Bauelement

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Bauelement (3', 3") bestehend aus einem sandwichartigen Materialverbund, der mindestens zwei Decklagen (1.1, 1.2) und mindestens einer zwischen den Decklagen angeordneten Wabenstruktur (2, 2.1, 2.2) aufgebaut ist. Damit ein solches Bauelement, das mindestens die Brandschutzklasse B erfüllt, relativ leicht, akustisch optimiert, stabil und langlebig ist, und sich relativ kostengünstig herstellen lässt, ist die Wabenstruktur aus einem Werkstoff, der mindestens eine anorganische und mindestens eine organische Faser, mindestens einen anorganischen Füllstoff und jeweils mindestens ein anorganisches und organisches Bindemittel enthält, gebildet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Bauelement bestehend aus einem sandwichartigen Materialverbund, der zumindest aus zwei Decklagen und mindestens einer zwischen den Decklagen angeordneten Wabenstruktur aufgebaut ist.

[0002] Sandwichpaneele mit einer Wabenstruktur sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 034 544 A1 eine Leichtbauplatte mit zumindest zwei Decklagen und einer Mittellage aus einer Pappwabe oder Kartonwabe. Die Leichtbauplatte kann neben dem Möbel- und Innenausbau auch in Bereichen der Haustechnik oder im Schiffs-, Schienenfahrzeug-, Kraftwagenund Flugzeugbau eingesetzt werden. Die beschriebene Leichtbauplatte weist eine Wärmestandfestigkeit der Klasse 2 auf. Insbesondere im Schiffs- und Flugzeugbau sind die Anforderungen an den Brandschutz in den letzten Jahren gestiegen. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass beispielsweise Kreuzfahrtschiffe immer größer werden und dadurch sich auch die Passagierzahlen erhöhen. Die oben genannte Leichtbauplatte erfüllt jedoch nicht die insbesondere im Schiffsbau geltenden Brandschutzanforderungen (SOLAS-Regelungen, Safety of Life at Sea) für A- bzw. B-Klasse Wände.

[0003] Aus der DE 694 24 403 T2 ist eine feuerfeste Platte bekannt, welche ein Laminat aus mindestens einer Schicht aus einer Lage von Glasfasern, die mit mindestens einem feuerfesten Phenol-Formaldehydharz imprägniert sind, besteht. Gemäß Ausführungsbeispiel kann zusätzlich eine Honigwabenstruktur aus Metall, die als Träger der entsprechenden Lagen mit Glasfasern dient, vorgesehen sein. Dieser bekannte Verbundwerkstoff erfüllt zwar die Anforderungen gemäß den SOLAS-Regelungen (A-60), nachteilig ist jedoch, dass er aus vielen Lagen zusammengesetzt ist, die mehrere Prozessschritte erfordern und damit aus heutiger Sicht nicht kostengünstig hergestellt werden kann.

[0004] Heutige Brandschutzpaneele (Sandwichpaneele) insbesondere der Brandschutzklassifikation (SOLAS) A-60 und B-15 bestehen aus einem nicht brennbaren Kern, meist aus einer gepressten, hochverdichteten Mineralwolle, die an beiden Seiten eine Abdeckung aus Stahl oder faserverstärktem Magnesitestrich aufweisen. Der hochverdichtete Werkstoff ist relativ schwer. Durch die Verwendung von Magnesitestrich anstelle von Stahldeckblechen kann das Gesamtgewicht zwar reduziert werden, die Schalldämmung derartiger Brandschutz-Wandelementen ist insbesondere mit Blick auf die gestiegenen Komfortansprüche der Reisenden auf Kreuzfahrtschiffen nicht optimal ausgelegt.

