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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit wenigstens einer Leiteranordnung, wobei dies insbesondere die Herstellung von Betonbauteilen mit transluzenten Fasern betrifft. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauelement, das nach einem entsprechenden Verfahren hergestellt ist. Solche Bauelemente werden insbesondere bei der Herstellung von Gebäuden, Wänden und/oder Fassaden eingesetzt.
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Es sind Verfahren bekannt, bei denen solche Bauelemente aus Beton gefertigt werden, wobei die Leiteranordnung mit den Licht-leitenden Materialien zunächst in einer Matrize eingelegt werden und anschließend mit Beton vergossen werden. Auf diese Weise lassen sich zwar relativ einfach plattenförmige Bauelemente herstellen, allerdings ist bei dieser Herstellungsart die Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der produzierten Bauelemente eingeschränkt. Zudem kann bei diesem Verfahren nicht immer gewährleistet werden, dass alle Bereiche des Bauelements gleichmäßig mit dem Beton in Kontakt gebracht werden können, so dass unter Umständen Inhomogenitäten hinsichtlich der Eigenschaften des Bauelements nach der Fertigung entstehen können.
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Aus der
DE 10 2006 007 920 B3 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem Fasern von einer Rolle abgerollt und in einem Mörtelschlitten in eine hydraulisch abbindende Masse eingearbeitet werden. Anschließend werden die hydraulisch abbindende Masse und die Fasern durch den Mörtelschlitten in eine Schalung gefüllt, die aus einem Rahmen und einem vertikal beweglichen Boden besteht. Dabei wird der bewegliche Boden auf eine Höhe unterhalb einer Schalungsoberkannte eingestellt, die der Höhe einer Lage aus hydraulisch abbindender Masse und Fasern entspricht. Sobald die Schalung bis zur Oberkannte mit hydraulisch abbindender Masse und Fasern aufgefüllt ist, wird der Boden der Schalung um eine Höhe, die der Höhe einer Lage aus hydraulisch abbindender Masse und Fasern entspricht, abgesenkt und die Schalung erneut bis zur Oberkannte mit hydraulisch abbindender Masse und Fasern aufgefüllt. Dies wird solange wiederholt, bis eine gewünschte Höhe eines Formsteins erreicht ist.
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Bei einem aus der
DE 20 2007 000 753 U1 bekannten Verfahren werden Gewebe von einer Rolle abgezogen und in ein Schalwerkzeug eingelegt, in dem eine dünne Betonschicht vorliegt. Anschließend wird das Gewebe mit einer dünnen Betonschicht abgedeckt und das Verfahren solange wiederholt bis eine gewünschte Höhe eines Rohbetonblockes erreicht ist.
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Zudem ist auch aus der
US 2007/0074484 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen mit Licht-leitenden Materialien bekannt. Bei diesem Verfahren werden Licht-leitende Fasern in einen Rahmen eines Formkastens eingespannt und anschließend mit Beton umgossen. Darüber ist aus der
US 2007/0074484 A1 bekannt, Licht-leitendes Gewebe Schicht für Schicht von einer Rolle in einen Formkasten abzuziehen und den Formkasten sequenziell mit Beton zu füllen.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, bei dem eine gleichmäßige Benetzung der Leiteranordnung mit dem Grundmaterial ermöglicht werden soll, insbesondere geeignet für eine Fließ- oder Serienfertigung. Zudem soll die Variationsvielfalt im Hinblick auf die Ausgestaltung der mit dem Verfahren erzielten Bauelemente vergrößert werden, wobei gleichzeitig eine kostengünstige Fertigung erreicht ist.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängig formulierten Patentansprüchen hervor. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit wenigstens einer Leiteranordnung sind zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- (a) Bereitstellen zumindest einer Leiteranordnung;
- (b) wenigstens teilweises Anordnen einer fließfähigen Masse, um die wenigstens eine Leiteranordnung in einem Reservoir;
- (c) Transportieren der zumindest einen Leiteranordnung mit der Masse von dem Reservoir zu einer von dem Reservoir beabstandeten Aufnahme;
- (d) Positionieren von Teilabschnitten der zumindest einen Leiteranordnung zueinander;
- (e) Verfestigen der Masse.
