Natursteinelement für die Verkleidung von Bauwerkfassaden

Abstract

 Bei einem Natursteinelement für die Verkleidung von Bau­werkfassaden erfolgt die Aufhängung der Natursteinplatte über eine keramische Platte, die mit der Rückseite der Natursteinplatte verklebt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Natursteinelement gemäß dem Ober­begriff des Patentanspruches 1.

[0002] Es ist bekannt, Naturstein, insbesondere Marmor, in platten­förmige Abschnitte zu zerlegen und diese Natursteinplatten für die Verkleidung von Fassaden oder Innenwänden von Bau­werken zu verwenden.

[0003] Hierbei werden in der Regel solche Platten mit Hilfe von la­schenartigen Befestigungselementen am Bauwerk angebracht. Dabei sind diese Laschen einerseits in geeigneter Weise mit der tragenden Struktur des Bauwerkes verbunden, anderer­seits halten sie die Natursteinplatten an deren Rand in der gewählten Lage. Dabei greifen die Laschen in hierfür vorge­sehene Ausnehmungen am Plattenrand.

[0004] Die Anforderungen technischer Art an eine solche Fassaden­verkleidung hängen von dieser statischen Randlagerung und den zu erwartenden Windkräften sowie dem Zusammenwirken von Abmessungen, Stärke und Gewicht ab. Durch sie werden aber auch die Kosten für Material und Befestigung bestimmt. Ausgeprägt fester Naturstein, wie Marmor, läßt bei Anwendung als Fassadenbekleidung eine Unterschreitung einer Wand­stärke von 30 mm wegen seiner Materialstruktur und seiner Materialeigenschaften sowie der angesprochenen Randlagerung nicht zu. Da die Abmessungen und die Wandstärke gewichts­bestimmend sind, findet die Anwendung von großformatigen Natursteinfassadenplatten eine technische und kostenmäßige Begrenzung bei Abmessungen von ca. 500 x 1500 mm. Diese Be­grenzung verschärft sich mit zunehmender Bauwerkshöhe und mit zunehmenden Windlasten.

[0005] Für diese Fälle und auch für Anwendungsformen in Bereichen normaler Anforderungen werden Lösungen zur Gewichtsein­sparung vorgeschlagen, indem Natursteinplatten mit redu­zierter Wandstärke und dünnwandige leichtgewichtige Trag­platten aus anderen Werkstoffen, wie Aluminium, Kunststoff oder ähnlichen zusammengefügt werden.

[0006] Die Verwendung von Aluminium für die Ausbildung von Trag­platten hat den Vorteil, daß die von Hause aus spröden und insbesondere bei großen Formaten unter Lasteinwirkung leicht zerbrechlichen Natursteinplatten mit einem biege­steifen Material kombiniert werden, welches mit geringen Wandstärken einsetzbar ist, Gewichtseinsparung bringt und mit der Natursteinplatte ohne weiteres zu einem Verbund­plattensystem zusammengefügt werden kann. Ferner erlaubt eine Aluminiumplatte eine Vielzahl werkstoffgerechter Be­festigungsmöglichkeiten, um die Großplatte am Bauwerk zu befestigen, ohne die Nachteile der Randlagerung für Na­turstein in Kauf zu nehmen, die maßgeblich durch die Sprödigkeit und die mangelnde Biegesteifigkeit dieses Materials bedingt sind.

[0007] Allerdings treten mit zunehmender Formatgröße, insbeson­dere ab 1 qm und der Anwendung im Fassadenbereich Ablö­sungen und Brüche der Natursteinplatte auf.

[0008] Die Anmelderin hat erkannt, daß diese Nachteile vor allem darauf zurückzuführen sind, daß sich die metallische Tragplatte bei Erwärmung wesentlich stärker ausdehnt als die Natursteinplatte. Die Anwendung scherfester Kleber für die Anbindung der Aluminiumplatte an die Naturstein­platte läßt zwar eine gewisse Kompensation dieser Deh­nungsunterschiede zu, jedoch mit steigender Größe der Platten und der im Fassadenbereich auftretenden Tempe­raturwechselbeanspruchungen läßt sich damit kein dauer­ hafter Erfolg erzielen, so daß die Lebensdauer eines sol­chen Verbundes begrenzt ist.