[0005] Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das mindestens die Brandschutzklasse B erfüllt, relativ leicht, akustisch optimiert, stabil und langlebig ist, und sich relativ kostengünstig herstellen lässt.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

[0007] Das erfindungsgemäße Bauelement ist aus einem sandwichartigen Materialverbund gefertigt, der mindestens aus zwei Decklagen und mindestens einer zwischen den Decklagen angeordneten Wabenstruktur aufgebaut ist. Die Wabenstruktur ist dabei erfindungsgemäß aus einem Werkstoff, der mindestens eine anorganische und mindestens eine organische Faser, mindestens einen anorganischen Füllstoff und jeweils mindestens ein anorganisches und organisches Bindemittel enthält, gebildet.

[0008] Der Wabenwerkstoff des nicht brennbaren Bauelements weist neben der mindestens einen anorganischen Faser, beispielsweise mineralischen Faser, insbesondere Steinwollefaser und/oder Keramikfaser und der mindestens einen organischen Faser, beispielsweise Cellulosefaser in Verbindung mit mindestens einem anorganischen Füllstoff, beispielsweise mineralischen Füllstoff, vorzugsweise einem hydratisierten Aluminiumsilikat, umgangssprachlich auch "Kaolin" genannt, auch mindestens einen anorganischen Binder, vorzugsweise Wasserglas und mindestens einen organischen Binder, vorzugsweise eine Polymerdispersion auf, um einen festen und bearbeitbaren Werkstoff insbesondere als Flachprodukt zu erhalten. Versuche haben gezeigt, dass ein solcher Wabenwerkstoff Dauereinsatztemperaturen von bis zu 1.000°C standhält. Die Formgebung zu einer Wabenform aus beispielsweise einem flachen Halbzeug ist aus dem Stand der Technik bekannt. In Kombination mit den Decklagen, vorzugsweise metallischen Decklagen kann ein sehr stabiles und aufgrund des hohen Luftvolumens in der Wabenstruktur auch ein akustisch optimiertes Bauelement insbesondere für Wände, Trennwände und Decken für vorzugsweise Schiffe, Flugzeuge oder Bohrinseln aber auch als Bauelemente für Gebäude, den Trockenbau, in brand- und explosionsgefährdeten Bereichen, wie zum Beispiel in Treibstofflagern und Chemielaboren, und auch in Aufzügen, insbesondere Aufzugskabinen, bereit gestellt werden. Im Übrigen können die metallischen Decklagen bzw. Deckbleche des erfindungsgemäßen Bauelements relativ dünn ausgeführt werden, sodass gegenüber bekannten Ausführungen zudem eine Reduzierung des Gewichts des Sandwichwerkstoffes bzw. des daraus gefertigten Bauelements möglich ist.

[0009] Das erfindungsgemäße Bauelement erfüllt zumindest die Brandschutzklasse B, mitunter sogar die Brandschutzklasse A nach SOLAS, wenn besonders bevorzugt der organische Anteil (Bindemittel und Fasern) des Wabenwerkstoffs auf maximal 3,0 Gew.-%, insbesondere auf maximal 2,5 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 2,0 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Wabenwerkstoffs eingeschränkt wird.

[0010] Die Dicke der jeweiligen Decklage des erfindungsgemäßen Bauelements liegt beispielsweise im Bereich von ca. 0,1 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise im Bereich von ca. 0,2 mm bis 1,0 mm, und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 0,25 mm bis 0,8 mm.

[0011] Die Decklagen des erfindungsgemäßen Bauelements sind vorzugsweise aus Stahlwerkstoff gefertigt. Stahlwerkstoff ist ein relativ kostengünstiger Werkstoff, der sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Bruchfestigkeit auszeichnet.

[0012] Auch NE-Metalle, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer eignen sich als Decklagen für das erfindungsgemäße Bauelement. Aluminium hat den Vorteil, dass sich auf der freien Oberfläche bei Temperaturerhöhung (im Falle eines Brandes) in der Umgebungsatmosphäre eine Schicht aus Aluminiumoxid ausbildet, die hochtemperaturresistent ist.

[0013] Mindestens eine der Decklagen oder beide Decklagen können auch aus Magnesitestrich, vorzugsweise aus faserverstärktem Magnesitestrich gefertigt sein, so dass sie ein geringeres Flächengewicht im Vergleich zu metallischen Decklagen aufweisen, wodurch das Gewicht des Bauelements weiter verringert werden kann.

