DE20320425U1

DE20320425U1 - Flächiges Hybrid-Bauelement

Info

Publication number: DE20320425U1
Application number: DE20320425U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass Deutschland GmbH; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: FUEHRER, WILFRIED, PROF.DR.-ING., DE; Wurm Jan Dipl-Ing De
Priority date: 2003-04-05
Filing date: 2003-04-05
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2013-04-06

Abstract

Flächiges Hybrid-Bauelement (1) aus mindestens zwei fest miteinander verbundenen flächigen Teilelementen (2, 4) aus unterschiedlichen Werkstoffen, deren erstes transparent ist und mindestens eine im wesentlichen glatte Platte (2) aus Glas oder Kunststoff umfasst und deren zweites aus einem mit sich über dessen Fläche erstreckenden, das Teilelement (4) gegen Durchbiegung versteifenden Profilierungen (4S) versehenen Material besteht, wobei die beiden Teilelemente (2, 4) miteinander durch druck- und zugfeste Verbindungsmittel (3) mindestens an diskreten, über ihre Fläche verteilten Punkten verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein flächiges Hybrid-Bauelement aus mindestens zwei fest miteinander verbundenen flächigen Teilelementen aus unterschiedlichen Werkstoffen.
Im Bauwesen sind Well- oder Trapezbleche allgemein bekannt, die als Decken- oder Wandelemente verwendet werden können. Durch parallel zueinander verlaufende Sicken oder Wellen sind diese Bleche bezüglich Biegungen quer zu diesen Profilierungen sehr steif, gegen Biegungen um die Längsachsen der Profilierungen jedoch relativ weich.
Es sind auch flächendeckend gelochte Trapez- oder Wellblechausführungen bekannt, die transparent wirken. In Wellenform sind schließlich auch andere Werkstoffe, z. B. faserverstärkte Kunststoff-, Asbestzement- oder sogar Betonplatten verfügbar.
Derartige Plattenwerkstoffe können auch als Luftführungselemente oder dgl. dienen. Es ist üblich, Trapez- oder Wellbleche mit flächigen Wärmedämmelementen, z. B. Steinwollematten und ähnlichem, zu belegen, die jedoch nichts zur mechanischen Steifigkeit der Bleche beitragen können.
Man kann allerdings die Biegesteifigkeit solcher Flächenelemente durch Verbindung mit anderen Werkstoffen erhöhen. So beschreibt DE-A1-37 23 527 ein Trapezblech-Holz-Verbundelement für den Hochbau, bei dem in einer Ausführung Holzlatten in Längsrichtung der Blechsicken am Metall befestigt werden, um die Tragkraft des Verbundelements durch schubfeste Verbindung mit den Hölzern zu erhöhen. Da das Verbundelement schließlich mit einer Konterlattung verbunden wird, spielt die geringe Biegesteifigkeit quer zu den Sicken keine Rolle.
DE-A1-100 44 267 beschreibt eine Befestigungsmethode für Trapezbleche, die mit eingewalzten Rückhaltemitteln versehen sind. Diese Rückhaltemittel, z. B. in Gestalt von Nasen oder Taschen, die sich längs der Außenkanten der Blechsicken erstrecken, können formschlüssig mit Konterplatten in Eingriff gebracht werden, welche mithilfe von Schrauben an einer Unterkonstruktion befestigbar sind. Die Konterplatten überdecken dabei jeweils eine Sicke. Damit wird zwar eine Möglichkeit geschaffen, die Trapezbleche ohne von außen sichtbare Halterungen lösbar zu befestigen, jedoch entstehen keine in sich steifen Bauelemente, da die Konterplatten in den Rückhaltemitteln nur eingerastet sind.
DE-A1-39 22 583 beschreibt ein Fassadenelement aus einer Glasscheibe und einer Metallplatte. Letztere ist mit Luftabstand zur Glasscheibe angeordnet, wobei in der Fläche der Metallplatte sich auf der Glasscheibe abstützende Einprägungen vorgesehen sind. Die beiden etwa gleichflächigen Platten sind mithilfe einer Verklebung entlang ihrem Rand umlaufend und luftdicht miteinander verbunden.
Ein ähnliches Element, das aus US-A-3,074,294 bekannt ist, besteht ebenfalls aus einer Blechplatte, ggf. mit Prägemuster, und einer Glasscheibe, die luftdicht durch eine Randverklebung miteinander verbunden sind. Der verbleibende Zwischenraum soll evakuiert werden, so dass dieses Flächenelement eine hervorragende Wärmedämmung hat.
Beide letztgenannten Dokumente befassen sich jedoch nicht mit Versteifungswirkungen.
