EP4528046A1 - Verbindungselement und verbindungsanordnung für betonkörper - Google Patents

Verbindungselement und verbindungsanordnung für betonkörper Download PDF

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EP4528046A1
EP4528046A1 EP23199290.0A EP23199290A EP4528046A1 EP 4528046 A1 EP4528046 A1 EP 4528046A1 EP 23199290 A EP23199290 A EP 23199290A EP 4528046 A1 EP4528046 A1 EP 4528046A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
concrete
shaft
connecting element
longitudinal end
concrete body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23199290.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Rausch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Precontech International GmbH
Original Assignee
Precontech International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Precontech International GmbH filed Critical Precontech International GmbH
Priority to EP23199290.0A priority Critical patent/EP4528046A1/de
Publication of EP4528046A1 publication Critical patent/EP4528046A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
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    • E04C2/34—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts
    • E04C2/36—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts spaced apart by transversely-placed strip material, e.g. honeycomb panels
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    • E04—BUILDING
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    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/14—Conveying or assembling building elements
    • E04G21/16—Tools or apparatus
    • E04G21/18—Adjusting tools; Templates
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    • E04G21/185—Means for positioning building parts or elements for anchoring elements or elements to be incorporated in the structure
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    • E04C2002/045—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres of concrete with two parallel leaves connected by tie anchors
    • E04C2002/047—Pin or rod shaped anchors

Definitions

  • the present invention relates to a connecting element and a connecting arrangement for concrete bodies, in particular for the manufacture and production of a sandwich precast concrete element which has such concrete bodies and which can be prefabricated on a construction site with several identical or similar precast concrete elements, for example to form a building storey structure.
  • Concrete has a comparatively high thermal conductivity coefficient for a building material. Therefore, solid concrete walls are sometimes considered disadvantageous for achieving the required thermal insulation or building insulation. However, solid concrete walls impart a high degree of strength and stability to the building structure. Aerated concrete or similar building materials are also known to be used for the construction of building floors. Although this is characterized by improved thermal insulation properties, it also exhibits a lower degree of stability and mechanical strength.
  • Common double-wall or sandwich wall elements in concrete construction are further characterized by the fact that concrete shells, which are arranged essentially overlapping one another and may be provided with an intermediate insulation layer, are statically or structurally connected to one another by a connecting structure made of steel or similar metallic materials.
  • Such connecting structures typically represent a thermal bridge penetrating the precast concrete element, meaning that such precast concrete elements cannot achieve the thermal conductivity values required, for example, for the so-called passive house standard.
  • the thermal insulation values required for the respective application can often only be achieved if the precast concrete element in question is designed with relatively thick walls.
  • the latter leads to a significant increase in the weight and space required for the precast concrete element, thus detrimental to the efficient and cost-effective construction of a building.
  • a precast concrete element with a first and second concrete shell and a connecting structure embedded in the first and second concrete shells is known.
  • the connecting structure has a cross connector with a thermal conductivity coefficient of less than 15 W/(m*K).
  • the cross connector can be designed as a plastic body.
  • a connecting element for load-transmitting The connecting element is intended for connecting a first concrete body to a second concrete body.
  • the connecting element has an elongated shaft with a first longitudinal end and a second longitudinal end. The first longitudinal end and the second longitudinal end are spaced apart from one another in the longitudinal direction of the shaft. They can form opposite longitudinal ends of the elongated shaft.
  • the first longitudinal end is intended and designed for embedding in the first concrete body.
  • the second longitudinal end is intended and designed for embedding in the second concrete body.
  • the elongated shaft has a reinforcing element extending from the first longitudinal end to the second longitudinal end. Furthermore, the elongated shaft has a sheathing made of a material that at least partially encloses the reinforcing element and has a thermal conductivity ⁇ U or a thermal conductivity coefficient that is lower than the thermal conductivity ⁇ V or lower than the thermal conductivity coefficient of the material of the reinforcing element.
  • the sheathing can provide thermal insulation for the reinforcing element.
  • the reinforcing element contributes to the structural stability and strength of the connecting element.
  • the stability and strength, as well as the torsional rigidity of the connecting element, in particular its elongated shaft can be increased compared to a design without such a reinforcing element.
  • the connecting element can provide a particularly good, durable, and stable load-transferring connection between the first and second concrete bodies.
  • the sheath provides a type of thermal insulation for the reinforcement element located inside the shaft.
  • the connecting element can exhibit improved thermal insulation properties compared to a connecting element based solely on a metal component.
  • the connecting element provided here can exhibit improved static and mechanical properties, or increased stability and strength.
  • the connecting element is designed as a hybrid component. It comprises a reinforcing element made of a first material and a reinforcing element At least partially enveloping or surrounding sheathing made of a second material.
  • the second material provides thermal insulation.
  • the first material is characterized by particularly high strength and stability, in particular by a high degree of tensile strength and compressive stiffness.
  • the reinforcing element comprises an elongated rod with a first longitudinal end and an opposite second longitudinal end.
  • the elongated rod, and thus the reinforcing element itself, can be arranged approximately centrally in the cross-section of the elongated shaft.
  • the elongated shaft may consist of the reinforcing element and the sheath surrounding or enveloping the reinforcing element.
  • the reinforcing element can have a diameter or cross-section that is continuous in the longitudinal direction. Furthermore, the reinforcing element can extend parallel or concentrically to the longitudinal extension of the shaft. This allows the shaft to absorb particularly high tensile forces or compressive forces, as well as shear forces, in the installed state between the first and second concrete bodies and to transfer corresponding forces between the two concrete bodies.
  • the sheath can extend approximately continuously from the first longitudinal end of the shaft to the second longitudinal end of the shaft, so that, at least in the longitudinal direction, the reinforcing element is completely enclosed or surrounded by the sheath.
  • the reinforcement element has no direct contact with the concrete body when the connecting element is installed in or between the two concrete bodies. This allows for particularly good thermal insulation between the first and second concrete bodies.
  • the reinforcing element comprises a metal body or is formed by a metal body.
  • the reinforcing element can, in particular, comprise a metal body made of steel, stainless steel, or iron, which is at least partially or partially, and optionally even completely, enclosed by the casing.
  • the metal body or the reinforcing element can impart an extraordinarily high degree of strength and rigidity to the connecting element and thus provide a particularly stable load-bearing connection between the first and second concrete bodies.
  • the metal body and the casing are integrally connected to one another.
  • the casing can be molded onto the metal body so that an inner surface of the casing is in direct contact with an outer surface of the reinforcing element.
  • the reinforcing element has an outer surface in contact with the sheathing, which outer surface has an average roughness Ra > 3 ⁇ m, Ra > 5 ⁇ m, Ra > 10 ⁇ m, Ra > 15 ⁇ m, Ra > 20 ⁇ m or Ra > 25 ⁇ m.
  • the outer surface of the reinforcing element can also have a ribbing or similar surface structure, wherein the ribbing can have geometric elevations and/or depressions with an amplitude in the range of several 100 ⁇ m or even millimeters.
  • Such a rough outer surface of the reinforcing element promotes a materially bonded connection between the reinforcing element and the sheathing. In this way, a particularly strong mutual connection between the reinforcing element and the casing can be provided, which makes it possible to provide a particularly good force transmission from the concrete body to the reinforcing element and from the reinforcing element to the other concrete body.
  • the reinforcing element is integrally connected to the casing.
  • the adjacent surfaces or interfaces between the reinforcing element and the casing can be connected to each other in a quasi-integral manner.
  • the thermal conductivity of the reinforcing element ⁇ V may be greater than 15 W/(m*K), ⁇ V > 20 W/(m*K), ⁇ V > 40 W/(m*K), ⁇ V > 60 W/(m*K) or ⁇ V > 75 W/(m*K).
  • the cross-sectional area of the reinforcing element in the region of the elongated shaft is smaller than the cross-sectional area of the sheathing.
  • the cross-sectional area of the sheathing can be greater than 1.5 times, greater than 2.0 times, greater than 2.5 times, or even greater than 3.0 times the cross-sectional area of the reinforcing element. The greater the cross-sectional difference, the better the thermal insulation of the reinforcing element can be.
  • the casing comprises a plastic injection-molded body.
  • Suitable plastic materials include thermoplastics such as polypropylene, polyethylene, polyamide, or polycarbonate, as well as material blends formed from these materials.
  • a leg acting as a base protrudes from the first longitudinal end of the shaft.
  • the leg can extend at an angle of approximately 90° or at an angle of greater than 90° up to approximately 120°.
  • the leg acting as a base, together with the elongated shaft, forms an approximately L-shaped basic geometry for the connecting element.
  • the leg protruding from the first longitudinal end can have a free end facing away from the shaft.
  • the leg can have an upper side facing the shaft and a lower side facing away from the leg, as well as cheeks extending between the upper and lower sides.
  • the leg can, for example, have a ribbing or a ribbed structure that is used to accommodate or attach a reinforcement, typically of a reinforcing bar.
  • the leg can provide particularly stable installation on a formwork surface for forming the first concrete body.
  • the underside of the shaft acts as a contact surface on a formwork for forming the first concrete body.
  • the top side of the leg can form a support or support for the reinforcement to be embedded in the first concrete body, with the reinforcement contributing to the stable position of the connecting element before the corresponding formwork is filled with flowable concrete to produce the first concrete shell.
  • the elongated shaft typically extends approximately perpendicular to the plane of the formwork, i.e. approximately parallel to a surface normal of the formwork and/or the slab-shaped concrete body.
  • a support foot extending outward in a first direction transversely or perpendicularly to the shaft extends at the first longitudinal end of the shaft, said support foot comprising a first foot section and a second foot section.
  • the first and second foot sections can, for example, extend in a direction perpendicular to the plane spanned by the longitudinal direction of the shaft and the longitudinal direction of the leg.
  • the first foot portion can be arranged or configured offset from the second foot portion with respect to a second direction transverse or perpendicular to the shaft.
  • the second direction transverse or perpendicular to the shaft can extend approximately parallel or along the longitudinal extension of the leg, or coincide with the longitudinal extension of the leg, or protrude from the longitudinal direction of the leg at a comparatively small angle ( ⁇ 30°).
  • the first direction (y) can be oriented substantially perpendicular to the longitudinal extent of the shaft and perpendicular to the second direction (x).
  • the second direction (x) can be oriented substantially perpendicular to the first direction (x) and perpendicular to the longitudinal extent of the shaft.
  • the offset arrangement of the first and second foot sections enables a type of staggered or interconnected overlapping arrangement of several support feet, for example when two identical connecting elements are arranged next to each other and optionally connected to each other in order to form, for example, a connecting arrangement as described below.
  • the connecting element has at least one connecting member which extends transversely to the longitudinal extent of the shaft and/or transversely to the longitudinal extent of the leg and which has a plug-in part at a first end and a socket designed complementary to the plug-in part at an opposite second end.
  • the connecting member can have a rectilinear, elongated shape. It can extend approximately perpendicular to the longitudinal extent of the shaft and protrude from the shaft on radially opposite outer sides of the shaft, so that connecting elements arranged next to one another can be mechanically connected to one another via corresponding connecting members, for example by inserting the plug-in part of a first connecting element into a complementarily designed socket of a second connecting element.
  • the connecting member can provide a type of plug-in connection between connecting elements of the same construction that are to be arranged next to one another.
  • the connecting member By means of the connecting member, several connecting elements can be arranged next to one another and directly connected to one another to form a connecting arrangement. In this way, it is possible to respond to different load requirements for the formation of a load-transmitting connection between the first and the second concrete body.
  • connection arrangement comprising multiple connecting elements can be increased, virtually doubled, compared to a single connecting element. Furthermore, it is possible to directly connect not only two, but also three or even more, perhaps even four or five, similar connecting elements via their respective connecting links to form a correspondingly dimensioned connection arrangement.
  • the shaft has a flange-like plate extending transversely to the longitudinal extent of the shaft.
  • the plane of the plate thus a surface normal of the plate, can extend approximately parallel to the longitudinal extent of the shaft.
  • several such flange-like plates can be provided, for example at or near the first longitudinal end and at or near the second longitudinal end of the shaft.
  • the flange-like plate is advantageously spaced from the free end of the elongated shaft in such a way that, with respect to the longitudinal extent of the shaft, it lies approximately centrally in the respective concrete body.
  • the flange-like plate protrudes from the outer circumference of the shaft, enabling a particularly good form-fitting connection with the concrete body, which encloses the plate. Tensile and compressive forces can be transferred between the two concrete bodies via the plate, which protrudes outward from the shaft.
  • the present invention relates to a connecting arrangement for the load-transmitting connection of a first concrete body to a second concrete body.
  • the connecting arrangement has at least a first connecting element as described above and a second connecting element as described above, wherein the first and second connecting elements are essentially structurally identical.
  • the connecting elements are arranged next to one another in a direction transverse or perpendicular to the longitudinal extent of the shaft of the first connecting element and are connected to one another.
  • a mutual connection between the first and second connecting elements can be achieved via the previously described connecting links of the first and second connecting elements. These can be connected to one another, for example, in the manner of a plug-in connection.
  • a third connecting element is provided, which is arranged next to the described connecting arrangement and, as described above, is connected to the two remaining connecting elements, for example by means of the connecting link.
  • the connecting elements of the connecting arrangement are arranged next to one another and, so to speak, in a row.
  • a first connecting element forms an outer connecting element located approximately on the left.
  • the second connecting element forms a central connecting element and the third connecting element forms, for example, an outer connecting element located on the right.
  • the second connecting element is located between the first connecting element and the third connecting element.
  • the first connecting element is connected to the third connecting element via the second connecting element. In this respect, there is only an indirect connection between the first and second connecting elements via the second connecting element, which is located between the first and third connecting elements.
  • connection arrangement can be prefabricated and, depending on the mechanical load requirements, configured or prefabricated for the production of a precast concrete element comprising a first and a second concrete body.
  • the connection arrangement can comprise two, three, or even four individual connection elements, which can be interconnected via the previously described connecting links.
  • the connection arrangement thus functions as an independent unit or as an independent assembly, which allows the handling of several individual connection arrangements for the production of a corresponding precast concrete element simplified.