[0014] Um günstige Materialkosten und zugleich eine hohe Lebensdauer des erfindungsgemäßen Bauelements zu erzielen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Deckbleche mit einer Korrosionsschutzschicht versehen sind. Die Korrosionsschutzschicht wird beispielsweise durch Feuerveredelung und/oder elektrolytische Beschichtung der metallischen Deckbleche realisiert. Charakteristische Überzüge für die Feuerveredelung sind: Z: 99% Zn, ZA: 95% Zn + 5% Al; AZ: 5% Al + 43,4% Zn + 1,6% Si; AS: 88-92% Al + 8-12% Si.

[0015] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauelements ist dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbleche unterschiedlich dick und/oder mit unterschiedlichen Korrosionsschutzschichten versehen sind. Hierdurch lässt sich ein hinsichtlich hoher Biegesteifigkeit, geringem Bauteilgewicht und hoher Witterungsbeständigkeit optimales Bauelement für unter anderem den maritimen Einsatz erzielen.

[0016] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauelements ist zumindest dessen Sichtseite zusätzlich mit einer organischen Beschichtung versehen. Organische Beschichtungen in Form von Lacken können unterschiedliche Farben aufweisen, sodass der Farbgestaltung des erfindungsgemäßen Bauelements keine Grenzen gesetzt sind.

[0017] Zur Erzielung einer ausreichend hohen Temperaturbeständigkeit weist der Wabenkern des erfindungsgemäßen Bauelements in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Höhe im Bereich von ca. 5 mm bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von ca. 10 mm bis 80 mm, und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 20 mm bis 60 mm auf.

[0018] Der Wabenwerkstoff des erfindungsgemäßen Bauelements enthält vorzugsweise ein mineralisches Brandschutzmittel, welches halogenfrei ist und als Rauchgasunterdrückungsmittel wirkt. Von Vorteil ist dies bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Bauelements als Wand- und/oder Deckenelement in geschlossenen Räumen. Eine unnötige zusätzliche Gesundheitsschädigung kann dadurch verhindert werden. Ferner kann der Wabenwerkstoff vorzugsweise ein Fungizid enthalten, das eine Schimmelbildung im Kern unterdrückt.

[0019] Zur Verbindung der Lagen des sandwichartigen Materialverbundes sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauelements vor, dass die jeweilige Decklage über eine Klebstoffschicht mit der Wabenstruktur verbunden ist. Als Klebstoff kommt dabei vorzugsweise ein Klebstoff auf wässriger Basis, beispielsweise ein Polyurethandispersionsklebstoff oder Heißsiegelklebstoff zum Einsatz. Die Schichtdicke der jeweiligen Klebstoffschicht liegt dabei beispielsweise im Bereich von 5 µm bis 25 µm, vorzugsweise im Bereich von 8 µm bis 15 µm. Das Auftragen des Klebstoffs auf die Decklage erfolgt beispielsweise durch Rakeln, Aufsprühen oder Beschichten mittels Auftragswalze. Die Decklagen (Deckbleche) sowie der Wabenkern können bandförmig oder tafelförmig miteinander verbunden werden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der Decklagen mit der Kernschicht mittels einer Laminieranlage. Der auf die Decklage aufgetragene Klebstoff (z.B. Heißsiegelklebstoff) wird in der Laminieranlage durch Druck und Temperatur aktiviert und vernetzt mit dem Wabenstruktur.

[0020] Alternativ kann bereits bei der Herstellung des Wabenwerkstoffes ein Klebstoff auf wässriger Basis in den Wabenwerkstoff eingebracht, insbesondere infiltriert oder beigemischt werden. Dadurch kann der Schritt des Klebstoffauftrags auf die Decklagen entfallen. Die Verbindung der Decklagen mit dem Wabenstruktur erfolgt, wie bereits oben beschrieben, vorzugsweise in einer Laminieranlage, in der durch Druck und Temperatur zunächst der Klebstoff im Bereich der angrenzenden Decklagen aktiviert und vernetzt wird und gleichzeitig oder anschließend an den Decklagen stoffschlüssig anhaftet.

