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PATENTANSPRÜCHE
1. Mehrschichtenbalken, bei dem eine den wesentlichen Teil des Balkenvolumens einnehmende Mittelschicht (1) aus mit Bindemittel gemischten, stranggepressten, pflanzlichen Kleinteilen besteht, und bei dem die aussenliegenden Deckschichten (2,7) mit der Mittelschicht (1) verklebt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht aus einem Gemisch grober und feiner Stiftspäne mit einer Dichte von 450 bis 750 kg/m3 besteht und eine überwiegend in Balkenlängsrichtung sich erstreckende Span- bzw. Faserorientierung aufweist, und dass die Deckschichten (2,7) aus sägerauhen oder gehobelten Naturholzbrettern bestehen, deren Dicke im Verhältnis zur in gleicher Richtung sich erstreckenden Dicke der Mittelschicht zwischen 1:6 und 1:25 steht.
2. Balken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht (1) im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und einen durchlaufenden Hohlraum (3) aufweist, dessen Querschnitt die Form eines Langlochs besitzt.
3. Balken nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den Wänden des Hohlraums (3) und den nächstliegenden Längsseiten der Mittelschicht (1) unge fähr gleich gross sind.
4. Balken nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht (1) an zwei gegenüberliegenden, den Deckschichten (2) abgewandten Längs seiten eine Nut (5) und Feder (4)-Ausformung aufweist.
5. Balken nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht (1) an zwei gegenüberliegenden, den Deckschichten (2) zugewandten Längsseiten eine Nut (5)- und Feder (4)-Ausformung aufweist, wobei die Deckschichten (2) als Deckleisten (2a, 2b, 2c) ausgebildet sind, die im Flankenbereich der Nut (5) bzw. Feder (4) zueinander einen Abstand (8) aufweisen und randseitig falls abgeschrägt (9) sind.
6. Balken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Balkenquerschnitt rechteckige Mittelschicht (1) in einer Lage stranggepresstist, bei der die längere Kante des Balkenquerschnitts vertikal liegt.
7. Balken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (2, 7) aus Naturholzbrettern bestehen und dass alle Längsseiten der Mittelschicht (1) damit verleimt sind.
8. Balken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im Belastungszustand vertikaIen Deckschichten (7) zwischen den horizontalen Deckschichten (2) eingespannt sind.
9. Balken nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken (6) der Mittelschicht (1) abgeschrägt sind.
10. Balken nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der groben und feinen Stiftspäne etwa 50:50 beträgt.
11. Balken nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass etwa 2/3 der Stiftspäne in Balkenlängsrichtung, der Rest quer dazu orientiert sind.
12. Balken nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Mittelschichten (1) unmittelbar miteinander verbunden, insbesondere verklebt sind, und dass die Deckschichten (2) lediglich an den aussen liegenden Längsseiten der Mittelschichten (1) vorgesehen sind.
13. Balken nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Mittelschicht (1) befindliche Hohlraum (3), insbesondere mit isolierenden Werkstoffen, z.B. Polyurethan, ausgefüllt bzw. ausgeschäumt ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichtenbalken, bei dem eine, den wesentlichen Teil des Balkenvolumens einnehmende Mittelschicht aus mit Bindemittel gemischten, stranggepressten pflanzlichen Kleinteilen besteht, und bei der die aussenliegenden Deckschichten mit der Mittelschicht verklebt sind.
Ein solcher Balken, allerdings nur aus Holzkleinteilen, ist aus der US-PS 2717420 bekannt geworden. Er besitzt einen quadratischen Querschnitt, in dessen Zentrum sich ein durchgehender, im Querschnitt kreisförmiger Hohlraum befindet.
An den Seitenflächen ist der Balken mit Metallstreifen verklebt, die offenbar eine Verbundwirkung mit dem Strangpresskörper und damit eine höhere Festigkeit erzielen sollen.