  • the present invention finally relates to a precast concrete element which comprises a first concrete shell with a first concrete body and a second concrete shell with a second concrete body as well as at least one previously described connecting element or at least one previously described connecting arrangement.
  • the shaft of the connecting element extends transversely or perpendicularly to a plane of the first concrete shell and/or transversely or perpendicularly to a plane of the second concrete shell.
  • the first longitudinal end of the shaft of the connecting element or connecting elements is embedded in the first concrete body.
  • the second longitudinal end of the shaft is embedded in the second concrete body.
  • the connecting element or connecting elements form a load-transmitting connection between the first concrete body and the second concrete body.
  • a load-transferring connection means that the connection is so stable that at least the weight of one of the two concrete bodies can be transferred to the other concrete body via the connecting element or via several connecting elements embedded in the concrete bodies.
  • the connecting elements or the connecting arrangement are configured such that the precast concrete element formed by the first and second concrete bodies and the connecting arrangements is so stable that, in the case of a cavity to be filled with in-situ concrete between the first and second concrete bodies, the connecting elements embedded in the concrete bodies provide sufficient tensile strength to withstand the so-called concreting pressure, i.e. the pressure exerted outwards on the two concrete bodies by liquid concrete inserted into the cavity between the first and second concrete bodies.
  • the precast concrete element comprises a number of the previously described connecting elements or connecting arrangements, which are embedded in the respective concrete bodies at regular, irregular, or equidistant intervals over the surface of the first and second concrete bodies, thus providing a multiple, mutual connection between the concrete bodies.
  • the distribution of the connecting elements or connecting arrangements over the surface of the concrete bodies or concrete shells, as well as the respective design of the connecting elements or connecting arrangements, are determined by the size and dimensions of the respective concrete body, the precast concrete element, and the respective Concrete material for the first and second concrete bodies.
  • a plurality of connecting arrangements or connecting elements are arranged distributed across the plane of the first concrete shell and/or the plane of the second concrete shell.
  • Connecting arrangements or connecting elements arranged adjacent to one another are aligned in different directions of rotation or orientations with respect to a rotation axis running along the shaft.
  • the leg protruding from the shaft of the connecting element can give the connecting element an L-shaped contour.
  • Connecting elements or connecting arrangements arranged adjacent to one another and embedded in the respective concrete bodies have different leg orientations.
  • the elongated shaft of the connecting elements typically extends parallel to the surface normal of the plane of the plate-like concrete shells or concrete bodies. The elongated shaft acts as a rotation axis, so to speak, or coincides with a rotation axis for the different orientations of the adjacent connecting arrangements or connecting elements.
  • a first connecting element can, for example, have a leg aligned at 0° with respect to the axis of rotation.
  • a connecting element arranged adjacent to this can have a leg rotated by 90° or 180° relative to this.
  • a further connecting element can, for example, be rotated again by 90° or 180°.
  • a further connecting element arranged adjacent to this can, for example, be rotated by 270°.
  • it is conceivable for connecting arrangements arranged adjacent to one another to alternately have their legs aligned at 0° and 90°. This rotated arrangement or arrangement in different orientations of adjacent connecting elements or connecting arrangements can be advantageous for load transmission and load introduction into the respective concrete body, in particular into the first concrete body. Any tensile forces, compressive forces or shear forces can be transmitted particularly homogeneously between the first and second concrete bodies in this way.
  • the precast concrete element is designed as a sandwich wall, a zero-density wall, or a core-insulated double wall.
  • an intermediate layer such as a thermal insulation layer or an insulating layer, can be provided and formed.
  • This can be a pressure-resistant thermal insulation layer, such as polystyrene. or similar pressure-stable thermal insulation media.
  • the intermediate layer can comprise or contain mineral wool or similar insulating materials.
  • a cavity can be formed between the first concrete shell and the second concrete shell, so that the precast concrete element is designed as a so-called semi-finished concrete product, which can be assembled or arranged with its cavity on a construction site, and wherein, in a subsequent step, that cavity is filled or filled with so-called in-situ concrete.
  • the first concrete body is typically designed as a load-bearing concrete body of a double wall or sandwich wall and the second concrete body functions as a facing shell or visible shell.
  • the first concrete body may have a greater wall thickness than the second concrete body.
  • a set of connecting elements comprises a first, previously described, connecting element and a second, previously described connecting element, wherein the first and second connecting elements, however, have different dimensions with respect to the length of their shaft and, accordingly, also with respect to the length of their reinforcing element.
  • the set of connecting elements can comprise a number of differently long or differently dimensioned reinforcing elements, each of which is intended and suitable for the manufacture and production of differently dimensioned precast concrete elements.
  • differently dimensioned precast concrete elements with a first concrete shell and a second concrete shell can be manufactured.
  • the appropriate and appropriately dimensioned connecting elements can then be selected from the available set of connecting elements and used to manufacture the precast concrete element.
  • liquid or flowable insulation media can also be used for the intermediate layer, i.e. the thermal insulation layer, which, after being applied to the first hardened concrete shell, can harden accordingly.
  • the first and/or the second concrete body can be substantially plate-like or plate-shaped.
  • the first and/or the second concrete body can be substantially planar on at least one side.
  • the first and the second concrete body are typically arranged at a distance from one another along the surface normal to a plane of the first or the second concrete body.
  • the first and the second concrete body can be similar or identical in size in terms of area.
  • the first and the second concrete body can also be arranged so as to overlap one another and can be adjacent to one another or spaced from one another only along a surface normal to the plane of the first concrete body or along a surface normal to a plane of the second concrete body.
  • the first and the second concrete body can in particular extend parallel to one another.
  • the second concrete body can comprise or consist of lightweight concrete.
  • the first concrete body can also comprise or consist of lightweight concrete.
  • at least one of the two concrete bodies can be manufactured or formed from conventional heavy concrete.
  • the first concrete body has a first bulk density.
  • the second concrete body has a second bulk density.
  • the first and second bulk densities can be substantially identical.
  • Other embodiments provide that the first and second bulk densities of the first and second concrete bodies are different.
  • the first and second concrete bodies can differ not only in terms of their (dry) bulk density, but also in terms of the composition of their concrete mass.
  • the first and second concrete bodies can be made of different or similar, or even identical, concrete masses.
  • the second concrete body can comprise a lightweight concrete, for example in the form of aerated concrete, suspension concrete, and/or non-autoclaved aerated concrete.
  • Concrete body can also consist essentially of aerated concrete, suspension concrete, lightweight concrete and/or non-autoclaved aerated concrete.
  • Non-autoclaved aerated concrete is suitable for particularly cost-effective mass production.
  • Such concrete materials can be characterized by a particularly low specific gravity in the range of 500 kg/ m3 to 800 kg/ m3 and a low thermal conductivity of 0.13 W/mK to 0.5 W/mK. Furthermore, the specific gravity can range between 350 kg/ m3 and 700 kg/ m3 .
  • the thermal conductivity can also range between 0.08 W/mK and 0.5 W/mK. In particular, the thermal conductivity of lightweight concrete can be less than 0.01 W/mK.
  • Such aerated concrete materials can also have a compressive strength in the range of 2.0 N/ mm2 to 7.5 N/ mm2 . The compressive strength can also range from 1.5 N/mm 2 to 7.5 N/mm 2 .
  • Lightweight concrete can be concrete with a density between 800 kg/m 3 and 2000 kg/m 3 (according to the German industrial standard DIN 1045).
  • the lightweight concrete can also have a density of less than 800 kg/m 3 , less than 700 kg/m 3 , less than 500 kg/m 3 or less than 400 kg/m 3 .
  • Lightweight concrete can contain aggregates with high porosity or low density.
  • the porosity of the admixed aggregate can be between 60 vol% and 90 vol%, typically between 70 vol% and 85 vol%.
  • the aggregate can be expanded clay, expanded glass (recycled, fired glass), expanded slate, expanded perlite or pumice or mixtures thereof.
  • the first concrete body and/or the second concrete body can be reinforced with fibers, for example in the form of steel or polymer fibers embedded three-dimensionally and homogeneously throughout the concrete body.
  • fibers for example in the form of steel or polymer fibers embedded three-dimensionally and homogeneously throughout the concrete body.
  • Such fiber additions can improve the post-crack flexural tensile strength as well as the ductility of the concrete or concrete body.
  • rust problems can be eliminated and plastic shrinkage cracks in the concrete can be reduced.
  • the first concrete body and/or the second concrete body can be designed without reinforcement, i.e. without embedded reinforcement mat or reinforcement bars.
  • the respective first and/or second concrete body can have fiber reinforcement.
  • at least one of the first and second concrete bodies can be a so-called steel fiber concrete body or They can have polymer fiber concrete bodies or be manufactured using so-called steel fiber concrete or polymer fiber concrete.
  • Fibre-reinforced concrete bodies are also characterised by improved resistance to the penetration of liquids, increased impact strength, increased wear resistance, improved resistance to impact loads and improved fire behaviour compared to conventional concrete, i.e. concrete provided with reinforcement mats or reinforcing bars.
  • the above-mentioned lightweight concretes which are provided with an aggregate comprising perlite and/or pumice, can also or in particular be mixed with steel fibers or polymer fibers homogeneously distributed in the concrete body, whereby the specific weight and also the production costs of such concrete bodies can be further reduced compared to concrete bodies with conventional reinforcement comprising steel mats and/or steel bars.
  • the precast concrete element envisioned here can be implemented in a variety of ways, particularly as a wall element or even as a roof element. Other designs and applications, such as floor or ceiling elements, are also conceivable.
  • the first concrete shell and the second concrete shell can be designed or adapted to meet the respective thermal insulation and load requirements.
  • the first bulk density of the first concrete body is greater than the second bulk density of the second concrete body. Therefore, the second concrete body has a lower specific weight than the first concrete body.
  • the first concrete body functions as a supporting structure for the precast concrete element and predominantly supports the statically Precast concrete element transfers or absorbs the applied load, while the second concrete body serves primarily for thermal insulation purposes and functions, for example, as a facing shell for the first concrete body.
  • the first bulk density of the first concrete body is 400 kg/m 3 - 2 000 kg/m 3 , 800 kg/m 3 - 1 500 kg/m 3 , 1 000 kg/m 3 - 1 300 kg/m 3 or 1 150 kg/m 3 - 1 250 kg/m 3 .
  • the first concrete body of the first concrete shell advantageously has a dry bulk density of approximately 1 200 kg/m 3 .
  • Such a concrete body made of lightweight concrete can typically fully meet the static load requirements placed on the precast concrete element.
  • the second bulk density of the second concrete body is 300 kg/m 3 - 1 400 kg/m 3 , 750 kg/m 3 - 1 250 kg/m 3 , 300 kg/m 3 - 600 kg/m 3 or 400 kg/m 3 - 500 kg/m 3 .
  • the dry bulk density of the second concrete body is typically significantly lower than the dry bulk density of the lightweight concrete of the first concrete body.
  • the precast concrete element with its second concrete body can function as a facing shell or as an outer skin, in particular if the precast concrete element is to be implemented as an outer wall element or as a roof element of a building or a building story.
  • the lightweight concrete intended for the first and/or second concrete body contains between 100 and 200 kg of expanded perlite per cubic meter.
  • Perlite acts as an aggregate for the lightweight concrete.
  • the lightweight concrete is typically formed without the addition of sand or gravel and can be produced without any additives.
  • the lightweight concrete can be produced as perlite concrete on a flowable, sediment-stable water-binder suspension with the lightweight concrete aggregate perlite.
  • the lightweight concrete has comparable properties to normal C25/30 concrete. However, it is significantly lighter, with a dry bulk density of between 400 and 2,000 kg/ m3 .
  • the lightweight concrete contains between 300 and 400 kg of stone powder, in particular limestone powder, per cubic meter.
  • Lightweight concrete typically contains both expanded perlite and rock flour, typically limestone flour.
  • the weight ratio of limestone flour to expanded perlite can be approximately 2:1.
  • the lightweight concrete can have a compressive strength between 30 and 40 N/ mm2 .
  • perlite in combination with limestone flour or stone flour in general, a significant reduction in cement consumption in lightweight concrete can be achieved. A reduction in cement also results in a significant reduction in the carbon footprint for the production of such precast concrete elements.
  • the lightweight concrete for the precast concrete element is homogeneously mixed using high-performance mixers and a colloidal mixing technique at comparatively high rotational speeds.
  • the colloidal mixing technique can, for example, accelerate the hydration of the resulting cement suspension or improve its quality.
  • an intermediate layer is arranged between the first concrete body and the second concrete body for thermal insulation.
  • the intermediate layer can be designed, in particular, as a thermal insulation layer.
  • the intermediate layer can be designed as a cavity through which the connecting structure passes.
  • the intermediate layer comprises mineral wool and/or a pressure-resistant thermal insulation layer.
  • Pressure-resistant thermal insulation layers can, in particular, comprise a pressure-resistant material, such as polystyrene or similar insulating materials. If an insulating intermediate layer is provided between the first and second concrete bodies, the connecting structure extends through this insulating intermediate layer.
  • the precast concrete element can be designed as a so-called sandwich precast concrete element if an insulating intermediate layer is provided between the first concrete shell and the second concrete shell.
  • the first concrete body has a first wall thickness perpendicular to the plane of the first concrete shell.
  • the second concrete body has a second wall thickness perpendicular to the plane of the second concrete shell.
  • the first wall thickness is typically greater than the second wall thickness.
  • the wall thickness of the first concrete body i.e. the wall thickness of the first concrete shell, can typically be between 100 mm and 280 mm. It is advantageous 115 mm to 250 mm.
  • the wall thickness can vary depending on the intended use of the precast concrete element. This means that for different applications, the precast concrete element can be individually adapted to the respective static and thermal requirements with regard to the wall thickness of the first concrete body and/or the second concrete body.
  • the first concrete body can provide a higher degree of static load-bearing capacity than the second concrete body, even when identical concrete compositions are used for the first and second concrete bodies.
  • the first concrete body acts as the part of the precast concrete element through which static load bearing or load transfer predominantly occurs during installation in the structure.
  • the first concrete body typically has a wall thickness of 100 mm - 180 mm, preferably 115 mm - 160 mm.