[0021] Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Bauelements können die Waben zusätzlich mit anorganischen, nicht brennbaren Luftschallabsorberelementen gefüllt sein, wie beispielweise expandiertes Glasgranulat bzw. Blähglas. Diese können bei relativ geringer Dichte zu einem leicht erhöhten Gewicht des erfindungsgemäßen Bauelements führen, dadurch ist jedoch eine Verbesserung der Akustik und ggf. der Wärmedämmung gegeben.

[0022] Alternativ oder zusätzlich kann ein dünner, vorzugsweise mit einer Dicke von bis zu 0,3 mm mikroperforierter Absorber im Bauelement zur Verbesserung der Akustik integriert werden. Der dünne mikroperforierte Absorber wird vorzugsweise mittig im erfindungsgemäßen Bauelement platziert, um seine Wirkung effektiv entfalten zu können.

[0023] Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauelements sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0024] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1

zeigt, vor seiner Fertigstellung, ein erfindungsgemäßes Bauelement in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2

ein erstes erfindungsgemäßes Bauelement in Schnittdarstellung; und

Fig. 3

ein zweites erfindungsgemäßes Bauelement in Schnittdarstellung.

[0025] Fig. 1 zeigt einen Zustand vor der Fertigstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements. Die Decklagen 1.1, 1.2 bestehen beispielsweise aus Stahlblech, das vorzugsweise mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist. Bevorzugt werden dabei auf Zink oder Aluminium basierende Korrosionsschutzschichten verwendet. Die Dicke der jeweiligen Decklage (Deckblech) 1.1, 1.2 beträgt beispielsweise ca. 0,1 bis 1,5 mm, vorzugsweise maximal 1,0 mm, besonders bevorzugt maximal 0,8 mm. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel haben beide Deckbleche 1.1, 1.2 im Wesentlichen die gleiche Dicke, z.B. ca. 0,3 mm, und besitzen die gleiche Werkstoffgüte. Es können aber auch Deckbleche 1.1, 1.2 unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte zur Herstellung des sandwichartigen Materialverbundes 2 verwendet werden.

[0026] Der Werkstoff der Wabenstruktur 2 enthält eine Mischung aus anorganischen Fasern, vorzugsweise Mineralfasern, und anorganischem Füllstoff, vorzugsweise mineralischen Füllstoffen, mit einem geringen Anteil organischer Fasern und Bindemittel. Bei den anorganischen Fasern, die zusammen mit dem anorganischen Füllstoff den Hauptbestandteil des Wabenwerkstoffes ausmachen, handelt es sich vorzugsweise um biolösliche Mineralfasern. Außerdem kann der Wabenwerkstoff ein mineralisches, halogenfreies Brandschutzmittel enthalten, welches eine hohe Rauchgasunterdrückungswirkung aufweist. Da der Anteil an organischen Fasern und organischem Bindemittel in der Wabenstruktur 2 sehr gering ist, maximal 3,0 Gew.-%, insbesondere maximal 2,5 Gew.-%, vorzugsweise maximal 2,0 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Wabenwerkstoffs, ergibt sich bei einer Feuer- bzw. Hitzeeinwirkung so gut wie keine Rauchgasentwicklung. Die Wabenstruktur 2 weist eine Höhe von 5 bis 100 mm, vorzugsweise 10 bis 80 mm, und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 20 bis 60 mm auf. Die Kantenlängen der sechseckigen Wabenstruktur sind vorzugsweise gleich lang.

[0027] Die anorganischen Fasern und mineralischen Füllstoffe des Wabenkerns 2 ermöglichen, dass ein solcher Wabenwerkstoff Dauereinsatztemperaturen bis 900°C oder sogar bis 1.000°C standhält, vorzugsweise nicht brennbar ist. Zudem bietet die so ausgeführte Wabenstruktur 2 eine gute Wärmeisolierung sowie eine gute Schalldämpfung.