Es ist schließlich bekannt, Glasscheiben in unterschiedlichen Konfigurationen (monolithische, Verbund- und/oder Isolierglasscheiben) mithilfe von Lochbohrungen mit Verbindungselementen zu bestücken, welche ihrerseits die Glasscheiben an einer Unterkonstruktion festzulegen haben. Bekannt sind auch Verbindungselemente (z. B. DE-U1-92 14 581, DE-A1-38 11 249) zum Einsetzen in hinterschnittene Sackbohrungen in monolithischen Glasscheiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein flächiges Hybrid-Bauelement anzugeben, das infolge hoher Eigensteifigkeit mit einer Unterkonstruktion mit großen Stützweiten kombiniert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des Bauelements an.
Das Hybrid-Bauelement besteht demnach mindestens aus einer transparenten, im Wesentlichen glatten (zweidimensionalen) Platte und einem zweiten profilierten (dreidimensionalen) Teilelement, dessen Profilierung ihm eine gewisse Eigensteifigkeit verleiht, wobei die beiden Elemente miteinander durch wenigstens teilweise schubsteife, druck- und zugfeste Verbindungsmittel zumindest an diskreten, über ihre Fläche verteilten Punkten verbunden sind. Dadurch wird eine nennenswerte Versteifung des zweiten Teilelements auch in Längsrichtung seiner Profilierung erreicht. Über die schubsteifen Verbindungsmittel werden einwirkende Kräfte in die Ebene des plattenförmigen Teilelements eingetragen, welches seinerseits jedoch nicht ausknicken kann, weil die Verbindungsmittel zugleich den Abstand zwischen den beiden Teilelementen fest bestimmen.
Bevorzugt umfasst das transparente Teilelement mindestens eine Kunststoff- oder Glasscheibe. Neben monolithischen Scheiben können auch beliebige Mischformen, z. B. hybride Glas-Kunststoff-Verbünde, Verbundglasscheiben, Isolierglasscheiben mit mindestens zwei Einzelscheiben und Zwischenraum etc. verwendet werden.
Ganz bevorzugt liegt die Platte, die z. B. aus Glas besteht, im Druckgurt des Hybrid-Bauelements.
Wenn das zweite Teilelement mit Sicken oder Wellen profiliert ist, werden die Verbindungsmittel zweckmäßig jeweils an einer zum transparenten Teilelement hin orientierten Sicke oder Welle angeordnet. Man kann jedoch das zweite Teilelement grundsätzlich auch mit Rippen ausführen, die von einer Grundplatte abragend zu der transparenten Platte hin orientiert werden, wobei die Rippen mit letzterer über geeignete Verbindungsmittel fest gekoppelt werden.
In besonders vorteilhafter Ausbildung wird man das zweite Teilelement mit Durchbrüchen, insbesondere mit einem Raster von Löchern, versehen, die ihm eine transparente Anmutung verleihen. In Kombination mit der transparenten Platte ergibt sich dann ein eigensteifes, hoch belastbares, nahezu bruchsicheres und dennoch hoch transparentes Sandwich-Bauelement, das hohen ästhetischen Ansprüchen zu genügen vermag.
Ein weiterer bemerkenswerter Effekt kann bei einer Kombination eines gelochten profilierten Teilelements mit einer bedruckten transparenten Platte dadurch erzielt werden, dass das Druckmuster auf der Platte so auf die Lochung des profilierten Teilelements abgestimmt wird, dass durch den Moire-Effekt eine besondere visuelle Wahrnehmung des Sandwich-Hybrid-Bauelements entsteht. Entsprechende Muster können auf Glasscheiben sehr vorteilhaft und einfach durch Siebdrucken einer opaken Einbrennpaste aufgetragen werden, die später beim Aufheizen der Glasscheibe vor dem thermischen Vorspannen eingebrannt wird.
Die Verbindungsmittel können vorteilhaft in Sack- oder Durchgangsbohrungen des transparenten Teilelements verankert werden. Hierbei können bewährte Befestigungselemente der schon eingangs erwähnten Bauarten verwendet werden.
Werden Sackbohrungen in dem transparenten Teilelement vorgesehen, so können diese ferner hinterschnitten sein, damit auch in Zugrichtung -gegen Auseinanderwölben der transparenten Platte und des profilierten Teilelements- hinreichende Haltekräfte verfügbar sind, obwohl die äußere (vom zweiten Teilelement abgewandte) Fläche der transparenten Platte in keiner Weise beeinträchtigt wird.