  • the dry bulk density of the lightweight concrete of the first concrete body can be in the range of 1,200 kg/ m3 .
  • Mineral wool insulation is particularly suitable as the thermal insulation layer.
  • the thickness of this layer can be between 50 mm and 250 mm, or between 150 mm and 250 mm.
  • the layer thickness of the thermal insulation layer can also be between 200 mm and 220 mm.
  • the second concrete body can be made of lightweight concrete with a bulk density between 400 kg/m 3 and 500 kg/m 3.
  • the wall thickness of the second concrete body can typically be 50 mm to 90 mm or 60 mm to 90 mm, or possibly also 70 mm to 80 mm.
  • the precast concrete elements described here can, in particular, meet the energy requirements for energy-efficient construction according to the standards and norms specified by theptonbaum für Bachopathic (KfW) and the Energy Saving Ordinance (EnEv) applicable in the Federal Republic of Germany in the form valid as of July 1, 2020.
  • the precast concrete elements described herein particularly when designed as an external wall or as a floor slab, can have a thermal transmittance U of less than 0.20 W(/m 2 K).
  • the connecting element 40 shown in different representations has an elongated shaft 41 and a leg 80 projecting therefrom at a predetermined angle.
  • the elongated shaft 41 has a lower first longitudinal end 42 and an opposite upper longitudinal end 43.
  • the elongated shaft 41 has a rectilinear geometry.
  • the connecting element 40 has a reinforcing element 50 in the form of an elongated rod 51 in the region of the shaft 41.
  • a first longitudinal end 52 of the rod 51 is located at or near the first longitudinal end 42 of the shaft 41.
  • the opposite longitudinal end 53 of the rod 51 comes approximately in the region of the second longitudinal end 43 of the shaft 41.
  • the rod 51 can be almost completely enclosed by a sheath 60, which essentially forms the outer contour of at least the elongated shaft 41.
  • the sheath 60 comprises a material having a thermal conductivity ⁇ U that is lower than the thermal conductivity ⁇ V of the reinforcing element 50.
  • the reinforcing element 50 can be a metal body 54.
  • the metal rod 51 can, in particular, be made of or consist of steel or iron. In this respect, the reinforcing element 50 can impart an increased degree of strength and rigidity to the entire shaft 41 and thus also to the entire connecting element 40.
  • the sheath 60 comprises, in particular, an injection-molded body 61 made of an injection-moldable plastic, such as polyamide, polypropylene, polyethylene, polycarbonate, or material mixtures formed therefrom, optionally also with fiber reinforcement.
  • the injection-molded body 51, and thus the sheath 60 functions as thermal insulation for the reinforcing element 50.
  • the cross-section of the shaft 41 can have a total of four web sections 62, 63, 67, 68 aligned approximately crosswise to one another, which extend radially outward from the longitudinal extent of the inner reinforcing element 50.
  • the web sections 62, 63, 67, 68 can each protrude radially outward from the center of the shaft 41.
  • the web sections 62, 63, 67, 68 can have a substantially identical contour and, viewed in the circumferential direction, can be arranged and aligned approximately equidistantly at a distance of approximately 90° from one another.
  • Individual cross struts 69 can be provided internally and where the web sections adjoin one another radially inwardly, between the adjacent web sections 62, 63, 67, 68, which can reinforce the stability of the web sections 62, 63, 67, 68 and thus of the entire shaft 41.
  • individual through-openings 58 can also be formed, which, in an installation situation in a respective concrete body 11, 21 or in a corresponding concrete shell 10, 20, can be penetrated or enclosed by initially flowable and then hardenable concrete, whereby the adhesion and mutual connection between the casing 60 and the enclosing concrete body 11, 21 can be further improved.
  • the shaft 41 has radially outwardly projecting flange-like plates 64, 66.
  • the outwardly projecting structure of the plates 64, 66 improves the anchoring of the connecting element 40 in the respective concrete body 11, 21.
  • Radially outwardly located and penetrating the respective plate quasi centrally and radially, the two plates 64, 66 each have a connecting member 70, 71, which has a plug-in part 75 at a first longitudinal end 73 and a bushing 76 complementarily designed thereto at an opposite longitudinal end 74.
  • the plate 66, or its connecting element 71 is designed accordingly.
  • the connecting elements 70, 71 enable the formation of a plug-in connection when similar or identically constructed connecting elements 40, 40', 40", as shown in the Figures 8 and 9 shown, are to be connected to one another to form a connecting arrangement 1 having a plurality of connecting elements 40, 40', 40".
  • first longitudinal end 42 of the shaft 41 is embedded in a first concrete body 11 of a first concrete shell 10 and that the opposite longitudinal end 43, thus the second longitudinal end 43 of the shaft 41 is embedded in the second concrete body 21 of a second concrete shell 20, as is particularly shown in the Figures 10 and 11 is shown.
  • the length of the shaft 41 but in particular also the distance of the plates 64, 66 from the respective longitudinal ends 42, 43 of the shaft 41, is selected such that the plate 64 is anchored or embedded approximately centrally in the second concrete body 21 with respect to the wall thickness of the second concrete body 21.
  • the wall thickness of the first concrete body 11 and/or the second concrete body 21 can be less than 80 mm, less than 70 mm, or less than 60 mm. In some embodiments, it can be approximately 50 mm.
  • precast concrete elements 100 are conceivable and provided, for example in the form of a core-insulated double wall, in the form of a so-called zero-wall, or in the form of a semi-finished concrete product as a hollow wall.
  • the connecting elements 40 and/or connecting assemblies 1 provided for forming the precast concrete element 100 are placed upright with the base 81 on the inside of a formwork to form the first concrete body 11, thus forming the first concrete shell 10, or are positioned according to a predetermined grid.
  • the corresponding formwork is then cast with flowable concrete.
  • the majority of the Shaft 41 then protrudes from an upper side of the first concrete shell 10.
  • the first concrete shell 10 can then be rotated 180° and immersed or inserted upside down into a not yet hardened concrete mass to form the second concrete shell 20.
  • the second longitudinal end 43 of the shaft 41 can then come into contact with the inside of the corresponding formwork for the second concrete shell 20 or for the second concrete body 21.
  • the connecting element 40 can also function as a spacer, so that the use of additional or separate spacers is no longer necessary and these can therefore be saved.
  • a cavity 35 can be formed between the intermediate layer 30 and an inner side of the first and second concrete shells 10, 20, which cavity is to be filled with in-situ concrete, for example, after installation of the double-wall element.
  • Any tensile forces acting on the connecting elements 40 due to the introduction of in-situ concrete can be absorbed or compensated for, in particular, by the reinforcing elements 50 of the respective connecting elements 40. Thanks to the reinforcing elements, the connecting elements 40 are sufficiently tensile-stable for this intended use.
  • the connecting element 40 can have a leg 80 protruding from the shaft 41 at a predetermined angle.
  • the leg 80 is provided and designed in particular to form a base 81, by means of which the connecting element 40 can be placed on the inside of a first formwork (not shown) into which formwork the first concrete body 11 is cast.
  • a bottom side 87 of the leg 80 facing away from the shaft 41 can extend approximately at an angle of 90° to the longitudinal extent of the shaft 41.
  • An opposite top side 88 of the leg 80 can extend at a predetermined angle, with the structural height of the top side increasing toward the shaft 41 and decreasing, so to speak, toward the free end 85 of the leg 80.
  • the top side 88 can further be provided with a ribbing 89, thus with suitable recesses or receptacles, for example, for a reinforcement 90 or a reinforcing bar 91.
  • the top side 88 of the leg 80 can function as a support for a reinforcing bar 91 or for a reinforcing mat within the first concrete body 11.
  • a further connecting link 72 may be configured, which may extend outward substantially perpendicular to the cheeks, or parallel to the surface normal of the cheeks 78, 79, and substantially parallel to the longitudinal extent of the remaining connecting links 70, 71.
  • the connecting link 72 is also provided at one longitudinal end with a bushing 76 and at an opposite longitudinal end with a plug-in part 75 configured complementarily thereto.
  • the leg 80 functioning as a base 81 can, in particular, have a support foot 82, 86 at each of the two longitudinal ends of the leg 80.
  • the support foot 82 is located approximately in extension of the shaft 41 or forms the first longitudinal end 42 of the shaft 41.
  • Another support foot 86 is typically located at the free end 85 of the leg 80.
  • the support foot 82 can have a first and a second foot section 83, 84, which extend outwards along a first direction (y) transversely or perpendicularly from the longitudinal extent of the shaft 41 and away from one another in opposite directions.
  • the foot sections 83, 84 are arranged or formed offset from one another with respect to a second direction (x) transversely or perpendicularly to the shaft 41.
  • the further support foot 86 can also be equipped with corresponding first and second foot sections 83, 84, which extend outwards from the respective cheeks 78, 79 approximately perpendicularly or parallel to a surface normal of the cheeks 78, 79.
  • This offset arrangement of the foot sections 83, 84 enables a staggered or at least partially overlapping arrangement of corresponding foot sections 83, 84 when approximately identical connecting elements 40 are used to form a connecting arrangement 1, as in Figs. 8 and 9 shown, are to be arranged close to one another.
  • the offset arrangement of the first and second foot sections 83, 84 along the second direction (x) makes it possible to design the foot sections 83, 84 somewhat wider with respect to the first direction (y) than the connecting members 70, 71, 72 of the individual connecting elements 40, 40', 40". This allows the stability of the connecting elements on the inside of a formwork to be further increased.
  • connection arrangement 1 which is shown in the Figures 8 and 9 shown, has three individual connecting elements 40, 40 ⁇ , 40", which are arranged next to one another and connected to one another by means of respective connecting links 70, 70', 70" and 71, 71', 71" and by means of the connecting links 72, 72', 72".
  • connecting elements 40 each of which individually has the properties described here, but the connecting elements differ from one another in terms of their geometry, in particular in terms of the length of the shaft 41.
  • Each of the differently designed connecting elements can be used for a separate purpose, for example, to form precast concrete elements of different thicknesses or differently manufactured or configured precast concrete elements.
  • connecting element 40 and thus also of the connecting arrangement 1, which has several such connecting elements 40, 40', 40" provides a kind of symmetry break with regard to the cross-sectionally symmetrical design of the shaft 41 or represents a corresponding symmetry break.
  • connecting elements 40, 40' or connecting arrangements 1, 1' distributed over the plane of the first and second concrete bodies 11, 21 and adjacent to one another can be arranged or embedded in different orientations A in the precast concrete element 100.
  • connection arrangement 1 For example, a regular arrangement and distribution of several connection arrangements 1 over the surface of the first concrete body 11, thus the first concrete shell 10, is shown.
  • a row-like and line-like arrangement of several connection arrangements 1, 1', 1", 1′′′, 1 ⁇ is provided.
  • a first connection arrangement 1 is arranged in a first orientation A, wherein the in Fig. 12 shown directional arrow A corresponds approximately to the longitudinal extent of the respective leg 80.
  • a connecting arrangement 1', 1′′′ arranged adjacent thereto can, for example, be rotated by 90°, which is indicated by the directional arrow A'.
  • connection arrangements 1", 1" which in turn are provided adjacent to the connecting arrangements 1' or 1′′′, can again be aligned parallel or antiparallel to the orientation of the first connecting arrangement 1 with respect to the shaft 41 acting as the axis of rotation, or can be arranged accordingly in the concrete shell 10. Due to the alternating different orientation of the By means of the connecting arrangements 1, 1', 1", 1′′′ or 1 ⁇ and the connecting elements 40 in the first concrete shell 10 or in the first concrete body 11, any anisotropy resulting from the symmetry-breaking design of the leg with regard to the load distribution and load transfer over the entire surface of the concrete body 11 or the concrete shell 10 can be compensated or equalized.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement (40) zur lastübertragenden Verbindung eines ersten Betonkörpers (11) mit einem zweiten Betonkörper (21), wobei das Verbindungselement (40) einen längserstreckten Schaft (41) mit einem ersten Längsende (42) und mit einem gegenüberliegenden zweiten Längsende (43) aufweist, wobei das erste Längsende (42) zur Einbettung in den ersten Betonkörper (11) und das zweite Längsende (43) zur Einbettung in den zweiten Betonkörper (21) ausgebildet ist und wobei der längserstreckte Schaft (41) ein sich vom ersten Längsende (42) bis zum zweiten Längsende (43) erstreckendes Verstärkungselement (50) und eine das Verstärkungselement (50) zumindest abschnittsweise einhüllende Ummantelung (60) aus einem Material aufweist, welches eine Wärmeleitfähigkeit λU aufweist, die geringer als die Wärmeleitfähigkeit λV des Materials des Verstärkungselements (50) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement sowie eine Verbindungsanordnungen für Betonkörper, insbesondere zur Fertigung und Herstellung eines Sandwich-Fertigbetonelement, welches derartige Betonkörper aufweist und welches vorgefertigt auf einer Baustelle mit mehreren gleichartigen oder ähnlichen Fertigbetonelementen etwa zur Bildung einer Gebäudegeschossstruktur verbindbar ist.
    • Hintergrund
  • Zunehmender Kostendruck und energetische Anforderungen im Baugewerbe erfordern die Entwicklung neuartiger Fertigbetonelemente, die vorzugsweise in großer Stückzahl besonders effizient und fertigungsrationell herstellbar und auf einer Baustelle zur Errichtung eines Bauwerks möglichst einfach handhabbar als auch zur Bildung einer Bauwerkstruktur oder Gebäudegeschossstruktur möglichst einfach zusammengefügt oder miteinander verbunden werden können.
  • Beton weist einen für Baumaterialien vergleichsweise hohen thermischen Wärmeleitkoeffizienten auf. Zur Erzielung einer geforderten thermischen Gebäudeisolation oder Gebäudedämmung werden massive Betonwände daher mitunter als nachteilig erachtet. Massive Betonwände verleihen der Gebäudestruktur jedoch ein hohes Maß an Festigkeit und Stabilität. Für die Errichtung von Gebäudegeschossen ist es ferner bekannt, Porenbeton oder dergleichen Baustoffe zu verwenden. Zwar zeichnet sich dieser durch verbesserte thermische Isolationseigenschaften aus. Er weist aber auch ein geringeres Maß an Stabilität bzw. mechanischer Belastbarkeit auf.
