WO2018206150A1 - Stabilisierungsstäbe für steinplatten mit unidirektionalem fasergelege - Google Patents

Stabilisierungsstäbe für steinplatten mit unidirektionalem fasergelege Download PDF

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Walter Schwanekamp
Rudolf HILTI
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Kolja Kuse
Walter Schwanekamp
Hilti Rudolf
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Definitions

  • Carbon fibers or other fibers such as glass fibers or stone fibers can be used very targeted and optimized, especially in combination with stone material or ceramic material or other pressure-resistant materials such as hardwood or glass, preferably to absorb tensile forces.
  • the fiber layers used are optimized on the different sides of such bars and a new teaching for the incorporation of such bars as a tension belt in or under natural stone slabs is disclosed.
  • the stabilizing rods are closely examined with respect to the upper side and the lower side.
  • On the underside mainly fibers are required, which absorb the tensile forces in bending longitudinal direction, in order to remain crack-free at a view from the surface of the stone plate to be stabilized bending stress on the underside.
  • the plate also in view of the surface convex bending stress on the surface no cracks to get and thus crack-free in the other direction can be bent, which can not be excluded during installation and associated handling of such plates.
  • the necessities cost-intensive fiber layers are minimized by the fact that the main part of the cross-section of the stabilizing rod, which is incorporated into a cutout on the underside of the plate consists largely of inexpensive ceramic material or stone material or wood and in that the mass of the used Fibers is optimized.
  • the rod is characterized in that it is designed in both bending directions as a tension belt. Both sides of the belt absorb mainly tensile forces in both bending directions, whereby the fibers are used with their main advantage, namely in the case of tensile load.
  • the present invention optimizes the expensive fiber input and hence the cost, and makes large thin slabs convex and concave without breakage in both bending directions, which is an excellent new property for the handling and break-free installation of such slabs and the cost of producing thin slabs Stone slabs that are used, for example, as kitchen worktops, facade panels and other slabs of stone, artificial stone or ceramic.
  • the invention is carried out according to Fig. 1, for example, so that a granite plate with a thickness of about 10 mm at the top (1) shows only stone and on the bottom (2) coated with carbon fiber
  • Ceramic strips which are glued into a cutout in the stone plate, is provided.
  • Fig. 2 the cross section of the plate is shown, wherein the quasi-completely located in the middle ceramic strip (4) on the top and bottom coated with a UD carbon fiber (3) in the longitudinal direction, and on the top with a between the UD Longitudinal fiber and ceramic strips lying UD carbon fiber layer (5) in the transverse direction.
  • the two UD longitudinal fiber layers protect the entire plate at the top and bottom against breakage at bending load in the longitudinal direction of the plate, wherein the UD fiber layer in the transverse direction prevents the breaking of the edge at bending load by bending at the edge of the plate in the transverse direction, if this over the support of a kitchen cabinet body protrudes.
  • Particular stability is achieved when the carbon fiber-base bias is applied to the ceramic strip.

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Abstract

Beschrieben wird eine Stein- oder Keramikpatte, die mit Hilfe von mit Fasern beschichteten Stabilisierungsstreifen stabilisiert ist, die unterhalb der Kanten der Steinplatte angebracht oder unterhalb der Kanten in die Steinlatte eingearbeitet sind. Die Streifen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Gründen der Materialoptimierung eine an Oberseite und Unterseite für den jeweiligen Belastungsfall optimierte Anordnung der Faserrichtung als Zuggurt haben und deshalb mit unidirektionalem Fasergelege ausgeführt sind und diese Fasern oben und unten möglichst dicht an der jeweiligen Oberfläche der zu stabilisierenden Steinplatte liegen. Der Zuggurt hat dabei vorzugsweise eine Höhe bzw. Dicke, die grösser ist, als die Hälfte der Dicke der zu stabilisierenden Steinplatte und eine Breite, die der Gesamtbelastung bei der jeweils anfallenden Biegebelastung angemessen ist. Der erstaunliche Effekt ist, dass die gesamte Platte gebogen werden kann, ohne in der Mitte Querrisse zu bekommen.