[0009] Auf dem Keramiksektor sind bereits Verbundplatten bekannt (DE-OS 27 45 250), bei denen versucht wird, das Auftreten von Temperaturdehnungsspannungen und eventuell dadurch bedingten Rissen dadurch zu vermindern, daß die Materialien des Verbundelementes einen annähernd gleichen Temperatur­dehnungskoeffizienten aufweisen und der die Plattenelemente verbindende Kleber elastische Eigenschaften besitzt. Jedoch besteht hierbei die die Sichtfläche bildende Platte aus keramischem Material und ist die Trägerplatte aus Acrylbeton hergestellt. Ferner wird zur Erhöhung der Plattenstabilität vorgeschlagen, an der Rückseite der Trägerplatte aus Acryl­beton über den Plattenrand umlaufende und sich quer über die Plattenrückseite erstreckende Versteifungsrippen vorzusehen.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, eine großförmatige Natur­steinplatte mit begrenztem Gewicht für den Fassadenbereich zu schaffen, die auch bei den dort auftretenden extremen Temperaturwechselbeanspruchungen unbedenklich einsetzbar und kostengünstig herstellbar ist.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­nenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

[0012] Überraschend hat sich herausgestellt, daß die Verwendung einer keramischen Platte trotz ihrer gegenüber einer me­tallischen Tragplatte wesentlich spröderen Eigenschaf­ten und höheren Gewichts gleichwohl zu einer Fassaden­verkleidung führt, die insbesondere bei großen Formaten und hohen Temperaturwechselbeanspruchungen keinerlei Ablösungserscheinungen oder Brüche zeigt. Gegenüber einer Natursteinplatte mit einem Format von 1500 x 500 mm, deren Wandstärke den statischen Verhältnissen entspre­chend ausgebildet ist, ergibt sich hierbei eine Gewichts­einsparung von etwa 50 %. Mit zunehmender Formatgröße wirkt sich die erzielbare Gewichtseinsparung in noch stärkerem Maße zu Gunsten des erfindungsgemäßen Natur­steinelements aus, da die Wandstärke der reinen Natur­steinplatte aus statischen Erfordernissen, insbesondere auch wegen der Randlagerung, zunehmend erhöht werden muß, hingegen die Abmessungen des erfindungsgemäßen Na­tursteinelements im wesentlichen konstant gehalten wer­den können. Durch die daraus resultierende Material­einsparung sowie durch die vergleichsweise günstige Ausbildung der Befestigung am Bauwerk lassen sich gegen­über einer Natursteinanwendung erhebliche Kosteneinspa­rungen erzielen.

[0013] In sehr erstaunlicher Weise ermöglicht es die Paarung Natursteinelement/Keramik, daß die Dicke selbst groß­formatiger Natursteinplatte sogar auf den Bereich von 3 bis 4 mm reduziert werden kann, wobei die Dicke der Keramikplatte im Bereich von 6 bis 8 mm liegt. Dadurch ergeben sich erhebliche Gewichtseinsparungen gegenüber konventionellen Natursteinplatten als Fassadenelemente.

[0014] Ein solches Natursteinelement läßt sich ferner relativ einfach herstellen. Trotz der geringen Wandstärke des Natursteins und der Großformatigkeit ist die Herstellung möglich, weil eine vorgefertigte Natursteinplatte mit der doppelten Wandstärke der zum Verbund beitragenden Natursteinplatte unter Berücksichti­gung des Materialverlustes eines später folgenden mittleren Trennschnittes in Plattenebene dadurch in einfacher Weise her­stellbar ist, daß auf beiden Seiten der Natursteinplatte Trag­platten mit Hilfe eines Klebers dauerhaft aufgebracht werden und dann der Trennschnitt der Natursteinplatte erfolgt. Dies bewirkt eine zerstörungsfreie Herstellung auch großformatiger dünnwandiger Natursteinplatten, wobei zweckmäßigerweise bereits in diesem Herstellungsprozeß die Anbindung der Keramikplatten erfolgt, die dann sowohl bei der Herstellung als stützende Tragplatten für den Trennschnitt der Natursteinplatte wie auch bei der an der Bauwerkfassade aufgehängten Platte als Stütze für die Natursteinplatte dienen.

[0015] Die Erfindung schlägt weiterhin vor, bei der Auswahl des zu verwendenden Natursteines dessen Wärmeausdehnungs­koeffizienten in der Weise zu berücksichtigen, daß er zumindest annähernd dem der keramischen Platte entspricht, um die eingangs beschriebenen negativen Wirkungen unter­schiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt bei dem vorliegen­den Werkstoff, aus dem die großformatigen keramischen Platten bestehen, bei 5 x 10⁻⁶ m/m, derjenige von Natur­steinen schwankt je nach Ausgangsmaterial zwischen 1,5 x 10⁻⁶ und 8,2 x 10⁻⁶ m/m.

[0016] In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens wird vorgeschlagen, in das Verbundelement metallische Be­festigungsmittel zu integrieren. Dies ermöglicht bei An­ordnung aus statischen Gesichtspunkten randferne Lage­rungen und damit großformatigere Verbundelemente als bei der üblichen Randlagerung.