  • Gängige Doppelwand- oder Sandwich-Wandelemente in Betonbauweise zeichnen sich ferner dadurch aus, dass im Wesentlichen überdeckend zueinander angeordnete und ggf. mit einer dazwischenliegenden Isolationsschicht versehene Betonschalen mit einer aus Stahl oder dergleichen metallischen Materialien gebildeten Verbindungsstruktur statisch bzw. strukturell miteinander verbunden sind.
  • Solche Verbindungsstrukturen stellen typischerweise eine das Fertigbetonelement durchsetzende Kältebrücke dar, sodass derartige Fertigbetonelemente solche thermischen Leitfähigkeitswerte nicht erreichen, die beispielsweise für den sogenannten Passivhausstandard gefordert sind. Mit herkömmlichen Fertigbetonelementen können für den jeweiligen Einsatzzweck geforderten thermischen Isolationswerte oftmals nur dann erreicht werden, wenn das betreffende Fertigbetonelemente verhältnismäßig dickwandig ausgebildet wird. Letzteres führt aber zu einer deutlichen Erhöhung des Gewichts und des Platzbedarfs für das Fertigbetonelement und ist somit nachteilig für eine effiziente und kostengünstige Errichtung eines Gebäudes.
  • Aus der DE 20 2020 103 919 U1 ist ein Fertigbetonelement mit erster und zweiter Betonschale sowie mit einer Verbindungsstruktur bekannt, die in die erste und in die zweite Betonschale eingebettet ist und die einen Querverbinder aufweist, welcher einen thermischen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der kleiner als 15 W/(m*K) ist. Der Querverbinder kann hierbei als Kunststoffkörper ausgestaltet sein.
  • Mittels solcher Kunststoffkörper können zwar die thermischen Anforderungen zur Vermeidung von Kältebrücken zwischen den beiden Betonkörper, respektive Betonschalen zwar erfüllt werden. Derartige Querverbinder weisen aber eine womöglich nicht ausreichende Stabilität und Festigkeit zur lastübertragenen Verbindung der beiden Betonkörper auf.
  • Insoweit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verbindungselement, bzw. eine verbesserte Verbindungsanordnung zur strukturellen, d. h. lastübertragenden Verbindung erster und zweiter Betonkörper bereitzustellen, die einerseits gute thermische isolierende Eigenschaften und andererseits eine ausreichende Festigkeit und Stabilität für die Verbindung der beiden Betonkörper, respektive Betonschale aufweist.
    • Vorteilhafte Ausgestaltungen
  • Insoweit ist nach einem Aspekt der Erfindung ein Verbindungselement zur lastübertragenden Verbindung eines ersten Betonkörpers mit einem zweiten Betonkörper vorgesehen. Das Verbindungselement weist einen längserstreckten Schaft mit einem ersten Längsende und mit einem zweiten Längsende auf. Das erste Längsende und das zweite Längsende sind in Längsrichtung des Schafts voneinander beabstandet. Sie können gegenüberliegende Längsenden des längserstreckten Schafts bilden. Das erste Längsende ist zur Einbettung in den ersten Betonkörper vorgesehen und ausgebildet. Das zweite Längsende ist zur Einbettung in den zweiten Betonkörper vorgesehen und ausgebildet.
  • Der längserstreckte Schaft weist ein sich vom ersten Längsende bis zum zweiten Längsende erstreckendes Verstärkungselement auf. Ferner weist der längserstreckte Schaft eine das Verstärkungselement zumindest abschnittsweise einhüllende Ummantelung aus einem Material auf, welches eine Wärmeleitfähigkeit λU, bzw. einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der geringer als die Wärmeleitfähigkeit λV, bzw. geringer als der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials des Verstärkungselements ist.
  • Insoweit kann die Ummantelung eine thermische Isolierung für das Verstärkungselement bilden. Das Verstärkungselement trägt zur strukturellen Stabilität und Festigkeit des Verbindungselements bei. Mittels des Verstärkungselements kann die Stabilität und Festigkeit sowie Verwindungssteifigkeit des Verbindungselements, insbesondere seines längserstreckten Schafts gegenüber einer Ausgestaltung ohne ein solches Verstärkungselement gesteigert werden. Mittels oder dank des Verstärkungselements kann das Verbindungselement eine besonders gute, dauerhaltbare und stabile lastübertragende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper bereitstellen.
  • Ferner kann mittels der das Verstärkungselement zumindest bereichsweise oder abschnittsweise einhüllenden Ummantelung eine möglicherweise vom Verstärkungselement ausgehende Kältebrücke weitgehend vermieden oder beseitigt werden. Die Ummantelung bewirkt eine Art thermische Isolation des innen im Schaft liegenden Verstärkungselements.
  • Auf diese Art und Weise kann das Verbindungselement im Vergleich zu einem rein auf einem Metallbauteil basierenden Verbindungselement verbesserte thermische Isolationseigenschaften aufweisen. Verglichen mit einem Verbindungselement aus Kunststoff kann das hier vorgesehene Verbindungselement verbesserte statische, bzw. mechanische Eigenschaften, bzw. eine erhöhte Stabilität und Festigkeit aufweisen.
  • Insoweit ist das Verbindungselement als Hybrid-Bauteil ausgestaltet. Es weist ein Verstärkungselement aus einem ersten Material und eine das Verstärkungselement zumindest bereichsweise einhüllende oder umschließende Ummantelung aus einem zweiten Material auf. Das zweite Material bewirkt eine thermische Isolierung. Das erste Material zeichnet sich durch eine besonders hohe Festigkeit und Stabilität, insbesondere durch ein hohes Maß an Zugfestigkeit und Drucksteifigkeit aus.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verstärkungselement einen längserstreckten Stab mit einem ersten Längsende und mit einem gegenüberliegenden zweiten Längsende auf. Der längserstreckte Stab, mithin des Verstärkungselement selbst kann in etwa mittig im Querschnitt des längserstreckten Schafts angeordnet sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der längserstreckte Schaft quasi aus dem Verstärkungselement und der das Verstärkungselement umschließenden oder einhüllenden Ummantelung bestehen.
  • Insbesondere kann das Verstärkungselement einen in Längsrichtung kontinuierlichen Durchmesser oder kontinuierlichen Querschnitt aufweisen. Ferner kann sich das Verstärkungselement parallel bzw. konzentrisch zur Längserstreckung des Schafts erstrecken. Hierdurch kann der Schaft besonders hohe Zugkräfte oder auch Druckkräfte als auch Scherkräfte im Einbauzustand zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper übernehmen und entsprechende Kräfte zwischen den beiden Betonkörper übertragen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind zumindest das erste Längsende des Verstärkungselement und das zweite Längsende des Verstärkungselements vollständig von der Ummantelung umschlossen. Auf diese Art und Weise kann zumindest in Längsrichtung des Schafts betrachtet eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und der Ummantelung bereitgestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann sich die Ummantelung etwa durchgängig vom ersten Längsende des Schafts bis zum zweiten Längsende des Schafts erstrecken, sodass zumindest in Längsrichtung betrachtet das Verstärkungselements vollständig von der Ummantelung umschlossen, bzw. von der Ummantelung umgeben ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verstärkungselement in der Einbausituation des Verbindungselements in, bzw. zwischen den beiden Betonkörpern keinerlei direkten Kontakt zum Betonkörper hat. Auf diese Art und Weise kann eine besonders gute thermische Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper bereitgestellt werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verstärkungselement einen Metallkörper auf oder es ist von einem Metallkörper gebildet. Das Verstärkungselement kann insbesondere einen Metallkörper aus Stahl, Edelstahl oder Eisen aufweisen, welcher zumindest bereichsweise oder abschnittsweise, gegebenenfalls auch vollständig von der Ummantelung umschlossen ist. Der Metallkörper, bzw. das Verstärkungselement können dem Verbindungselement ein außerordentlich hohes Maß an Festigkeit und Steifigkeit verleihen und somit eine besonders stabile lastübertragende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper bereitstellen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind der Metallkörper und die Ummantelung stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere kann die Ummantelung an den Metallkörper angeformt sein, sodass eine Innenoberfläche der Ummantelung mit einer Außenoberfläche des Verstärkungselement unmittelbar in Kontakt ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verbindungselement weist das Verstärkungselement eine mit der Ummantelung in Kontakt stehende Außenoberfläche auf, die einen Mittenrauwert Ra > 3 µm, Ra > 5 µm, Ra > 10 µm, Ra > 15 µm, Ra > 20 µm oder Ra >25 µm aufweist. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Außenoberfläche des Verstärkungselements auch eine Riffelung oder dergleichen Oberflächenstruktur aufweisen, wobei die Riffelung geometrische Erhebungen und/oder Vertiefungen mit einer Amplitude im Bereich mehrerer 100 µm oder sogar Millimeter aufweisen kann. Eine derart raue Außenoberfläche des Verstärkungselements begünstigt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und der Ummantelung. Auf diese Art und Weise kann eine besonders feste wechselseitige Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und der Ummantelung bereitgestellt werden, die es ermöglicht, eine besonders gute Kraftübertragung vom Betonkörper auf das Verstärkungselement und vom Verstärkungselement auf den jeweils anderen Betonkörper bereitzustellen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Verstärkungselement stoffschlüssig mit der Ummantelung verbunden. Hierbei können insbesondere die aneinander angrenzenden Oberflächen oder Grenzflächen zwischen dem Verstärkungselement und der Ummantelung können quasi stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verbindungselement ist der Quotient Q der Wärmeleitfähigkeit des Materials des Verstärkungselements und der Wärmeleitfähigkeit des Materials der Ummantelung Q >80, Q>100, Q>200 oder Q>300. Je größer der Quotient Q, d.h. je größer der Unterschied zwischen den Wärmeleitfähigkeiten der Materialien für das Verstärkungselement und der Ummantelung ist, desto besser ist die thermische Isolation des Verstärkungselements, mithin des gesamten Verbindungselements.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Wärmeleitfähigkeit des Verstärkungselements λV größer als 15 W/(m*K), λV > 20 W/(m*K), λV > 40 W/(m*K), λV > 60 W/(m*K) oder λV > 75 W/(m*K) sein.
  • Die Ummantelung, d.h. das Material der Ummantelung kann hingegen eine Wärmeleitfähigkeit λU aufweisen, die kleiner als 1 W/(m*K), kleiner als 0.5 W/(m*K), oder wobei λU < 0.25 W/(m*K) ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform des Verbindungselement ist die Querschnittsfläche des Verstärkungselements im Bereich des längserstreckten Schafts kleiner als die Querschnittsfläche der Ummantelung. Auf diese Art und Weise kann eine thermische Isolation nochmals begünstigt und verbessert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche der Ummantelung größer als das 1,5-Fache, größer als das 2,0 - Fache oder größer als das 2.5-Fache oder sogar größer als das 3,0-Fache der Querschnittsfläche des Verstärkungselements sein. Je größer der Querschnittsunterschied, desto besser kann das Verstärkungselement thermisch isoliert sein.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform des Verbindungselement weist die Ummantelung einen Kunststoff-Spritzgusskörper auf. Als Kunststoffmaterialien kommen thermoplastische Kunststoffe, etwa Polypropylen, Polyethylen, Polyamid oder Polycarbonat sowie hieraus gebildeten Materialmischungen infrage.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verbindungselements ragt am ersten Längsende des Schafts ein als Standfuß fungierender Schenkel ab. Der Schenkel kann sich hierbei unter einem Winkel von etwa 90° oder unter einem Winkel von größer 90° bis etwa 120° erstrecken. Der als Standfuß fungierende Schenkel bildet zusammen mit dem längserstreckten Schaft etwa eine L-förmigen Grundgeometrie für das Verbindungselement. Der vom ersten Längsende abragende Schenkel kann dem Schaft abgewandt ein freies Ende aufweisen. Der Schenkel kann dem Schaft zugewandt eine Oberseite und dem Schenkel abgewandt eine Unterseite sowie sich zwischen den Ober- und Unterseiten erstreckende Wangen aufweisen.
  • An der Oberseite kann der Schenkel beispielsweise eine Riffelung oder eine geriffelte Struktur aufweisen, die zur Aufnahme oder zur Anlage einer Bewehrung, typischerweise eines Bewehrungsstabs dienen kann. Der Schenkel kann insoweit eine besonders stabile Montage auf einer Schalungsfläche zur Bildung des ersten Betonkörpers bereitstellen. Die Unterseite des Schafts fungiert hierbei als Aufstandsfläche auf einer Schalung zur Bildung des ersten Betonkörpers. Die Oberseite des Schenkels kann als Auflage oder Stütze für die in den ersten Betonkörper einzubettende Bewehrung bilden, wobei die Bewehrung hierbei zum stabilen Stand des Verbindungselements beiträgt bevor die entsprechende Schalung mit fließfähigem Beton zur Fertigung der ersten Betonschale gefüllt wird. Der längserstreckte Schaft erstreckt sich typischerweise in etwa senkrecht zur Ebene der Schalung, d.h. in etwa parallel zu einer Flächennormalen der Schalung und/oder des plattenförmigen Betonkörpers.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verbindungselements erstreckt sich am ersten Längsende des Schafts ein sich in einer ersten Richtung quer oder senkrecht zum Schaft nach außen gerichteter Stützfuß mit einem ersten Fußabschnitt und mit einem zweiten Fußabschnitt. Der erste und der zweite Fußabschnitt können sich beispielsweise in einer Richtung senkrecht zu derjenigen Ebene erstrecken, die von der Längsrichtung des Schafts und von der Längsrichtung des Schenkels aufgespannt wird.
  • Der erste Fußabschnitt kann in Bezug auf eine zweite Richtung quer oder senkrecht zum Schaft versetzt zum zweiten Fußabschnitt angeordnet oder ausgebildet sein. Die zweite Richtung quer oder senkrecht zum Schaft kann sich in etwa parallel oder entlang der Längserstreckung des Schenkels erstrecken oder mit der Längserstreckung des Schenkels zusammenfallen oder unter einem vergleichsweise kleinen geringen Winkel (<30°) von der Längsrichtung des Schenkels abragen.