Description

Stabilisierungsstäbe für Steinplatten mit unidirektionalem Fasergelege
Die Stabilisierung von aus Gewichts- und Kostengründen immer dünner werdenden Stein- und Keramikplatten bekommt immer größere Bedeutung. Auch entsprechen dünne Steinplatten aus Naturstein, Kunststein oder Keramik einem Zeitgeist, der die technische Optimierung sowie die Senkung von Kosten zu schätzen weiß.
Bekannt sind Stäbe aus Carbonfaser- oder Steinfaser-ummanteltem Stein, die in DE 20 2006 008 100.3 für die Stabilisierung von Steinplatten beschrieben sind. Solche Träger aus ummantelten Stein oder Carbon-Vollmaterial werden unter oder in Steinplatten unterhalb der Ränder eingebracht, wie in der DE 20 2006 008 100.3 beschrieben.
Eine weitere Entwicklung dieser Erfindung geht nunmehr in das Detail der Faserkonfektionierung. Carbonfasern oder andere Fasern wie Glasfasern oder Steinfasern können sehr gezielt und optimiert eingesetzt werden, insbesondere im Verbund mit Steinmaterial oder Keramikmaterial oder aber auch anderen druckstabilen Materialien wie Hartholz oder Glas, um vorzugsweise Zugkräfte aufzunehmen.
In dieser Erfindung werden die verwendeten Faserschichten an den unterschiedlichen Seiten solcher Stäbe optimiert und eine neue Lehre für den Einbau solcher Stäbe als Zuggurt in oder unter Natursteinplatten offenbart. Die stabilisierenden Stäbe werden bezüglich der oberen Seite und der unteren Seite dabei genau betrachtet. An der Unterseite werden hauptsächlich Fasern benötigt, welche die Zugkräfte in Biege-Längsrichtung aufnehmen, um bei einer aus Sicht der Oberfläche der zu stabilisierenden Steinplatte konkaven Biegebelastung an der Unterseite rissfrei zu bleiben. An der Oberseite werden Fasern benötigt, welche die Zugkräfte in Querrichtung und zusätzlich auch in Längsrichtung aufnehmen müssen, damit einerseits die Kante durch Druck von oben auf die Platte nicht abbricht, andererseits die Platte auch in aus Sicht der Oberfläche konvexe Biegebelastung an der Oberfläche keine Risse zu bekommen und somit rissfrei auch in die andere Richtung gebogen werden kann, was beim Einbaus und damit verbundenem Handling solcher Platten nicht auszuschließen ist. Die benötigten kostenintensiven Faserschichten werden dadurch auf ein Minimum reduziert, dass der hauptsächliche Teil des Querschnitts des stabilisierenden Stabes, der in eine Ausfräsung auf der Unterseite der Platte eingebaut wird, zum großen Teil aus preiswertem Keramikmaterial oder Steinmaterial oder Holz besteht und dadurch, dass die Masse der einzusetzenden Fasern optimiert wird.
Dies geschieht vorzugsweise durch den Einsatz von unidirektional ausgerichteten Faserschichten. An der Unterseite wird die Faserschicht ausschließlich in Längsrichtung angeordnet und auf der Oberseite mit mindestens einer Schicht in Querrichtung und ggfls. zusätzlich einer Schicht in Längsrichtung. Um die Zugwirkung der Fasern an der Oberseite des Gurtes - der insgesamt hauptsächlich auf beiden Seiten des Gurtes die Funktion eines Zuggurtes hat - möglichst effizient zum Schutz der Oberfläche und der Unterseite der Steinplatte einzusetzen und die rissunterdrückende Wirkung an der Oberseite der Steinplatte zu optimieren, wird die zugstabile Schicht an der Unterseite in eine möglichst tief geschnittene Nut auf einer Ebene vorzugsweise möglichst dicht unterhalb der Oberfläche der zu stabilisierenden Platte angebracht, eingebracht und vorzugsweise kraftschlüssig verklebt. Um die Zugkraft auf der Oberseite möglichst effizient zu entfalten, wird der Stabilisierungsstab demnach nach Möglichkeit mit der Ebene seiner Oberseite oberhalb der Mittelschicht der Steinplatte und so dicht wie möglich unter der Oberfläche der zu stabilisierenden Steinplatte eingebracht, vorzugsweise mit der
Oberseite des Gurtes in der oberen Hälfte des Querschnitts der zu stabilisierenden Steinplatte. Der Stab ist dadurch gekennzeichnet, dass er in beide Biegerichtungen als Zuggurt ausgeführt ist. Beide Seiten des Gurtes nehmen hauptsächlich Zugkräfte in beide Biegerichtungen auf, womit die Fasern mit ihrem Hauptvorteil genutzt werden, nämlich im Fall der Zugbelastung. Die vorliegende Erfindung optimiert den Materialeinsatz der teuren Faser und damit die Kosten und macht große dünne Steinplatten ohne Bruch in beide Biegerichtungen konvex und konkav biegsam, was für das Handling und den bruchfreien Einbau solcher Platten eine vorzügliche neue Eigenschaft bedeutet und die Kosten der Herstellung von dünnen Steinplatten senkt, die zum Beispiel als Küchenarbeitsplatten, Fassadenplatten und anderen Platten aus Stein, Kunststein oder Keramik Verwendung finden. Der erstaunliche Effekt, der sich durch Platten, welche auf diese Weise stabilisiert werden ergibt ist, dass diese ohne ganzflächig beschichtet zu werden mit der Faser durch die hohe Steifigkeit der Carbonfaser bereits durch die Stabilisierung nur am Rand so nachhaltig insgesamt stabilisiert werden, dass der„weiche" Stein mit einem Elastizitätsmodul von ca. 70 GPa ausgestatt selbst in der Mitte dann nicht bricht, wenn er in die eine oder andere Längs-Richtung gebogen wird, da das wenige Fasermaterial im Fall von Carbonfasern am Rand mit mehreren 1000 GP so steif ist, dass sich die stabilisierenden Kräfte bis in die Mitte der Platte übertragen lassen, ohne dass die Platte in der Mitte Querrisse erfährt. Das Ergebnis ist eine Stabilisierungsmethode, die teure ganzflächige Faser-Beschichtungen überflüssig macht, was erheblichen Einfluss auf die Stabilisierungs-Kosten und die Menge an zu verwendenden teurer Carbon-Fasermaterialien hat.
Die Erfindung wird gemäß Abb. 1 beispielsweise so ausgeführt, dass eine Granitplatte mit einer Dicke von ca. 10 mm an der Oberseite (1) ausschließlich Stein zeigt und auf der Unterseite (2) mit Carbonfaser-beschichtetetn
Keramikstreifen, die in eine Ausfräsung in der Steinplatte eingeklebt werden, versehen ist. In Abb. 2 wird der Querschnitt der Platte gezeigt, wobei der quasi komplett in der Mitte befindliche Keramikstreifen (4) auf der Oberseite und Unterseite mit einer UD-Carbonfaser (3) in Längsrichtung beschichtet ist, und auf der Oberseite mit einer zwischen der UD-Längsfaser und Keramikstreifen liegenden UD-Carbonfaser-Schicht (5) in Querrichtung. Die beiden UD- Längsfaserschichten schützen die gesamte Platte an Oberseite und Unterseite vor Bruch bei Biegebelastung in Längsrichtung der Platte, wobei die UD-Faserschicht in Querrichtung das Abbrechen der Kante bei Biegelast durch Knicken am Rand der Platte in Querrichtung verhindert, wenn diese zum Beispiel über das Auflager eines Küchenunterschrank-Korpus hinausragt. Besondere Stabilität wird dann erreicht, wenn die Carbon-Fasenaunter Vorspannung auf den Keramikstreifen aufgebracht sind.