Ohne Lochbohrung kommt man gegebenenfalls aus, wenn man die Verbindungsmittel als Klebepunkte oder -streifen ausführt, wobei hier für eine hohe Haftung an beiden Teilelementen mit geeigneten Mitteln (Primer, Haftvermittler) zu sorgen ist. Grundsätzlich lassen sich natürlich Verklebung und mechanische Halterungsmittel miteinander kombinieren.
Wird das erfindungsgemäße Bauelement in einer Umgebung eingesetzt, in der starke Wärmeeinwirkung (Sonnenstrahlung) gedämmt werden soll, dann wird bevorzugt das (der Strahlung zugewandte) transparente Teilelement mit einer Wärme dämmenden, insbesondere IR-reflektierenden Beschichtung versehen. Diese kann unmittelbar auf der Substratoberfläche, bevorzugt auf der dem profilierten Teilelement zugewandten Seite, aufgebracht werden. Bei Verbund- oder Mehrfach-Isolierscheiben wird die Beschichtung auf einer innenliegenden Substratoberfläche vorgesehen, oder man verwendet ein eigenes Trägersubstrat in Folienform, das in den Scheibenverbund beschädigungsgeschützt einsetzbar ist.
Je nach Bedarf lassen sich die erfindungsgemäßen Hybrid-Bauelemente auch mit Schall dämmenden Eigenschaften ausführen. Schalldämmelemente sind z. B. zwischen den beiden zusammengefügten Teilelementen anzuordnen. Man kann die Schalldämmung jedoch auch in das plattenförmige Teilelement integrieren, indem man es -in an sich bekannter Weise- als Verbundscheibe mit einer schalldämmenden Zwischenlage ausführt.
Wird eine monolithische Glasscheibe als transparente Platte verwendet, so wird diese relativ dick ausgeführt. Man wird diese Glasscheibe in aller Regel auch vorspannen, um ihre Belastbarkeit zu erhöhen. Auch in den Verbund- oder Isolierglasscheiben können natürlich eine oder mehrere vorgespannte Glasscheiben verwendet werden.
Solche Hybrid-Bauelemente können sowohl als Wandelemente als auch als Dachelemente (Hallendächer, Vordächer etc.) verwendet werden, wobei sie ähnlich wie Fassadenplatten stumpf aneinander gestoßen werden und die Fugen mithilfe geeigneter Dichtungsstränge (Silikonprofile oder -stränge) abgedichtet werden. Im Einsatz als Dachelement wird man die profilierten (metallischen) Teilelemente innen bzw. unten anordnen. Dies bringt noch den zusätzlichen Vorteil, dass bei einer eventuellen Zerstörung der Glasplatte die Scherben von dem sich darunter erstreckenden Teilelement sicher aufgefangen werden. Es versteht sich, dass sowohl die transparenten Platten als auch die profilierten Teilelemente an der Unter- bzw. Deckenhaltekonstruktion befestigt werden. Bevorzugt werden die profilierten Teilelemente (im Untergurtbereich) mithilfe von Bolzen und/oder Konsolen an der Unterkonstruktion befestigt.
Es sind auch weitere Kombinationen im Rahmen der Erfindung möglich, z. B. können mit einem profilierten Teilelement mehrere plattenförmige Elemente zusammengefasst werden, wobei letztere bei Bedarf an den Stoßfugen druckfest miteinander verbunden werden können. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Glasplatten von Interesse, da diese in der Regel nicht länger als 6 m gefertigt werden, während die (metallischen) profilierten Bauelemente wesentlich länger sein können.
Weitere technische Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in vereinfachter und nicht maßstäblicher Darstellung
1 eine perspektivische Teilansicht eines Hybrid-Bauelements gemäß der Erfindung;
2 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Hybrid-Bauelements mit einer anderen Bauart des profilierten Teilelements;
3 eine bevorzugte Ausführungsform von Verbindungsmitteln zwischen den beiden Teilelementen des erfindungsgemäßen Hybrid-Bauelements in einem Querschnitt in dem in 1 eingekreisten Bereich.
Gemäß 1 besteht ein Hybrid-Bauelement 1 im wesentlichen aus einer transparenten und im wesentlichen glatten Platte 2 als erstem Teilelement, das in diesem Beispiel durch eine monolithische und vorgespannte Glasscheibe dargestellt wird. Über eine Mehrzahl von Verbindungsmitteln 3, hier nur durch strichpunktierte Linien repräsentiert und über die Fläche der Platte 2 in der für den jeweiligen Anwendungsfall bestimmten Anzahl verteilt, ist das erste Teilelement mit einem profilierten zweiten Teilelement 4 fest verbunden.