[0017] Die Integration dieser Befestigungsmittel soll kraft- und/oder formschlüssig erfolgen, wobei zur Aufnahme des metallischen Befestigungsmittels entweder die kera­mischen Platten Senklöcher zur Aufnahme des Schrauben­kopfes oder ähnliches aufweisen können, oder die Auf­nahme in der Natursteinplatte durch Ausnehmungen erfolgt, wobei die keramische Platte Bohrungen runden oder Durch­führungen anderen Querschnitts aufweist.

[0018] Wegen der großen Bedeutung, die bei einem Verbundelement der erfindungsgemäßen Art der Festigkeit des die Natur­steinplatte und die keramische Tragplatte verbindenden Klebers und seiner Elastizität zukommt, muß dieser in besonderer Weise eingestellt werden, um hohe Scherfestig­keit, Alterungsbeständigkeit und ein solch elastisches Verhalten zu gewährleisten, daß die auftretenden Be­wegungen der Deck- und Tragplatte infolge von Wärmedeh­nung und Zug- oder Druckbeanspruchungen ohne Ermüdung und Festigkeitsverlust aufgenommen werden. Hierzu eig­nen sich modifizierte Kunststoffkleber. Wegen des besse­ren Verbundes von Kleber zu Natursteinplatte wird empfoh­len, die Rückseite dieser Platte aufgerauht zu gestalten. Um jedoch die Kleberschicht weitgehend von vermeidbaren Beanspruchungen, hervorgerufen aus Biegelasten, freizuhal­ten, wird vorgeschlagen, die Wandstärke der Naturstein­platte so zu wählen, daß sie in ihrer Steifigkeit derjeni­gen der keramischen Platte entspricht, damit im Belastungs­fall für das Verbundelement die neutrale Faser (neutrale Fläche) also die Fläche, in der sich keine Normalspannun­gen auswirken, in die durch den Kleber ausgefüllte Ebene des Verbundkörpers zu liegen kommt. Dies erreicht man durch Berücksichtigung des Einflusses von E-Modul und Plattenstärke auf das Biegemoment der Platte. Dazu geht man zur Bestimmung der Wandstärke eines bestimmten Natur­steinwerkstoffes von einem konstanten E-Modul für einen gewünschten Natursteinwerkstoff und von einem E-Modul und einer konstanten Plattenstärke für die keramische Trag­platte aus.

[0019] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Naturstein­elements mit konventioneller Aufhängung,

Fig. 2 eine vergleichbare schematische Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfin­dung sowie

Fig. 3 bis 5 Einzelheiten der für die Aufhängung verwendeten Befestigungsmittel,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel, wobei links eine Platte mit üblicher Randeinspannung und rechts eine Platte mit randferner Einspannung dargestellt ist.

[0020] Gemäß Fig. 1 sind die mit 1 bezeichneten Natursteinplatten un­mittelbar über laschenartige Befestigungsmittel 2 an der Bau­werkstruktur 3 aufgehängt. Im einzelnen erfolgt die Befestigung der Natursteinplatten 1 über die Laschen 2 mittels an den La­schen ausgebildeter vorspringender Elemente 4, die in entspre­chend ausgebildete Aussparungen 5 der Natursteinplatten ein­greifen.Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 sind je Lasche 2 beidseitig vorspringende Elemente 4 angeordnet, wobei die oberen vorspringenden Elemente 4 in die am unteren Rand der oberen Natursteinplatte 1 eingearbeiteten Aussparungen 5 und die unteren vorspringenden Elemente 4 in die am oberen Rand der unteren Natursteinplatte 1 eingebrachten Aussparungen 5 eingreifen.

[0021] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 handelt es sich um reine Natursteinplatten, die aus statischen Gründen bei einem Format von 1,5 m x 0,5 m eine Wandstärke von ca. 3 cm auf­weisen müssen. Eine solche Platte weist ein erhebliches Gewicht auf, so daß die Befestigungselemente für die Auf­hängung der Natursteinplatte entsprechend stark dimensioniert sein müssen.

[0022] Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das allgemein mit 6 bezeichnete Natursteinelement aus einer im Vergleich zur Fig. 1 wesentlich schmäleren Natursteinplatte 7 und einer an der Rückseite der Natursteinplatte 7 angeordneten, als Tragplatte für die Natursteinplatte 7 dienenden keramischen Platte 8 gebildet, an welcher auch die Befestigungsmittel angreifen.

[0023] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die keramische Platte 8 über mehrere Schrauben, im besonderenm Fall Ham­merkopfschrauben 9, an der Lasche 2 befestigt, die in übli­cher Weise an der mit 3 bezeichneten Bauwerksstruktur be­festigt sind.