Durch die DE-OS 2407 642 ist ferner ein Holzbalken bekannt, der ebenfalls aus Kleinteilen gepresst wird, bei dem das Wesentliche darin bestehen soll, dass er mindestens drei aufeinander angeordnete und über die gesamte Balkenlänge sich erstreckende Schichten enthält, von denen die beiden äusseren Schichten zum überwiegenden Teil Späne mit hauptsächlich in der Balkeniängsrichtung orientierten Fasern enthalten und die Mittellage zum überwiegenden Teil Späne mit im wesentlichen in der Querschnittebene des Balkens orientierten Fasern aufweist. Ein solcher Balken mit der geschilderten Struktur lässt sich praktisch nur dadurch herstellen, dass in einer Form die beleimten Späne erwärmt und einem Pressdruck ausgesetzt werden. Damit kann der Balken aber nur eine der Form entsprechende, in der Praxis aber nicht ausreichende Länge erhalten.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass weder der eine noch der andere vorbekannte Balken sich in der Praxis bewährt und Balken natürlichen Wuchses ersetzt haben. Bei dem eingangs erwähnten Balken, der mit Metallplatten beschichtet ist, besteht die Gefahr, dass die Klebeverbindung sich durch unterschiedliche Wärmespannungen löst. Bei starken Wärmeunterschieden wird die Metallschicht, weil sie eine wesentlich grössere Wärmeleitfähigkeit und demzufolge Dehnbarkeit besitzt, zur Formänderung des Balkens beitragen. Ausserdem leidet darunter die Verbundwirkung. Bei der Lehre nach der DE OS 2407 642 lässt sich keine genügende Tragfestigkeit erzielen, ganz abgesehen davon, dass das Herstellungsverfahren keine wirtschaftliche Fertigung und Uberlegenheit zu naturgewachsenen Balken erlaubt.
In der Praxis ist bisher das Problem ungelöst, Balken aus Holzkleinteilen oder ähnlichen natürlichen Materialien herzustellen, die den naturgewachsenen Balken sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Alterungsbeständigkeit, insbesondere im Hinblick auf Quellen und Schwinden, überlegen sind. Dieses Problem ist Aufgabe der Erfindung. Ausgehend von der eingangs erwähnten US-PS 2717420 besteht das Wesen der Erfindung darin, dass die Mittelschicht aus einem Gemisch grober und feiner Stiftspäne mit einer Dichte von 450 bis 750 kg/m3 besteht und eine überwiegend in Balkenlängsrichtung sich erstreckende Span- bzw. Faserorientierung aufweist und dass die Deckschichten aus sägerauhen oder gehobelten Naturholzbrettern bestehen, deren Dicke im Verhältnis zur in gleicher Richtung sich erstreckenden Dicke der Mittelschicht zwischen 1:6 und 1:25 steht.
Balken nach der Erfindung weisen eine überraschend grosse Biegebruchlast und Knickbruchlast aul, die angesichts der bekannten Lehren nicht zu erwarten gewesen sind. Der Stand der Technik (US-PS 2 717 420) vermittelt den Eindruck, der als Strangpresskörper hergestellten Mittelschicht die erforderliche Steifigkeit durch eine aufgeklebte Metallschicht zu geben, woraus der Schluss ziehbar ist, dass nur eine Deckschicht von hoher Festigkeit geeignet sein kann, dem Balken die erforderliche Steifigkeit zu geben. Der DE-OS 2407 642 lässt sich im Hinblick auf die Aufgabenstellung überhaupt keine Anregung entnehmen. Umso überraschender ist es, dass durch Aufkleben oder Verleimen einfacher Holzbretter auf die als Strangpresskörper hergestellte Mittelschicht eine wesentlich höhere Tragkraft erzielt werden kann,
als man in Kenntnis des Standes der Technik vermuten darf.
Dieser Vorteil rührt offenbar aus der Strangpressung grober und feiner Stiftspäne bei Einhaltung eines bestimmten spezifischen Gewichtes her, wobei die Lageorientierung der Stiftspäne von Bedeutung ist. Feine Stiftspäne haben eine langfaserige Struktur von ca. 3 bis 12 mm Länge. Bei groben Stiftspänen beträgt die Länge bis etwa 30 mm, ohne dass von der langfaserigen Struktur abgewichen wird. Die bewusste Verwendung von Flachspänen will die Erfindung vermeiden. Die erfindungsgemässen Balken sind im Gegensatz zu vorbekannten Balken bzw. Pressspanplatten hinsichtlich der Mittelschicht durchgehend homogen. Dies bedeutet, dass trotz der erwünschten Orientierung eine gleichmässige Verkettung der unterschiedlich langen Späne über den gesamten Querschnittsbereich vorhanden ist.
Beispiele über die in der Praxis erzielbaren Tragkräfte sind aus der Beschreibung entnehmbar.