Die Verbindungsmittel 3 durchdringen Flansche 5 des zweiten Teilelementes. Letzteres kann ein handelsübliches Trapezblech sein, also ein Metallblech, das mit einer Anzahl von parallel zueinander verlaufenden, im Querschnitt trapezförmigen Sicken versehen ist, wobei die Flansche 5 zwischen je zwei Sicken 4S bzw. entlang einem Flächenrand des zweiten Teilelements 4 ausgebildete glatte Flächenelemente sind, deren Hauptebenen parallel zur (Haupt-)Ebene der Platte 2 ausgerichtet werden.
Abweichend von der Darstellung in 1 könnte man aber auch ein Wellblech als profiliertes Teilelement verwenden. In jedem Fall werden die „Kammlinien" oder „-flächen" der von der Platte abweisend offenen Sicken oder Wellen zum Anbinden der Verbindungsmittel 3 genutzt, wobei es jedoch nicht zwingend erforderlich ist, die beiden Teilelemente 2 und 4 des Hybrid-Bauelements 1 miteinander in direkte Berührung zu bringen. Allerdings sollte der freie Abstand zwischen beiden möglichst gering sein, damit die Verbindungsmittel 3 bei Belastung nicht unnötig hohen Biegebeanspruchungen ausgesetzt werden.
Ganz bevorzugt sind die Flächen dieses Bleches gelocht, was hier allerdings nicht dargestellt ist. Vorzugsweise werden jedoch die Gurte / Stege / Flansche, an denen die Verbindungsmittel 3 angreifen, nicht gelocht, um die mechanische Eigensteifigkeit des Vollmaterials nicht zu schwächen.
2 stellt eine schematische Ansicht eines Hybrid-Bauelements mit einem als Strangpressprofil, z. B. aus Aluminium, ausgeführten profilierten Teilelement 4 dar. Dieses hat als Basis eine Platte 4P, von der Stege 4S abstehen. An deren Enden sind wiederum Flansche 5 ausgebildet, mit denen wiederum das plattenförmige erste Teilelement 2 entsprechend der Ausführung nach 1 mithilfe von Verbindungsmitteln 3 verbunden ist.
Ähnlich wie das profilierte Teilelement 4 in 1 ist auch das in 2 gezeigte Teilelement 4 mit dem ersten Teilelement 2 zusammen zu einem in sich steifen Hybrid-Bauelement vereint. Zur Herstellung der optischen Transparenz sowie zum Montieren der Verbindungsmittel an den jeweils dafür vorgesehenen Stellen könnten derartige Plattenelemente mit wenig Aufwand mit entsprechenden Bohrungen oder Aussparungen 4A versehen werden.
Die 3 zeigt im Detail einen randnahen Verbindungspunkt zwischen der Platte 2 und dem profilierten Teilelement 4 bzw. einem von dessen randseitigen Flanschen 5. Die Platte 2 ist mit einem hinterschnittenen Sackloch 6 versehen worden, in das ein an sich bekannter passender Einsatz oder Dübel 7 aus Metall oder (vorzugsweise) Kunststoff eingesetzt ist. Ein Gewindestift 8 ist darin so eingedreht, dass der Dübel 7 sich aufspreizt und das hinterschnittene Sackloch 6 in der Platte 2 praktisch vollständig ausfüllt. Insgesamt kann so auch eine Zugbelastung des Gewindestifts sicher in die Platte 2 abgetragen werden. Im Bereich zwischen der Unterseite der Platte 2 und der Oberseite des Flanschs 5 ist ein Freiraum vorgesehen, durch welchen sich der Gewindestift grundsätzlich frei hindurch erstrecken kann. Im dargestellten Beispiel ist er dort jedoch von einer Hülse 9 umgeben, deren Außendurchmesser größer ist als der des Sacklochs 6 in dessen Mündungsbereich. Die Hülse 9 stützt sich folglich sowohl auf der Stirnseite des Dübels 7 als auch auf dem äußeren Rand der Sacklochbohrung 6 ab, mit der Wirkung, dass die Stützbasis für den Gewindestift 8 zur Seite hin rundum verbreitert wird. Das kann insbesondere bei Biege- und Scherbeanspruchungen von Vorteil sein. Man wird vorzugsweise eine Hülse 9 aus einem hochfesten Kunststoff verwenden, um Berührungen und Reibung zwischen Metall und Glas zu vermeiden.
