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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Zellstoffverbundelement für
den trockenen Bau von Wänden, Decken und Fußböden
von Gebäuden, das aus dicken Platten aus zellstoffhaltigem
Material mit darin eingeschlossenen Hohlräumen besteht.
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Die
Zellulose ist in Pflanzen zu über 50% der Bestandteil von
Zellwänden und damit einer der häufigsten organischen
Verbindung der Erde. Die chemische Formel lautet: (C6H10O5)N.
Technisch wird Zellulose als sog. Zellstoff durch Abschleifen aus
Holz gewonnen und dient als Grundstoff in der Papierindustrie, der
Bekleidungsindustrie sowie als Rohstoff für zahlreiche
andere Anwendungen in anderen Bereichen. Schon seit Jahrhunderten
ist Zellulose als wesentlicher Bestandteil von Papier und Pappe
bekannt. Unter dem Mikroskop wird deutlich, dass die einzelnen Fasern
in den verschiedensten Richtungen orientiert sind und ähnlich
wie ein Vlies vielfältig miteinander vernetzt sind. Daraus
ergibt sich, dass Papier und Pappe in Richtung ihrer Fläche
mit relativ hohen Zugkräften belastet werden können,
andererseits jedoch senkrecht zur Fläche mit relativ sehr niedrigen
Kräften gekrümmt werden können. Mit zunehmender
Stärke kann ein Papier in seiner Ebene immer höhere
Druckkräfte aufnehmen und wird dann Karton genannt. Ab
etwa 1,5 mm Dicke und einem Flächengewicht von etwa 600
g/m2 wird es als Pappe bezeichnet.
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Zellulose
ist in Wasser und in den meisten organischen Lösungsmitteln
unlöslich. Die Löslichkeit der meisten Papiere
und Pappen im Wasser ist deshalb nicht durch das Grundmaterial,
sondern durch die zur Verbindung der Zellulosefasern verwendeten Klebstoffe
bedingt.
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Da
die Zugbelastbarkeit von Papier oder Pappe in der Ebene erheblich
höher ist als die Druckbelastbarkeit, kann ein Bogen Papier
oder ein Stück Pappe erheblich höheren Druckkräften
standhalten, wenn er säulenartig oder röhrenartig
gekrümmt wird, weil dadurch die Druckkräfte in
der nunmehr gekrümmten Fläche des Papiers teilweise
zu Zugkräften abgeleitet werden.
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Deshalb
wurde schon 1871 ein wellenförmig profilierter Karton mit
den äußersten Bereichen der Täler und
Berge seiner Wellen zwischen zwei ebenen Kartonstücken
eingeklebt. Dieser Werkstoff ist als Wellpappe das führende
Grundmaterial in der Verpackungsindustrie und beweist dort auch
bei der Transportverpackung von Gütern mit besonders hohem
Gewicht, wie z. B. Verbrennungsmotoren, seine Tragfähigkeit.
Andererseits ist er durch das kostengünstig und überall
erhältliche Rohmaterial und durch eine Vielzahl von perfektionierten
Verarbeitungsmaschinen eines der kostengünstigsten Plattenmaterialien,
das nach derzeitigem Stand der Technik verfügbar ist.
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Deshalb
ist Pappe und Wellpappe auf derzeitigem Stand der Technik auch eine
Komponente, die im Hochbau als eine von mehreren Schichten in Platten
und Verbundwerkstoffen verwendet wird. Es hat auch immer wieder
Versuche gegeben, den bisher prozentual sehr geringen Anteil von
Wellpappe im Hochbau zu vergrößern und das Material
nicht nur als eine von mehreren Schichten einzusetzen, sondern wesentliche
Bestandteile von Wänden und Dächern daraus zu
formen.
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So
beschreibt z. B.
US 4,346,541 ,
Schmitt eine Platte für Wände und Decken, die
aus mehrfach gefalteter Wellpappe besteht, deren Hohlräume
mit Polyurethan ausgeschäumt sind. Nach außen
hin ist die Wellpappe mit einer Kunststofffolie überzogen und
wird mit diesem Witterungsschutz für Außenwände
und für Dächer vorgesehen. Ein wesentlicher Nachteil
dieser Konstruktion ist jedoch, dass die Wellpappe mehrfach gefaltet
wird. Die Faltung bedingt, dass in den Knickstellen entlang der
Faltungslinien die wellenförmigen Schichten der Wellpappe zusammengedrückt
werden, wodurch die isolierende Wirkung der Wellpappe reduziert
wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass an den Faltstellen zahlreiche
Fasern entweder selbst zerbrochen oder aus der Verbindung mit den
benachbarten Fasern gelöst werden, wodurch das Material
weiter geschwächt wird. Nicht zuletzt zur Stärkung
dieser durch Falzen und Knicken erheblich geschwächten
Bereiche der Wellpappe sind in
US
4,346,541 die Hohlräume mit Polyurethan ausgeschäumt.
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US 6,557,308 , Snell beschreibt
kleine, einstückige Häuschen, die ausschließlich
aus Wellpappe hergestellt sind. Zur Herstellung wird die Positivform
eines Hauses, bestehend aus Fußboden, Wänden und
Dach in einem Stück aufgestellt, um diese Form herum werden
mehrere Lagen von Wellpappe aufgewickelt und miteinander verklebt.
Durch die Verklebung der einzelnen Schichten entsteht eine quasi
einstückige Konstruktion von Fußböden,
Wänden und Dächern, jedoch ohne Decken. Der entscheidende
Nachteil ist, dass ein sehr sperriges Teil entsteht, das wegen seines
großen Hohlraumes nur mit unverhältnismäßig
hohem Aufwand transportiert werden kann. Die für einen
Transport max. möglichen Höhen, Breiten und Längen
begrenzen die Abmessung der nach diesem Verfahren herstellbaren Häuser.