Darüberhinaus nützt die Erfindung den weiteren Vorteil aus, dass gleichartige Materialien miteinander verklebt werden und der Strangpresskörper als Mittelschicht dann eine wesentlich höhere Tragkraft als vermutet vermittelt, wenn er mit sägerauhen oder gehobelten Naturholzbrettern verleimt ist. Auch die Formbeständigkeit bei Witterungseinflüssen ist wesentlich grösser als bei Balken aus gewachsenem Holz, da die erfindungsgemässen Balken unter Witterungseinflüssen weder Verformungen noch Rissbildungen zeigen und Fäulnisgefahr durch geeignete Behandlung der Kleinteile vor dem Verpressen vermieden werden kann.
Balken nach der Erfindung lassen sich zur Bildung von Trennwänden oder sonstigen tragenden Wänden übereinander schichten. Sie eignen sich auch als Tragbalken, Binder und Konstruktionselemente oder dgl.
Im Sinne der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Mittelschicht im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und einen durchlaufenden Hohlraum aufweist, dessen Querschnitt die Form eines Langlochs besitzt, wobei der Abstand der Hohlraumwandung zu den nächstliegenden Längsseiten der Mittelschicht ungefähr gleich gross sein soll. Je nach dem, welche Funktion der erfindungsgemässe Mehrschichtenbalken erfüllen soll, können die Aussenschichten sowohl an der schmalen Seite der Mittelschicht als auch an der breiten Seite angeordnet sein. Im besonderen empfiehlt es sich, zwei gegenüberliegende Längsseiten der Mittelschicht als Nut und Feder auszubilden und mit keiner Deckschicht zu versehen. Vorteilhafterweise handelt es sich hierbei um die schmalen Längsseiten der Mittelschicht, die mit Nut und Feder ausgebildet sind.
Wenn man aber die Mittelschicht im Nut-Feder-Bereich mit Deckschichten versehen will, dann empfiehlt es sich im Sinne der Erfindung, die Deckschichten mehrteilig als Deckleisten auszubilden, wobei im Flankenbereich der Nut bzw.
Feder die einzelnen Deckleisten zueinander einen Abstand aufweisen und die Ränder in diesem Bereich gegebenenfalls abgeschrägt sind. Auf diese Weise wird das Zusammenfügen der Balken nicht beeinträchtigt, aber dennoch eine besonders hohe Festigkeit erzielt.
Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, eine rechteckige Mittelschicht in einer Lage strangzupressen, bei der die längere Kante des Balkenquerschnittes vertikal liegt. Wenn also ein im Querschnitt rechteckiger Mehrschichtenbalken im Verwendungsfall querkant aufgestellt werden soll, wird er dennoch hochkant liegend hergestellt. Diese Herstellungsweise hat den Vorteil der über die Länge und den Querschnitt gleichbleibenden Dichte der zu verpressenden Holzkleinteile.
Würde man einen solchen Mehrschichtenbalken querliegend herstellen, dann hätten die Kleinteile eine grössere Reibung am feststehenden Dorn der Presse zu überwinden, wenn sie im freien Fall in den unteren Bereich des Presszylinders gelangen sollen. Ausserdem könnte dabei die Bildung von lunkermässigen Hohlräumen im Bereiche unterhalb des Dornes eintreten.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass alle Längsseiten der Mittelschicht mit Deckschichten aus Naturholzbrettern verleimt sind. Dabei empfiehlt es sich, wenn die im Belastungszustand vertikalen Deckschichten zwischen den horizontalen Deckschichten eingespannt sind. Ausserdem erweist es sich als zweckmässig, die Ecken der Mittelschicht abzuschrägen, wodurch der Vorteil erzielt wird, dass im Eckenbereich eine ordnungsgemässe Verleimung der Mittelschicht mit den Deckschichten erfolgen kann.
Das Mischungsverhältnis der groben und feinen Stiftspäne ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ca. 50:50. Dabei empfiehlt es sich, wenn etwa 2/3 der Stiftspäne in Balkenlängsrichtung, der Rest quer dazu orientiert ist. Erfahrungsgemäss erlangt man dadurch eine maximale Steifigkeit des so hergestellten Balkens und eine homogene, als gegenseitige Verfilzung der Stiftspäne erkennbare Struktur über den gesamten Querschnitt der Mittelschicht.
Es besteht auch die Möglichkeit, zwei oder mehr Mittelschichten unmittelbar miteinander zu verbinden, insbesondere zu verkleben und die Deckschichten lediglich an den aussen liegenden Längsseiten der Mittelschichten vorzusehen.
Auf diese Weise kann man Balken von besonders hoher Tragkraft mit einfachen und kleinen, daher billigen Pressen herstellen.
