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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines funktionelle
Fasern aufweisenden Bauelements aus einem gießfähigen
Material mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1
sowie ein Gussformelement nach Patentanspruch 8.
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Das
Einsatzgebiet solcher Bauelemente, die funktionelle Fasern enthalten,
erstreckt sich auf Anwendungen, mit denen beispielsweise bei lichtleitenden
Fasern eine Beleuchtung vorgenommen werden soll, bis hin zu einer
rein dekorativen Verwendung. Anwendungen bestehen im häuslichen
Bereich ebenso wie bei kommerziellen Gebäuden oder Verkehrswegen.
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Die
GB 1 561 142 beschreibt
ein Bauelement, in das nachträglich Durchgangsbohrungen
zur Aufnahme von lichtleitenden Elementen als funktionelle Fasern
eingebracht worden sind.
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Die
EP 1532325 A1 beschreibt
ein gegossenes Bauteil mit eingebetteten lichtleitenden Fasern sowie
ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die parallel ausgerichteten
Fasern werden dabei in der Gussform durch mechanischen Druck und/oder
Vibrationen in die Gussmasse eingebracht. Dieses Verfahren kann
mehrfach wiederholt werden, um mehrere Lagen von lichtleitenden
Fasern einbringen zu können.
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Ein ähnliches
Verfahren ist in der
FR 2 743 135 beschrieben,
bei der lichtleitende Fasern von einer Schutzschicht umgeben in
Beton oder Zement eingebettet werden.
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Die
DE 90 10 500 U offenbart
ein Betonteil, bei dem das gesamte Bauteil von fest eingegossenen Lichtleiterkabeln
durchzogen ist, so dass das Bauteil auf seiner gesamten Höhe
und Breite von Licht durchdrungen werden kann.
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Des
Weiteren ist ein Verfahren bekannt, bei dem Lagen aus textilem Material,
das die lichtleitenden Fasern enthält, in noch fließfähigen
Beton eingelegt werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung eines funktionelle Fasern enthaltenden Bauelements
aus einem gießfähigen Material so auszubilden,
dass sowohl die Anordnung der funktionellen Fasern als auch die Ausbildung
des Bauelements mit einer hohen Flexibilität erfolgen kann
und dass der Gieß- und Aushärtvorgang des Bauteils
nur minimal durch das Einbetten der Fasern beeinflusst wird.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, ein gattungsgemäßes
Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs
1 weiterzubilden.
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Mit
dieser Ausbildung des Herstellungsverfahrens sind die Fasern für
den Gießvorgang des Bauelements an einem Träger
positioniert und befinden sich im fertigen Bauelement an dem gewünschten
Platz, ohne dass der Träger selbst Teil des Bauelements
werden muss. In das Bauelement werden vorzugsweise nur die Fasern
integriert, so dass die materialbedingten Eigenschaften des Bauelements wie
Tragfähigkeit, Haltbarkeit, Wärme- und Schallschutz
nur minimal verändert werden. Mit diesem Verfahren kann
das Bauelement in der üblichen Weise gegossen werden, da
der die Fasern aufnehmende Träger Teil der Gussform ist,
die dann in herkömmlicher Weise mit der Gussmasse befüllt
werden kann.
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Der
Träger kann dabei entweder innenseitig an einer Wandung
der Gussform angeordnet oder mit Vorteil selbst Teil der Gussform
sein.
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Dabei
kann der Träger zumindest teilweise textil aufgebaut sein
oder zumindest eine Faserverstärkung aufweisen.
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Der
Träger tritt mit dieser Anordnung in direkten Kontakt mit
dem Bauelement, dessen Außenkontur in dem dem Träger
direkt anliegenden Abschnitt bei dem Gießvorgang durch
die Kontur des Trägers geformt wird.
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Eine
Möglichkeit im Rahmen der Erfindung ist es, die Fasern
zuerst an dem Träger anzuordnen und dann mit diesem in
die Gussform einzubringen. Alternativ können die Fasern
aber auch an einem bereits in der Gussform befindlichen Träger
angeordnet werden.
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Dabei
kann der Träger vor der Integration in die Gussform in
eine ebene oder gewölbte Oberflächenkontur geformt
werden. Damit kann die Oberflächenkontur des zu gießenden
Bauelements durch die Oberflächenkontur des Trägers
gestaltet werden, wobei mit dieser Ausbildung die Fasern im Bereich der
quasi beliebig geformten Oberfläche des Bauelements, die
durch den die Fasern tragen Träger gebildet wird, gleichmäßig
enden.
