7 aufweisen, in denen die Heizrohre 1 verlegt sind.

Unter die Heizrohre 1 sind in die Mulden 7 flächige Wärmeleitelemente 8 beispielsweise in Form von Leitblechen aus Aluminium eingelegt, welche der Kontur der Mulden 7 folgen und zu beiden Seiten breite Laschen 9 besitzen, die im wesentlichen über den

halben Abstand bis zum benachbarten Heizrohr 1 reichen. Die Heizrohre 1 in den Mulden 7 sowie die Wärmeleitelemente 8 sind an ihrer Oberseite mit PE—Folie doppellagig abgedeckt, und hierauf ist eine mit 11 bezeichnete Estrichabdeckung angeordnet, welche an ihrer Raumseite die Oberfläche 2 aufweist, die mit jedem geeigneten Bodenbelag versehen werden kann.

Wie aus der Einzelheit gemäß Kreis II aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in die Estrichabdeckung 11 aus Zementestrich eine Vielzahl von im wesentlichen geradlinigen Stahlfasern 12 eingelagert. Eine derartige Stahlfaser 12 ist in Fig. 3 vergrößert in Ansicht dargestellt, da bei der Darstellung in Fig. 2, die ebenso wie Fig. 3 gegenüber der tatsächlichen Größe maßstabsgerecht zweifach vergrößert ist, in der Schnittebene gemäß Fig. 1 lediglich im Winkel zur Schnittebene angeordnete Stahlfasern 12 sichtbar sind. Zur Verdeutlichung der beispielhaften Lage der Stahlfasern 12 in Fig. 2 ist die Verlängerung derjenigen Stahlfasern 12, die vom Schnitt in der Zeichenebene getroffen sind, gestrichelt eingezeichnet, woraus die regellose, zufällige Anordnung der Stahlfasern im Zementestrich sichtbar wird. Das Zuschlagskorn im Zementestrich ist in Fig. 2 bei 13 veranschaulicht.

Obwohl die Darstellung in Fig. 2, die beispielsweise eine Zumischung an Stahlfasern 1 2 in einem Anteil von 1 Vol.-% am Estrichwerkstoff veranschaulicht, deutlieh macht, daß zwischen den Stahlfasern 12 keine Berührung besteht, sondern vielmehr merkliche Weglängen an Zementestr?ch liegen, zeigt sich überraschend doch, daß die Stahlfasern 12 das Wärmeleitvermögen des Zementestrichs ganz entscheidend verbessern. Dabei ist allerdings die Anordnung der zwischen etwa 5 und 25 mm langen Stahlfasern 12 im Raum zu beachten, die in der flächigen zeichnerischen Darstellung nicht voll zum Ausdruck kommt, und die dazu führt, daß trotz

der noch erheblichen mittleren Abstände zwischen den Stahlfasern 12 Minimalabstände irgendwo entlang der Länge der benachbarten Stahlfasern auftreten, die deutlich geringer sind als der mittlere Abstand. So wird etwa anhand der in Fig. 2 rechts oben veranschaulichten Stahlfaser 12 deutlich, daß deren hinter der Zeichenebene liegendes, gestricheltes Ende erheblich näher an der in der Mitte der Darstellung in Fig. 2 liegenden und senkrecht geschnittenen Stahlfaser 12 liegt, als der Bereich, der geschnitten wird und der etwa den mittleren Abstand zwischen diesen beiden Stahlfasern 12 kennzeichnet. Auf diese Weise bilden die Stahlfasern 12 trotz ihres sehr geringen Volumenanteils im Zementestrich Wärmebrücken, in denen die Wärme über die gesamte Länge jeder Stahlfaser 12 transportiert wird und an der Stelle kürzesten Abstandes zu einer benachbarten Stahlfaser 12 übertreten kann, von wo aus die Wärme in deren Lagerichtung weiter transportiert wird.

