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Dokumentenidentifikation DE102005053890A1 24.05.2007
Titel Formbauteil in Sandwichbauweise mit keramischem Kern und multidirektionalen Decklagen
Anmelder PNR Group,LLC, Las Vegas, Nev., US
Erfinder Pott, Richard, Dipl.-Ing., 32791 Lage, DE
Vertreter Ackmann, Menges & Demski Patentanwälte, 47051 Duisburg
DE-Anmeldedatum 10.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053890
Offenlegungstag 24.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse B32B 27/04(2006.01)A, F, I, 20051110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B32B 19/02(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   B32B 5/12(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   E04C 2/26(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   
Zusammenfassung Das Formbauteil in Sandwichbauweise besteht aus einer oder mehreren Decklagen und einem Stützkern, dieser bestehend aus einer oder mehreren Kernschichten. Sowohl die Decklagen als auch die Kernschichten sind mit härtbarem Harz beschichtet bzw. imprägniert. Da bei einem Formbauteil in Sandwichbauweise die Decklagen die Hauptbelastungen aufnehmen müssen, ist diesen eine besondere Bedeutung hinsichtlich Aufnahme der Zug-, Druck-, Scher-, Torsions- und Biegekräfte beizumessen. Bei dem erfindungsgemäßen Formbauteil wird diese Faserorientierung im Kreuzungswinkel von vorzugsweise ± 45° bei geringstmöglichem Materialeinsatz ein größtmöglicher Wirkungsgrad erzielt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung stellt ein Formbauteil dar, das aus einem keramischen Kern mit Decklagen aus kunstharzimprägnierten Faserbündeln besteht, welche in mindestens zwei verschiedene Richtungen, vorzugsweise ± 45° orientiert sind. Die hierzu angewendete Sandwichbauweise hat sich in langjähriger Praxis in vielen Bereichen, vorzugsweise im Bauwesen, hervorragend bewährt. In Sandwichbauweise werden z.B. Deckenkonstruktionen als Leichtbau, Dachbinder und Wandpaneele erstellt. In allen Fällen strebt man geringstmögliche Stützlasten bei zugleich größtmöglicher statischer und dynamischer Belastbarkeit und hoher Brandsicherheit an.

Sandwichbauteile im Hoch- und Tiefbau sind auch bekannt als mehrwandige Rohrkörper in z.B. Entwässerungsbereichen oder für Fernheizungen. Ebenso gibt es bereits Brückenbauwerke in Formbauweise aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), bei allerdings grossen Bauteilgewichten.

Alle derartigen konzeptionell hervorragenden Konstruktionen haben den von Konstrukteuren wenig geschätzten und bisher kaum abänderbaren Nachteil des zu hohen Gewichtes bzw. zu geringer Biegezugfestigkeit und zu grosser Durchbiegung.

Es war auch bisher nicht möglich, moderne Sandwichbauteile für anspruchsvolle Projekte zu produzieren, weil die bisher praktizierten Bauweisen die Möglichkeiten, die die vorliegende Erfindung bietet, bisher nicht bekannt waren und die somit eine echte Innovation darstellt. Die Fertigung der erfindungsgemässen Bauteile ist auch deshalb erst zum jetzigen Zeitpunkt möglich, da die erforderlichen Komponenten bis jetzt nicht existierten.

Das bisher verwendete Faser-Verstärkungsmaterial für die Armierung der Decklagen besteht aus Geweben aller möglichen Faserarten. Dieses Gewebe hat konstruktions- und fertigungsbedingt ein mehrfach hohes Einsatzgewicht bei einer Festigkeit, die nur einem Bruchteil der erfindungsgemässen Sandwichbauteil-Armierung entspricht.

Die Erfindung macht sich dabei den grossen Vorteil zunutze, den gestreckte, undirektional orientierte Verstärkungsfasern in Form von Gelegen anstatt Geweben bieten. Hierbei werden alle Einzelfilamente der Faserstränge streng linear parallel vorgespannt und als Faserstränge nebeneinanderliegend zu Einzellagen fixiert und in Laminierharz eingebettet bzw. damit imprägniert. Um aber die Nutzbarkeit der Zugbelastung auf das gesamte Formbauteil zu gewährleisten, werden die vorgefertigten Gelege- Einzellagen in Kreuzungswinkeln von vorzugsweise +–45° angeordnet, womit ein Quasi-Isotrop erreicht wird, d.h., eine gleiche Belastbarkeit in alle Richtungen. Die Decklagen bilden zusammen mit dem keranischen Stützkern das Formbauteil in Sandwich-Bauweise, während die mittleren Tragschichten in gleicher Faserorientierung je nach Einsatzzweck bei grösserer Belastung zur zusätzlichen Verstärkung des keramischen Stützkerns eingesetzt werden. Hier können die Faserstränge bei Bedarf insgesamt auch z.B. nur in Bauteil-Querrichtung angeordnet werden, um so gezielt das Bauteil als Ganzes in diese Richtung zu verstärken.