Überdies kann es vorteilhaft sein, den in der Mittelschicht befindlichen Hohlraum, insbesondere mit isolierenden Werkstoffen, z.B. Polyurethan, auszufüllen oder auszuschäumen.
Der gleiche Hohlraum kann aber auch mit Vorteil zur verdeckten Unterbringung von Installationsmaterial Verwendung finden.
Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 bis 5: Querschnitte durch im Profil rechteckige Mehrschichtenbalken mit zwei gegenüberliegenden Deckschichten,
Fig. 6 bis 9: Querschnitte durch Mehrschichtenbalken mit allseitig vorgesehenen Deckschichten und
Fig. 10 und 11: Querschnitte durch weitere Balken als zusätzliche Ausführungsvarianten.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. list im Querschnitt ein Mehrschichtenbalken nach der Erfindung dargestellt, dessen Mittelschicht 1 aus einem Strangpresskörper besteht. Die Mittelschicht 1 besteht aus mit Bindemittel gemischten, stranggepressten pflanzlichen Kleinteilen, wie Holz, Stroh, Bagasse, Baumwollstroh, Agavenfasern, Müllfasern oder dgl.
Wie man solche Strangpresskörper in grossen Dimensionen herstellen kann, ist in der DE-OS 25 35 989 gelehrt. Die Mittelschicht 1 weist entlang ihrer längeren Seitenflächen Deckschichten 2 auf, die aus natürlichem Holz, insbesondere aus sägerauhen oder gehobelten Holzbrettern besteht. Im Zentrum der Mittelschicht 1 befindet sich ein durchgehender Hohlraum 3, der im Querschnitt die Form eines Langloches besitzt. Dabei sollte darauf acht gegeben werden, dass die Abstände der Wandungen des Hohlraums 3 zu den Längsseiten der Mittelschicht 1 ungefähr gleich gross sind. An den schmalen Längsseiten der Mittelschicht 1 befinden sich Nut 5 und Feder 4, die so profiliert sind, dass die Mehrschichtenbalken zur Bildung einer Wand, insbesondere Trennwand, übereinander geschichtet werden können und dabei über die Nut-Feder-Bildung schersicher miteinander verbunden sind.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Gesamtbreite a des Mehrschichtenbalkens ungefähr 156 mm, die Gesamthöhe b ungefähr 200 mm, wobei die Wanddicke c der Deckschichten 2 etwa 8 mm und die Breite der Mittelschicht etwa 140 mm beträgt. Ein Balken mit diesen Dimensionen weist bei einer Einspannlänge von 3000 mm eine Bie gebruchlast von ca. 3020 kN auf. Diese und die nachfolgenden Werte sind durch staatliche Materialprüfungsanstalten festgestellt worden.
Im Beispiel der Fig. 2 ist das Verhältnis der Wanddicke der Deckschichten 2 zur Dicke der Mittelschicht 1 grösser. In diesem Falle, wiederum als Ausführungsbeispiel, ist die Wandstärke der Deckschicht 2 mit 20 mm dimensioniert, während die anderen Masse gleich bleiben. Die Tragkraft dieses Balkens ist entsprechend höher als die gemäss Fig. 1, wo- bei gleichbleibende Masse der Mittelschicht 1 vorausgesetzt werden, ohne dass der kostenmässige Aufwand entsprechend höher ist.
Im allgemeinen kann man davon ausgehen, dass es sich empfiehlt, das Verhältnis der Dicke der Deckschicht 2 zur Dicke der Mittelschicht 1 etwa zwischen 1:6 bis 1:25 zu wählen. In Sonderfällen, bei denen andere Belastungen anzunehmen sind, können diese Verhältnisse natürlich unter- oder überschritten werden. Vorzugsweise kann man bei besonders belasteten Balken von einer Dicke der Deckschicht 2 in der Grössenordnung von 20 mm ausgehen.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 werden die schmalen Seiten der Mittelschicht 1 durch die Deckschichten 2 abgedeckt. Die Träger sind in der Zeichnung regelmässig im Belastungszustand dargestellt. Beim Beispiel der Fig. 3 ist die Deckschicht 2 verhältnismässig dünnwandig, z.B.
8 mm dick, ausgebildet, während die Höhe der Mittelschicht 1 wiederum ca 200 mm beträgt. Beim Beispiel der Fig. 4 ist hingegen die Deckschicht 2 wiederum dicker ausgebildet, beispielsweise 20 mm, bei gleichbleibender Höhe der Mittelschicht 1. Der in Fig. 4 dargestellte Balken weist bei wiederum 3000 mm Einspannlänge eine Biegbruchlast von ca. 5200 kN auf.