  • Die erste Richtung (y) kann im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Schafts und senkrecht zur zweiten Richtung (x) ausgerichtet sein. Die zweite Richtung (x) kann im Wesentlich senkrecht zur ersten Richtung (x) und senkrecht zur Längserstreckung des Schafts ausgerichtet sein.
  • Die versetzte Anordnung von erstem und zweitem Fußabschnitt ermöglicht eine Art geschuppte oder ineinander geschaltete überlappende Anordnung mehrerer Stützfüße, wenn etwa zwei baugleiche Verbindungselemente nebeneinander angeordnet und optional miteinander verbunden werden, um beispielsweise eine nachfolgend noch beschriebene Verbindungsanordnung zu bilden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Verbindungselement zumindest ein Verbindungsglied auf, welches sich quer zur Längserstreckung des Schafts und/oder quer zur Längserstreckung des Schenkels erstreckt und welches an einem ersten Ende ein Steckteil und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende eine komplementär zum Steckteil ausgebildete Buchse aufweist. Das Verbindungsglied kann eine geradlinige längserstreckte Formgebung aufweisen. Es kann sich in etwa senkrecht zur Längserstreckung des Schafts erstrecken und an radial gegenüberliegenden Außenseiten des Schafts vom Schaft hervorstehen, sodass nebeneinander angeordnete Verbindungselemente über entsprechende Verbindungsglieder mechanisch miteinander verbunden werden können, etwa indem das Steckteil eines ersten Verbindungselements in eine komplementär ausgestaltete Buchse eines zweiten Verbindungselement eingesteckt wird. Auf diese Art und Weise kann das Verbindungsglied eine Art Steckverbindung zwischen baugleichen und nebeneinander anzuordnenden Verbindungselementen bereitstellen. Mittels des Verbindungsglieds können mehrere Verbindungselemente zur Bildung einer Verbindungsanordnung nebeneinander angeordnet und unmittelbar miteinander verbunden werden. Auf diese Art und Weise kann auf unterschiedliche Lastanforderungen für die Bildung einer lastübertragenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper reagiert werden.
  • Die Festigkeit und Stabilität einer Verbindungsanordnung, welche mehrere Verbindungselemente aufweist kann gegenüber einem einzelnen Verbindungselement gesteigert, quasi sogar verdoppelt werden. Ferner ist es möglich, nicht nur zwei, sondern auch drei oder noch weitere, etwa sogar vier oder fünf gleichartige Verbindungselemente über ihre jeweiligen Verbindungsglieder unmittelbar miteinander zu verbindenden um eine entsprechend dimensionierte Verbindungsanordnung zu bilden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Schaft einen sich quer zur Längserstreckung des Schafts erstreckenden flanschartigen Teller auf. Die Ebene des Tellers, mithin eine Flächennormale des Tellers kann sich in etwa parallel zur Längserstreckung des Schafts erstrecken. Es können insbesondere auch mehrere solcher flanschartigen Teller, etwa an oder nahe dem ersten Längsende sowie an oder nahe dem zweiten Längsende des Schafts vorgesehen sein. Der flanschartige Teller ist von Vorteil derart vom freien Ende des längserstreckten Schafts beabstandet, dass er in Bezug auf die Längserstreckung des Schafts in etwa mittig im jeweiligen Betonkörper zu liegen kommt.
  • Der flanschartig vom Außenumfang des Schafts abragende Teller ermöglicht eine besonders gute formschlüssige Verbindung mit dem Betonkörper, welcher den Teller entsprechend umschließt. Über den nach außen vom Schaft abragenden Teller können insbesondere Zug- und Druckkräfte zwischen den beiden Betonkörper übertragen werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindungsanordnung zur lastübertragenden Verbindung eines ersten Betonkörpers mit einem zweiten Betonkörper. Die Verbindungsanordnung weist zumindest ein erstes zuvor beschriebenes Verbindungselement und ein zweites zuvor beschriebenes Verbindungselement auf, wobei das erste und das zweite Verbindungselement im Wesentlichen baugleich ausgestaltet sind. Die Verbindungselemente sind in einer Richtung quer oder senkrecht zur Längserstreckung des Schafts des ersten Verbindungselements nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden. Eine wechselseitige Verbindung zwischen erstem und zweitem Verbindungselement kann hierbei über die zuvor beschriebenen Verbindungsglieder von erstem und zweitem Verbindungselement erfolgen. Diese können beispielsweise nach Art einer Steckverbindung miteinander verbunden werden. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsanordnung ist schließlich ein drittes Verbindungselement vorgesehen, welches neben der beschriebenen Verbindungsanordnung angeordnet und wie zuvor beschrieben etwa mittels des Verbindungsglieds mit den beiden übrigen Verbindungselementen verbunden ist.
  • Die Verbindungselemente der Verbindungsanordnung sind hierbei nebeneinander und sozusagen in Reihe angeordnet. Bei etwa insgesamt drei Verbindungselementen der Verbindungsanordnung bildet ein erstes Verbindungselement ein etwa links liegendes äußeres Verbindungselement. Das zweite Verbindungselement bildet ein mittiges Verbindungselement und das dritte Verbindungselement bildet z.B. eine rechts liegendes äußeres Verbindungselement. Das zweite Verbindungselement befindet sich hierbei zwischen dem ersten Verbindungselement und dem dritten Verbindungselement. Das erste Verbindungselement ist über das zweite Verbindungselement mit dem dritten Verbindungselement verbunden. Es besteht insoweit zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselementen nur eine mittelbare Verbindung über das zweite Verbindungselement, welches sich zwischen dem ersten und dem dritten Verbindungselement befindet.
  • Die Verbindungsanordnung kann vorkonfektioniert und je nach mechanischer Lastanforderung für die Herstellung eines einen ersten und einen zweiten Betonkörpers aufweisenden Fertigbetonelements konfigurierte oder konfektioniert werden. Je nach Lastanforderung kann die Verbindungsanordnung zwei, drei oder auch 4 einzelne Verbindungselemente aufweisen, die etwa über die zuvor beschriebenen Verbindungsglieder wechselseitig miteinander verbunden werden können. Die Verbindungsanordnung fungiert insoweit als eine eigenständige Baueinheit oder als eine eigenständige Baugruppe, welche die Handhabung mehrerer einzelner Verbindungsanordnungen für die Herstellung eines entsprechenden Fertigbetonelements vereinfacht.
  • Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung schließlich ein Fertigbetonelement, welches eine erste Betonschale mit einem ersten Betonkörper und eine zweite Betonschale mit einem zweiten Betonkörper sowie zumindest ein zuvor beschriebenes Verbindungselement oder zumindest eine zuvor beschriebene Verbindungsanordnung umfasst. Der Schaft des Verbindungselements erstreckt sich hierbei quer oder senkrecht zu einer Ebene der ersten Betonschale und/oder quer oder senkrecht zu einer Ebene der zweiten Betonschale. Das erste Längsende des Schafts des Verbindungselements oder der Verbindungselemente ist im ersten Betonkörper eingebettet. Das zweite Längsende des Schafts ist im zweiten Betonkörper eingebettet. Das Verbindungselement oder die Verbindungselemente bilden eine lastübertragende Verbindung zwischen dem ersten Betonkörper und dem zweiten Betonkörper.
  • Eine lastübertragende Verbindung meint hierbei, dass die Verbindung derart stabil ist, dass etwa zumindest die Gewichtskraft eines der beiden Betonkörper über das Verbindungselement, respektive über mehrere in die Betonkörper eingebettete Verbindungselemente auf den jeweils anderen Betonkörper übertragbar ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Verbindungselemente oder die Verbindungsanordnung derart konfiguriert, dass das von erstem und zweiten Betonkörper und den Verbindungsanordnungen gebildete Fertigbetonelement derart stabil ist, dass im Falle eines mit Ortbeton zu verfüllen Hohlraums zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper die in die Betonkörper eingebetteten Verbindungselemente eine ausreichende Zugfestigkeit bereitstellen, die dem sogenannten Betonierdruck, d.h. dem nach außen auf die beiden Betonkörper ausgehenden Druck flüssigen und in den Hohlraum zwischen erstem und zweitem Betonkörper eingefügten Betons standhält.
  • Typischerweise weist das Fertigbetonelement eine Anzahl der zuvor beschriebenen Verbindungselemente oder Verbindungsanordnungen auf, die in regelmäßigen, unregelmäßigen oder äquidistanten Abständen über die Fläche des ersten und des zweiten Betonkörpers verteilt in die jeweiligen Betonkörper eingebettet und so eine mehrfache wechselseitige Verbindung zwischen den Betonkörpern bereitstellen. Die Verteilung der Verbindungselemente oder Verbindungsanordnungen über die Fläche der Betonkörper oder Betonschalen sowie die jeweilige Ausgestaltung der Verbindungselemente oder Verbindungsanordnungen bestimmen sich nach der Größe und den Dimensionen der jeweiligen Betonkörpers, des Fertigbetonelements als auch nach dem jeweiligen Betonmaterial für den ersten und den zweiten Betonkörper.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform des Fertigbetonelement sind über die Ebene der ersten Betonschale und/über die Ebene der zweiten Betonschale mehrere Verbindungsanordnungen oder mehrere Verbindungselemente verteilt angeordnet. Benachbart zueinander angeordnete Verbindungsanordnungen oder Verbindungselemente sind dabei bezüglich einer entlang des Schafts verlaufenden Drehachse in unterschiedlichen Drehrichtungen oder Ausrichtungen zueinander ausgerichtet. Insbesondere kann der vom Schaft des Verbindungselements abragende Schenkel dem Verbindungselement eine L-förmigen Kontur verleihen. Benachbart zueinander angeordnete und in die jeweiligen Betonkörper eingebettete Verbindungselemente oder Verbindungsanordnungen weisen hierbei unterschiedliche Ausrichtungen des Schenkels auf. Der längserstreckte Schaft der Verbindungselemente erstreckt sich typischerweise parallel zur Flächennormalen der Ebene der plattenartigen Betonschalen oder Betonkörper. Der längserstreckte Schaft fungiert hierbei sozusagen als Drehachse oder fällt mit einer Drehachse für die unterschiedlichen Ausrichtungen der benachbart zueinander angeordneten Verbindungsanordnungen oder Verbindungselemente zusammen.
  • Ein erstes Verbindungselement kann beispielsweise einen in Bezug auf die Drehachse bei 0° ausgerichteten Schenkel aufweisen. Ein benachbart hierzu angeordnetes Verbindungselement kann einen um 90° oder 180° hierzu gedrehten Schenkel aufweisen. Ein weiteres Verbindungselement kann beispielsweise erneut um 90 oder um 180° gedreht sein. Ein weiteres hierzu benachbart angeordnetes Verbindungselement kann beispielsweise um 270° gedreht sein. Ferner ist denkbar, dass benachbart zueinander angeordnete Verbindungsanordnungen abwechselnd eine Ausrichtung ihres Schenkels bei 0° und bei 90° aufweisen. Jene gedrehte oder in unterschiedlichen Ausrichtungen vorgesehene Anordnung benachbarter Verbindungselemente oder Verbindungsanordnungen kann für die Lastübertragung und Lasteinleitung in den jeweiligen Betonkörper, insbesondere in den ersten Betonkörper von Vorteil sein. Etwaige Zugkräfte, Druckkräfte oder auch Scherkräfte können auf diese Art und Weise besonders homogen zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper übertragen werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Fertigbetonelement als Sandwichwand, als Nullwand oder als kerngedämmte Doppelwand ausgestaltet. Zwischen der ersten und der zweiten Betonschale kann insbesondere eine Zwischenschicht, etwa in Form einer thermischen Isolationsschicht oder in Form einer Dämmschicht vorgesehen und ausgebildet sein. Diese kann als druckstabile thermische Isolationsschicht, beispielsweise ein Polystyrol oder dergleichen druckstabile thermische Isolationsmedien aufweisen. Ferner ist denkbar, dass die Zwischenschicht Mineralwolle oder dergleichen Dämmmaterialien aufweist oder enthält. Ferner kann zwischen der ersten Betonschale und der zweiten Betonschale ein Hohlraum gebildet sein, sodass das Fertigbetonelement als sogenanntes Betonhalbzeug ausgestaltet ist, welches mit seinem Hohlraum auf einer Baustelle montierbar oder anordenbar ist und wobei in einem nachfolgenden Schritt jener Hohlraum mit sog. Ortbeton ausbetoniert oder verfüllt wird.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist der erste Betonkörper typischerweise als tragender Betonkörper einer Doppelwand oder Sandwichwand ausgestaltet und der zweite Betonkörper fungiert als Vorsatzschale oder Sichtschale.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Betonkörper eine größere Wandstärke aufweisen als der zweite Betonkörper.
  • Nach einem weiteren Aspekt ist ein Satz an Verbindungselementen vorgesehen, wobei der Satz an Verbindungselementen ein erstes zuvor beschriebenes Verbindungselement und ein zweites zuvor beschriebenes Verbindungselement aufweist, wobei erste und zweite Verbindungselemente jedoch unterschiedliche Dimensionen hinsichtlich der Länge ihres Schafts und dementsprechend auch hinsichtlich der Länge ihres Verstärkungselements aufweisen. Insbesondere kann der Satz Verbindungselemente eine Anzahl unterschiedlich langer, bzw. unterschiedlich dimensionierter Verstärkungselemente umfassen, die für die Herstellung und Fertigung unterschiedlich dimensionierter Fertigbetonelement jeweils vorgesehen und geeignet sind.
  • Mittels eines ganzen Satzes unterschiedlich dimensionierter Verbindungselemente können unterschiedlich dimensionierte Fertigbetonelemente mit einer ersten Betonschale und mit einer zweiten Betonschale gefertigt werden. Für unterschiedliche Stärken oder Dicken der jeweiligen Betonkörper oder Betonschalen als auch für unterschiedliche Abstände zwischen den flächenmäßig überlappenden Betonschalen können alsdann die jeweils infrage kommenden und entsprechend dimensionierten Verbindungselemente aus dem bereitstehenden Satz an Verbindungselementen ausgewählt und für die Fertigung des Fertigbetonelements verwendet werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform können für die Zwischenschicht, mithin die thermische Isolationsschicht auch flüssige oder beim Auftragen fließfähige Isolationsmedien Verwendung finden, die nach einem Auftrag auf etwa die erste ausgehärtete Betonschale entsprechend aushärtenden können.