Der Gewindestift 8 durchdringt schließlich den Flansch 5. Der Bereich der Bohrung des aus relativ dünnem Material bestehenden Flanschs ist mithilfe von Blechplatten und/oder – scheiben 10, 11, 12, 13 unterlegt, um auch hier eine Stabilisierung gegen einwirkende Lasten in Quer- und Längsrichtung des Gewindestifts zu schaffen. Man wird hier eine für ausgeführte Bauteile möglichst zweckmäßige Kombination auffinden. Das von der Platte 2 abragende Ende des Gewindestifts schließt mit einem Sechskant-Schraubenkopf 14 ab. Natürlich können an dessen Stelle auch andere Gestaltungen, z. B. Senkköpfe, Innenprofilköpfe, Muttern oder dgl. gleichwertig vorgesehen werden, wie es dem montagetechnischen Bedarf und ggf. den visuellen Anforderungen genügt.
Bei einem ausgeführten Prototyp wurde eine 12 mm dicke vorgespannte Glasscheibe als Platte 2 verwendet, das Spaltmaß zwischen dieser und dem Flansch 5 betrug etwa 15 mm. Die Gesamtlänge des Gewindestifts betrug etwa 30 mm, das Sackloch ist etwa 2/3 der Glasscheibendicke tief eingesenkt. Die Gewindestifte entsprachen der Normgröße M8. Hier müssen natürlich auch die Montagevorschriften des Dübelherstellers beachtet werden.
Das in der Ausführung nach 1 verwendete Trapezblech, das abgesehen von den Flanschen 5 in einem gleichmäßigen Raster gelocht ist (der Lochungsanteil beträgt 28 der Gesamtfläche), besteht aus 1,25 mm dickem Stahlblech, das mit Radien zwischen 5 und 9 mm abgekantet ist. Der Flansch oder Obergurt des Trapezblechs wurde an den Verbindungsstellen mit 2 mm dicken Stahlplatten verstärkt.
Belastungsversuche wurden mit 5 m langen und jeweils 1 m breiten Glasscheiben durchgeführt, die nur an ihren beiden kurzen Seiten aufgelagert wurden, somit eine große freie Traglänge hatten. Es zeigte sich, dass die Verbindungsmittel einer sehr hohen Beanspruchung schadlos gewachsen waren, so dass durch den Verbund aus Glas und Metall trotz der luftig-transparent wirkenden visuellen Anmutung ein bemerkenswert biege- und schubwiderstandsfähiges Bauelement geschaffen werden kann.

Claims

Flächiges Hybrid-Bauelement (1) aus mindestens zwei fest miteinander verbundenen flächigen Teilelementen (2, 4) aus unterschiedlichen Werkstoffen, deren erstes transparent ist und mindestens eine im wesentlichen glatte Platte (2) aus Glas oder Kunststoff umfasst und deren zweites aus einem mit sich über dessen Fläche erstreckenden, das Teilelement (4) gegen Durchbiegung versteifenden Profilierungen (4S) versehenen Material besteht, wobei die beiden Teilelemente (2, 4) miteinander durch druck- und zugfeste Verbindungsmittel (3) mindestens an diskreten, über ihre Fläche verteilten Punkten verbunden sind.
Hybrid-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (3) ferner biegesteif und/oder zur Aufnahme von Schubkräften geeignet ausgeführt sind.
Hybrid-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) mit Sicken oder Wellen (4S) profiliert ist, wobei die Verbindungsmittel (3) jeweils an einer zum transparenten Teilelement (2) hin orientierten Sicke oder Welle angeordnet sind.
Hybrid-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) mit Stegen (4S) profiliert ist, wobei die Verbindungsmittel (3) an jeweils zum transparenten Teilelement (2) hin orientierten Enden der Stege (4S) angeordnet sind.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) mit Durchbrüchen, insbesondere mit einem Raster von Löchern, versehen ist, die ihm eine transparente Anmutung verleihen.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (3; 7, 8) in Sackbohrungen (6) oder Durchgangsbohrungen des transparenten Teilelements (2) verankert sind.
Hybrid-Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrungen (6) in dem transparenten Teilelement hinterschnittene Bohrungen sind.
Hybrid-Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die hinterschnittenen Bohrungen jeweils ein passender Einsatz (7) eingesetzt und ein Gewindestift (8) als Verbindungsmittel (3) in diesen eingedreht ist.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel als Klebepunkte oder -flächen ausgeführt sind.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Teilelement mindestens eine vorgespannte Glasscheibe umfasst.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Teilelement mindestens eine Verbundscheibe und/oder eine Mehrfach-Isolierscheibe umfasst.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Teilelement auf mindestens einer Oberfläche mit einem Muster, insbesondere mit einem aufgedruckten und eingebrannten Muster, versehen ist.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Teilelement mit einer wärmedämmenden Beschichtung versehen ist.
Hybrid-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit in oder zwischen den Teilelementen angeordneten Schalldämmelementen versehen ist.