DE102011079934A1

DE102011079934A1 - Aluminium-Holzkern-Verbundprofil

Info

Publication number: DE102011079934A1
Application number: DE102011079934A
Authority: DE
Inventors: Klaus Krinner
Original assignee: Krinner Innovation GmbH
Current assignee: Krinner Innovation GmbH
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: DE102011079934B4

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Aluminium-Holzkern-Verbundprofil, das für Aufständerungen von Solarmodulen besonders geeignet ist. Es werden verschiedene Varianten von Aluminiumprofilen mit verschiedenen Varianten von Holzkernen so kombiniert, dass sich die Materialeigenschaften (Elastizitätsmodul, Dichte, Tragfähigkeit, Gewicht, Witterungsbeständigkeit, Umweltverträglichkeit) bestmöglich ergänzen.

Description

Es ist schon lange bekannt, ein Verbundprofil aus einem Holzkern und einem Metallmantel herzustellen und für die verschiedensten Anwendungen zu benutzen. Beispielsweise ist seit den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts aus der DE-OS 1 813 338 eine Gardinentragstange bekannt. Laut deren 2 und Anspruch 9 kann ein Hohlraum 18 dieser Gardinentragstange 12 durch einen Holzkern 27 gefüllt sein. Das Rohr 12 dieser Gardinentragstange besteht in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 aus einem Kunststoff, kann jedoch auch aus Metall gefertigt sein. Aluminium ist als Werkstoff der Ummantelung nicht vorgesehen; vielmehr ist auf Seite 4 eine dekorative Kontrastwirkung des Rohres 12 durch eine „Aluminfarbe” und eine „Goldfarbe” offenbart. Bei einer Abweichung von dem in 2 bevorzugt dargestellten Kunststoff 12 hin zu einem Metall als Werkstoff ist also nicht an Aluminium gedacht.
In ähnlicher Weise offenbart die Schrift DE-OS 1 552 045 eine Technik, aus der ein Verbundprofil mit einem Holzkern bekannt ist. Der Holzkern ist zumindest teilweise durch eine eng anliegende Metallblechhaut umgeben. Die Fabrikation des Verbundprofils geschieht durch eine Umbördelung des Holzkerns mit der Blechhaut, wobei die freien Kanten des Metalls in das Holz eingreifen.
Die zuletzt genannte DE-OS gibt als Anwendungsgebiete Treppengeländerstangen oder dergl. an. Demgegenüber zeigt das Gebrauchsmuster DE 20 2006 001 782 U1 insbesondere in 1 en Verbundprofil, bei dem eine U-förmige Verstärkungsschiene 20 eine Dachlatte 19 umhüllt, die als Trägerbauteil 18 eines Solarmoduls verwendet wird. Die Verstärkungsschiene 20, als deren Werkstoff von Stahlblech (verzinkt, gebogen, tiefgezogen, gestanzt) die Rede ist, sorgt für eine bessere Lastverteilung in das Trägerbauteil 18 und erhöht dessen Bruchsicherheit.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 003 830 U1 und deren 9 verdeutlicht ebenfalls den Aufbau einer Pfette 44, die einen Stahlmantel 52 und en innenliegendes Holzprofil 54 aufweist. Der Stahlmantel 52 kann verzinkt oder lackiert sein, damit er der Korrosion widersteht. Für die Pfetten 44 wie auch für Stützen 40 von Böcken 30b kann insbesondere Feinkornstahl als Ummantelung verwendet werden. Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus.
Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass geschlossene Aluminiumprofile als Aufständerungen ebenfalls bekannt sind, beispielsweise für Gerüste von Solarmodulen und für Gerüste von Zelten. So zeigt etwa die Schrift DE 199 46 399 A1 Rahmenträgerelemente, die als Aluminiumrohre mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Wandstärke von 3 mm ausgeführt sind. Anstelle von Rohren können auch andere Profilformen wie Vierkantrohre verwendet werden. Als Kerne sind allerdings lediglich sog. integrierte Kederschienen vorgesehen, also Schienen, die Abschlussleisten von Zeltstoffen darstellen. Außer dem Werkstoff Aluminium kommen für solche hohlen Rahmen auch andere Werkstoffe wie Stahl, Holz usw. in Frage. Ein Verbundprofil mit einem Aluminiummantel und einem Holzkern ist in diesem Stand der Technik nicht offenbart.
Aufgabe und Lösung
Gegenüber der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 003 830 U1 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Tragfähigkeit des Metall-Holzkern-Verbundprofils zu optimieren.
Dies geschieht nach den Ansprüchen durch eine verbesserte Materialwahl und eine abgestimmte Dimensionierung von Metallhülle und Holzkern. Insbesondere wird diese Aufgabe durch ein Aluminium-Holzkern-Verbundprofil nach dem Anspruch 1 gelöst, das einen durchgehend mittragenden Holzkern aufweist. „Durchgehend mittragend” bedeutet, dass es nicht genügt, zwei Aluminium-Hohlprofile durch einen Holz-Verbinder zu verbinden ( DE-GM 76 08 13G ). Bei einer solchen Lösung würde der Holzkern nur an einer Stoßstelle zwischen den beiden Aluminium-Hohlprofilen tragen. Das erfindungsgemäße Verbundprofil soll hingegen durchgehend tragfähig sein.
