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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.
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PATENT CLAIMS
1. Multi-layer beam, in which a middle layer (1) taking up the essential part of the beam volume consists of extruded, vegetable small parts mixed with binder, and in which the outer covering layers (2,7) are glued to the middle layer (1), characterized that the middle layer consists of a mixture of coarse and fine pencil shavings with a density of 450 to 750 kg / m3 and has a chip or fiber orientation that extends predominantly in the longitudinal direction of the beam, and that the top layers (2,7) are made of rough-sawn or planed natural wood boards exist, the thickness of which is in relation to the thickness of the middle layer extending in the same direction between 1: 6 and 1:25.
2. Beam according to claim 1, characterized in that the middle layer (1) is rectangular in cross section and has a continuous cavity (3), the cross section of which has the shape of an elongated hole.
3. Beam according to claim 2, characterized in that the distances between the walls of the cavity (3) and the closest longitudinal sides of the middle layer (1) are approximately the same size.
4. Beam according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the middle layer (1) has a groove (5) and tongue (4) shape on two opposite longitudinal sides facing away from the cover layers (2).
5. Beam according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the middle layer (1) has a groove (5) and tongue (4) shape on two opposite longitudinal sides facing the cover layers (2), the Cover layers (2) are designed as cover strips (2a, 2b, 2c) which are at a distance (8) from one another in the flank region of the groove (5) or tongue (4) and are chamfered on the edge (9).
6. Beam according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rectangular central layer in the beam cross-section (1) is extruded in a position in which the longer edge of the beam cross-section is vertical.
7. Beam according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cover layers (2, 7) consist of natural wood boards and that all the long sides of the middle layer (1) are glued to it.
8. Beam according to claim 7, characterized in that the cover layers (7) vertical in the loaded state are clamped between the horizontal cover layers (2).
9. Beam according to claim 7 or 8, characterized in that the corners (6) of the middle layer (1) are chamfered.
10. Bar according to one of claims 1 to 9, characterized in that the mixing ratio of the coarse and fine pen chips is about 50:50.
11. Bar according to one of claims 1 to 10, characterized in that about 2/3 of the swarf in the longitudinal direction of the bar, the rest are oriented transversely thereto.
12. Beam according to one of claims 1 to 11, characterized in that two or more middle layers (1) are directly connected to one another, in particular glued, and that the cover layers (2) are provided only on the outer longitudinal sides of the middle layers (1) .
13. Beam according to one of claims 1 to 12, characterized in that the cavity (3) located in the middle layer (1), in particular with insulating materials, e.g. Polyurethane, filled or foamed.
The invention relates to a multi-layer beam, in which a middle layer, which takes up the essential part of the beam volume, consists of extruded vegetable small parts mixed with binder, and in which the outer covering layers are glued to the middle layer.
Such a beam, but only made of small wooden parts, has become known from US Pat. No. 2,717,420. It has a square cross-section, in the center of which there is a continuous cavity with a circular cross-section.
The beam is glued to the side surfaces with metal strips, which are apparently supposed to achieve a composite effect with the extruded body and thus a higher strength.
From DE-OS 2407 642 a wooden beam is also known, which is also pressed from small parts, in which the essential should be that it contains at least three layers arranged one on top of the other and extending over the entire length of the beam, of which the two outer layers predominantly contain chips with fibers oriented mainly in the longitudinal direction of the beam and the middle layer predominantly comprises chips with fibers oriented essentially in the cross-sectional plane of the beam. Such a beam with the structure described can practically only be produced by heating the glued chips in a mold and subjecting them to a pressing pressure. This means that the bar can only have a length that corresponds to its shape, but in practice is not sufficient.
Experience has shown that neither one of the previously known bars has proven itself in practice and has replaced bars of natural growth. In the case of the beam mentioned at the beginning, which is coated with metal plates, there is a risk that the adhesive connection will come loose due to different thermal stresses. In the case of large differences in heat, the metal layer will contribute to the change in shape of the beam because it has a much greater thermal conductivity and, consequently, extensibility. In addition, the composite effect suffers. With the teaching according to DE OS 2407 642, it is not possible to achieve a sufficient load-bearing capacity, quite apart from the fact that the production process does not allow economical production and superiority to naturally grown beams.
In practice, the problem of making beams from small wooden parts or similar natural materials has been unsolved so far, which are superior to the naturally grown beams in terms of both costs and aging resistance, particularly with regard to swelling and shrinkage. This problem is the object of the invention. Starting from the aforementioned US Pat. No. 2,717,420, the essence of the invention is that the middle layer consists of a mixture of coarse and fine pencil shavings with a density of 450 to 750 kg / m3 and has a chip or fiber orientation that extends predominantly in the longitudinal direction of the beam and that the cover layers consist of rough-sawn or planed natural wood boards, the thickness of which is between 1: 6 and 1:25 in relation to the thickness of the middle layer extending in the same direction.