Größere Häuser müssen mit entsprechenden
Formen vor Ort erstellt werden, wofür entsprechend gigantische
Formen und dafür erforderliche Kräne erforderlich
sind. Ein wesentlicher Nachteil dieses Prinzips ist es jedoch, dass
nach diesem Verfahren an beiden Seiten offene Hohlkörper
entstehen, deren effizien te und dauerhafte Verbindung ungeklärt
bleibt. Nicht näher spezifiziert ist auch die Erstellung
der Giebelwände.
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Als
weitere Alternative wird das Zusammenfalten des entstandenen Hohlkörpers
durch Einritzen und Falten an Stellen mit sehr engem Krümmungsradius
beschrieben. Durch diese Faltung wird jedoch die Wellpappe – sowie
zuvor bereits erläutert – entscheidend geschwächt.
Das anschließende Zurückfalten in die ursprüngliche
Form schwächt die Verbindungsstelle weiter, so dass sie
zu einer Sollbruchstelle wird.
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Auf
diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt,
ein Bauelement für den Hochbau zu entwickeln, das vor allem
aus Wellpappe besteht und auch für den mehrgeschossigen
Hochbau geeignet ist, auf vorhandenen Maschinen produzierbar ist,
mit den üblichen Transportmitteln verfrachtet werden kann
und mit den im Trockenbau üblichen Hilfsmitteln in kurzer
Zeit verbaut werden kann und so die Herstellung von kostengünstigen
und energiesparenden, recyclebaren Gebäuden erlaubt.
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Als
Lösung präsentiert die Erfindung ein Zellstoffverbundelement,
bei dem jede Platte aus mehreren, miteinander verklebten Schichten
von Blättern oder dünnen Platten besteht, von
denen mehrere das Profil einer Welle oder eines Mäanders
aufweisen und innerhalb dieses Profils zahlreiche Hohlräume bilden
und mehrere Platten miteinander verbindbar sind.
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Das
entscheidende Element der Erfindung ist also, dass die plattenförmigen
Bauelemente für Wände, Fußböden,
Decken, Dächer, Treppen und andere Ein- und Anbauten eines
Hochbaus fast überwiegend nur aus Zellstoff bestehen, der
so – wie prinzipiell für Well pappe bekannt – aus
mehreren, übereinander geschichteten und miteinander verklebten Blättern
besteht. Dabei ist max. jedes zweite Blatt profiliert und zwar entweder
in Form einer Wellenlinie oder in Form eines Mäanders,
welcher durch fortlaufendes Abwinkeln eines Streifens entstehe und
zwar folgen auf jeweils zwei nach rechts gerichtete Abwinklungen
wiederum zwei nach links gerichtete Abwinklungen und dann wieder
zwei nach rechts gerichtete Abwinklungen, wobei der Winkel vorzugsweise im
Bereich von 90 Grad legt, im Prinzip jedoch jeden Wert größer
als 0 und kleiner als 180 Grad einnehmen kann.
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Der
entscheidende Fortschritt der erfindungsgemäßen
Zellstoffverbundelemente gegenüber dem bisherigen Stand
der Technik ist die Verbindung eines Elementes mit dem nächsten.
Aus der Verpackungstechnik, ebenso wie aus dem bisher bekannten
Stand der Technik für die Anwendung für Wellpappe
im Hochbau werden zur Verbindung von Wellpappstücken, insbesondere
bei Eckverbindungen, Teile der Wellpappe abgewinkelt und mit dem nächsten
Element aus Wellpappe verbunden, meist durch Kleben, aber z. T.
auch mit zusätzlichen, anderen Verbindungselementen.
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Dabei
ist – wie schon im Stand der Technik erwähnt – ein
gravierender Nachteil, dass durch das Abwinkeln oder Abbiegen die
Stärke der Wellpappe reduziert und dadurch deren Tragfähigkeit
gemindert wird und ein weiterer, wesentlicher Nachteil, dass der durch
die profilierten Blätter geschaffene Hohlraum in seinem
Volumen vermindert wird, was die thermische Isolation reduziert
und dass bei all zu scharfem Abwinkeln sogar einzelne Blätter
angerissen werden, wodurch benachbarte Hohlräume miteinander
verbunden werden, was zu einer Verstärkung des Luftaustausches
zwischen diesen Hohl räumen und damit zu einer deutlichen
Reduzierung der thermischen Isolation führt.
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Für
den Fachmann ist das bei den meisten anderen Anwendungen auch genutzte
Abwinkeln oder Abbiegen der Schichten nahe liegend und deshalb so
weit verbreitet.
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Im
Gegensatz dazu ist der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen
Zellstoffverbundelemente, dass zum Verbinden der Platten nicht zwangsläufig
einige Schichten oder die gesamte Platte abgewinkelt und geknickt
werden muss. Das Prinzip der Erfindung schließt zwar nicht
aus, dass als Variante zum Beispiel kleine Laschen ausgebildet werden,
die als Montagehilfe abgewinkelt und in entsprechende Schlitze der
benachbarten Platte eingesteckt werden. Im Gegensatz zu den meisten
anderen Bauelementen mit Zellstoffanteil ist die Erfindung jedoch
keinesfalls darauf angewiesen.