Dadurch, daß die Heizrohre 1 keine direkte Berührung mit dem Estrichwerkstoff der Estrichabdeckung 11 besitzen, geben diese den weit überwiegenden Teil ihrer Wärme an die Auskleidung der Mulde 7 mit dem Wärmeleitelement 8 ab, von wo die Wärme schnell in dessen Seitenlaschen 9 transportiert wird. Auf diese Weise wird die Wärme von der Unterseite der Estrichabdeckung 11 im wesentlichen gleichmäßig und flächig in diese eingeführt. Die zwangsläufig verbleibenden Ungleichmäßigkeiten des Temperaturprofils an der Unterseite der Estrichabdeckung 11 werden durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Estrichwerkstoffes mit der eingelagerten Stahlfaser 12 rasch und auch bei geringer Dicke der Estrichabdeckung 11 praktisch vollständig ausgeglichen, so daß an der überfläche 2 eine konstante Temperatur vorliegt. Durch die Abdeckung mit der doppellagigen Folie 10 wird auch bei plastischer Konsistenz des Frischmörtels dessen Eindringen in die

Mulden 7 sicher vermieden, so daß auch nach Verfestigung des Es tr ichwerkst off es Iceine unmittelbare Anlage des Estrichwerkstoffes an den vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Heizrohren 11 erfolgt. Damit sind Beschädigungen der Kunststoffrohre durch spitze Zuschlagstoffe oder Stahlfasern 12 im Estrichwerkstoff ausgeschlossen. Im Falle einer Verwendung von Heizrohren 1 aus Edel stahl wird entsprechend auch eine Kontaktkorrosion der Heizrohre 1 durch unmittelbare Nachbarschaft der Stahlfasern 12 etwa aus üblichem Baustahl vermieden. Durch die gute Wärmedämmung der Dämmplatten 6 wird ein Wärmeabfluß zur Rohdecke 3 hin minimiert, so daß auch ohne unmittelbaren Kontakt der Heizrohre 1 mit der Estrichabdeckung 11 sichergestellt ist, daß fast die gesamte, von den Heizrohren 1 freigesetzte Wärmemenge in die Estrichabdeckung 11 gelangt.

Die Abdeckung mittels der Folie 10, die an sich zusammen mit der dargestellten Anordnung der Heizrohre in Mulden 7 einer Dämmplatte 6 bekannt ist, hat im vorliegenden Fall den zusätzlichen Vorteil, daß der Frischmörtel mit plastischer bis weicher Konsistenz angesetzt werden kann, also in Konsistenz K2 gemäß DIN 1045 oder gegebenenfalls noch weicher, ohne daß er ungewollt in irgendwelche Ritzen einlaufen kann. Es muß also nicht in der sonst üblichen Weise durch Ansetzen des Frischmörtels in der Konsistenz K1 oder noch steifer durch die steife Konsistenz des Frischmörtels sichergestellt werden, daß dieser nicht ungewollt verläuft. Die plastische bis weiche Konsistenz des Frischmörtels ist im Rahmen der Erfindung von besonderer Bedeutung, da hierdurch eine störungsfreie Zumischung der Stahlfasern 12 und eine homogene Untermi schung in einem Zwangsmischer gewährleistet werden.

Hierzu kann zunächst der Frischmörtel etwa in der Konsistenz K2 fertiggemischt werden, wonach die Stahlfasern in der gewünschten Menge zugegeben werden und ein weiterer, etwa 2 Minuten langer Mischvorgang an-

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gefügt wird, in dem die Stahlfasern in dem plastischen Frischmörtel homogen verteilt werden. Beim Aufbringen des Frischmörtels auf die Folie 10 und dessen Glattstreichen ergibt sich durch die weiche Konsistenz an der Oberfläche des Mörtels ein weichflüssiger, deutlicher Zement-Wasser-Überschuß, während der Kornzuschlag mit den Stahlfasern 12 eher zu einem Absinken neigt, so daß die Oberfläche 2 der Estrichabdeckung problemlos sauber glattgestrichen werden kann, während die oberflächennahen Stahlfasern 12 überschwemmt und glattgelegt werden.

Nachfolgend werden Einzelheiten des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles zusammen mit den sich dabei im einzelnen ergebenden Meßdaten angeführt .