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Hierzu
kann der Träger alternativ aus einem flexiblen oder auch
aus einem starren Material bestehen. Bei Verwendung eines solchen
flexiblen Trägers, der auch elastisch ausgebildet sein
kann, besteht eine große Freiheit hinsichtlich der Kontur
des Bauteils.
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Nach
Aushärten des Bauteils kann der Träger mit Vorteil
von dem Bauelement und den in dem Bauelement eingebetteten Fasern
getrennt werden und somit nicht Teil des Bauteils sein, wobei die
Erfindung explizit Varianten einschließt, bei denen der Träger
Teil des Bauelements wird.
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Zur
Optimierung des Herstellungsverfahren können die Fasern
mittels einer zumindest teilautomatisierten Positioniereinrichtung
an dem Träger angeordnet werden, da auf diese Weise eine
hohe Anzahl an einzelnen Fasern oder Faserbündeln ökonomisch
an dem Träger angeordnet werden kann. Dies ist insbesondere
dann effektiv, wenn die Fasern nicht zufällig sondern zur
Erzeugung von bestimmten Mustern definiert an bestimmten Positionen
an dem Träger angeordnet werden sollen. Eine solche Positioniereinrichtung
kann beispielsweise eine Tuft- oder eine Bürstenmaschine
sein.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch
ein Gussformelement zur Verwendung in einer Gussform mit den Merkmalen der
Patentansprüche 8 bis 11 gelöst.
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Mit
diesem Gussformelement kann das vorstehend beschriebene, erfinderische
Verfahren durchgeführt werden. Zur Befestigung der funktionellen
Fasern, die mit Vorteil lichtleitende Fasern sind, aber auch als
elektrisch leitende Fasern oder als Hohlfasern ausgebildet sein
können, weist der flächige Träger eine
Lochmatrix auf, die zur Anordnung einer bestimmten Anzahl von funktionellen
Fasern in dem Bauelement oder zum Erzeugen von bestimmten Mustern
insbesondere bei lichtleitenden Fasern mit den entsprechenden Fasern
oder Faserbündel bestückt werden kann. Unter einer
Lochmatrix wird dabei eine Vielzahl von vorzugsweise regelmäßig
angeordneten Löchern verstanden, die unterschiedliche Durchmesser
aufweisen können und wahlweise bestückbar sind.
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Alternativ
zu der Lochmatrix kann der Träger beispielsweise auch eine
weiche Matrix, auch als Teil des Trägers selbst aufweisen,
in die die einzelnen funktionellen Fasern oder Faserbündel
an einer frei wählbaren Stelle eingesteckt werden können.
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Auch
kann der Träger eine zumindest teilweise textile Struktur
aufweisen.
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Ebenso
können die Fasern oder Faserbündel mittels einer
Klebeverbindung, durch Tuften an vorzugsweise zumindest teilweise
textil ausgebildeten Trägern oder durch jede andere Befestigungsvariante
an dem Träger angeordnet sein.
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In
einer speziellen Ausführungsform kann der Träger
auch zumindest Teil einer Gussform sein, mit der ein Hohlraum umgossen
wird. Beispielsweise kann – wie bei allen Ausführungsformen – ein
mittels der Fasern übertragenes Medium, wie Licht, Strom, Gas,
Flüssigkeit oder ähnliches zentral in den umgossenen
Hohlraum eingegeben und mittels der funktionellen Fasern, die sich
zwischen dem Hohlraum und der Außenfläche des
Bauelements erstrecken, nach außen geleitet werden. Die
Leitung des Mediums kann in gleicher Weise auch von der Außenfläche
des Bauelements ausgehend in den umgossenen Hohlraum erfolgen. Unter
einem umgossenen Hohlraum ist dabei keine Beschränkung
auf einen vollkommen umgossenen Hohlraum zu verstehen. Auch ein
als Röhre ausgebildeter Körper würde nach
Verständnis der Erfindung einen umgossenen Hohlkörper
darstellen.
