EP3832045B1

EP3832045B1 - Verfahren zur herstellung einer verbindung eines flächigen holz-beton-verbundelements mit zumindest einem teil einer holzstruktur

Info

Publication number: EP3832045B1
Application number: EP19000548.8A
Authority: EP
Inventors: Holger Rupprecht
Original assignee: Elascon GmbH
Current assignee: Elascon GmbH
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2026-02-11
Anticipated expiration: 2039-12-05
Also published as: EP3832045A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines flächigen Holz-Beton-Verbund (HBV) Elements aus vorgefertigten Einzelteilen mit zumindest einem Teil einer Holzstruktur, insbesondere einer statisch tragenden Holzstruktur.
In der Konstruktion von neuen Häusern, Werkhallen und in der Altbausanierung besteht ein hoher Bedarf an statisch einwandfreien Verbindungen von Holzbalken/Holzrahmen mit Betonelementen und/oder vorgefertigten Holz/Betonverbundelementen. Derartige Beton- und/oder Holz/Betonverbundelemente werden mit den Holzbalken/Holzrahmen zu sogenannten Holz/Beton-Verbundtragwerken zusammengefügt und werden dann beispielsweise als Wände, tragende Decken und/oder (Fertig-)Dachelemente eingesetzt. Diese Holz/Beton-Verbundtragwerke haben gegenüber dem reinen Holzbau den Vorteil, dass sie trotz des Betonanteils dennoch vergleichsweise leicht sind und trotz des Holzanteils dennoch noch eine genügend hohe Wärmespeichermasse aufweisen. Weiter verbessern derartige Tragwerke die akustischen Eigenschaften eines Gebäudes entscheidend und haben ebenfalls eine gute Feuerwiderstandsdauer. Mit dem verbesserten Schallschutzverhalten verringern sie zudem spürbare Schwingungen von Böden und steifen somit das Gebäude statisch hervorragend aus. Abgesehen von diesen technischen Vorteilen befriedigen die sichtbaren Holzbalken auch die ästhetischen Wünsche der Bauherrschaft.
Ein besonderes Augenmerk ist auf die Verbindung von Holz/Betonverbundelementen mit zumindest teilweise tragenden Holzstrukturen, wie z.B. Bodenbalken, Deckenbalken, Ständerbalken und dergleichen, zu legen. Dabei werden die Holz-Beton-Verbundelemente in der Regel bereits fertiggestellt an der Baustelle angeliefert. Diese Holz-Beton-Verbundelemente sind in der Regel als flächige Elemente mit einer Grundfläche von einigen Quadratmetern ausgeführt und müssen daher dann baustellenseitig mit der Holzstruktur verbunden werden. Diese Verbindung wird heute in der Regel durch Verschrauben oder Nagelung erzielt. Damit sind erhebliche Anforderungen an die statische Tragfähigkeit dieser Verbindungen gestellt, die nur mit entsprechend massiven Metallwaren zu gewährleisten sind.
Dokument WO2007/079739A2 offenbart einen Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines vorgefertigten flächigen Holz-Beton-Verbundelements mit zumindest einem Teil einer vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, umfassend die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen des vorgefertigten, flächigen Holz-Beton-Verbundelements mit einer ersten oberflächenbündigen Holzstruktur,
b) Aufbringen von einer Zwischenschicht auf zumindest einen Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, wobei die Zwischenschicht im Wesentlichen aus Kleber besteht und entweder durch Temperatureinwirkung adhäsive Bindungskräfte, d.h sogenannte Klebewirkung, entfaltet oder vollständig aus kalterhärtendem Klebstoff besteht;
c) Ausbilden eines Sandwiches, bestehend aus zumindest dem Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, der Zwischenschicht und der oberflächenbündigen Holzstruktur; und
d) Verbinden des zumindest einen Teils der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur mit der oberflächenbündigen Holzstruktur durch das Aushärten des in der Zwischenschicht befindlichen Klebers.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines flächigen Holz-Beton-Verbundelements mit zumindest einem Teil einer tragenden Holzstruktur anzugeben, bei dem die Verbindung eher flächig wirkend erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren, gemäß Anspruch 1, zur Herstellung einer Verbindung eines vorgefertigten flächigen Holz-Beton-Verbundelements mit zumindest einem Teil einer vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, welches die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen des vorgefertigten, flächigen Holz-Beton-Verbundelements mit einer ersten oberflächenbündigen Holzstruktur,
b) Aufbringen von einer Zwischenschicht auf zumindest einen Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur und/oder zumindest einem Teil der oberflächenbündigen Holzstruktur, wobei die Zwischenschicht entweder durch Temperatureinwirkung adhäsive Bindungskräfte, d.h sogenannte Klebewirkung, entfaltet oder vollständig aus kalterhärtendem Klebstoff besteht;
c) Ausbilden eines Sandwiches, umfassend zumindest den Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, die Zwischenschicht und die oberflächenbündigen Holzstruktur; und
d) Verbinden des zumindest einen Teils der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur mit der oberflächenbündigen Holzstruktur durch das Aushärten des Klebers.