Vorteile gegenüber dem Stand der Technik
Der Aluminiummantel nach dem Anspruch 1 hat die Vorteile, dass er im Verhältnis zu anderen Werkstoffen leicht und witterungsbeständig ist. Im Vergleich zu einem Stahlmantel ist der E-Modul des Werkstoffs Aluminium geringer, so dass eine Biegebeanspruchung des erfindungsgemäßen Verbundprofils schon von der Materialkombination her (d. h. noch ohne überhaupt eine Dimensionierung des Verbund-Querschnitts einzubeziehen) gleichmäßiger auf den Kernwerkstoff Holz und auf den Mantelwerkstoff Aluminium verteilbar ist.
Ein Knicken der Aluminiumwand wird u. a. dadurch vermieden, dass die Trage-Reserven des Holzkerns mit einer zunehmenden Deformation des Aluminiummantels immer mehr ins Spiel kommen. Für diesen Effekt ist Aluminium besser geeignet als Stahl, und zwar wegen seines zum Holz ähnlicheren E-Moduls, der schon im elastischen Belastungsbereich – vor einer bleibenden Deformation des Metalls – wirksam wird. Ein Zusammenspiel zwischen Holz und Metall kann durch die Verwendung von Aluminium besser optimiert werden.
Der Holzkern bringt in dem Verbundprofil nach dem Anspruch 1 den Vorteil, dass die Wanddicke und/oder der Querschnitt des tragenden Aluminiums vermindert werden kann im Vergleich zu einem reinen Aluminiumprofil ohne Holzkern. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, während Aluminium ein energieaufwändig herzustellender Rohstoff ist.
Das neue Aluminium-Holzkern-Verbundprofil ist in der Summe seiner Eigenschaften besonders geeignet für Aufständerungen von Solarmodulen, jedoch nicht hierauf beschränkt. Sowohl auf Dächern, d. h. auf Pfetten und Dachlatten, wie auch auf Erd- oder Bodenankern sind Tragekonstruktionen oder Aufständerungen nützlich, deren Profile gleichzeitig tragfähig, leicht, witterungsbeständig und umweltfreundlich sind.
Ein geschlossenes Aluminiumprofil (rund oder viereckig usw.) hat den Vorteil, dass der Holzkern in seiner Gesamtheit witterungsbeständig ummantelt ist.
Ein U-förmiges und damit geöffnetes Aluminiumprofil bietet die Möglichkeit, dass ein Reißen oder Stauchen oder Knicken einer ansonsten vorhandenen Aluminiumwand an einer stark belasteten Seite des Verbundprofils vermieden werden kann. Durch ein gezieltes Weglassen oder Schwächen der Aluminiumhülle an einer stark belasteten Seite kann der Holzkern ersatzweise eine Last aufnehmen, für die er an dieser Belastungsstelle und bei dieser Belastungsart besser geeignet ist, als eine Aluminiumwand es wäre. Auch durch diese konstruktive Maßnahme kann die Last (abhängig von einer anderweitig getroffenen Holzauswahl und von der sonstigen relativen Dimensionierung) gleichmäßiger auf die Verbundkomponenten verteilt werden. Auch verschieden dicke Aluminiumwände eines geschlossenen Hohlprofils kommen für die bessere Lastverteilung in Frage, wobei das ungleichmäßige Aluminiumhohlprofil beispielsweise nicht nur aus einem Stück, sondern auch aus (im Querschnitt gesehen) zwei oder mehr Teilprofilen zusammengesetzt sein kann. Beispielsweise können zwei U-Teilprofile ineinander gesteckt werden, um den Holzkern zu umkleiden.
Mehrere Merkmale des Holzkerns können den Verbund verbessern: ein hoher E-Modul und eine hohe Dichte wie beispielsweise bei Buchenholz, Verleimung und/oder geeigneter Faserverlauf des Holzkerns in Profilrichtung, Hirnholz für stark beanspruchte Flächen oder freie Endflächen.
Eine geschickte Dimensionierung des Verbundprofils (Verhältnis der Elastizitätsmodule sowie das Verhältnis der Querschnittsflächen des Aluminiumsmantels und des Holzkerns) hat den Vorteil, dass eine Biegebelastung nochmals gleichmäßiger auf den Aluminiummantel und den Holzkern verteilt werden kann. Ein günstiger Flächenanteil des Aluminiumquerschnitts beträgt etwa 10%, vorzugsweise liegt er zwischen 5% und 20%. Der Fachmann hat hier ein zusätzliches Mittel in der Hand, um die Material-, Energie- und Produktionskosten des Verbundprofils (und damit der gesamten Aufständerung) zu senken. Der ökologische Aspekt, insbesondere eines Solarmoduls und seiner Aufständerung, wird auch hieran gemessen.