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Auch
können verschiedene funktionelle Fasern in einem Bauelement
angeordnet werden. So können beispielsweise Hohlfasern
zur Gasleitung mit lichtleitenden Fasern kombiniert angewendet werden,
um luftdurchlässige, transluzente Flächen zu schaffen
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Eine
weitere Ausprägung der Erfindung beruht darauf, dass die
funktionellen Fasern an einem zentralen Träger angeordnet
sind, der von einem gieß- oder spritzfähigen Material
umgeben wird. Der Träger kann beispielsweise aus zumindest
zwei parallelen, miteinander verdrehten Metalldrähten bestehen,
wobei die funktionellen Fasern zwischen den beiden verdrehten Metalldrähten
gehaltert sind. In einer solchen Ausführungsform werden
beispielsweise Reinigungsbürsten hergestellt. Bei Verwendung
von lichtleitenden Fasern kann durch Einbringen einer zentralen
Lichteinleitung im Bereich des Trägers und mit einer Verbindung
zu den am Träger angeordneten Enden der Fasern Licht zu
deren freien Enden geleitet werden.
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Bei
Verwendung beispielsweise von Hohlfasern können auf diese
Weise auch andere Medien zu den freien Faserenden transportiert
werden. Der Zugang zu den im Bereich des Trägers angeordneten Enden
der Fasern kann auch durch Entfernen des Trägers nach dem
Eingießen oder Einspritzen und der nachträglichen
Anordnung einer Zuführung zu den ursprünglich
am Träger angeordneten Faserenden erfolgen. Die Entfernung
des Trägers kann beispielsweise mittels einer Bohrung aber
auch in jeder anderen Weise erfolgen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachstehenden
Beschreibung des Ausführungsbeispiels sowie den zugehörigen
Zeichnungen entnommen werden.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 ein
Gussformelement in perspektivischer Darstellung
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2 das
Gussformelement gemäß 1 mit einer
Bestückung mit funktionellen Fasern
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1 zeigt
einen als Gussformelement einsetzbaren Träger 1,
der zum Einbringen von funktionellen Fasern in ein nicht gezeigtes
Bauelement geeignet ist. Eine der gängigen Ausführungen
für das Bauelement ist ein Bauteil, das aus herkömmlichem Beton
gegossen wird.
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In
Ausbildung der Erfindung sind aber alle gießfähigen
Materialen zur Herstellung des Bauelements geeignet.
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Der
Träger 1 besteht aus einem gegenüber dem
Material des Bauelements auch in dessen gießfähiger
Form resistenten Werkstoff, da der Träger als Teil der
Wandung der Gussform in direktem Kontakt mit dem eingegossenen Material
des Bauelements steht, um auf dieses formgebend zu wirken.
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Der
Träger 1 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Lochmatrix 2 mit einer Vielzahl regelmäßig
angeordneter Löcher mit einem Durchmesser von 3 mm auf,
wobei andere geeignete Durchmesser möglich sind, in die
die funktionellen Fasern einzeln oder als Faserbündel eingesteckt
werden können. Die Löcher können dabei
als zu der Fläche des Trägers senkrecht verlaufende
Durchgangsöffnungen oder auch als Bohrungen oder anderweitig erzeugte Öffnungen
mit einem von der Senkrechten auf die ebene Fläche des
Trägers abweichenden Winkeln ausgebildet sein.
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Wie
in 1 gezeigt, ist der Träger 1 in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel flexibel ausgebildet,
so dass auch unterschiedliche Raumformen darstellbar sind. Da der
Träger 1 Teil der Gussform ist und die Betonmasse
an den Träger angegossen wird, können mit der
Raumformgestaltung des Trägers auch räumliche,
dreidimensionale Oberflächen an dem nicht gezeigten Betonteil
erzeugt werden.
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Besonders
vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
ist, dass die in das Bauteil eingegossenen funktionellen Fasern
durch die Anlage des Trägers an das gegossene Bauelement
auch bei gekrümmten, gewölbten oder sonstigen
eine Raumform einnehmenden Oberflächen des Bauelements
immer in den Bereich dieser Oberfläche reichen und weitgehend
den gleichen Überstand an dieser aufweisen.
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Bei
profilierten Bauteilen kann die Länge der einzelnen funktionellen
Fasern oder Faserbündel angepasst an die Profilform variiert
werden.
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2 zeigt
den Träger 1 in einer ebenen Ausbildung mit einer
Bestückung mit lichtleitenden Fasern 3 in einer
Lochmatrix 2 mit Öffnungen mit einem Durchmesser
von 2 oder 3 mm, um einen Betonblock lichtdurchscheinend zu gestalten.
Für verschiedene optische Effekte können auch
Fasern verschiedener Dicke verwendet werden, die dann auch in entsprechend
dicken Öffnungen der Lochmatrix angeordnet werden.