Die Fig. 5 zeigt einen Rahmenbalken für Fertigbauten, bei dem die Deckschichten 2 an den breiten Längsseiten der Mittelschicht 1 angeklebt sind und mit ihrer Aussenfläche ausserdem als Sichtfläche oder glatte Unterlage für Furniere, Tapeten oder dgl. dienen können.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 bis 9 wird davon ausgegangen, dass sämtliche Längsseiten der Mittelschicht 1 von Deckschichten 2,7 umgriffen sind. Die Deckschichten 2 überdecken den schmalen Bereich, die Deckschichten 7 den breiteren Bereich der Mittelschicht 1. Auch diese Deckschichten 2,7 bestehen aus Naturholzbrettern.
Im Beispiel der Fig. 6 kann die Wanddicke der einzelnen Deckschicht 8 mm betragen, während die Ausmasse der Mittelschicht 1, entsprechend der Fig. 1, 140 x 200 mm ausmachen. Beim Beispiel der Fig. 7 ist wiederum die Deckschicht im Beispiel mit 20 mm angegeben. Derartige Balken eignen sich besonders als Dachträger und dgl.
Im Beispiel der Fig. 8 und 9 wird von im Querschnitt quadratischen Mittelschichten 1 ausgegangen, bei denen der durchgehende Hohlraum 3 dementsprechend Kreisprofil aufweist. Im Beispiel der Fig. 8 ist die Wanddicke wiederum mit 8 mm angegeben, während die Längs seiten der Mittelschicht 1 eine Breite von ca 145 mm besitzen. Bei gleichbleibenden Innenmassen sind im Beispiel der Fig. 9 die Wanddicken der Deckschichten 2 wieder mit 20 mm gewählt. Der in Fig. 9 dargestellte Balken weist bei einer Einspannlänge von 3000 mm eine Biegebruchlast von 73,00 kN und eine Knickbruchlast von 320,00 kN auf.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 bis 9 zeigt der dargestellte Balken die Gebrauchslage, so dass die Last in vertikaler Richtung einwirkt. Die seitlichen Deckschichten 7 sind bei diesen Ausführungsbeispielen zwischen den oberen und unteren Deckschichten 2 eingespannt. Ausserdem sind die Ecken 6 der Mittelschicht 1 in den Beispielen der Fig. 8 und 9 abgeschrägt. Durch die letztere Massnahme wird erreicht, dass die Verleimung der Deckschichten 2,7 mit der Mittelschicht 7 ungestört durchgeführt werden kann, ohne dass die Tragkraft des Trägers darunter zu leiden hat.
Die Mittelschicht 1 der in allen Figuren dargestellten Balken setzt sich aus mit Bindemitteln vermischten Stiftspänen zusammen, die beispielsweise aus 50% Grobspänen und 50% Feinspänen bei Meidung von Flächenspänen bestehen können. Die Festigkeit der Balken ist dann optimal, wenn sich die Stiftspäne beim Strangpressen etwa zu 2/3 in Balkenlängsrichtung orientieren, was durch die Art und Weise der Spanmischung, des Einführens in die Presskammer und der Druckbestimmung im Sinne älterer Vorschläge erreichen lässt.
Im Beispiel der Fig. 10 ist ein mit Nut 5 und Feder 4 versehener Balken dargestellt, dessen Deckleisten 2a, 2b und 2c Abstände 8 zueinander aufweisen und gegebenenfalls mit Abschrägungen 9 versehen sind. Auf diese Weise können hochbelastbare Wände errichtet werden.
Die Fig. 11 zeigt die unmittelbare Verbindung von zwei Mittelschichten 1, deren freien Aussenflächen mit Deckschichten 2 verklebt sind. Ein solcher Mehrfach-Verbundbalken lässt sich mit geringem Pressenaufwand zur Erzielung besonders grosser Tragfähigkeit herstellen.
Es versteht sich von selbst, dass die Dimensionen der Balken in beliebiger Weise und nach den Beanspruchungen beliebig geändert werden können. Die Erfindung erstreckt sich daher nicht auf die konkreten Ausführungsbeispiele sondern erstreckt sich auf alle Varianten, die sich in Kenntnis der erfindungsgemässen Aufgabe für den Fachmann ergeben.