Claims

Ansprüche
1 ) Stein- Kunststein- oder Keramikplatte, die durch einen oder mehrere Material- Streifen an der Kante oder den Kanten an der Unterseite der Platte stabilisiert ist, wobei der stabilisierende Streifen selbst aus Steingut, Keramik, Glas, Holz oder anderem druckstabilem Material besteht, welches an Oberseite und Unterseite mit
Fasern beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern an der Unterseite des Streifens hauptsächlich in Längsrichtung ausgerichtet sind.
2) Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschichten auf der Oberseite des Streifens hauptsächlich in Längsrichtung angeordnet sind.
3) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Faserschichten auf der Oberseite des Streifens hauptsächlich in Querrichtung angeordnet sind.
4) Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschichten auf der Oberseite des Streifens in einer Schicht ausschließlich in
Querrichtung angeordnet sind und in einer weiteren Schicht an der Oberseite ausschließlich in Längsrichtung ausgerichtet sind.
5) Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Faserschicht auf der Oberseite des Streifens ausschließlich in Längsrichtung als Schicht angeordnet ist.
6) Anordnung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die
Faserschichten unter Vorspannung auf den Streifen aus druckstabilem Material aufgebracht sind.
7) Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht aus Carbonfasern, Glasfasern oder Steinfasern bzw. einem Gemisch aus diesen Fasern besteht. 8) Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Streifen in seinem Kern aus Naturstein, Basalt, Granit, Marmor, Keramik, Glaskeramik, Kunststein, Beton, Glas, anderen mineralischen Materialien oder Hartholz besteht. 9) Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausdehnungskoeffizient eines aus Steingut bestehenden Streifen möglichst gleich oder identisch dem der zu stabilisierenden Steinlatte ist.
10) Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen mit einer speziell in Längsrichtung zugstabil ausgeführten Oberseite des Streifens in einer Ausfräsung unterhalb der Platte möglichst dicht unter die Oberfläche der zu stabilisierenden Steinplatte angebracht bzw. eingebracht oder eingeklebt wird.
1 1) Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Streifen mit einer speziell in Längsrichtung zugstabil ausgeführten Oberseite des Streifen in einer Ausfräsung unterhalb der Platte so eingebaut ist, dass die Oberseite des Streifen oberhalb der Mittellinie der zu stabilisierenden Steinplatte angebracht bzw. eingebracht oder eingeklebt wird.
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