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Zur
Erzeugung der Lichteffekte reichen die lichtleitenden Fasern 3 von
einer Oberfläche des nicht gezeigten Betonblocks zu dessen
gegenüberliegenden Seite und können so das Licht
durch den Block hindurch leiten.
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Wie
aus der 2 ersichtlich, können
die lichtleitenden Fasern 3 in einem frei wählbaren
Muster in die Lochmatrix 2 des Trägers 1 eingesteckt
werden, um dieses Muster an der zumindest einen Seite des Bauelements
durch die illuminierbaren Fasern darstellen zu können.
Diese Muster können beispielsweise als Information im Straßenverkehr,
als Firmenlogo oder auch zu rein dekorativen Zwecken eingesetzt
werden.
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Mit
dem Träger 1 mit der Lochmatrix 2 können
diese Muster in einfacher Weise realisiert werden. Die Positionierung
der einzelnen Fasern 3 oder auch Faserbündel in
den einzelnen Öffnungen des Trägers 1 kann
ebenso manuell wie mittels einer automatisierten oder zumindest
teilautomatisierten Positioniereinrichtung erfolgen.
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In
gleicher Weise können die Fasern auch in eine weiche Matrix
des Trägers eingedrückt oder an diesem durch eine
Klebeverbindung angeordnet werden.
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Bei
der Herstellung des im Ausführungsbeispiel als Betonteil
ausgebildeten Bauelements ist der flexible Träger 1 Teil
der Wandung der nicht dargestellten Gussform. Hierzu ist es in diesem
wie auch allen anderen Anwendungsfällen der Erfindung auch ausreichend,
wenn der Träger 1 beispielsweise in eine Betonierform
oder sonstige Schalung eingelegt und mit der Betonmasse vergossen
wird. Wichtig ist dabei, dass der Träger Teil der Schalung
ist und damit formgebend auf das Bauelement wirkt, ohne dabei selbst
in dieses eingegossen zu werden.
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Da
somit nur die Fasern allein in das Bauelement eingegossen werden,
bleiben die Eigenschaften des Bauelements in Bezug auf Festigkeit,
Haltbarkeit, Schallübertragung und Wärmeleitung
weitgehend unverändert.
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Das
Bauelement kann auch durch Fasereinlagen oder ähnliche
Strukturen verstärkt sein.
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Der
gemäß 2 bestückte, nicht
eingegossene Träger 1 liegt nach dem Gießvorgang
an der geformten Außenfläche des gegossenen Betonelements
an und kann nach der Entformung des Betonelements von diesem und
von den nun eingegossenen Fasern abgezogen und gegebenenfalls wieder verwendet
werden. Die nach dem Abnehmen des Trägers weitgehend gleichmäßig
aus der Oberfläche des Bauelements herausstehenden Fasern
können dann bei Bedarf nochmals mit der gießfähigen
Betonmatrix vergossen werden. Nach dem erneuten Aushärten
kann das Halbzeug einem beidseitigem Schleifen zum Freilegen der
Faserenden und einer damit ungestörten Lichtleitung durch
die Fasern unterzogen werden.
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Auch
ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bauteilgröße
weitgehend frei wählbar, so dass der Nachbearbeitungsaufwand
gering ist.
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Selbstverständlich
kann die Erfindung auch mit einem anderen gießfähigen
Material als Beton zur Herstellung eines Bauelements oder mit anderen funktionellen
Fasern anstatt lichtleitender Fasern ausgeführt sein.
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Praktische
Anwendungen für die Erfindung können beispielsweise
Rohre, Säulen oder Handläufe sein, die eine, über
lichtleitende Fasern nach außen geleitete Innenbeleuchtung
aufweisen. Des Weiteren können beispielsweise auch begehbare
Flächen durch lichtleitende Fasern mit Mustern und/oder Bildinformationen
ausgebildet werden.
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Eine
weitere Anwendung kann bei der Verwendung von Hohlfasern auch ein
Medienaustausch in Kläranlagen oder Gewässern
sein, wobei beispielsweise Gase wie Sauerstoff zu- oder abgeführt werden. Über
Hohlfasern kann jedes flüssige oder gasförmige
Medium, beispielsweise auch Aerosole über ein Bauelement
dosiert verteilt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 1561142 [0003]
- - EP 1532325 A1 [0004]
- - FR 2743135 [0005]
- - DE 9010500 U [0006]