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Eine
sehr interessante Ausführungsform der Erfindung ist, dass
in die Stirnkanten ein Plattenverbinder direkt integriert wird,
der das Abwinkeln oder Abbiegen der Schichten vermeidet, womit erfolgreich die
vom Abbiegen verursachte Schwächung von Tragfähigkeit
und Isolation eliminiert wird.
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In
einem sehr einfachen Fall wäre es denkbar, dass die Zellstoffverbundelemente
als quaderförmige Platten gestaltet sind, die durch aufgesetzte Verbindungsstreifen
miteinander verbunden werden. Diese seitlich aufgesetzten Verbindungsstreifen
sind entweder flächige Elementen, die über die
Fuge zwischen zwei aneinander grenzenden Elementen hinweg aufgeklebt
werden und/oder längliche Befestigungselemente, wie z.
B. Schrauben, die durch Öffnungen in den Zellstoffverbundelementen
hindurch reichen. Flächige Verbin dungsstreifen können
durch solche länglichen Befestigungselemente zusätzlich abgesichert
werden. Diese Art der Verbindung ist zusätzlich auch durch
Zugkräfte belastbar, welche die beiden miteinander verbundenen
Platten ansonsten trennen würde.
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Denkbar
ist es auch, die beiden benachbarten Platten durch eine Klebstoffschicht
an den Stirnkanten miteinander zu verbinden. Dabei ist jedoch zu beachten,
dass – insbesondere bei parallel zur Außenseite
verlaufenden Blättern – die Stirnflächen
der profilierten Blätter nicht exakt einander gegenüber stehen,
so dass der Klebstoff nicht nur eine ausreichende Klebwirkung aufweisen
muss, sondern zusätzlich noch eine selbsttragende Schicht
bildet, mit Hilfe derer er die Endbereiche der Hohlräume
in den profilierten Blättern überbrückt
und eine zugkraftbelastbare Verbindung zwischen Klebstoffschicht
und profilierten Blättern herstellt. Dabei ist zu beachten, dass
die Klebstoffschicht, die in der Regel von außen nach innen
durchläuft, nicht thermisch besonders gut leitet und damit
unerwünschte Wärme in den Innenraum überträgt.
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Die
zuvor erwähnten Verbindungsarten zeigen, dass die Art des
gewählten Plattenverbinders auf die Ausrichtung der Blätter
in den erfindungsgemäßen Zellstoffverbundelementen
abzustimmen ist. Dabei sind mehrere Arten der Ausrichtung der Blätter denkbar:
Die
Erfindung bevorzugt die Ausrichtung der Blätter parallel
zur Außenfläche der Platten. Ein Vorteil ist, dass
dadurch sämtliche Blätter von dem Plattenverbinder
an der einen Kante bis zum gegenüberliegenden Plattenverbinder
an der anderen Seite durchlaufen, wodurch die Platte mit weit höheren
Druck- und auch Zugkräften belastbar ist, als bei einem
Verlauf der Blätter senkrecht zur Außenfläche.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die offenen Stirnseiten der profilierten
Blätter nur in den Bereich der Plattenverbindungen hinein
ausgerichtet sind und dort durch die Plattenverbindung bzw. durch
die benachbarte Platte abgedeckt werden.
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Vom
Prinzip her ist es auch denkbar, dass die Blätter eines
erfindungsgemäßen Zellstoffverbundelementes senkrecht
zur Außenfläche orientiert sind. Ein Vorteil ist,
dass solche Elemente relativ einfach zu gewölbten Elementen
geformt werden können, sogar auf der Baustelle. Dabei ist
jedoch eine Einschränkung, dass dann auf der Außenfläche
die Hohlräume der profilierten Blätter sichtbar
werden und mit einer weiteren Schicht abgedeckt werden müssen.
Außerdem ist die Stabilität des Verbundelementes
geringer als bei parallel zur Außenfläche verlaufenden
Blättern.
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Im
Sinne einer größtmöglichen Stabilität, also
einer in jedem Punkt gleichen Belastbarkeit, sollten die Wellenberge
und Wellentäler der wellenförmig profilierten
Blätter eine etwa gleiche Breite aufweisen. Es ist auch
vorteilhaft, wenn sie parallel zueinander verlaufen. Das Gleiche
gilt für die Linien der Abwinkelung mäanderförmig
profilierter Blätter, wobei die Mäanderform vorteilhafter
Weise nicht etwa durch mehrfaches Abknicken einer zu Beginn vollkommen
ebenen Kartonfläche entsteht, sondern bereits bei der Herstellung
des mäanderförmigen Profils in die noch bewegliche
Masse aus Zellstofffasern und Verbindungsmaterial eingeformt wird,
so dass nach dem Erhärten auch in den Winkelstellen keine
Fasern zerbrochen oder vom verbindenden Klebstoff gelöst sind.
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Bei
Wandelementen, die auch tragende Funktionen übernehmen
sollen, wie z. B. bei Wänden, ist es sinnvoll, dass die
Wellenlinien der profilierten Schichten in Richtung der größten
Kraft ausgerichtet sind, bei Wänden also senkrecht.
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Es
kann Anwendungen, wie z. B. Deckenplatten größerer
Spannweite geben, bei denen die beste Tragfähigkeit dann
erzielt wird, wenn die Ausrichtung der Wellenberge einer profilierten
Schicht von Schicht zu Schicht gegeneinander abwechselt, so dass
sich die Wellenlinien der benachbarten Schichten kreuzen. Für
rechteckige Platten liegt dabei ein Kreuzungswinkel von 90 Grad
nah.
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Die
bevorzugte Form eines Zellstoffverbundelementes wird in der Praxis
voraussichtlich das Rechteck sein, weil sich daraus die meisten
Kombinationsmöglichkeiten ergeben und weil auch die überwiegende
Mehrheit aller Ausrüstungsgegenständen von Gebäuden
sowie aller Materialien zum Bau auf rechteckige Formen abgestimmt
sind.