  • Der erste und/oder der zweite Betonkörper können im Wesentlichen plattenartig oder plattenförmig ausgebildet sein. Der erste und/oder der zweite Betonkörper können zumindest auf einer Seite im Wesentlichen planar ausgebildet sein. Der erste und der zweite Betonkörper sind typischerweise entlang der Flächennormalen einer Ebene des ersten oder des zweiten Betonkörpers voneinander beabstandet angeordnet. Der erste und der zweite Betonkörper können flächenmäßig ähnlich oder identisch groß sein. Auch können der erste und der zweite Betonkörper quasi flächenüberdeckend zueinander angeordnet und lediglich entlang einer Flächennormalen der Ebene des ersten Betonkörpers oder entlang einer Flächennormalen einer Ebene des zweiten Betonkörpers aneinander angrenzend oder voneinander beabstandet angeordnet sein. Der erste und der zweite Betonkörper können sich insbesondere parallel zueinander erstrecken.
  • Der zweite Betonkörper kann einen Leichtbeton aufweisen oder er besteht aus einem Leichtbeton. Auch kann der erste Betonkörper einen Leichtbeton aufweisen oder aus einem Leichtbeton bestehen. Bei weiteren Ausführungsformen kann zumindest einer der beiden Betonkörper aus einem herkömmlichen Schwerbeton gefertigt oder gebildet sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der erste Betonkörper eine erste Rohdichte auf. Der zweite Betonkörper weist eine zweite Rohdichte auf. Die erste und die zweite Rohdichte können im Wesentlichen identisch sein. Andere Ausgestaltungen sehen vor, dass die erste und die zweite Rohdichte von erstem und zweitem Betonkörper unterschiedlich sind. Durch eine Verringerung der Rohdichte kann typischerweise die thermische Wärmeleitfähigkeit des betreffenden Betonkörpers herabgesetzt werden, was für eine thermische Isolation von Vorteil ist. Eine Erhöhung der Rohdichte hat mitunter zwar nachteilige Auswirkungen auf die Wärmedämmeigenschaften des betreffenden Betonkörpers. Allerdings können derartige Betonkörper ein höheres Maß an statischer Lastaufnahmekapazität bereitstellen.
  • Der erste und der zweite Betonkörper können sich nicht nur hinsichtlich ihrer (Trocken-) Rohdichte, sondern auch hinsichtlich der Zusammensetzung ihrer Betonmasse unterscheiden. So können der erste und der zweite Betonkörper grundsätzlich aus unterschiedlichen oder auch aus ähnlichen, bzw. identischen Betonmassen gefertigt sein.
  • So kann insbesondere der zweite Betonkörper einen Leichtbeton, etwa in Form von Porenbeton, Suspensionsbeton, und/oder nicht autoklavierten Porenbeton aufweisen. Der Betonkörper kann ferner im Wesentlichen aus Porenbeton, Suspensionsbeton, Leichtbeton und/oder nicht autoklavierten Porenbeton bestehen.
  • Insbesondere nicht autoklavierter Porenbeton, sogenannter "non-autoclaved aerated concrete (NAAC)"-Beton eignet sich für eine besonders kostengünstige Massenherstellung. Derartige Betonmaterialien können sich durch ein besonders niedriges spezifisches Gewicht in einem Bereich von 500 kg/m3 bis 800 kg/m3 und durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,13 W/mK bis 0,5 W/mK auszeichnen. Ferner kann das spezifische Gewicht in einem Bereich zwischen 350 kg/m3 bis 700 kg/m3 liegen. Die Wärmeleitfähigkeit kann insbesondere auch in einem Bereich zwischen 0,08 W/mK bis 0,5 W/mK liegen. Insbesondere kann die Wärmeleitfähigkeit des Leichtbetons weniger als 0,01 W/mK betragen. Auch können derartige Porenbetonmaterialien eine Druckfestigkeit im Bereich von 2,0 N/mm2 bis 7,5 N/mm2 aufweisen. Die Druckfestigkeit kann ferner in einem Bereich von 1,5 N/mm2 bis 7,5 N/mm2 liegen.
  • Bei Leichtbeton kann es sich um Betone mit einem Raumgewicht zwischen 800 kg/m3 und 2000 kg/m3 handeln (gemäß der Deutschen Industrienorm DIN 1045). Der Leichtbeton kann auch ein Raumgewicht von weniger als 800 kg/m3, weniger als 700 kg/m3, weniger als 500 kg/m3 oder weniger als 400 kg/m3 aufweisen. Leichtbeton kann eine Beimischung von Gesteinskörnungen mit hoher Porosität bzw. geringer Dichte aufweisen. Die Porosität der beigemischten Gesteinskörnung kann zwischen 60 Vol.-% und 90 Vol.-%, typischerweise zwischen 70 Vol.-% und 85 Vol.-% betragen. Die Gesteinskörnung kann Blähton, Blähglas (recyceltes, gebranntes Glas), Blähschiefer, expandierte Perlite oder Bimsstein oder hieraus gebildete Gemische aufweisen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung können der erste Betonkörper und/oder der zweite Betonkörper eine Faserverstärkung, etwa in Form von dreidimensional und homogen im Betonkörper verteilt eingebetteten Stahl- oder Polymerfasern aufweisen. Derartige Faserzusätze können die Nachrissbiegezugfestigkeit als auch die Duktilität des Betons, bzw. des Betonkörpers verbessern. Ferner können Rostprobleme beseitigt und plastische Schwindrisse im Beton reduziert werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der erste Betonkörper und/oder der zweite Betonkörper bewehrungsfrei, d.h. ohne eingebettete Bewehrungsmatte oder Bewehrungsstäbe ausgestaltet sein. Stattdessen kann der betreffende erste und/oder zweite Betonkörper eine Faserarmierung aufweisen. So kann zumindest einer von erstem und zweitem Betonkörper einen sogenannten Stahlfaserbetonkörper oder Polymerfaserbetonkörper aufweisen oder mittels sogenanntem Stahlfaserbeton oder Polymerfaserbeton gefertigt sein. Durch die Substitution von herkömmlichen Bewehrungsmatten oder Bewehrungsstäben mittels in die Betonmasse eingebetteter Fasern können insbesondere das spezifische Gewicht der jeweiligen Betonkörper als auch die Herstellungskosten gegenüber Betonkörpern mit einer herkömmlichen Bewehrung umfassend Stahlmatten und/oder Stahlstäbe reduziert werden.
  • Faserbetonkörper zeichnen sich ferner durch eine Verbesserung ihres Widerstandes gegen das Eindringen von Flüssigkeiten, durch eine Erhöhung der Schlagfestigkeit, durch eine Erhöhung des Verschleißwiderstandes, ferner durch einen verbesserten Widerstand gegen Stoßbeanspruchungen sowie durch verbessertes Brandverhalten gegenüber herkömmlichen, d.h. mit Bewehrungsmatten oder Bewehrungsstäben versehenem Beton aus.
  • Bei annähernd gleichbleibenden oder sogar verbesserten mechanischen Eigenschaften kann z.B. anstelle von 200 kg Bewehrung je Kubikmeter Beton eine Beimischung von 3 - 6 kg , insbesondere etwa 4 - 5 kg Stahlfasern oder Polymerfasern je Kubikmeter Beton vorgesehen sein.
  • Des Weiteren können auch oder insbesondere die oben genannten Leichtbetone, die etwa mit einer Gesteinskörnung umfassend Perlite und/oder Bims versehen sind, mit homogen im Betonkörper verteilten Stahlfasern oder Polymerfasern versetzt sein, wodurch das spezifische Gewicht und auch die Herstellungskosten derartiger Betonkörper gegenüber Betonkörpern mit einer herkömmlichen Bewehrung umfassend Stahlmatten und/oder Stahlstäbe weiter reduziert werden kann.
  • Das hier vorgesehene Fertigbetonelement kann vielseitig, insbesondere aber als Wandelement oder auch als Dachelement implementiert sein. Weitere Ausgestaltungen und Verwendungsformen etwa als Boden- oder Deckenelement sind ebenfalls denkbar. Für die jeweiligen Wärmedämm- und Lastanforderungen können die erste Betonschale und die zweite Betonschale je nach vorgesehenem Verwendungszweck des Fertigbetonelements hinsichtlich ihrer jeweiligen Rohdichte designt oder angepasst sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Fertigbetonelements ist die erste Rohdichte des ersten Betonkörpers größer als die zweite Rohdichte des zweiten Betonkörpers. Mithin weist der zweite Betonkörper ein geringeres spezifisches Gewicht als der erste Betonkörper auf. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der erste Betonkörper sozusagen als Tragstruktur für das Fertigbetonelement fungiert und überwiegend die statisch an dem Fertigbetonelement anliegende Last überträgt oder aufnimmt, während der zweite Betonkörper vorwiegend thermischen Isolationszwecken dient und beispielsweise als Vorsatzschale für den ersten Betonkörper fungiert.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung beträgt die erste Rohdichte des ersten Betonkörpers 400 kg/m3 - 2 000 kg/m3, 800 kg/m3 - 1 500 kg/m3, 1 000 kg/m3 - 1 300 kg/m3 oder 1 150 kg/m3 -1 250 kg/m3. Von Vorteil weist der erste Betonkörper der ersten Betonschale eine Trockenrohdichte von etwa 1 200 kg/m3 auf. Ein solcher Betonkörper aus Leichtbeton kann die an das Fertigbetonelement gestellten statischen Lastanforderungen typischerweise vollends erfüllen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung beträgt die zweite Rohdichte des zweiten Betonkörpers 300 kg/m3 - 1 400 kg/m3, 750 kg/m3 - 1 250 kg/m3, 300 kg/m3 - 600 kg/m3 oder 400 kg/m3 - 500 kg/m3. Insoweit ist die Trockenrohdichte des zweiten Betonkörpers typischerweise deutlich geringer als die Trockenrohdichte des Leichtbetons des ersten Betonkörpers. In einem Gebäude oder in einer Gebäudegeschossstruktur kann das Fertigbetonelement mit seinem zweiten Betonkörper quasi als Vorsatzschale oder als Außenhaut fungieren, insbesondere wenn das Fertigbetonelement als Außenwandelement oder als Dachelement eines Gebäudes oder eines Gebäudegeschosses implementiert sein sollte.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Fertigbetonelements weist der für den ersten und/oder für den zweiten Betonkörper vorgesehene Leichtbeton pro Kubikmeter zwischen 100 - 200 kg expandierte Perlite auf. Perlite fungieren hierbei als Zuschlagstoff für den Leichtbeton. Der Leichtbeton ist dabei typischerweise ohne Sand oder Kieszusatz ausgebildet und kann ohne jeglichen Sand- oder Kieszusatz hergestellt werden. Der Leichtbeton kann als Perlitbeton auf einer fließbaren, sedimentstabilen Wasser-Bindemittel-Suspension mit dem Leichtbeton-Zuschlagstoff Perlite hergestellt sein Der Leichtbeton hat dabei vergleichbare Eigenschaften wie ein Normalbeton C25/30. Er hat aber ein wesentlich geringeres Gewicht, nämlich eine Trockenrohdichte zwischen 400 und 2 000 kg/m3. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Fertigbetonelements weist der Leichtbeton pro Kubikmeter zwischen 300 - 400 kg eines Steinmehls, insbesondere eines Kalksteinmehls auf.
  • Typischerweise weist der Leichtbeton sowohl expandierte Perlite als auch ein Steinmehl, typischerweise ein Kalksteinmehl auf. Das Gewichtsverhältnis von Kalksteinmehl zu expandierten Perliten kann etwa 2 : 1 betragen. Der Leichtbeton kann eine Druckfestigkeit zwischen 30 und 40 N/mm2 aufweisen.
  • Durch Verwendung von Perliten in Kombination mit einem Kalksteinmehl oder einem Steinmehl allgemein, kann eine deutliche Reduzierung von Zement im Leichtbeton erreicht werden. Eine Reduzierung von Zement geht ferner mit einer deutlichen Reduzierung des CO2-Fußabdrucks für die Herstellung solcher Fertigbetonelemente einher.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung wird der Leichtbeton für das Fertigbetonelement unter Verwendung von Hochleistungsmischern und unter Durchführung einer kolloidalen Mischtechnik bei vergleichsweise hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten der Komponenten Wasser, Additive, Zement, Kalksteinmehl und Perlite homogen gemischt. Die kolloidale Mischtechnik kann beispielsweise eine Hydration der so gebildeten Zementsuspension beschleunigen bzw. in ihrem Ergebnis qualitativ verbessert werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Fertigbetonelements ist zwischen dem ersten Betonkörper und dem zweiten Betonkörper zur thermischen Isolation eine Zwischenschicht angeordnet. Die Zwischenschicht kann nach einer weiteren Ausgestaltung insbesondere als thermische Isolationsschicht ausgestaltet sein. Die Zwischenschicht kann bei einigen Ausführungsformen des Fertigbetonelements als Hohlraum ausgestaltet sein, welcher von der Verbindungsstruktur durchsetzt wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Zwischenschicht eine Mineralwolle und/oder eine druckstabile thermische Isolationsschicht auf. Druckstabile thermische Isolationsschichten können insbesondere ein druckstabiles Material, wie zum Beispiel Polystyrol oder dergleichen Dämmstoffe aufweisen. Ist eine isolierende Zwischenschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Betonkörper vorgesehen, so durchsetzt die Verbindungsstruktur jene isolierende Zwischenschicht.
  • Das Fertigbetonelement kann bei Ausgestaltung einer isolierenden Zwischenschicht zwischen der ersten Betonschale und der zweiten Betonschale als ein sogenanntes Sandwich-Fertigbetonelement ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der erste Betonkörper senkrecht zur Ebene der ersten Betonschale eine erste Wandstärke auf. Der zweite Betonkörper weist senkrecht zur Ebene der zweiten Betonschale eine zweite Wandstärke auf. Die erste Wandstärke ist typischerweise größer als die zweite Wandstärke.