[0028] Die Decklagen 1.1, 1.2 werden durch Kleben mit der Kernschicht verbunden. Hierzu wird beispielsweise eine Seite der jeweiligen Decklage 1.1, 1.2, nämlich die der Wabenstruktur 2 zugewandte Seite, mit Klebstoff beschichtet. Bei dem Klebstoff handelt es sich vorzugsweise um einen Klebstoff auf wässriger Basis, beispielsweise Polyurethandispersionsklebstoff. Für eine ausreichende Verbindung von Decklage 1.1, 1.2 und Wabenstruktur 2 wird der Klebstoff beispielsweise mit einer Schichtdicke zwischen 5 bis 25 µm, vorzugsweise zwischen 8 bis 15 µm auf die Decklage 1.1, 1.2 aufgetragen. Das Auftragen des Klebstoffs kann beispielsweise durch Aufsprühen, Rakeln oder mittels Auftragswalzen erfolgen. Die Verbindung von Decklagen 1.1, 1.2 und Wabenstruktur 2 (in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet) erfolgt dann vorzugsweise mittels einer beheizten Laminieranlage (nicht gezeigt), in der durch Druck und Temperatur der Klebstoff aktiviert und die Decklagen 1.1, 1.2 und die Wabenstruktur 2 stoffschlüssig miteinander verbunden werden (Fig. 2).

[0029] Das Bauelement 3'' in Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten Bauelement 3' dadurch, dass ein mikroperforierter Absorber 4 als mittlere Lage im Bauelement 3'' angeordnet ist, der zur Verbesserung der Akustik beiträgt. Der Absorber 4 ist auf beiden Seiten mit jeweils einer Wabenstruktur 2.1, 2.2 verbunden, die wiederum mit Decklagen 1.1, 1.2 verbunden sind.

[0030] Die in den Fig. 2 und 3 im Schnitt dargestellten Bauelemente 3, 3'' dienen beispielsweise als Wand- und/oder Deckenelemente für Gebäude, insbesondere Bürogebäude oder öffentliche Gebäude, z.B. in Flughäfen, oder Schiffe, Flugzeuge oder Bohrinseln.

[0031] Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten des erfindungsgemäßen Bauelements 3' denkbar, die auch bei Ausgestaltungen, die von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichen, von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.

Ansprüche

1. Bauelement (3', 3'') bestehend aus einem sandwichartigen Materialverbund, der mindestens aus zwei Decklagen (1.1, 1.2) und mindestens einer zwischen den Decklagen angeordneten Wabenstruktur (2, 2.1, 2.2) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur aus einem Werkstoff, der mindestens eine anorganische und mindestens eine organische Faser, mindestens einen anorganischen Füllstoff und jeweils mindestens ein anorganisches und organisches Bindemittel enthält, gebildet ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur (2, 2.1, 2.2) eine Dicke im Bereich von 5 mm bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 80 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 mm bis 60 mm aufweist.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (1.1, 1.2) aus Stahlwerkstoff gefertigt sind.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (1.1, 1.2) mit einer Korrosionsschutzschicht versehen sind.

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Decklage (1.1, 1.2) eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm aufweist.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (1.1, 1.2) unterschiedlich dick sind und/oder mit unterschiedlichen Korrosionsschutzschichten versehen sind.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Decklage (1.1, 1.2) über eine Klebstoffschicht mit dem Wabenkern (2) verbunden ist.

8. Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Klebstoffschicht aus Klebstoff auf wässriger Basis, vorzugsweise aus Polyurethandispersionsklebstoff gebildet ist.

9. Bauelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Klebstoffschicht eine Schichtdicke im Bereich von 5 µm bis 25 µm, vorzugsweise im Bereich von 8 µm bis 15 µm aufweist.

Zeichnung