DE19613699C1 - Hohlprofilförmiges Tragelement für die Bautechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein langgestrecktes, hohles Bauelement mit einem über die gesam­ te Länge unverändert bleibenden Querschnitt, das auf Biegung oder Druck beansprucht werden kann. Es kann als Pfeiler oder Träger in der Bautechnik eingesetzt werden.

Für tragende Bauwerke in der Bautechnik werden im allgemeinen Bauteile aus Holz, Leichtmetall, Stahl oder Stahlbeton verwendet. Diese Bauteile können massiv oder als Hohlprofile ausgebildet sein.

Die Bauteile aus Leichtmetall, Stahl und Stahlbeton erfordern bei der Herstellung einen großen Energieeinsatz und sind bei einem späteren Abriß einer besonderen Behandlung für die Verwertung oder Entsorgung zuzuführen.

Bauteile aus Holz, die seit langem in der Bautechnik verwendet werden, sind bei entspre­ chender Dimensionierung oder entsprechender Verarbeitung, etwa als geleimtes Schicht­ holz, auch für höhere Belastungen einsetzbar. Die Ressourcen an Holz sind aber be­ grenzt, insbesondere für Balken größeren Querschnitts.

Die Begrenztheit der Rohstoffe, der hohe Energieeinsatz und die Probleme bei der Ent­ sorgung betreffen ebenso Bauteile aus Kunststoffprofilen.

Es sind Bauelemente bekannt, die, um den Materialeinsatz zu optimieren, aus verschie­ denen Werkstoffschichten bestehen. In der DE OS 24 51 526 ist ein solches Bauelement vorgeschlagen, bei dem auf einem Pappkern mehrere Schichten Glasfasern und eine Kunststoffbeschichtung aufgebracht ist. Der Pappkern dient dabei, wie bei Laminaten bekannt, lediglich als Form.

In der USA-Patentschrift 52 45 813 ist ein Bauträger beschrieben, der aus einem Kern mit einer Vielzahl von Umhüllungen aus schrumpffähigem Material besteht und bei dem in einer Ausführungsform sich Zwischenlagen aus Fasermaterial zwischen einzelnen La­ gen des schrumpffähigen Materials befinden. Nach dem Wickeln wird der Wickelkörper einer Wärmebehandlung unterzogen, in deren Ergebnis ein kompakter Bauträger ent­ steht.

Der Bauträger nach der USA-Patentschrift 52 45 813 hat den Nachteil, daß der Quer­ schnitt des durch das Schrumpfen entstehenden Bauelements über die Länge des Trägers nicht konstant ist und auch die Festigkeitseigenschaften wegen der mit dem Schrumpfen zu erwartenden Unstetigkeiten über die Länge des Trägers schwanken. Darüber hinaus erfordert die Herstellung (speziell die Wärmebehandlung) einen hohen Energieaufwand.

Durch die europäische Patentanmeldung 0 033 187 ist ein hohlprofilförmiges Tragele­ ment mit einer viereckigen, kastenförmigen Hülle für die Bautechnik bekannt, das aus schichtförmigen angeordneten Glasfaserwerkstoffen besteht und das in Längsrichtung vorgespannt ist. Dieser Träger hat einen komplizierten Aufbau, der bei der Herstellung einen hohen technischen und manuellen Aufwand erfordert.

Weiterhin sind seit längerem Rohre aus gewickelten Papierbahnen bekannt. Diese werden als Hülsen, Spindeln oder Kerne für zu wickelndes Gut wie Bodenbeläge, Garne usw. verwendet. Sie besitzen dafür eine ausreichende Festigkeit durch entsprechende Verlei­ mung.

Bekannt ist ebenfalls die Verwendung von Papprohren als "verlorene Form" für das Gie­ ßen von Betonstützen oder Säulen.