  • Die Wandstärke des ersten Betonkörpers, mithin die Wandstärke der ersten Betonschale kann typischerweise zwischen 100 mm und 280 mm betragen. Von Vorteil beträgt sie 115 mm bis 250 mm. Die Wandstärke kann je nach Einsatzzweck des Fertigbetonelements variieren. Das heißt, für verschiedene Einsatzzwecke kann das Fertigbetonelement hinsichtlich der Wandstärke des ersten Betonkörpers und/oder des zweiten Betonkörpers individuell an die jeweiligen statischen und thermischen Anforderungen angepasst sein.
  • Dadurch dass die erste Wandstärke größer ist als die zweite Wandstärke kann der erste Betonkörper selbst bei Implementierung identischer Betonzusammensetzungen für den ersten und den zweiten Betonkörper ein höheres Maß an statischer Lastaufnahmekapazität als der zweite Betonkörper bereitstellen. Insoweit fungiert der erste Betonkörper als derjenige Teil des Fertigbetonelements, über welchen eine statische Lastaufnahme oder Lastübertragung im Einbauzustand im Bauwerk überwiegend erfolgt.
  • Insbesondere bei einer Implementierung als Sandwich-Wandelement weist der erste Betonkörper typischerweise eine Wandstärke von 100 mm - 180 mm, vorzugsweise von 115 mm - 160 mm auf. Die Trockenrohdichte des Leichtbetons des ersten Betonkörpers kann in einem Bereich von 1 200 kg/m3 liegen. Als thermische Isolationsschicht kommt insbesondere eine Isolierung aus Mineralwolle infrage. Die Dicke jener Schicht kann zwischen 50 mm und 250 mm, oder zwischen 150 mm und 250 mm betragen. Die Schichtdicke der thermischen Isolationsschicht kann auch 200 mm bis 220 mm betragen.
  • Der zweite Betonkörper kann einen Leichtbeton mit einer Rohdichte zwischen 400 kg/m3 und 500 kg/m3 aufweisen. Die Wandstärke des zweiten Betonkörpers kann typischerweise 50 mm bis 90 mm oder 60 mm bis 90 mm, ggf. auch 70 mm bis 80 mm betragen.
  • Die hier beschriebenen Fertigbetonelemente können insbesondere die energetischen Anforderungen für energieeffizientes Bauen nach den vorgegebenen Standards und Normen der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bzw. der in der Bundesrepublik Deutschland geltenden Energieeinsparverordnung EnEv in der zum 1. Juli 2020 gültigen Form erfüllen.
  • Die hierin beschriebenen Fertigbetonelemente, können, insbesondere wenn sie als Außenwand oder als Geschossdecke ausgestaltet sind z.B. einen Wärmedurchgangskoeffizienten U von weniger als 0.20 W(/m2K) aufweisen.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung diverser Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungselement,
    Fig. 2
    eine weitere perspektivische Darstellung des Verbindungselement gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    eine Frontalansicht des Verbindungselements,
    Fig. 4
    einen Querschnitt A-A durch das Verbindungselement gemäß Fig. 3,
    Fig. 5
    einen Querschnitt B-B durch den Schaft des Verbindungselements,
    Fig. 6
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements, welches eine größere Erstreckung in Längsrichtung als das Verbindungselement gemäß der Figuren 1 bis 5 aufweist,
    Fig. 7
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vergleichsweise kurz, bzw. klein ausgestalteten Verbindungselements,
    Fig. 8
    ein Ausführungsbeispiel einer insgesamt drei Verbindungselemente aufweisenden Verbindungsanordnung in perspektivischer Darstellung,
    Fig. 9
    eine weitere perspektivische Darstellung der Verbindungsanordnung gemäß Fig. 8,
    Fig. 10
    einen Querschnitt durch ein Fertigbetonelement mit erstem und zweitem Betonkörper, welche mittels mehrerer Verbindungselemente, bzw. mehrerer Verbindungsanordnungen strukturell miteinander verbunden sind,
    Fig. 11
    einen weiteren Querschnitt durch das Fertigbetonelement gemäß Fig. 10 und
    Fig. 12
    eine Draufsicht auf das Fertigbetonelement mit darin angedeuteten Verbindungselementen, respektive Verbindungsanordnungen.
    Detaillierte Beschreibung
  • Das in den Figuren 1 bis 5 in unterschiedlichen Darstellungen gezeigte Verbindungselement 40 weist einen längserstreckten Schaft 41 und einen hiervon unter einem vorgegebenen Winkel abragenden Schenkel 80 auf. Der längserstreckte Schaft 41 weist ein untenliegendes erstes Längsende 42 und ein gegenüberliegendes oberes Längsende 43 auf. Der längserstreckte Schaft 41 weist eine geradlinige Geometrie auf. Wie insbesondere in den Figuren 4 und 5 gezeigt weist das Verbindungselement 40 im Bereich des Schafts 41 ein Verstärkungselement 50 in Form eines längserstreckten Stabs 51 auf. Ein erstes Längsende 52 des Stabs 51 befindet sich hierbei an oder nahe dem ersten Längsende 42 des Schafts 41. Das gegenüberliegende Längsende 53 des Stabs 51 kommt in etwa im Bereich des zweiten Längsendes 43 des Schafts 41 zu liegen.
  • Mithin kann der Stab 51 nahezu vollständig von einer Ummantelung 60 umschlossen sein, welche im Wesentlichen die Außenkontur zumindest des längserstreckten Schafts 41 bildet. Die Ummantelung 60 weist ein Material auf, welches eine Wärmeleitfähigkeit λU aufweist, die geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit λV des Verstärkungselements 50. Bei dem Verstärkungselements 50 kann es sich um einen Metallkörper 54 handeln. Der Metallstab 51 kann insbesondere aus Stahl oder Eisen gefertigt sein oder hieraus bestehen. Insoweit kann das Verstärkungselement 50 dem gesamten Schaft 41 und damit auch dem gesamten Verbindungselement 40 ein erhöhtes Maß an Festigkeit und Steifigkeit verleihen.
  • Die Ummantelung 60 weist insbesondere einen Spritzgusskörper 61 aus einem spritzgussfähigen Kunststoff, etwa Polyamid, Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat oder hieraus gebildete Materialmischungen, ggf. auch mit einer Faserverstärkung auf. Der Spritzgusskörper 51, mithin die Ummantelung 60 fungiert sozusagen als thermische Isolation für das Verstärkungselement 50. Der Querschnitt des Schafts 41 kann insgesamt vier etwa kreuzartig zueinander ausgerichtete Stegabschnitte 62, 63, 67, 68 aufweisen, die sich radial nach außen von der Längserstreckung des innenliegenden Verstärkungselements 50 erstrecken. Die Stegabschnitte 62, 63, 67, 68 können jeweils radial nach außen vom Zentrum des Schafts 41 abragen. Die Stegabschnitte 62, 63, 67, 68 können eine im Wesentlichen identische Kontur aufweisen und in Umfangsrichtung betrachtet in etwa äquidistant in einem Abstand von etwa 90° zueinander angeordnet und ausgerichtet sein. Innenliegend und dort wo die Stegabschnitte radial nach innen aneinander angrenzen können einzelne Querstreben 69 zwischen den aneinander angrenzenden Stegabschnitten 62, 63, 67, 68 vorgesehen sein, die die Stabilität der Stegabschnitt 62, 63, 67, 68 und somit des gesamten Schafts 41 verstärken können.
  • Ferner können im Bereich einzelner Stegabschnitte 62, 63, 67, 68 auch vereinzelt Durchgangsöffnungen 58 ausgebildet sein, die in einer Einbausituation in einem jeweiligen Betonkörper 11, 21 oder in einer entsprechenden Betonschale 10, 20 von zunächst fließfähigem und sodann aushärtbarem Beton durchsetzt oder umschlossen werden können, wodurch die Haftung und wechselseitige Verbindung zwischen der Ummantelung 60 und dem umschließenden Betonkörper 11, 21 nochmals verbessert werden kann.
  • In einem vorgegebenen Abstand zum freien Ende des ersten Längsendes 42 und des zweiten Längsendes 43 weist der Schaft 41 radial nach außen abragende flanschartig ausgestaltete Teller 64, 66 auf. Jene nach außen abragende Struktur der Teller 64, 66 verbessert die Verankerung des Verbindungselements 40 im jeweiligen Betonkörper 11, 21. Radial außen liegend und den jeweiligen Teller quasi zentrisch und radial durchsetzend weisen die beiden Teller 64, 66 jeweils ein Verbindungsglied 70, 71 auf, welches an einem ersten Längsende 73 ein Steckteil 75 und an einem gegenüberliegenden Längsende 74 eine hierzu komplementär ausgestaltete Buchse 76 aufweist.
  • Der Teller 66, bzw. dessen Verbindungsglied 71 ist hierzu entsprechend ausgestaltet. Die Verbindungsglieder 70, 71 ermöglichen die Bildung einer Steckverbindung, wenn gleichartige bzw. baugleiche Verbindungselemente 40, 40', 40", wie in den Figuren 8 und 9 dargestellt, zur Bildung einer mehrere Verbindungselemente 40, 40', 40" aufweisenden Verbindungsanordnung 1 miteinander zu verbinden sind.
  • Verwendungstechnisch ist vorgesehen, dass das erste Längsende 42 des Schafts 41 in einen ersten Betonkörper 11 einer ersten Betonschale 10 eingebettet wird und dass das gegenüberliegende Längsende 43, mithin das zweite Längsende 43 des Schafts 41 in den zweiten Betonkörper 21 einer zweiten Betonschale 20 eingebettet wird, wie dies besondere in den Figuren 10 und 11 gezeigt wird. Die Länge des Schafts 41 insbesondere aber auch der Abstand der Teller 64, 66 zu den jeweiligen Längsenden 42, 43 des Schafts 41 ist derart gewählt, dass etwa der Teller 64 bezogen auf die Wandstärke des zweiten Betonkörpers 21 in etwa mittig im zweiten Betonkörper 21 verankert oder eingebettet ist. Die Wandstärke des ersten Betonkörpers 11 und/oder des zweiten Betonkörpers 21 kann hierbei weniger als 80 mm, weniger als 70 mm oder weniger als 60 mm betragen. Sie kann bei einigen Ausführungsformen in etwa 50 mm betragen.
  • Auf diese Art und Weise kann eine besonders gute Verankerung des Schafts 41, mithin seines zweiten Längsendes 43 im zweiten Betonkörper 21 erreicht werden. Gleichermaßen kann mittels des Tellers 66 eine besonders gute Verankerung im ersten Betonkörper 11 einer ersten Betonschale 10 erzielt werden.
  • Es sind vielfältigste Ausgestaltungen von Betonfertigteilen 100 etwa in Form einer kerngedämmten Doppelwand, etwa in Form einer sogenannten Nullwand oder in Form eines Betonhalbszeugs als Hohlwand denkbar und vorgesehen. Fertigungstechnisch werden die zur Bildung des Betonfertigteils 100 vorgesehenen Verbindungselemente 40 und/oder Verbindungsanordnungen 1 mit dem Standfuß 81 aufrecht auf die Innenseite einer Schalung zur Bildung des ersten Betonkörpers 11, mithin zur Bildung der ersten Betonschale 10 gestellt oder einem vorgegebenen Raster entsprechend positioniert. Die entsprechende Schalung wird alsdann mit fließfähigem Beton vergossen. Der überwiegende Teil des Schafts 41 ragt alsdann von einer Oberseite der ersten Betonschale 10 hervor. Sodann kann eine Zwischenschicht 30, welche als thermische Isolationsschicht 31 fungieren kann, und beispielsweise Mineralwolle 32 aufweist, auf den Schaft 41 gesteckt oder um den Schaft herum angeordnet werden. Mittels einer Wendeeinrichtung kann alsdann die erste Betonschale 10 um 180° gedreht und kopfüber in eine noch nicht ausgehärtete Betonmasse zur Bildung der zweiten Betonschale 20 eingetaucht oder eingeführt werden. Das zweite Längsende 43 des Schafts 41 kann hierbei an der Innenseite der entsprechenden Schalung für die zweite Betonschale 20 oder für den zweiten Betonkörper 21 zur Anlage gelangen. Das Verbindungselement 40 kann insoweit auch als Abstandshalter fungieren, sodass die Verwendung zusätzlicher oder gesonderter Abstandshalter nicht mehr erforderlich ist und diese insoweit eingespart werden können.
  • Optional und wie z.B. in Fig. 11 gezeigt, kann zwischen der Zwischenschicht 30 und einer Innenseite von erster und zweiter Betonschale 10, 20 ein Hohlraum 35 gebildet sein, welcher zum Beispiel nach Installation des Doppelwandelements mit Ortbeton zu verfüllen ist. Etwaige durch das Einführen von Ortbeton auf die Verbindungselemente 40 einwirkende Zugkräfte können insbesondere durch die Verstärkungselemente 50 der jeweiligen Verbindungselemente 40 aufgenommen oder kompensiert werden. Dank der Verstärkungselemente sind die Verbindungselemente 40 für diesen Verwendungszweck ausreichend zugstabil.
  • Wie insbesondere in den Figuren 1 und 2 gezeigt kann das Verbindungselement 40 einen unter einem vorgegebenen Winkel vom Schaft 41 abragenden Schenkel 80 aufweisen. Der Schenkel 80 ist insbesondere zur Bildung eines Standfußes 81 vorgesehen und ausgebildet, mittels welchem das Verbindungselement 40 fertigungstechnisch auf die Innenseite einer ersten Schalung (nicht gezeigt) gestellt werden kann, in welche Schalung der erste Betonkörper 11 hingegossen wird.