[0024] In der Darstellung nach Fig. 2 ist die hammerkopfartige Aus­bildung des Schraubenkopfes in einer entsprechenden Aus­sparung in der Natursteinplatte 7 aufgenommen.

[0025] Bei der Darstellung nach Fig. 3 wird eine Senkkopfschrau­be verwendet, die in einer entsprechend konisch ausgebil­deten Öffnung der keramischen Platte 8 aufgenommen ist.

[0026] Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist wiederum eine Ham­merkopfschraube 9 verwendet, deren Kopf in einer entspre­chenden Ausnehmung der Natursteinplatte 7 aufgenommen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die für die Hammerkopfschraube 9 vorgesehene Bohrung in der kera­mischen Platte 8 mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, die eine vergleich­bare Hammerkopfschraube 9 beschreibt, ist hingegen der Bohrungsquerschnitt rechteckförmig oder in sonst einer Weise unrund ausgebildet, so daß ein kraftschlüssiger Sitz der Schraube gewährleistet ist.

[0027] Aus Fig. 2 ist die randferne Anordnung bzw. der randferne Angriff der Befestigungsmittel an der keramischen Platte ersichtlich, was im einzelnen recht anschaulich aus der Fig. 6 hervorgeht, die rein schematisch auf der linken Seite eine randseitige Anordnung der Befestigungsmittel bei 12 und in der rechten Darstellung die randferne Anordnung der Befestigungsmittel bei 10 zeigt.

[0028] Der Verbund aus keramischer Platte und Natursteinplatte wird durch einen geeigneten Kleber bewerkstelligt, der in Fig. 2 mit 11 bezeichnet und zwischen den benachbarten Flächen der beiden Platten angeordnet ist. Als Kleber eignet sich insbesondere ein lösungsmittelfreier, 2-Kompo­nentenepoxidharzklebstoff, der kalt- oder warm aushärtend sein kann.

[0029] Die Plattendicke der Natursteinplatte kann 10 mm und darunter betragen. Dicken von 3 bis 4 mm sind ohne weiteres möglich. Die Plattendicke der keramischen Platte beträgt zweckmäßiger­weise 6 bis 8 mm.

[0030] In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Naturstein­platte ein Format von 1,5 m x 0,5 m und besitzt hierbei eine Plattendicke von 3 oder 4 mm. Die Natursteinplatte ist mit einer keramischen Platte mit einer Dicke von 8 mm verklebt, wobei ein 2-komponentiger Epoxidharzklebstoff verwendet wird, der leicht thixotropiert ist.

Ansprüche

1. Natursteinelement in Form einer großformatigen Plat­te für die Verkleidung von Bauwerkfassaden, welches auf seiner der Sichtseite abgewandten Seite mit einer Tragplat­te dauerhaft verbunden und über diese am Bauwerk aufgehängt ist,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Aufhängung der Natursteinplatte (7) über eine kera­mische Platte (8) erfolgt, die mit der Rückseite der Natur­steinplatte verklebt ist.

2. Natursteinelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Natursteinplatte (7) annähernd gleich demjenigen der keramischen Platte (8) ist.

3. Natursteinelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
daß das Verbundelement (6) aus Natursteinplatte (7) und Keramikplatte (8) auf seiner der Sichtseite abgewandten Seite metallische Befestigungsmittel (9) trägt, die in das Verbundelement (6) form- und/oder kraft­schlüssig integriert sind.

4. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß zur Aufnahme des metallischen Befestigungsmittels die zur Natursteinplatte (7) gewandte Seite der keramischen Platte (8) Senklöcher aufweist.

5. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß zur Aufnahme des metallischen Befestigungsmittels die Natursteinplatte (7) auf ihrer der Sichtseite abgewandten Seite Ausnehmungen und die keramische Platte (8) Bohrungen oder Durchführungen aufweist.

6. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Lage und Anordnung der metallischen Befestigungs­mittel nach statischen Gesichtspunkten erfolgt.

7. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Natursteinplatte (7) in ihrer Wandstärke so ge­wählt ist, daß sie die Steifigkeit der Keramikplatte (8) aufweist.

8. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die der Keramikplatte (8) zugewandte Seite der Natur­steinplatte (7) aufgerauht gestaltet ist.

9. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Kleber so ausgebildet ist, daß er eine hohe Scherfe­stigkeit aufweist.

10. Natursteinelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der Natursteinplatte kleiner oder gleich etwa 8 mm, vorzugsweise 3 bis 4 mm und die Dicke der Keramikplatte etwa 6 bis 8 mm beträgt.

Zeichnung