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Wie
bereits erläutert, ist es ein wesentlicher Vorteil der
erfindungsgemäßen Zellstoffverbundelemente, dass
sie über ihren Querschnitt hinweg zahlreiche, sehr kleine
Hohlräume enthalten. Bis zu einer gewissen Grenze verbessert
sich durch immer kleiner werdende Hohlräume und damit über
einen gegebenen Querschnitt hinweg erhöhte Anzahl von Hohlräumen,
die thermisch isolierende Wirkung einer Platte. Eine weitere Erhöhung
der isolierenden Wirkung kann dadurch erreicht werden, dass möglichst viele
der profilierten Blätter auf zumindest einer Seite mit
einer wärmereflektierenden Beschichtung, wie z. B. einer
Aluminiumfolie versehen sind. Zusätzlich zu der Verminderung
des Wärmeaustausches wegen Konvektion mittels der zahlreichen
kleinen Hohlräume, wird dadurch auch noch die Wärmeübertragung durch
Strahlung weiter blockiert.
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Zellstoff
ist prinzipiell nicht wasserlöslich und daher für
die Verwendung als Baustoff gut geeignet. Durch den Klebstoff zur
Verbindung der einzelnen Klebstofffasern und durch entsprechende
Zuschlagstoffe und/oder entsprechende Beschichtungen der Fasern
und/oder der Blätter und/oder der Bauelemente können
sie schlammhemmend oder kaum brennbar und/oder feuchtigkeitsabweisend
oder wasserbeständig und/oder pilzhemmend (Fungizid) und/oder
termitenunverträglich und/oder biologisch abbaubar und/oder
elektrisch leitfähig gestaltet werden.
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Eine
weitere, sinnvolle Verstärkung ist eine Schicht aus einem
netzartigen oder textilen Material. Wenn diese Schicht an der Außenfläche
oder nahe der Außenfläche angeordnet ist, wird
damit die Widerstandsfähigkeit der Außenfläche
erhöht. In einer Ausführungsvariante können
die Filamente dieser Schicht in den Plattenverbinder hineingeführt
werden und mit dem Plattenverbinder verbunden werden. Durch diese
Konfiguration ist die Zugfestigkeit der Platte weiter erhöht.
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Wenn
das Netzwerk aus Drähten geflochten ist und wenn diese
Drähte bis in die Plattenverbindung hineingeführt
sind und dort mit den Drähten des benachbarten Zellstoffverbundelementes
verbunden sind, können auch erhebliche Zugkräfte
von der Gesamtstruktur aufgenommen werden. Als weitere Verstärkung
ist es denkbar, Zwischenschichten aus Metall aufzubauen Diese Metallflächen
können als elektrische Abschirmung des Innenraumes genutzt
werden, wenn sie mit gleichartigen Metallflächen in benachbarten
Platten verbunden werden. Alternativ ist es auch denkbar, nur die
Metallschichten von wenigen, ausgewählten Elementen untereinander
zu verbinden und auf diese Weise Empfangsantennen zu bilden, die
in ihren Eigenschaften auf die zu empfangende Frequenz abstimmbar
sind.
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Wenn
die Metallschichten sehr kräftig ausgebildet sind und die
Verbindung der Metallflächen sehr belastbar ist, wie z.
B. durch eine Verschraubung, kann die entstehende Struktur auch
sehr hohen Kräften standhalten.
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Alternativ
können die eingelegten Zwischenschichten zusätzliche
Funktionalitäten, wie z. B. Heizung oder Kühlung übernehmen.
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Je
nach gewünschtem Aufbau der Wand kann eine dampfsperrende
Folie als Zwischenschicht sinnvoll sein.
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Prinzipiell
ist es für ein erfindungsgemäßes Zellstoffverbundelement
ohne weiteres möglich, eine Zwischenlage aus beliebigem
anderen Material einzubringen. Genannt werden Metall, Gips, faserverstärkter
Gips, Beton, faserverstärkter Beton, Porenbeton, Kunststoff,
Lehm, Holz oder Holzwerkstoff oder Putzträger mit Putz.
Dabei ist die Stärke der Schicht, die Positionierung dieser
Schicht entweder nahe der Innenwand oder in der Mitte oder nahe
der Außenwand sowie die Auswahl des dazwischenliegenden
Werkstoffes abhängig vom Gesamtkonzept des Gebäudes
und dessen bauphysikalischer Auslegung.
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Eine
weitere interessante Alternative ist, einige Hohlräume
einer oder mehrerer profilierter Schichten mit Sand zu befüllen.
Dadurch wird die schallisolierende Wirkung des Elementes weiter
verstärkt, wobei das Verhältnis zwischen der Gewichtserhöhung
und der erreichten Schalldämpfung besonders günstig
ist, weil ein nennenswerter Anteil der im Schalldruck enthaltenen
Energie durch Reibung der vom Schall bewegten Sandkörner
aneinander abgefangen wird.
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Als
eine andere Alternative können einige Hohlräume
wenigstens einer profilierten Schicht mit einem Isoliermaterial
ausgefüllt werden, wodurch der thermische Widerstand des
Bauelementes und damit die Isolationsfähigkeit steigt.