Beispiel

Stahlfasern mit einer Länge von 12 mm und einer Dicke von 0,4 mm wurden Frischmörtel nach Beendigung des Mischvorganges in einer Menge von 4 Gew.-% entsprechend 0,8 Vol.-% beigegeben. Der Zementgehalt betrug 450 kg/m PZ 35 bei einem Wert W/z, also einem Verhältnis von Wasser zu Zement, von 0,45· Die Kornzusammensetzung lag bei ^4 mm im Sieblinienbereich A-B gemäß DIN 1045, wobei die Herstellung in der Konsistenz K2, also plastisch, erfolgte. Nach der Zugabe der Stahl-

„„ fasern wurden diese in einer Restmischzeit von ca. 2 Minuten untergemischt und homogen im Frischmörtel verteilt, wozu ein Zwangsmischer verwendet wurde, also im Unterschied zu einem Freifallmischer mit Mischorganen an der umlaufenden Wand des Mischbehälters ein

oc Mischer mit relativ zur Behälterwand umlaufenden Mischwerkzeugen.

Der Estrichwerkstoff aus Frischmörtel und Stahlfasern wurde in einer Dicke von 20 mm als Estrichabdeckung T1

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auf die Folie 10 aufgebracht und glattgestrichen, wobei sich keinerlei verarbeitungstechnische Besonderheiten aufgrund der Beimengung an Stahlfasern 12 zeigten. Während üblicher Zementestrich ohne Stahlfasern bei einer Dicke von 45 tfim über den Heizrohren 1 ein Flächengewicht von 90 kp/m besitzt, besaß der Stahlfaserestrich für die erfindungsgemäße Abdeckung 11 bei 20 mm Dicke lediglich ein Gewicht von 42 kp/m . Demgegenüber ergab sich ein Anstieg der Druckfestigkeit beim erfindungsgemäßen Stahlfaserestrich trotz der verminderten Dicke um ca. 140%, so daß also die Festigkeit der nur 20 mm dicken Estrichabdeckung 11 mit Stahlfasereinlagerungen der geschilderten Art das fast 2 1/2-fache einer Abdeckung 11 aus Normalestrich bei mehr als doppelter Dicke betrug. Dies zeigt, daß die Dicke der erfindungsgemäßen Estrichabdeckung 11 gegenüber der gewählten Dicke von 20 mm gegebenenfalls auch noch erheblich hätte vermindert werden können, und dennoch die Festigkeitswerte erreicht worden wären, die der einschlägigen DIN 4109 zur Aufnahme einer Höchstbelastung von 200 kp/m zugrundeÜegen. Die erhöhte Festigkeit wirkt sich auch in dem Sinne aus, daß auch bei extremen Belastungen jegliche Tendenz zur Rißbildung in der Estrichabdeckung 11 durch die in jeder Richtung liegenden Stahlfasern 12 praktisch ausgeschlossen ist.

Die bei Niedertemperaturheizungen üblicherweise vorgesehene Vorlauftemperatur des Warmwassers (45⁰C) in den Heizrohren 1 wurde auf 29°C reduziert, wobei sich eine Oberflächentemperatur an der Oberfläche 2 von 26,5°C und eine Raumlufttemperatur in 2 Metern Höhe von 21⁰C ergaben. Es zeigte sich, daß die Wärmeleitzahl bei dem verwendeten Stahlfaserestrich um 30% höher lag als bei normalpm Estrichwerkstoff. Durch die verbesserte Wärmeleitung ergab sich nicht nur eine praktisch völlig gleichförmige Temperatur über die Oberfläche 2, sondern auch eine erhöhte spezifische

Wärmeabgabe des Heizwassers 1 trotz der verminderten Vorlauftemperatur von nur 29 C. Der Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf stieg gegenüber einer Ausführung mit einer Estrichabdeckung 11 aus Normalestrich mit 45 mm Dicke von 6 IC auf 7,3 K, was einer Heizkostenersparnis von ca. 20% entspricht.

Aufgrund des erheblich "schlankeren" Aufbaues und der guten Wärmeleitfähigkeit der Estrichabdeckung 11 ergaben sich Reaktionszeiten, die gegenüber der Normalausführung mit 45 mm dickem Normalestrich um mehr als 50% verkürzt waren.