Das erfindungsgemässe Formbauteil stellt nicht ausschliesslich ein Plattenbauteil dar, sondern es ergibt sich eine Fülle von anspruchsvollen Anwendungen, so z.B. im Hochbau (hier besonders in Feuerfestbereichen, denn es werden die Anforderungen der Brandschutzklasse A2 erfüllt); im Brückenbau und beim Bau von Sandwich-Rohrkörpern für Fernwärme, Abwässer etc.

Einige weitere Einsatzbeispiele:

  • Kanalabdeckungen;
  • Abdeckhauben für Kabelschächte;
  • Basismaterial für vorgehängte, feuerfeste Fassaden;
  • Tunnelauskleidungen;
  • Doppel-Fussböden;
  • Aussenwände für Flüssigkeitsbehälter;
  • Verkehrsleitsysteme;
  • Aufbauten für Isolierfahrzeuge.
  • Schnell-Montagebrücken im Strassenbau;
  • Pontonbrücken in der Wehrtechnik;
  • Campingfahrzeuge und -anhängerl.

Die zuvor beschriebenen Einsatzbeispiele erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit !

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN: Fig. 1 und Fig. 2

  • 1a obere Decklage aus kunstharzimprägnierten Decklagen auf der Basis von Verstärkungsfaserbündeln im Kreuzungswinkel von mehrfach +–45° orientiert;
  • 2 Fäden des Haftfadengitters bzw. der Hotmeltkleber-Spur, welcher die längsorientierten Verstärkungsfaserbündel in Querrichtung fixiert;
  • 3. die obere Stützkernschicht aus keramischem Material z.B. Blähtonpellets, Perlite, Bims oder dergleichen;
  • 4. eine mittlere Deckschicht zur ausschliesslichen Aufnahme der Zugkräfte quer zur Bauteillängsachse;
  • 5. Haftfadengitter der Innenseite der unteren Decklage;
  • 6. die untere Stützkernschicht entsprechend der oberen Stützkernschicht;
  • 1b untere Decklage entsprechend der oberen Decklage.


Anspruch[de]
Formbauteil in Sandwichbauweise mit einem Kern aus kunstharzgebundener keramischer Substanz mit multidirektional orientierter Decklagen-Faserverstärkung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützkern aus keramischem Material auf mindestens einer Seite von einer Decklage abgedeckt ist, welche aus mindestens zwei Fasereinzellagen, kunstharzgetränkt, besteht, deren Fasern in der Einzellage parallel nebeneinander liegen und sich im Verhältnis zur jeweils nächsten Einzellage in einem Kreuzungswinkel befinden. Formbauteil nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der jeweiligen Einzellage mittels eines Haftfadengitters unverschiebbar verbunden sind. Formbauteil nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durch mittels einer Vorrichtung aufgetragene Klebespuren auf der Basis von Permanent- bzw. Schmelzkleber unverschiebbar verbunden sind. Formbauteil nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durch mittels einer Vorrichtung aufgetragenen vollflächigen Beschichtung aus Kunstharz unverschiebbar Verbunden sind. Formbauteil nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Einzellagen aus Textilglas, Carbon, Aramid, Polyester, Acryl oder Keramik bestehen. Formbauteil nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die aus Fasern mit multidirektionaler Orientierung bestehende Decklage mit Kunstharz als Matrix auf der Basis von Polyester, Epoxid, Melamin, Harnstoff, Phenol oder dergleichen imprägniert ist. Formbauteil nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Stützkern aus keramischem Material ein kunstharz- oder zementgebundenes Granulat verwendet wird auf der Basis von Bims, Perlite, Glimmer, Hohlglas, Schaumstoff, Blähton oder Split jeglicher Art. Formbauteil nach Anspruch 1 und einem der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formbauteil mehrere Deckschichten sowohl als äussere Tragschichten, wie auch als mittlere Verstärkungsschichten zur Aufnahme der Biege-, Zug-, Druck-, Torsions- und Scherkräfte aufweist.






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