Es ist schon vorgeschlagen worden (Patentanmeldung 195 33 501.5), ein belastbares rohrförmiges Bauelement aus Papier zu schaffen, das auf bekannten Wickelmaschinen in endlosen Längen herstellbar ist. Die Abmaße der Bauelemente können durch den Wic­ kelkern und die Festigkeit durch die Anzahl und das Material der Lagen variiert werden. Durch die Verwendung von natürlichen Faserstoffen als Material für das Tragelement erfolgt gegenüber herkömmlichen Materialien (Stahl, Beton, Stahlbeton, Leichtmetall) eine Reduzierung der Eigenmasse und/oder eine Senkung der Werkstoffkosten. Nachtei­ lig ist allerdings, daß die durch das rohrförmige Bauelement aufnehmbaren Belastungen begrenzt sind, so daß der Einsatz dieser Elemente als Träger nur bei relativ geringen Spannweiten möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hohlprofilförmiges Tragelement aus im wesentlichen nachwachsenden Rohstoffen bzw. Restmaterialien davon oder Abfallmaterial zu schaffen, das eine hohe Festigkeit, Belastbarkeit und Beständigkeit besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die rohrförmigen Bauelemente, die aus gewic­ kelten Bahnen bestehen, die mit wasserlöslichem Kleber, der wasserfest aushärtet, ver­ bunden sind und deren letzte äußere Lage aus wasserfestem Material besteht, in Längs­ richtung vorgespannt sind. Die inneren Bahnen des Tragelements bestehen überwiegend aus Papier und können, entsprechend den Festigkeitsanforderungen, mit Bahnen aus Fa­ sern oder Gewebe kombiniert sein.

Mit dieser Erfindung ist ein hochbelastbares rohrförmiges Bauelement aus überwiegend Papier geschaffen, dessen tragendes Hauptelement auf bekannten Wickelmaschinen in endlosen Längen günstig herstellbar ist. Die Abmaße sind leicht durch den Wickelkern und die Festigkeit durch die Anzahl und das Material der Lagen sowie die Höhe der Vor­ spannung zu variieren. Durch die Vorspannung der Bauelemente wird gewährleistet, daß das Bauelement innerhalb gewisser Belastungsgrenzen ausschließlich auf Druck bean­ sprucht wird. Die Verwendung von natürlichen Faserstoffen als Material für das Trage­ lement bewirkt gegenüber herkömmlichen Materialien (z. B. Stahl, Beton, Stahlbeton, Leichtmetall, Holz) eine Reduzierung der Eigenmasse und/oder eine Senkung der Werk­ stoffkosten.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein hohlprofilförmiges Tragelement ohne Vorspanneinrichtung in der Seitenansicht im Schnitt.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines aus mehreren koaxialen Rohren bestehenden Bauelements.

Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht eines aus mehreren achsparallelen Rohren bestehenden Bauelements.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen hohlprofilförmige Tragelemente (geschnitten) nach Fig. 1 oder 2 mit einer Vorspanneinrichtung.

Die Fig. 7, 8, 9 10, 11 und 12 zeigen hohlprofilförmige Tragelemente im Schnitt ent­ lang der Linie B-B nach Fig. 3 mit Vorspanneinrichtungen.

Die Wandung des Grundkörpers 1 des rohrförmigen Bauelements (Fig. 1) besteht aus einer Vielzahl von Lagen aus wendelförmig gewickelten Bahnen. Diese überlappen sich und die Überlappungen jeder Schicht sind gegeneinander versetzt. Damit wird eine rela­ tiv gleichmäßige Struktur erzeugt. Die Bahnen sind mit einem wasserlöslichen Leim, der im ausgehärteten Zustand wasserunlöslich ist, verleimt. Sie bestehen aus Papier mit z. B. einer Dicke von 0,2-1,0 mm und einer Breite von 70-150 mm. Die Abmaße der Bah­ nen sind nicht auf die angegebenen Bereiche beschränkt. Das Papier kann aus wiederauf­ bereitetem Altpapier oder anderen Fasern pflanzlicher Herkunft bestehen, wobei auch diese aus Rest- und Abfallstoffen anderer Nutzungen gewonnen werden können. Mehre­ re mit radialem Abstand eingebrachte Bahnen mit den gleichen Abmessungen sind aus einem Glasfasergewebe (Roving) oder aus einem Gewebe aus natürlichen Fasern (Leinen, Seide, Baumwolle usw.) gefertigt. Ein Rohr ab einem Innendurchmesser von 15 mm kann eine Wandstärke von 20 mm oder größer besitzen. Die Rohrwandung besteht dabei aus bis zu 100 Lagen, wobei das Material aus Altpapier, Glasfasern, Gewebe aus natürlichen Fasern und Leim oder Kunstharz zusammengesetzt ist. Die letzte äußere La­ ge des Grundkörpers 1 besteht aus einem wasserfesten Material wie Pergament, Kunst­ stoff- oder Metallfolie.