Auf diese Weise kann eine vergleichsweise einfach herbeizuführende sehr flächig wirkende Verbindung der oberflächenbündigen Holzstruktur des Holz-Beton-Verbundelements und der Holzoberfläche des zumindest einen Teils der Holzstruktur erzielt werden. An dieser Stelle wird immer von zumindest einem Teil aus der der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur besprochen, weil sich diese im Sinne der vorliegenden Anmeldung auf in der Regel grösser ausgedehnte zumindest teilweise statisch tragende Holzstrukturen bezieht, wie z.B. Dachbalken, Bodenbalken, Ständerbalken, ganze Gebäudeskelette von im Holzrahmenbau erstellten Gebäuden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass

i) eine metallische leitende Struktur mit mindestens zwei elektrischen Kontakten mit der Zwischenschicht assoziiert wird, wobei diese metallisch leitende Struktur bereits vor dem Assoziieren der Zwischenschicht in diese integriert worden sein kann,
ii) das Sandwich ausgebildet wird, umfassend zumindest den Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, die Zwischenschicht und die oberflächenbündigen Holzstruktur;
iii) eine elektrische Spannung temporär an die elektrischen Kontakte angelegt wird, um einen Stromfluss mit Widerstandsheizung durch die metallisch leitende Struktur zur Verflüssigung zumindest eines Teils des in der Zwischenschicht vorhandenen Klebers herbeizuführen, und
iv) der zumindest eine Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur mit der oberflächenbündigen Holzstruktur durch das Aushärten des Klebers verbunden wird.

Auf diese Weise können sämtliche mit dem Einsatz von Co-Polyamid-Schmelzklebstoff verbundenen Vorteile der im flüssigen Zustand günstigen Viskosität des Klebers erzielt werden.
Zur günstigen Beeinflussung der Holz/Holz-Verbindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Holzstruktur und/oder die oberflächenbündige Holzstruktur topologische Strukturen, wie z.B. Rillen, Kerben, Löcher oder sonstige die Oberfläche strukturierende Elemente, auf ihren Oberflächen aufweisen. So ist es beispielsweise auch möglich die Oberflächen der zu verklebenden Holzteile sägeroh zu belassen, sodass schon allein die bei dem Sägen auftretenden Rauhigkeiten ein Eindringen des durch die elektrische Widerstandsheizung flüssig gewordenen Klebers begünstigen, was wiederum die Stabilität der Klebeverbindung nach dem Aushärten des Klebers günstig beeinflussen kann. Die Verbindung kann ebenfalls durch metallische Verbindungsmittel oder Teile wie Nocken, Schrauben oder Dübel, verstärkt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die metallisch leitende Struktur in die Zwischenschicht als dünne Filamente eingelassen ist. Die metallisch leitende Struktur kann so gänzlich (bis auf die nach aussen ragenden elektrischen Anschlüsse) in der Zwischenschicht eingebettet sein, wodurch sich eine einfache Aufbringung der Zwischenschicht wie auch eine gleichmässige Verteilung der durch die Widerstandsheizung erzeugten Wärme ergibt.
Alternativ oder auch ergänzend kann die metallisch leitende Struktur auch auf die Zwischenschicht aufgeklebt sein, wobei eine nur einseitige als auch eine beidseitige Aufbringung auf die Kleberschicht vorgesehen sein kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1: schematisch einen Querschnitt durch ein Holz/Betonverbundelement;
Figur 2: schematisch eine Aufsicht auf das Holz/Betonverbundelement mit aufgelegter Kleberschicht;
Figur 3: schematisch einen Längsschnitt durch ein mit einer tragenden Holzstruktur verbundenes Holz/Betonverbundelement; und
Figur 4: schematisch einen Querschnitt mit einer tragenden Holzstruktur verbundenes Holz/Betonverbundelement gemäss Figur 3.