Beams according to the invention have a surprisingly large bending load and buckling load, which were not to be expected in view of the known teachings. The prior art (US Pat. No. 2,717,420) gives the impression of giving the middle layer produced as an extruded body the required rigidity by means of a glued-on metal layer, from which the conclusion can be drawn that only a top layer of high strength can be suitable, the beam to give the required rigidity. DE-OS 2407 642 has no suggestion whatsoever with regard to the task. It is all the more surprising that a much higher load-bearing capacity can be achieved by gluing or gluing simple wooden boards onto the middle layer produced as an extruded body.
than one can assume in the knowledge of the state of the art.
This advantage apparently results from the extrusion of coarse and fine pen shavings while maintaining a certain specific weight, the orientation of the pen chips being important. Fine pen shavings have a long-fiber structure of approx. 3 to 12 mm in length. In the case of coarse pen shavings, the length is up to about 30 mm without deviating from the long-fiber structure. The invention intends to avoid the deliberate use of flat chips. In contrast to previously known beams or particle boards, the beams according to the invention are completely homogeneous with regard to the middle layer. This means that despite the desired orientation, there is an even chain of the chips of different lengths over the entire cross-sectional area.
Examples of the load capacities that can be achieved in practice can be found in the description.
In addition, the invention takes advantage of the further advantage that similar materials are glued to one another and the extruded body as the middle layer then conveys a significantly higher load-bearing capacity than expected if it is glued to sawn-rough or planed natural wood boards. The dimensional stability under the influence of weather is also much greater than with beams made of grown wood, since the beams according to the invention show neither deformation nor cracking under the influence of weather and the risk of rotting can be avoided by suitable treatment of the small parts before pressing.
Beams according to the invention can be layered on top of one another to form partition walls or other load-bearing walls. They are also suitable as support beams, trusses and construction elements or the like.
In the sense of the invention, it proves to be advantageous if the middle layer is rectangular in cross section and has a continuous cavity, the cross section of which is in the form of an elongated hole, the distance between the cavity wall and the closest longitudinal sides of the middle layer should be approximately the same. Depending on the function of the multi-layer beam according to the invention, the outer layers can be arranged both on the narrow side of the middle layer and on the wide side. In particular, it is advisable to design two opposite long sides of the middle layer as tongue and groove and not to provide any top layer. Advantageously, these are the narrow long sides of the middle layer, which are formed with tongue and groove.
However, if you want to provide the middle layer with tongue and groove layers in the tongue and groove area, then it is advisable in the sense of the invention to design the cover layers in several parts as cover strips, with the groove or
The individual cover strips are at a distance from one another and the edges in this area are optionally beveled. In this way, the joining of the beams is not impaired, but a particularly high strength is nevertheless achieved.
The invention also proposes extruding a rectangular middle layer in a position in which the longer edge of the cross-section of the beam is vertical. So if a multi-layer beam with a rectangular cross-section is to be set up transversely in use, it is still produced in an upright position. This method of production has the advantage that the density of the small wooden parts to be pressed remains constant over the length and the cross section.
If one were to produce such a multilayer beam transversely, then the small parts would have to overcome greater friction on the fixed mandrel of the press if they were to fall freely into the lower area of the press cylinder. In addition, void-like cavities could occur in the area below the mandrel.
A further embodiment of the invention consists in that all long sides of the middle layer are glued with cover layers made of natural wood boards. It is advisable if the cover layers, which are vertical when loaded, are clamped between the horizontal cover layers. In addition, it proves to be expedient to chamfer the corners of the middle layer, whereby the advantage is achieved that the middle layer can be properly glued to the cover layers in the corner region.
The mixing ratio of the coarse and fine pen shavings is approximately 50:50 in one embodiment of the invention. It is advisable if about 2/3 of the swarf is oriented in the longitudinal direction of the beam, the rest is oriented transversely to it. Experience has shown that this results in maximum rigidity of the beam produced in this way and a homogeneous structure, recognizable as a mutual matting of the pin chips, over the entire cross section of the middle layer.
It is also possible to connect two or more middle layers directly to one another, in particular to glue them together, and to provide the cover layers only on the outer longitudinal sides of the middle layers.
In this way, beams with a particularly high load-bearing capacity can be produced with simple and small, and therefore cheap, presses.
Furthermore, it may be advantageous to cover the cavity in the middle layer, in particular with insulating materials, e.g. Polyurethane to be filled in or foamed.
However, the same cavity can also be used to advantage for concealed installation material.
Details of the invention are shown schematically and for example in the drawing. Show it:
1 to 5: cross sections through rectangular multi-layer beams in profile with two opposite cover layers,
6 to 9: cross sections through multilayer beams with cover layers provided on all sides and
10 and 11: cross sections through further bars as additional design variants.
In the exemplary embodiment in FIG. 1, a multilayer beam according to the invention is shown in cross section, the middle layer 1 of which consists of an extruded body. The middle layer 1 consists of extruded vegetable small parts mixed with binder, such as wood, straw, bagasse, cotton straw, agave fibers, garbage fibers or the like.