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Eine
weitere, vorteilhafte Option ist eine luft- und/oder wasserdichte
Folie, die das gesamte Zellstoffverbundelement umgibt. Dadurch wird
nicht nur das Bauelement selbst gegen Feuchtigkeit oder aggressive
Gase geschützt, sondern es können zusätzlich
die Hohlräume im Inneren zumindest teilweise evakuiert
werden, wodurch die Isolationsfähigkeit des Elementes deutlich
erhöht wird. Alternativ können innerhalb der umgebenden
Folie auch einige Hohlräume mit einem Gas befüllt
werden, wodurch im Vergleich zu einer Luftbefüllung die
Isolationseigenschaften verbessert werden können.
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Auch
wenn innerhalb der Folienumhüllung nur Luft in den Hohlräumen
vorhanden ist, so ermöglicht die trennende Folie, dass
diese Luft vor dem Einbringen getrocknet wird, so dass sich im Inneren auch
bei Temperaturschwankungen nur wenig oder gar kein Kondenswasser
bildet.
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Eine
weitere nützliche Option ist das Einbringen von Leerräumen
oder Hohlräumen für Installationsleitungen, die
die Versorgung mit Strom, Wasser, Gas, Luft und anderem übernehmen
können. Denkbar sind auch Elemente, die Öffnungen
für Türen, Fenster, Durchreichen oder andere Einbauten
enthalten. Möglich ist es, diese Elemente bereits bei der Fertigung
einzubauen und auf der Baustelle nur zusammen mit dem erfindungsgemäßem
Zellstoffverbundelement in das Haus zu montieren. Genannt werden
Türen, Fenster, Durchreichen, Klappen, Schaltkästen,
Heizungselemente, Kühlelemente, Be leuchtungskörper,
Elektroschalter, Sanitärelemente oder Wandschränke.
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Wie
bereits beschrieben, ist es ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen
Zellstoffverbundplatten, dass ein geeigneter Plattenverbinder integriert
ist, wofür die verschiedensten Ausführungsformen
möglich und denkbar sind. Eine sehr einfache Form ist eine
randseitige Vertiefung. Eine solche Vertiefung kann durch materialabhebende
Bearbeitungen, wie Schneiden oder Fräsen in eine Platte
eingebracht werden. Interessanter ist es jedoch, die Vertiefung
dadurch zu bilden, dass die Platte aus Blättern verschiedener
Größe aufgebaut wird, weil dann kein Abfall entsteht.
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Eine
besonders interessante und auf die Struktur der erfindungsgemäßen
Platte abgestimmte Ausbildung der Randverbinder, ist es im Randbereich die
Profilierung einiger Schichten entfallen zu lassen, wodurch im Randbereich
der Querschnitt kleiner wird. Es ergibt sich dabei, dass die auf
eine profilierte Schicht folgende Lage im Randbereich treppenförmig
auf den nichtprofilierten Bereich herunter geführt wird.
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Diese
Treppe kann natürlich durch zweimaliges Umbiegen des jeweiligen
Blattes gebildet werden. Weil dabei jedoch das Blatt in den Falzstellen
etwas geschwächt wird, ist es noch vorteilhafter, diesen Absatz
gleich bei der Herstellung des noch weichen Blattes einzubringen.
Daraus ergibt sich ein in etwa wannenförmiges Teil, dessen
gewinkelte Bereiche ebenso stabil sind, wie die flachen Bereiche.
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Dabei
kann die randseitige Vertiefung nicht nur als Kerbe, sondern auch
als Nut ausgebildet werden. Für die Verbindung mehrerer
Platten zu einer großen Fläche ist es besonders
vorteilhaft, wenn die randseitige Vertiefung komplementär
zum Randbereich einer anderen ähnlichen Platte geformt
ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zu der randseitigen
Vertiefung der einen Platte ein über die Stirnkante herausragender
Falz der benachbarten Platte komplementär ist.
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Denkbar
ist es auch, dass zwei benachbarte Platten jeweils eine Vertiefung
aufweisen, die mit einem Verbindungsstreifen als dritten Element
wieder flächenbündig gefüllt ist, das
jeweils zu einer Hälfte in eine Platte hinein ragt oder
auf einer Kerbe aufliegt. Dadurch entstehen Bauelemente, deren Verbindung als
Nut und Feder gestaltet ist. Möglich ist eine solche Verbindungsart
auch bei der ausschließlichen Verwendung von identischen
Platten, bei denen dann jeweils gegenüberliegende Kanten
komplementär zueinander ausgebildet sind und sich auf diese
Weise bausteinartig zusammenstecken lassen.
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Als
Form der Platte liegt – wie bereits erwähnt, ein
Rechteck am nächsten, da es sehr verschiedene Kombinationen
erlaubt. Denkbar sind jedoch auch sechseckige Platten, die wie Bienenwaben
aneinander gesetzt werden. Regelmäßige Sechsecke
deren Stirnkanten einen Winkel von weniger als 90 Grad zur Außenfläche
einnehmen, sind besonders gut für den Bau von polygonalen
Kuppeln oder Domen geeignet. Platten, die als regelmäßiges Achteck
geformt sind, benötigen als weiteres Element zum Füllen
der Lücken Quadrate mit der Kantenlänge des Achtecks.
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Prinzipiell
sind auch geschwungene Außenlinien für die Kontur
der Platten möglich, wobei sinnvoller Weise einander gegenüberliegende
Außenlinien zueinander komplementär sein müssen,
damit alle Elemente fugenlos aneinander setzbar sind.
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Für
die Montage und den Versand erfindungsgemäßer
Zellstoffverbundelemente ist es vorteilhaft, wenn die Plattenverbinder-Funktion
des Randbereiches nicht nur als Kerbe oder Nute ausgeformt ist,
sondern zusätzlich durch Versteifungselemente verstärkt
ist. Diese Versteifungselemente können mit den Blättern
verklebt, verschraubt, vernietet, verklammert oder verpresst sein.