Damit kann durch eine erfindungsgemäße Estrichabdekkung 11 selbst die Dicke von Trockenestrich in vorgefertigten Platten, die 25 mm dick sind, wesentlich unterschritten werden, ohne daß sich die mit derartigen Platten einhergehenden Nachteile insbesondere im Zusammenhang mit Schwierigkeiten bei der Verlegung bestimmter Oberböden ergeben. Selbstverständlich ist aber das erfindungsgemäße Konzept einer Einbringung von Stahlfasern in den angegebenen Mengen und angegebenen Abmessungen auch bei derartigen Trockenestrichen in vorgefertigten Platten anwendbar. 25

Durch die erhebliche Gewichtsverminderung für die Estrichabdeckung 11 eignet sich eine erfindungsgemäße Flächenheizvorrichtung ganz besonders für eine nachträgliche Ausrüstung von Altbauten mit Fußbodenheizung. 30

Claims

Patentansprüche 10

1. Flächenheizvorrichtung für einen Fußboden, mit ins-' besondere auf einer weichfedernden Wärmedämmlage angeordneten Heizrohren und einer darüber angeordneten trittfesten Abdeckung aus Zementestrich mit eingelagerten Metallpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Zementestrich-Abdeckung (11) eine Dicke von höchstens 30 mm, insbesondere höchstens etwa 20 mm aufweist, und daß im Estrich im wesentlichen geradlinige Stahlfasern (12) oder Stahldrähce mit einer Dicke von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 mm und einer Länge von weniger als 25 mm, insbesondere weniger als 20 mm, jedoch mehr als 5 mm, insbesondere mehr als 10 mm, in einer Menge von wenigstens 0,5 Vol.-%, insbesondere wenigstens etwa 0,8 bis 1 Vol.-%, höchstens aber 2 Vol.-%, regellos eingelagert sind.

2. Flächenheizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dan die Querschnittsfläche der Stahlfasern (12) etwa 0,03 bis 0,3 mm², insbesondere etwa

2
0,12 mm beträgt, bzw. daß der Durchmesser der im Querschnitt im wesentlichen kreisrunden Stahlfasern

(12) 0,2 mm bis 0,6 mm, insbesondere etwa 0,4 mm beträgt.

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3. Flächenheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Stahlfasern (12) zwischen 10 mm und 15 mm, insbesondere etwa 12 mm beträgt.

4. Flächenheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Korngröße der Zuschlagstoffe (13) im Zementestrich 4 mm beträgt.

5. Flächenheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre (1) mit flächigen Wärmeleitelementen (8) versehen sind.

6. Flächenheizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre (1) in Mulden (7) einer Dämmplatte (6) versenkt angeordnet sind.

7· Flächenheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Mulden (7) der Dämmplatte (6) mittels einer Folie (10) gegen die Estrichabdeckung (11) hin abgedeckt sind.

8. Estrichwerkstoff zur Verwendung als Abdeckung bei einer Flächenheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der im wesentlichen aus Zement, Wasser und sandartigen Zuschlagstoffen besteht, dadurch gekannzeichnet, daß im Estrich im wesentliehen geradlinige Stahlfasern (12) oder Stahldrähte mit einer Dicke von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 mm und einer Länge von weniger als 25 mm, insbesondere weniger als 20 mm, jedoch mehr als 5 mm, insbesondere mehr als 10 mm, in einer Menge von wenigstens 0,5 Vol.-%, insbesondere wenigstens etwa 0,8 bis 1 Vo.-%, höchstens aber 2 Vol.-%, regellos eingelagert sind.

9. Estrichwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Stahlfasern (12) etwa 0,03 bis 0,3 mm , insbesondere

etwa 0,12 mm beträgt, bzw. daß der Durchmesser der im Querschnitt im wesentlichen kreisrunden Stahlfasern (12) 0,2 mm bis 0,6 mm, insbesondere etwa 0,4 mm beträgt.

10. Estrichwerkstoff nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Stahlfasern (12) zwischen 10 mm und 15 mm, insbesondere etwa 12 mm beträgt.

11. Estrichwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Korngröße der Zuschlagstoffe (13) im Zementestrich 4 mm beträgt.

12. Verfahren zur Herstellung eines Estrichwerkstoffes nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei Zement, Wasser und Zuschlagstoffe zu einem Frischmörtel gemischt und Metallpartikel zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Frischmörtel in plastischer Konsistenz (K2 gemäß DIN 1045) fertiggemischt wird, und daß nach Beendigung dieses Mischvorganges Stahlfasern zum Frischmörtel zugegeben und dann erneut gemischt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Mischvorgang etwa 2 Minuten lang durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß für den Mischvorgang ein Zwangsmischer verwendet wird.