Aus mehreren Grundkörpern gemäß Fig. 1 können Verbundträger 2 und 3 gemäß Fig. 2 und 3 gefertigt werden. Fig. 2 zeigt einen Verbundträger 2 der aus zwei Grundkörpern 4 und 5 besteht, bei denen der Außendurchmesser des kleineren Grundkörpers 5 etwa dem Innendurchmesser des größeren Grundkörpers 4 entspricht und die koaxial ineinander geschoben und verleimt sind. Mit diesem Lösungsprinzip können große Wandstärken erzielt werden. Ein so hergestellter Träger ist für höhere Belastungen einsetzbar.

Fig. 3 zeigt einen Verbundträger 3, bei dem in einem Grundkörper 1 mit großem Durch­ messer drei Grundkörper 6 mit kleinerem Durchmesser achsparallel eingeschoben und gegebenenfalls verklebt sind. Dieser Verbundträger ist besonders für Tragelemente grö­ ßeren Durchmessers geeignet. Es besitzt dadurch eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht. Die kleineren Tragelemente sind unter leichtem Druck in das große Tragele­ ment eingepreßt. Eine zusätzliche Verbindung ist durch vorheriges Aufbringen von Leim oder Kunstharzkleber möglich.

Das Tragelement kann zum Erzielen besonderer Eigenschaften besonderen Behandlun­ gen unterzogen werden. So kann das Tragelement mit einer isolierenden Masse aus na­ turnahen oder natürlichen Stoffen ausgefüllt sein.

Die Fig. 4 zeigt ein hohlprofilförmiges Tragelement nach Fig. 1 oder 2 mit einer Vor­ spanneinrichtung. An den Enden der Grundkörper 1 oder 2 sind runde Platten 7 und 8 angeordnet, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Grundkörper 1 oder 2 ent­ spricht und die in der Mitte ein Bohrung aufweisen. Durch die Bohrung ist ein an beiden Enden mit einem Gewinde ausgerüsteter Zugstab 9 geführt, der mittels der Spannmuttern 10 und 11 über die Platten 7 und 8 eine Druckspannung auf den Grundkörper 1 oder 2 aufbringt.

In Fig. 5 ist ein hohlprofilförmiges Tragelemente nach Fig. 1 oder 2 mit einer Vorspann­ einrichtung dargestellt, bei dem die runden Platten 7 und 8 topfförmig gestaltet sind, so daß die Spannmuttern 10 und 11 innerhalb der äußeren Kontur des Grundkörpers ange­ ordnet sind.

In Fig. 6 ist ein hohlprofilförmiges Tragelement nach Fig. 1 oder 2 mit einer Vorspann­ einrichtung dargestellt, bei dem die runden Platten 7 und 8 topfförmig und mit einer über die Außenwand des Grundkörpers 1 oder 2 gestülpten Krempe 12 gestaltet sind, so daß die Spannmuttern 10 und 11 innerhalb der äußeren Kontur des Grundkörpers ange­ ordnet sind und das hohlprofilförmige Tragelement an seinen Enden, die in der Regel mit anderen Elementen in umfangreicheren Tragkonstruktionen verbunden sind, verstärkt ist. Die Krempe 12 kann auch geteilt sein oder aus mehreren Streifen bestehen.

In Fig. 7 ist ein hohlprofilförmiges Tragelement nach Fig. 3 mit Vorspanneinrichtungen dargestellt, bei dem jeder der Grundkörper 1 und 6 mit runden Platten 7 und 13, Zugstangen 9 und 14 und Muttern 10 vorgespannt ist. Die runde Platte 7 kann dabei topfförmig und mit oder ohne Krempe 12 gestaltet sein.

Fig. 8 zeigt ein hohlprofilförmiges Tragelement nach Fig. 3 mit Vorspanneinrichtungen, bei dem die Grundkörper 1 und 6 mit einer runden Platten 7, einer Zugstange 9 und mit Spannmuttern 10 vorgespannt sind.

In den Fig. 9 und 10 ist ein hohlprofilförmiges Tragelement nach Fig. 3 mit Spann­ einrichtungen dargestellt, bei dem die erforderliche Spannkraft durch die Zugstange 9, die Spannmutter 10 und die Platte 7 auf den Grundkörper 1 und über Federelemente 15, die zwischen der Unterseite der Platte 7 und den Platten 13 angeordnet sind, auf die Grundkörper 6 übertragen wird.