  • Eine dem Schaft 41 abgewandte Unterseite 87 des Schenkels 80 kann sich in etwa unter einem Winkel von 90° zur Längserstreckung des Schafts 41 erstrecken. Eine gegenüberliegende Oberseite 88 des Schenkels 80 kann sich unter einem vorgegebenen Winkel erstrecken, wobei die Bauhöhe der Oberseite in Richtung zum Schaft 41 zunimmt und quasi zum freien Ende 85 des Schenkels 80 abnimmt. Die Oberseite 88 kann ferner mit einer Riffelung 89, mithin mit geeigneten Vertiefungen oder Aufnahmen etwa für eine Bewehrung 90 oder einen Bewehrungsstab 91 versehen sein. Insoweit kann die Oberseite 88 des Schenkels 80 als Auflage für einen Bewehrungsstab 91 oder für eine Bewehrungsmatte innerhalb des ersten Betonkörpers 11 fungieren.
  • Zwischen der Oberseite 88 und der Unterseite 87 erstrecken sich gegenüberliegende in etwa eben ausgestaltete Seitenwangen 78, 79. Von den Seitenwangen wegerstreckend kann, wie insbesondere in den Figuren 1 und 2 gezeigt, ein weiteres Verbindungsglied 72 ausgestaltet sein, welches sich im Wesentlichen senkrecht zu den Wangen, bzw. parallel zur Flächennormalen der Wangen 78, 79 und im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der übrigen Verbindungsglieder 70, 71 nach außen erstrecken kann. Auch das Verbindungsglied 72 ist an einem Längsende mit einer Buchse 76 und an einem gegenüberliegenden Längsende mit einem komplementär hierzu ausgestalteten Steckteil 75 versehen.
  • Der als Standfuß 81 fungierende Schenkel 80 kann insbesondere an den beiden Längsenden des Schenkels 80 jeweils einen Stützfuß 82, 86 aufweisen. Der Stützfuß 82 befindet sich in etwa in Verlängerung des Schafts 41 oder bildet das erste Längsende 42 des Schafts 41. Ein weiterer Stützfuß 86 befindet sich typischerweise am freien Ende 85 des Schenkels 80.
  • Wie insbesondere in den Figuren 1 und 2 gezeigt kann der Stützfuß 82 einen ersten und einen zweiten Fußabschnitt 83, 84 aufweisen, die sich entlang einer ersten Richtung (y) quer oder senkrecht von der Längserstreckung des Schafts 41 nach außen und in gegenüberliegende Richtungen voneinander weg erstrecken. Die Fußabschnitt 83, 84 sind hierbei bezüglich einer zweiten Richtung (x) quer oder senkrecht zum Schaft 41 versetzt zueinander angeordnet oder ausgebildet. In gleicher Art und Weise kann auch der weitere Stützfuß 86 mit entsprechenden ersten und zweiten Fußabschnitt 83, 84 ausgestattet sein, die sich in etwa senkrecht oder parallel zu einer Flächennormalen der Wangen 78, 79 von den jeweiligen Wangen 78, 79 nach außen weg erstrecken.
  • Jene versetzte Anordnung der Fußabschnitte 83, 84 ermöglicht eine geschuppte oder zumindest bereichsweise überlappende Anordnung entsprechender Fußabschnitte 83, 84 wenn etwa baugleiche Verbindungselemente 40 zur Bildung einer Verbindungsanordnung 1, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, eng nebeneinander anzuordnenden sind. Die entlang der zweiten Richtung (x) versetzte Anordnung erster und zweiter Fußabschnitte 83, 84 ermöglicht es, die Fußabschnitte 83, 84 in Bezug auf die erste Richtung (y) etwas breiter auszugestalten als die miteinander in Eingriff bringbaren oder miteinander in Eingriff stehenden Verbindungsglieder 70, 71, 72 der einzelnen Verbindungselemente 40, 40', 40". Hierdurch kann die Standfestigkeit der Verbindungselemente auf einer Schalungsinnenseite weiter erhöht werden.
  • Die Verbindungsanordnung 1, welche in den Figuren 8 und 9 gezeigt ist, weist drei einzelne Verbindungselemente 40, 40`, 40" auf, die mittels jeweiliger Verbindungsglieder 70, 70', 70" sowie 71, 71', 71" und mittels den Verbindungsgliedern 72, 72', 72" nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
  • Aus der Zusammenschau der Figuren 1, 6 und 7 ergibt sich ferner ein Satz von mindestens drei unterschiedlichen Verbindungselementen 40, welche für sich genommen jeweils die hier beschriebenen Eigenschaften aufweisen, wobei sich die Verbindungselemente jedoch hinsichtlich ihrer Geometrie, insbesondere hinsichtlich der Länge des Schafts 41 voneinander unterscheiden. Jedes der unterschiedlich ausgestalteten Verbindungselemente kann für einen gesonderten Einsatzzweck, etwa zur Bildung unterschiedlich dicker Betonfertigteile oder unterschiedlich konfektionierter oder konfigurierter Betonfertigteile verwendet werden.
  • Die in etwa L-förmige Formgebung des Verbindungselements 40, mithin auch der Verbindungsanordnung 1, welche mehrere solcher Verbindungselemente 40, 40', 40" aufweist gibt im Hinblick auf die im Querschnitt symmetrische Ausgestaltung des Schafts 41 eine Art Symmetriebruch vor oder stellt einen entsprechenden Symmetriebruch dar. Bei einer Bildung eines Fertigbetonelement 100, wie dies etwa in den Figuren 10 bis 12 gezeigt ist, können über die Ebene der ersten und zweiten Betonkörper 11, 21 verteilt angeordnete und zueinander benachbarte Verbindungselemente 40, 40' oder Verbindungsanordnungen 1, 1' in unterschiedlichen Ausrichtungen A im Fertigbetonelement 100 angeordnet oder eingebettet sein.
  • In Fig. 12 ist beispielsweise eine regelmäßige Anordnung und Verteilung mehrerer Verbindungsanordnungen 1 über die Fläche des ersten Betonkörpers 11, mithin der ersten Betonschale 10 gezeigt. Es ist hier eine reihen- und zeilenartige Anordnung mehrerer Verbindungsanordnungen 1, 1', 1", 1‴, 1ʺʺ vorgesehen. Eine erste Verbindungsanordnung 1 ist hierbei in einer ersten Ausrichtung A angeordnet, wobei der in Fig. 12 gezeigte Richtungspfeil A in etwa der Längserstreckung des jeweiligen Schenkels 80 entspricht. Eine hierzu benachbart angeordnete Verbindungsanordnung 1', 1‴ kann beispielsweise um 90° gedreht sein, was durch den Richtungspfeil A' gekennzeichnet ist. Weitere Verbindungsanordnungen 1", 1"", welche wiederum benachbart zu den Verbindungsanordnungen 1' oder 1‴ vorgesehen sind können wieder parallel oder antiparallel zur Ausrichtung der ersten Verbindungsanordnung 1 in Bezug auf den als Drehachse fungierenden Schaft 41 ausgerichtet oder dementsprechend in der Betonschale 10 angeordnet sein. Durch die abwechselnde unterschiedliche Ausrichtung der Verbindungsanordnungen 1, 1', 1", 1‴ oder 1ʺʺ und der Verbindungselemente 40 in der ersten Betonschale 10 oder im ersten Betonkörper 11 kann eine etwaige, von der symmetriebrechenden Ausgestaltung des Schenkels ausgehende Anisotropie hinsichtlich der Lastverteilung und Lastübertragung über die Gesamtfläche des Betonkörpers 11, bzw. der Betonschale 10 kompensiert oder egalisiert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbindungsanordnung
    10
    Betonschale
    11
    Betonkörper
    20
    Betonschale
    21
    Betonkörper
    30
    Zwischenschicht
    31
    thermische Isolationsschicht
    32
    Mineralwolle
    35
    Hohlraum
    40
    Verbindungselement
    41
    Schaft
    42
    Längsende
    43
    Längsende
    50
    Verstärkungselement
    51
    Stab
    52
    Längsende
    53
    Längsende
    54
    Metallkörper
    55
    Außenoberfläche
    58
    Durchgangsöffnung
    60
    Ummantelung
    61
    Spritzgusskörper
    62
    Stegabschnitt
    63
    Stegabschnitt
    64
    Teller
    66
    Teller
    67
    Stegabschnitt
    68
    Stegabschnitt
    69
    Strebe
    70
    Verbindungsglied
    71
    Verbindungsglied
    72
    Verbindungsglied
    73
    Ende
    74
    Ende
    75
    Steckteil
    76
    Buchse
    78
    Wange
    79
    Wange
    80
    Schenkel
    81
    Standfuß
    82
    Stützfuß
    83
    Fußabschnitt
    84
    Fußabschnitt
    85
    freies Ende
    86
    Stützfuß
    87
    Unterseite
    88
    Oberseite
    89
    Riffelung
    90
    Bewehrung
    91
    Bewehrungsstab
    100
    Fertigbetonelement

Claims (15)

  1. Verbindungselement (40) zur lastübertragenden Verbindung eines ersten Betonkörpers (11) mit einem zweiten Betonkörper (21), wobei das Verbindungselement (40) einen längserstreckten Schaft (41) mit einem ersten Längsende (42) und mit einem gegenüberliegenden zweiten Längsende (43) aufweist, wobei das erste Längsende (42) zur Einbettung in den ersten Betonkörper (11) und das zweite Längsende (43) zur Einbettung in den zweiten Betonkörper (21) ausgebildet ist und wobei der längserstreckte Schaft (41) ein sich vom ersten Längsende (42) bis zum zweiten Längsende (43) erstreckendes Verstärkungselement (50) und eine das Verstärkungselement (50) zumindest abschnittsweise einhüllende Ummantelung (60) aus einem Material aufweist, welches eine Wärmeleitfähigkeit λU aufweist, die geringer als die Wärmeleitfähigkeit λV des Materials des Verstärkungselements (50) ist.
  2. Verbindungselement (40) nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungselement (50) einen längserstreckten Stab (51) mit einem ersten Längsende (52) und mit einem gegenüberliegenden zweiten Längsende (53) aufweist.
  3. Verbindungselement nach Anspruch 2, wobei zumindest das erste Längsende (52) des Verstärkungselements (50) und das zweite Längsende (53) des Verstärkungselements (50) vollständig von der Ummantelung (60) umschlossen sind.
  4. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungselement (50) einen Metallkörper (54) aufweist.
  5. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass Verstärkungselements (50) eine mit der Ummantelung (60) in Kontakt stehende Außenoberfläche (55) aufweist, die einen Mittenrauwert Ra größer als 3 µm, größer als 5 µm, größer als 10 µm, größer als 15 µm, größer als 20 µm oder größer als 25 µm aufweist.
  6. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungselement (50) stoffschlüssig mit der Ummantelung (60) verbunden ist.
  7. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Quotient Q = λV / λU der Wärmeleitfähigkeit λV des Materials des Verstärkungselements (50) und der Wärmeleitfähigkeit λU des Materials der Ummantelung (60) größer als 80, größer als 100, größer als 200 oder größer als 300 ist.
  8. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ummantelung (60) einen Kunststoff-Spritzgusskörper (61) aufweist.
  9. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am ersten Längsende (42) des Schafts (41) ein als Standfuß (81) fungierender Schenkel (80) abragt.
  10. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am ersten Längsende (42) des Schafts (41) ein sich in einer ersten Richtung (y) quer oder senkrecht zum Schaft (41) nach außen gerichteter Stützfuß (82) mit einem ersten Fußabschnitt (83) und mit einem zweiten Fußabschnitt (84) erstreckt, wobei der erste Fußabschnitt (83) in Bezug auf eine zweite Richtung (x) quer oder senkrecht zum Schaft (41) versetzt zum zweiten Fußabschnitt (84) angeordnet oder ausgebildet ist.
  11. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (40) zumindest ein Verbindungsglied (70, 71, 72) aufweist, welches sich quer zur Längserstreckung des Schafts (41) erstreckt und welches an einem ersten Ende (73) ein Steckteil (75) und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (74) eine komplementär zum Steckteil (75) ausgebildete Buchse (76) aufweist.
  12. Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaft (41) einen sich quer zur Längserstreckung des Schafts (41) erstreckenden flanschartigen Teller (64, 66) aufweist.
  13. Verbindungsanordnung (1) zur lastübertragenden Verbindung eines ersten Betonkörpers (11) mit einem zweiten Betonkörper (21), wobei die Verbindungsanordnung (1) zumindest ein erstes Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein zweites Verbindungselement (40`) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, die in einer Richtung quer oder senkrecht zur Längserstreckung des Schafts (41) des ersten Verbindungselements (40) nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
  14. Fertigbetonelement (100) umfassend:
    - eine erste Betonschale (10) mit einem ersten Betonkörper (11),
    - eine zweite Betonschale (20) mit einem zweiten Betonkörper (21), und
    - zumindest ein Verbindungselement (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 oder zumindest eine Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 13 deren Schaft (41) sich quer oder senkrecht zu einer Ebene der erste Betonschale (10) und/oder quer oder senkrecht zu einer Ebene der zweiten Betonschale (20) erstreckt und wobei das erste Längsende (42) des Schafts (41) des Verbindungselements (40) oder der Verbindungselemente (40, 40`) im ersten Betonkörper (11) eingebettet ist und wobei das zweite Längsende (43) des Schafts (41) im zweiten Betonkörper (21) eingebettet ist und wobei das Verbindungselement (40) oder die Verbindungselemente (40, 40`) eine lastübertragende Verbindung zwischen dem ersten Betonkörper (11) und dem zweiten Betonkörper (21) bildet, bzw. bilden.
  15. Fertigbetonelement (100) nach Anspruch 14, wobei über die Ebene der ersten Betonschale (10) und/oder der zweiten Betonschale (20) mehrere Verbindungsanordnungen (1) oder mehrere Verbindungselemente (40) verteilt angeordnet sind, wobei benachbart zueinander angeordnete Verbindungsanordnungen (1) oder Verbindungselemente (40) bezüglich einer entlang des Schafts (41) verlaufenden Drehachse in unterschiedlichen Drehrichtungen zueinander ausgerichtet sind.
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Citations (3)

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US20040237438A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Keith David O. Form tie sleeves for composite action insulated concrete sandwich walls
EP1803867A1 (de) * 2005-12-27 2007-07-04 S-Fasteners GmbH Verbindungsanordnung für übereinander liegende Materialschichten
DE202020103919U1 (de) 2020-07-07 2020-08-13 PreConTech International GmbH Fertigbetonelement und Gebäudegeschossstruktur

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