Figur 1 zeigt - ohne Anspruch auf eine massstabgerechte Darstellung einen Querschnitt durch ein Holz/Betonverbundelement 2, das so in einem Betonwerk hergestellt werden kann.
Holz/Betonverbundelement 2 ist ein flächiges Tragelement, das in seiner Ausdehnung eine Fläche von mehreren Quadratmetern und eine Dicke bis zum einer kleinen zweistelligen Zentimeter-Anzahl aufweisen kann. Das Holz/Betonverbundelement 2 umfasst dabei ein eingelegtes Holzprofil 4, hier beispielsweise mit einem trapezförmigen Profil und kuppelartig ausgestalteten topologischen Strukturen 6, welches bei der Betonage mit dem flüssigen Beton verbunden wird und nach dem Aushärten des Flüssigbetons mit einer Holzoberfläche 8 mit dem diese Holzoberfläche 8 bündig umgebenden Beton 10 transportfähig vorliegt.
Bereits noch im Betonwerk oder auch später auf der Baustelle kann auf diese Holzoberfläche 8 eine Kleberschicht 12 aufgebracht werden, die hier als zwei Kleberschichtstreifen 12a, 12b ausgeführt ist. Selbstverständig kann nur ein entsprechend breiter ausgestalteter Streifen verwendet sein. Die Kleberschichtstreifen 12a, 12b sind hier vorliegend auf die Holzoberfläche 8 aufgehaftet, wozu sich adhäsive Klebeflecken und/oder auch Bostitch-Klammern eignen können. Auf die Kleberschichtstreifen 12a, 12b sind zudem Drahtfilamente 14a, 14b aufgebracht worden, die im späteren Zusammenbau des Holz/Betonverbundelements 2 mit einer Tragstruktur von einem elektrischen Strom durchfliessbar sind und sich dabei aufgrund ihres entsprechend eingestellten elektrischen Widerstandes aufheizen. Zur Erzielung des Stromflusses ragen zwei elektrische Kontakte 16a, 16b über die Abmessungen des Holz/Betonverbundelements 2 hinaus, an die eine elektrischen Spannung V₊,V- angeschlossen werden kann.
Als in die Kleberschichtstreifen 12a, 12b eingebetteter Kleber kann beispielsweise ein Co-Polyamid-Schmelzklebstoff verwendet werden. Nach einem Erwärmungsvorgang dieser Schmelzklebstoffe schmelzen diese und härten anschliessend - ggfs. auch unter weitere Applikation von Wärme durch die Widerstandsheizung (Heisshärtung) - aus. Zur Verbindung der Holzoberfläche 8 mit einer hölzernen Tragstruktur wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Kleberschichtstreifen 12a, 12b eine Dicke von 2 mm gewählt. Je nach Anwendungsfall kann die Dicke aber auch weniger oder mehr betragen. Der Kleberschichtstreifen 12a, 12b kann ebenfalls aus kalterhärtenden Klebstoffsystemen (z.B. 1K-, 2K- und 3K-Epoxidharzklebstoffe, PU-Klebstoffe) sein.
Die Figur 3 zeigt nun in schematischer Darstellung das ausgebildete Sandwich von Holzoberfläche 8 des Holz/Betonverbundelements 2 und der Oberfläche eines als Tragstruktur vorgesehenen hölzernen Tragbalkens 18. Dazwischen eingebunden sind die Kleberschichtstreifen 12a, 12b, die nach dem Anlegen der elektrischen Spannung an die Filamente 14a, 14b zunächst schmelzen und dann im Endzustand ausgehärtet sind und so die Holzoberfläche 8 und die Oberfläche des Tragbalkens 18 flächig und damit sehr stabil und dauerhaft verbinden. In der Seitenansicht gemäss Figur 4 ist noch zusätzlich sehr schön die topologische Gestaltung der vom Beton 10 umgebenen Oberfläche des eingelegten Holzprofils 4 erkennbar.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines vorgefertigten flächigen Holz-Beton-Verbundelements mit zumindest einem Teil einer vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur, umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen des vorgefertigten, flächigen Holz-Beton-Verbundelements (4) mit einer ersten oberflächenbündigen Holzstruktur (8),

b) Aufbringen von einer Zwischenschicht (12, 12a, 12b) auf zumindest einen Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur (18) und/oder zumindest einem Teil der oberflächenbündigen Holzstruktur (8), wobei die Zwischenschicht (12, 12a, 12b) im Wesentlichen aus Kleber besteht und entweder durch Temperatureinwirkung adhäsive Bindungskräfte, d.h sogenannte Klebewirkung, entfaltet oder vollständig aus kalterhärtendem Klebstoff besteht, und wobei eine metallische leitende Struktur (14a, 14b) in Form von dünnen Filamenten mit mindestens zwei elektrischen Kontakten (16a, 16b) in die Zwischenschicht (12a, 12b) eingelassen ist oder auf die Zwischenschicht (12a, 12b) aufgeklebt ist;

c) Ausbilden eines Sandwiches, bestehend aus zumindest dem Teil der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur (18), der Zwischenschicht (12, 12a, 12b) und der oberflächenbündigen Holzstruktur (8); und

d) Verbinden des zumindest einen Teils der vorzugsweise auch statisch tragenden Holzstruktur (18) mit der oberflächenbündigen Holzstruktur (8) durch das Aushärten des in der Zwischenschicht befindlichen Klebers, wobei eine elektrische Spannung temporär an die elektrischen Kontakte angelegt wird, um einen Stromfluss mit Widerstandsheizung durch die metallisch leitende Struktur (14a, 14b) zur temporären Verflüssigung zumindest eines Teils des in der Zwischenschicht (12, 12a, 12b) vorhandenen Klebers herbeizuführen.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausschnitt aus der Holzstruktur (18) und/oder die oberflächenbündige Holzstruktur (8) topologische Strukturen (6), wie z.B. Rillen, Kerben, Löcher oder sonstige die Oberfläche strukturierende Elemente, auf ihren Oberflächen aufweisen.