Als Werkstoff für die Verstärkungselemente bietet
sich vor allem Holz oder Holzwerkstoff an.
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Dabei
ist es eine interessante Ausführung, dass die Verstärkungselemente
als U-förmige Rahmen ausgebildet sind, deren Schenkel nach
innen weisen und in beidseits entlang der Kante angeordnete Vertiefungen
der Platte eingreifen. Wenn diese Randstreifen miteinander zu einem
stabilen Rahmen verbunden sind, erlauben sie auch die Übertragung von
Zugkräften durch die Platte. Alternativ oder ergänzend
können die Versteifungselemente mit den Stirnkanten der
Blätter verklebt werden oder durch Schrauben, Klammern
oder andere Metallelemente, die quer durch die Blätter
verlaufen, mit ihnen verbunden werden.
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Mit
solchen hölzernen Randverstärkungen kann ein erfindungsgemäßes
Zellstoffverbundelement genauso verbaut werden, wie das mit bisher
im Trockenbau üblichen Plattenelementen geschehen konnte.
Wenn also z. B. die U-förmige Versteifung am Rand der Platte
so schmal ist, dass gegenüber der Außenfläche
noch ein Absatz verbleibt, kann – wie erwähnt – dieser
Absatz mit einem Verbindungsstreifen gefüllt werden, der
mit seiner anderen Hälfte über die Kerbe der verbleibenden
Platte hinweg ragt und diese bündig abschließt.
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Ein
erfindungsgemäßes Zellstoffverbundelement kann
auf seiner Außenfläche und/oder seiner Innenfläche
als Witterungsschutz und/oder als Dekoration und/oder als Verstärkung
mit den verschiedensten Materialien und Werkstoffen ausgerüstet werden.
Genannt werden Trapezblech, andere Blechplatten, Schindeln, Dachelemente,
Betonplatten, Keramikplatten, Wandkacheln, Kunststoffplatten, Kunststoffelemente,
Gipsplatten, Holzplatten, Fußbodenbeläge, Solarelemente,
Reliefprägungen, Tapeten, Dekorationsfolien, Farbschichten
und/oder auf Putzträger aufgebrachter Putz.
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Denkbar
ist es auch, dass im Inneren ein Hohlraum vorhanden ist, der entweder
leer bleibt oder mit einem anderen isolierenden und/oder verstärkenden
Werkstoff gefüllt wird.
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Erfindungsgemäße
Zellstoffverbundelemente sind im Hochbau universell einsetzbar für
Wände, Vorsatzschalen, Vorwände, Dächer,
Decken, Fußböden, Treppen, Zwischenwände
und andere flächige Elemente.
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Für
die Verbindung mehrerer Platten zu einer Wand ist es eine besonders
interessante Ausführungsvariante der Zellstoffverbundelemente,
wenn die einzelnen Platten am gesamten Rand mit einer umlaufenden,
rechteckigen Einkerbung versehen werden, die mit komplementär
dazu geformten Verbindungsstreifen ausgefüllt werden können.
Diese Verbindungsstreifen sind bevorzugter Weise doppelt so breit
wie die randseitig umlaufenden Einkerbungen. Dadurch können
sie in die beiden Einkerbungen von zwei benachbarten Platten eingelegt
werden. Wenn die Tiefe der Einkerbung der Stärke der Verbindungsstreifen
entspricht, schließt die Außenfläche der
Verbindungsstreifen bündig mit der Außenfläche der
Platten ab. Im Ergebnis entsteht eine ebene Außenfläche
der Wand, innerhalb derer die Platten zug- und druckfest durch die
Verbindungsstreifen miteinander verbunden sind.
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Als
Werkstoff für die Verbindungsstreifen bietet sich Holz
oder ein Holzwerkstoff an. Wenn auch die Verstärkungselemente
im Bereich der Plattenverbinder aus dem gleichen Material geformt
sind, kann der Verbindungsstreifen wirkungsvoll mit den Verstärkungselementen
verschraubt und/oder verklebt werden. Denkbar sind auch Nägel,
Klammern oder Verbindungsbleche, die zahlreiche, zu beiden Seiten ausgeklinkte,
dreieckige Blechspitzen aufweisen, die nach Art eines Nagels zwischen
Verstärkungselement und Verbindungsstreifen eingepresst
werden.
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Eine
vorteilhafte Anwendung ist z. B. eine Wand mit vertikalen Stützen
und/oder waagerechten Riegeln aus Holz, Metall oder Beton, zwischen
die erfindungsgemäße Platten eingepasst sind.
Bei Dächern können Zellstoffverbundelemente bis
zu gewissen Spannweiten ohne zusätzliche Stützkonstruktion selbst
alle Lasten tragen.
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Es
sind sogar Decken geringerer Spannweite, wie z. B. über
Fluren, aus erfindungsgemäßen Zellstoffverbundelementen
denkbar. Dabei kann eine Erhöhung der Tragfähigkeit
dadurch erreicht werden, dass der Querschnitt der Decke gewölbeartig
ausgebildet wird, d. h. in der Mitte der Decke einen geringeren
Querschnitt aufweist als nach außen hin. Für diese
Anwendung sind Deckenelemente denkbar, die einen trapezförmigen
Querschnitt aufweisen, sodass die Decke an ihrer Oberkante eine
ebene Fläche bildet, die Unterkante jedoch polygonal geformt
ist.
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Wenn
die Decken größere Spannweiten überbrücken
sollen, können erfindungsgemäße Platten
oder ganze Zellstoffverbundelemente zwischen oder auf die Deckenbalken
gesetzt werden.