DE-OS 25 35 989 teaches how to produce such extruded bodies in large dimensions. The middle layer 1 has cover layers 2 along its longer side surfaces, which consists of natural wood, in particular of rough-sawn or planed wooden boards. In the center of the middle layer 1 there is a continuous cavity 3, which has the shape of an elongated hole in cross section. Care should be taken to ensure that the distances between the walls of the cavity 3 and the long sides of the middle layer 1 are approximately the same. On the narrow long sides of the middle layer 1 there are groove 5 and tongue 4, which are profiled in such a way that the multilayer beams can be stacked one above the other to form a wall, in particular a partition, and are connected to one another shear-proof via the tongue and groove formation.
In one embodiment of the invention, the total width a of the multi-layer beam is approximately 156 mm, the total height b is approximately 200 mm, the wall thickness c of the cover layers 2 being approximately 8 mm and the width of the middle layer approximately 140 mm. A beam with these dimensions has a bending load of approx. 3020 kN with a clamping length of 3000 mm. These and the following values have been determined by state material testing institutes.
In the example in FIG. 2, the ratio of the wall thickness of the cover layers 2 to the thickness of the middle layer 1 is greater. In this case, again as an exemplary embodiment, the wall thickness of the cover layer 2 is dimensioned at 20 mm, while the other dimensions remain the same. The load-bearing capacity of this bar is correspondingly higher than that according to FIG. 1, whereby constant mass of the middle layer 1 is assumed, without the costly expenditure being correspondingly higher.
In general, it can be assumed that it is advisable to choose the ratio of the thickness of the cover layer 2 to the thickness of the middle layer 1 approximately between 1: 6 and 1:25. In special cases where other loads are to be assumed, these conditions can of course be exceeded or fallen short of. In the case of beams which are particularly stressed, the thickness of the covering layer 2 can preferably be of the order of magnitude of 20 mm.
3 and 4, the narrow sides of the middle layer 1 are covered by the cover layers 2. The beams are regularly shown in the drawing under load. In the example of Fig. 3 the cover layer 2 is relatively thin-walled, e.g.
8 mm thick, formed, while the height of the middle layer 1 is again about 200 mm. In the example of FIG. 4, on the other hand, the cover layer 2 is again made thicker, for example 20 mm, with the height of the middle layer 1 remaining the same. The bar shown in FIG. 4 again has a bending breaking load of approx. 5200 kN with a clamping length of 3000 mm.
Fig. 5 shows a frame beam for prefabricated buildings, in which the cover layers 2 are glued to the wide long sides of the middle layer 1 and can also serve with their outer surface as a visible surface or smooth base for veneers, wallpaper or the like ..
In the exemplary embodiments in FIGS. 6 to 9, it is assumed that all the long sides of the middle layer 1 are encompassed by cover layers 2.7. The cover layers 2 cover the narrow area, the cover layers 7 cover the wider area of the middle layer 1. These cover layers 2, 7 also consist of natural wood boards.
In the example of FIG. 6, the wall thickness of the individual cover layer can be 8 mm, while the dimensions of the middle layer 1, according to FIG. 1, are 140 x 200 mm. In the example of FIG. 7, the cover layer is again given 20 mm in the example. Such beams are particularly suitable as roof racks and the like.
In the example in FIGS. 8 and 9, it is assumed that the middle layers 1 are square in cross-section, in which the continuous cavity 3 accordingly has a circular profile. In the example of FIG. 8, the wall thickness is again given as 8 mm, while the longitudinal sides of the middle layer 1 have a width of about 145 mm. In the example of FIG. 9, the wall thicknesses of the cover layers 2 are again chosen to be 20 mm with the same internal dimensions. The bar shown in FIG. 9 has a bending breaking load of 73.00 kN and a buckling breaking load of 320.00 kN with a clamping length of 3000 mm.
In the exemplary embodiments in FIGS. 6 to 9, the bar shown shows the position of use, so that the load acts in the vertical direction. In these exemplary embodiments, the lateral cover layers 7 are clamped between the upper and lower cover layers 2. In addition, the corners 6 of the middle layer 1 in the examples of FIGS. 8 and 9 are chamfered. The latter measure ensures that the gluing of the cover layers 2, 7 with the middle layer 7 can be carried out without being disturbed, without the load-bearing capacity of the carrier having to suffer as a result.
The middle layer 1 of the bars shown in all the figures is composed of pin chips mixed with binders, which can consist, for example, of 50% coarse chips and 50% fine chips if surface chips are avoided. The strength of the beams is optimal if the pin chips are oriented approximately 2/3 in the longitudinal direction of the beam during extrusion, which can be achieved by the manner of chip mixing, insertion into the press chamber and pressure determination in the sense of older proposals.
In the example in FIG. 10, a bar is shown provided with a groove 5 and a tongue 4, the cover strips 2a, 2b and 2c of which have spacing 8 from one another and are optionally provided with bevels 9. In this way, heavy-duty walls can be built.
11 shows the direct connection of two middle layers 1, the free outer surfaces of which are glued to cover layers 2. Such a multiple composite beam can be manufactured with little press effort to achieve a particularly high load-bearing capacity.
It goes without saying that the dimensions of the beams can be changed in any way and according to the stresses. The invention therefore does not extend to the specific exemplary embodiments, but extends to all variants which arise for the person skilled in the art knowing the task according to the invention.