Fig. 11 zeigt ein hohlprofilförmiges Tragelemente nach Fig. 3 mit Vorspanneinrichtun­ gen, bei dem die Grundkörper 1 und 6 mit einer runden Platten 7, einer Zugstangen 9 und mit Spannmuttern 10 vorgespannt sind.

Fig. 12 zeigt ein hohlprofilförmiges Tragelement nach Fig. 3 mit Vorspanneinrichtungen, bei dem die Grundkörper 1 und 6 mit einer runden Platten 7, Zugstangen 9 und 14, so­ wie mit Spannmuffern 10 vorgespannt sind.

Die Fig. 6 bis 12 zeigen jeweils nur ein Endstück des hohlprofilförmigen Tragele­ ments. Das nicht dargestellte Endstück entspricht dem dargestellten.

Claims (12)

1. Hohlprofilförmiges Tragelement für die Bautechnik, bestehend aus schichtförmig um­ einander gewickelten und miteinander verbundenen Bahnen eines flächigen Werk­ sstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die inneren Bahnen überwiegend aus Papier bestehen,
• - die Bahnen mit einem wasserlöslichen Kleber, der wasserfest aushärtet, ver­ bunden sind,
• - die letzte äußere Lage aus wasserfestem Material besteht,
• - das Tragelement in Längsrichtung vorgespannt ist.

2. Hohlprofilförmiges Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ent­ sprechend den Festigkeitsanforderungen die Bahnen aus Papier mit Bahnen aus Fasern oder Gewebe kombiniert sind.

3. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grundkörper (1) durch einen Verbundträger (2) gebildet wird, der aus zwei Grundkörpern (4, 5) besteht, bei denen der Außendurchmesser des kleineren Grundkörpers (5) etwa dem Innendurchmesser des größeren Grundkörpers (4) ent­ spricht und die koaxial ineinander geschoben und verleimt sind.

4. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grundkörper (1) durch einen Verbundträger (3) gebildet wird, bei dem in einem Grundkörper (1) mit großem Durchmesser drei Grundkörper (6) mit kleinerem Durchmesser achsparallel eingeschoben und verklebt sind.

5. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - an den Enden der Grundkörper (1, 2, 3) der Tragelemente runde Platten (7, 8) angeordnet sind, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Grundkörper (1, 2, 3) entspricht und die in der Mitte ein Bohrung aufweisen,
• - durch die Bohrung ein an beiden Enden mit einem Gewinde ausgerüsteter Zugstab (9) geführt ist, der mittels Spannmuttern (10, 11) über die Platten (7, 8) eine Druckspannung auf den Grundkörper (1, 2, 3) aufbringt.

6. Hohlprofilförmiges Tragelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die runden Platten (7, 8) topfförmig gestaltet sind, so daß die Spannmuttern (10, 11) innerhalb der äußeren Kontur des Grundkörpers (1, 2, 3) angeordnet sind.

7. Hohlprofilförmiges Tragelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die runden Platten (7, 8) topfförmig und mit einer über die Außenwand der Grundkörpers (1, 2, 3) gestülpten Krempe (12) gestaltet sind, so daß die Spannmut­ tern (10, 11) innerhalb der äußeren Kontur des Grundkörpers (1, 2, 3) angeordnet sind.

8. Hohlprofilförmiges Tragelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Krempe (12) geteilt ist oder aus mehreren Streifen besteht.

9. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Verbundträger (3) jeder der Grundkörper (1, 6) mittels runder Platten (7) bzw. (13), Zugstangen (9) bzw. (14) und Muttern (10, 11) vorgespannt ist.

10. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Verbundträger (3) die Grundkörper (1, 6) mit einer runden Platte (7), einer Zugstange (9) und mit Spannmuttern (10, 11) vorgespannt sind.

11. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Verbundträger (3) die erforderliche Spannkraft durch die Zugstan­ ge (9), die Spannmuttern (10, 11) und die Platten (7, 8) auf den Grundkörper (1) und über Federelemente (15), die zwischen der Unterseite der Platten (7, 8) und den Plat­ ten 13 angeordnet sind, auf die Grundkörper (6) übertragen wird.

12. Hohlprofilförmiges Tragelement nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Verbundträger (3) die erforderliche Spannkraft durch die Zugstan­ gen (9) und (14), die Spannmuttern (10, 11) und die Platte (7, 8) auf den Grundkör­ per (1) und die Grundkörper (6) übertragen wird.