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Möglich
sind sogar Treppenstufen, die bei entsprechender Stärke
ausschließlich aus Zellstoffverbundmaterial bestehen. Auch
hier können die einzelnen Treppenstufen als im Querschnitt
trapezförmige Elemente gebildet werden. Alternativ ist
es denkbar, quaderförmige Platten zu L-förmigen
Bauelementen zu verbinden, die die Trittfläche und die
Vorderkante einer Treppenstufe bilden. Diese Elemente können
beidseits in Wandelementen eingefügt werden. Alternativ
können sie auch auf geneigte Balken als Träger
aufgesetzt oder dazwischen eingefügt werden. Für
Treppen größerer Breite kann es sinnvoll sein,
die erfindungsgemäßen Zellstoffverbundelemente
durch zusätzliche, quer zur Richtung der Treppe verlaufende
Träger zu unterstützen.
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Im
Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
anhand von Beispielen näher erläutert werden.
Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern
nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1:
Perspektivische Darstellung einer geschnittenen Platte
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2:
Vollständige Darstellung der in 1 geschnittenen
Platte
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3:
Schnitt durch eine Decke-Wandverbindung mit den in 1 und 2 gezeigten
Platten
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Die 1 zeigt
als Teil eines erfindungsgemäßen Zellstoffverbundelementes
eine Platte 1. Sie besteht in dieser Variante aus kreuzweise
zueinander ausgerichteten, gewellten Blättern 2,
die jeweils mit einem ebenen Blatt 2 als Zwischenschicht
miteinander verklebt sind.
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Das
in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist
insgesamt sieben profilierte Blätter 2 auf, die hier
wellenförmig profiliert sind. Da sie kreuzweise zueinander
ausgerichtet sind, sieht man in der Schnittebene der 1 insgesamt
drei profilierte Blätter 2.
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Angrenzend
an die beiden Außenflächen 11 der Platte 1 ist
je eine weitere, profilierte Schicht zu erkennen. Ihre Hohlräume 3 sind
an der Kante der Außenfläche 11 der einbaufertigen
Platte 1 noch zu erkennen. Später werden sie – wie
in 3 gezeigt – noch durch die Seitenkante
einer Verbindungsplatte 6 abgedeckt.
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Im
Ausführungsbeispiel der 1 ist als Plattenverbinder 4 der
Platte 1 eine randseitig umlaufende, rechteckige Einkerbung
gezeigt. Diese Einkerbung ist so tief, dass ein profiliertes Blatt 2 nach
außen hin sichtbar wird. In die randseitige Einkerbung sind
Verstärkungselemente 5 parallel zur Außenfläche 11 eingelegt
und eingeklebt. Zwischen diese beiden Verstärkungselemente 5 ist
ein drittes Verstärkungselement 5 eingelegt und
zumindest verklebt, bevorzugter Weise jedoch verstiftet und/oder
verschraubt.
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Als
Werkstoff für die Verstärkungselemente wird Holz
oder ein Holzwerkstoff bevorzugt, da er für den Trockenbau
von Gebäuden seit Jahrhunderten bewährt ist und
deshalb ein sehr reiches Spektrum an Erfahrungen und Werkzeugen
vorliegt.
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In 1 ist
gut sichtbar, dass das Volumen einer erfindungsgemäßen
Platte 1 aus einer sehr großen Anzahl von stabförmigen
Hohlräumen 3 besteht, die sich zwischen den Wellenbergen
und den Wellentälern der profilierten Blätter 2 erstrecken.
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In 1 wird
deutlich, dass im Querschnitt einer Platte – schon in diesem,
sehr einfach aufgebauten Beispiel – von außen
nach innen bereits sieben voneinander abgetrennte Hohlräume überwunden
werden müssen, was eine sehr gute Isolierungswirkung plausibilisiert.
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In 2 ist
die in 1 gezeigte Platte 1 als vollständiges
Bauelement gezeichnet. 2 macht deutlich, dass die Platte 1 in
diesem Beispiel quaderförmig gestaltet ist. Alle in der
außen umlaufenden Kerbe angeordneten Verstärkungselemente 5 sind mit
den vier Stück stirnseitig angeordneten, weiteren Verstärkungselementen 5 zu
einem U-förmigen Rahmen verbunden, der entlang aller vier
Kanten der Platte 1 umläuft. Auf den Flächen
der Platte 1 ragt als kleinerer Quader je eine weitere
Schicht eines wellenförmig profilierten Blattes 2 mit
einer ebenen Außenfläche 11 heraus.
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Im
Ausführungsbeispiel der 2 ist die randseitig
umlaufende Einkerbung zur Hälfte mit den Verstärkungselementen 5 ausgefüllt.
In 2 wird nachvollziehbar, dass diese Verstärkungselemente 5 besonders
innig mit den Blättern 2 verbunden sein sollten.
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2 lässt
jedoch ebenfalls deutlich werden, dass bei einer sehr belastbaren
Verbindung der hier eingesetzten, insgesamt zwölf Stück
Verstärkungselemente 5 auch die Zugbelastbarkeit
der Plattenverbinder 4 hoch ist, da Zugkräfte,
die auf einer Seite auf ein Verstärkungselement 5 einwirken, über die
beiden benachbarten, U-förmigen Verstärkungselemente 5 auf
das der beaufschlagten Seite gegenüberliegende Verstärkungselement 5 weitergeleitet werden
und dort ausschließlich Druckkräfte auf die im
Innern der Platte 1 angeordneten Wellpappelemente ausübt.