Eine lose Ummantelung hat den Vorteil, dass ein etwaiges Quellen oder Verziehen des Holzkerns die Integrität des Aluminiummantels nicht beeinträchtigt, falls dies in einer speziellen Anwendung des Verbundprofils wichtig ist.
Ein fester Verbund, bei dem der Holzkern den Aluminiummantel gegebenenfalls schon bei der Herstellung des Produkts etwas verformen wird (z. B. durch einen Press-Sitz nach Eintreiben des Holzkerns oder durch ein Einkrallen nach Umbördelung oder durch eine Verschraubung nach einem zunächst losen Sitz oder durch ein Verkleben usw.), hat den Vorteil, dass die Belastungskräfte durch beide, den Aluminiummantel und den Holzkern, gleichzeitig und damit von Anfang an gleichmäßig aufgenommen werden.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Patentzeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt:
1 in perspektivischer Ansicht eine auf Bodenankern ruhende Aufständerung, in der die erfindungsgemäßen Verbundprofile Verwendung finden;
2 eine Seitenansicht der Aufständerung und der Verbundprofile nach 1;
3 in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemäßes Verbundprofil mit einem Hohlprofil aus Aluminium und einem Holzkern;
4 das erfindungsgemäße Verbundprofil nach 3 im Querschnitt;
5 und 6 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundprofils und in einer anderen Verwendung, mit einem U-Profil aus Aluminium (vor und nach Montage auf einem Holzkern) und mit einer Dachlatte als Holzkern.
In 1 und 2 ist eine Aufständerung 1 für (nicht näher bezeichnete) Solarmodule dargestellt, die auf Bodenankern 2 ruht. In der Seitenansicht von 2 sorgt ein Fachwerk 3, 4, 5 für die notwendige Stabilität. In der Längsrichtung gemäß 1 dienen Verbindungselemente 8 und 9 als Träger und Stabilisatoren. Jedes der Fachwerkelemente 3, 4, 5 und jedes der Verbindungselemente 8, 9 kann – einzeln oder in Kombination miteinander – in Form eines erfindungsgemäßen Verbundprofils 20 ausgestaltet sein. Der Aufbau eines bevorzugten Aluminium-Holzkern-Verbundprofils 20 wird anhand von 3 und 4 weiter unten erläutert.
Der Aufbau des Ständers 1 erfolgt vorzugsweise mithilfe von zuvor als Verbund hergestellten Profilen 20, 21, 22 (siehe 3 und 4). Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, den Aluminiummantel 21 ganz oder teilweise nachträglich auf den Holzkern 22 (oder auf die Holzkerne 22 des Gerüsts 1) aufzubringen, insbesondere aufzuschieben.
Die 5 und 6 zeigen eine Aufständerung 1 für (nicht gezeigte) Solarmodule, die im Unterschied zu 1 und 2 vorhandene Dachlatten 10 und Pfetten 11 in die Aufständerung einbezieht. In diesem Fall ist en tragendes Gerüst 10, 11 bereits im Dach vorhanden, das allerdings wegen der zusätzlichen Solarmodule verstärkt werden muss. Hierfür dient erfindungsgemäß en U-förmiges Aluminiumprofil 12 (5), das so über eine Dachlatte 10 geschoben wird, dass es mit ihr zusammen (10 und 12) en erfindungsgemäßes Verbundprofil 13 bildet (6).
Insgesamt werden also für die bodenverankerten Aufständerungen 1 (1 und 2) Verbundprofile 20 mit geschlossenen Aluminiumhohlprofilen 21 bevorzugt, während für die dachverankerten Aufständerungen 1 (5 und 6) Verbundprofile 13 mit U-förmigen Aluminiumhohlprofilen 12 bevorzugt werden, und zwar wegen der jeweils leichteren Montierbarkeit. Allerdings sind wie gesagt auch andere Anwendungsfälle möglich, wenn beispielsweise die Dachaufständerung 1 über die Dachdeckung 6 hinaus nach oben gezogen ist, oder wenn umgekehrt beispielsweise die Bodenaufständerung 1 zunächst nach Art eines Dachstuhls als Holzgerüst 10, 11 errichtet worden ist.
Die 3 und 4 zeigen – in Ansicht und Querschnitt – en Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aluminium-Holzkern-Verbundprofils 20. Das Aluminiumprofil 21 umgibt hier in geschlossener Form einen Holzkern 22. Das Aluminiumprofil 21 ist in diesem Fall an allen Seiten gleich stark und ist in diesem fall einstückig. Der Holzkern ist in diesem Fall in das geschlossene Profil 21 eingetrieben und wird im Presssitz gehalten; zusätzlich könnte der Holzkern 22 mit Klebstoff versehen sein. Die Querschnittsfläche des Aluminiums 21 beträgt etwas weniger als 10% der gesamten Querschnittsfläche des Verbunds 20, die Querschnittsfläche des Holzkerns 22 entsprechend mehr als 90%. Der Holzkern 22 besteht in diesem Fall aus Buchenholz, das nicht verleimt ist. Die Stirnfläche 22 mit dem Hirnholz könnte für besondere Beanspruchungen genutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1813338 [0001]
DE 1552045 [0002]
DE 202006001782 U1 [0003]
DE 202008003830 U1 [0004, 0006]
DE 19946399 A1 [0005]
DE 760813 [0007]