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In 3 ist
gezeichnet, wie die in 1 und 2 vorgestellten
Platten 1 zu Wänden und Decken vervollständigt
und miteinander verbunden werden. 3 zeigt
zwei horizontale Platten 1, von denen die hintere an einer
Ecke geschnitten ist und dadurch die 7 Schichten aus profilierten
Blättern 2 zeigt, die zahlreiche Hohlräume 3 enthalten.
Die beiden, miteinander verbundenen Platten 1 in der Wand
des Obergeschosses bilden zusammen ein Zellstoffverbundelement.
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Als
Wand für beide Geschosse sind bereits drei Stück
Platten 1 eingebaut, von denen die beiden vorderen geschnitten
dargestellt sind, sodass ihr innerer Aufbau sichtbar wird. Die untere,
vertikale Platte 1 trägt auf ihrer oberen Stirnseite
als Decke eine waagerecht angeordnete Platte 1, die mit
ihrem nach unten weisenden und zur Außenfläche 11 parallel verlaufenden
Verstärkungselement 5 auf dem kantenseitigen Verstärkungselement 5 der
vertikalen Platte 1 aufliegt. Nach oben hin trägt
sie zwei weitere Platten 1, die ein Zellstoffverbundelement
für die Wand des Obergeschosses bilden.
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3 zeigt,
dass der vom Betrachter abgewandte, nach außen weisende
Teil des Plattenverbinders 4 der unteren, vertikalen Platte 1 eine
Fläche bildet, die mit der Stirnkante der horizontal aufgelegten
Platten 11 fluchtet, die wiederum mit der Fläche innerhalb
des Plattenverbinders 4 der beiden Platten 1 des
Obergeschosses fluchtet.
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Durch
die miteinander fluchtenden Ebenen der Randstreifen 4 von
den unteren Platten 1 mit den oberen Platten 1 und
der Stirnkante der als Decke verwendeten Platten 1 entsteht
an der Außenseite des Gebäudes eine horizontale
Einkerbung, die mit einem besonders breiten Verbindungsstreifen 6 gefüllt
werden wird, der in 3 noch in einem Abstand von
der Einkerbung gezeichnet ist.
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In 3 sind
in der Wand des Obergeschosses zwei vertikale Verbindungsstreifen 6 eingetragen,
von denen der linke schon mit den beiden, eingezeichneten Platten 1 verbunden
ist und der rechte Verbindungsstreifen 6 nur mit einer
Hälfte auf dem Plattenverbinder 4 der Platte 1 aufliegt;
die andere Hälfte des Verbindungsstreifens 6 wartet
noch auf die nächste, anschließende Platte 1.
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Im
Sockelbereich der Wand des Obergeschosses sind mehrere, sehr schmale
Verbindungsstreifen 6 zu erkennen, die den von der als
Decke verwendeten Platten 1 noch nicht abgedeckten Bereich
der horizontalen Plattenverbinder 4 abdecken und zu einer
ebenen Wand vervollständigen.
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Nach
dem gleichen Prinzip wie die Wand ist auch die Decke in 3 aufgebaut.
Es sind insgesamt 3 Stück horizontal angeordnete Verbindungsstreifen 6 in
der Decke zu erkennen, von denen die beiden rechten geschnitten
dargestellt sind. Am ganz vorne gezeichneten Verbindungsstreifen 6 wird
erkennbar, dass er in der rechteckigen Nut an der vorderen Kante
der (Decken-) Platten 11 eingeschraubt ist. Er ist dort
bis in das parallel verlaufende Verstärkungselement 5 verschraubt
und ragt nach vorne über.
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Unterhalb
des vorderen, horizontalen Verbindungsstreifens 6 bildet
sich zusammen mit der vertikalen Stirnkante der Platte 1 und
der Oberseite des Deckenbalkens 7 eine große Nut,
in die die nächste, benachbarte Platte 1 eingesteckt
und verschraubt wird.
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Der
Deckenbalken 7 ist in dieser Ausführungsvariante
in einer sehr kräftigen Ausführungsform dargestellt.
Denkbar ist, dass er durch vertikal angeordnete schmale Holzelemente
ersetzt wird, die dann die Last der horizontal angeordneten Platten 1 tragen.
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In 3 ist
als eine Ausführungsvariante für die T-förmige
Verbindung von erfindungsgemäßen Platten 1 gezeigt,
dass zwischen zwei fluchtende, aber zueinander beabstandete Platten 1 eine
weitere, dritte Platte 1 zwischengeschoben wird. Diese Form
der T-förmigen Verbindung ist vor allem für die Einbindung
von Decken in Wände geeignet. Es ist jedoch auch möglich,
drei aufeinander treffende Wände so zu verbinden.
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In 3 ist
nicht dargestellt, dass eine solche Verbindung auch durch direkt
aneinanderstoßende, miteinander fluchtende Platten und
eine mit ihrer Stirnseite daran angebundene dritte Platte 1 gebildet werden
kann.
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- 1
- Platte
aus mehreren Schichten 2
- 11
- Außenfläche
der Platte 1
- 2
- Blätter,
bilden die Schichten der Platte 1
- 3
- Hohlraum,
in Platte 1
- 4
- Plattenverbinder,
Teil der Platte 1, der zur Verbindung mit einer benachbarten
Platte 1 dient
- 5
- Verstärkungselement
im Plattenverbinder 4
- 6
- Verbindungsstreifen,
verbindet zwei benachbarte Platten 1
- 7
- Deckenbalken,
trägt zwei benachbarte Platten 1 als Deckenplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4346541 [0007, 0007]
- - US 6557308 [0008]