Claims

Ein Aluminium-Holzkern-Verbundprofil (20; 13) mit einem durchgehend mittragenden Holzkern (22; 10).
Verbundprofil (20) nach Anspruch 1, für Aufständerungen (1) von Solarmodulen.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 2, für Aufständerungen (1) der Solarmodule auf Dächern.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 2, für Aufständerungen (1) der Solarmodule auf Erd- oder Bodenankern (2).
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem im Querschnitt geschlossenen Mantel- bzw. Hüllen- bzw. Hohl-Profil (20) aus Aluminium.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 5, bei dem das Hohlprofil (20) ein Rundprofil ist.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 5, bei dem das Hohlprofil (20) en Vierkantprofil ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem im Querschnitt U-förmigen Profil (12) aus Aluminium.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 5, bei dem das Aluminiumhohlprofil (20) bezüglich seiner Wanddicken nicht überall gleich stark ist.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 9, bei dem das Aluminiumhohlprofil (20) an einer Nahtlinie oder an einer Seitenfläche die Stärke null aufweist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul und/oder die Dichte des Holzkerns (22; 10) durch eine Materialwahl der Holzsorte hoch ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für den Holzkern (22; 10) hartes Buchenholz verwendet wird.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Holzkern (22; 10) verleimt ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Faserverlauf des Holzkerns (22; 10) in Richtung des Verbundprofils (20).
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Faserverlauf des Holzkerns (22; 10) so, dass Hirnholz für stark beanspruchte Flächen Verwendung findet.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen des Metall-Holz-Verbundprofils (20) in einem Verhältnis Aluminium [x]:Holz [y] von [x = ca. 10]:[y = ca. 90] stehen.
Verbundprofil (20) nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Anteil des Aluminiums (21; 12) in einem Bereich von [x = 8% – 11,5%], d. h. einen Anteil des Holzes 22; 10) in einem Bereich von [y = 94% – 88,5%].
Verbundprofil (20) nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch einen Anteil des Aluminiums (21; 12) im Bereich von [x = 5% – 20%], d. h. einen Anteil des Holzes 22; 10) im Bereich von [y = 95% – 80%].
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) transversal oder longitudinal auf den Holzkern (22; 10) aufsteckbar bzw. aufschiebbar ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (12) auf den Holzkern (10) umbördelbar ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) auf den Holzkern (22; 10) aufspritzbar ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) den Holzkern (22; 10) lose, d. h. ohne Press-Sitz und ohne Umbördelung, umgibt.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) einen festen Verbund mit dem Holzkern (22; 10), insbesondere einen Presssitz oder eine Umbördelung, bildet.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) mit dem Holzkern (22; 10) verklebt oder verleimt ist.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) durch eine Verschraubung den festen Verbund mit dem Holzkern (22; 10) bildet.
Verbundprofil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhohlprofil (21; 12) aus mindestens zwei Teilprofilen (12) zusammengesetzt ist.
Verbundprofil (20) nach einem Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwei U-Profile (12) gleicher Stärke zusammengesetzt sind, so dass sich durch eine Überlappung an zwei Seiten verstärkte Wände ergeben.
Verbundprofil (20) nach einem Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwei U-Profile mit jeweils ungleicher Stärke der U-Schenkel zusammengesetzt sind, so dass sich durch eine Überlappung an zwei Seiten gleiche Wandstärken an allen Seiten ergeben.
Verbundprofil (20) nach einem Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Eckprofile gleicher Stärke, beispielsweise zwei Winkelprofile, zusammengesetzt sind, so dass sich an vier Seiten gleiche Wandstärken ergeben.
Verbundprofil (20) nach einem Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Eckprofile mit Wandelementen ungleicher Stärke zusammengesetzt sind, so dass sich ungleiche Wandstärken des Aluminiumhohlprofils (21; 12) ergeben.