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Bezüglich Schritt (a) sei angemerkt, dass die Leiteranordnung bevorzugt nach Art eines Endlosmaterials in einer flächigen Ausführungsvariante bereitgestellt wird. Dazu weist die Leiteranordnung bevorzugt flexible (draht- und/oder (textile) faserähnliche) Gebilde auf, die zumindest teilweise für ein Medium leitend ausgebildet sind, insbesondere Licht und/oder Elektrizität oder dergleichen. Weiter ist bevorzugt, dass die Leiteranordnung ein sich selbsttragendes textiles Gebilde ist, der Zusammenhalt der Leiteranordnung also insbesondere infolge der Schwerkraft und/oder eines Transportes aufrechterhalten bleibt.
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Im Schritt (b) wird nun fließfähige Masse, wie beispielsweise Beton und/oder Kunststoff, um die wenigstens eine Leiteranordnung angeordnet. Damit ist insbesondere gemeint, dass die fließfähige, ggf. zähfließende, Masse sich an der Leiteranordnung anordnet bzw. diese benetzt und/oder bedeckt. Regelmäßig ist wünschenswert, dass die gesamte Leiteranordnung, zumindest in ihrer Erstreckungsrichtung, gleichmäßig von der fließfähigen Masse umgeben ist. Gleichwohl ist auch möglich, gezielte Bereiche von beispielsweise mehreren Quadratzentimetern oder noch größeren Bereichen, auszusparen, um beispielsweise dort andere bzw. weitere Materialien zu positionieren.
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Die nun so vorbehandelte, mit der fließfähigen Masse benetzte, Leiteranordnung wird dann weiter transportiert. Dabei soll insbesondere mit Schritt (c) zum Ausdruck gebracht werden, dass hier nicht ein einfaches Vergießen der fließfähigen Masse in einer Aufnahme stattfindet, sondern dass die Leiteranordnung nach in Kontaktbringen mit der fließfähigen Masse transportiert und schließlich für den abschließenden Verfestigungsvorgang variabel positioniert wird (Schritt (d)). Bei Schritt (d) können insbesondere Faltungen, Wicklungen, Stapelungen und ähnliche Konstruktionen gebildet werden, um verschiedene Teilabschnitte der Leiteranordnung nun in gewünschte Positionen zueinander zu bringen, in der diese zusammen mit der fließfähigen Masse verfestigen sollen. Sind die Leiterabschnitte in der gewünschten Position, kann das Verfestigen der Masse einsetzten (Schritt (e)), ggf. sogar etwas früher.
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Klar ist, dass die vorstehend geschilderten Schritte (a) bis (e) ggf. teilweise zeitgleich erfolgen können und/oder weitere Prozesse zusätzlich durchgeführt werden können. Dies betrifft insbesondere Maßnahmen zur Überprüfung der Qualität des Ergebnisses der einzelnen Schritte, die Applikation weiterer Materialien, die Einstellung gewünschter Umgebungsbedingungen und dergleichen. Besonders bevorzugt ist, dass das hier geschilderte Verfahren im Wesentlichen kontinuierlich durchgeführt wird, so dass also eine Art Fließfertigung damit angegeben ist.
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Besonders bevorzugt ist im Hinblick auf Schritt (a) die Herstellung eines textilen Gebildes, welches mit wenigstens einem flexiblen Lichtleiter ausgeführt ist. Bei einem solchen textilen Gebilde, das gegebenenfalls nach Art eines so genannten Abstandsgewirks ausgebildet ist, sind (technische) Textilfasern zu einem Gewebe, Gewirk oder einem ähnlichen Gebilde zusammengeführt. Zusätzlich zu diesen Textilfasern oder aber auch als Ersatz dafür können flexible transluzente Fasern in das Gebilde eingearbeitet sein. Bevorzugt erstrecken sich diese Fasern quer zur Haupterstreckungsebene des Gebildes. Dabei haben die Fasern bevorzugt Enden, die einerseits an der Oberseite und andererseits an der Unterseite der Betonschicht positioniert sind. Diese (flexiblen bzw. formbaren) transluzenten Fasern, die aus PES (Polyester), (un)beschichteten PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), Glas oder ähnlichen Materialien gebildet sein können, leiten das Licht von der Oberseite hin zur Unterseite bzw. umgekehrt. Eine solche Konstruktion der Betonschicht mit einem textilen Gebilde gewährleistet, dass auch besonders dünne Betonschichten zum Einsatz gelangen können, insbesondere während des Transports und/oder der Montage nicht zerstört werden.
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Einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach wird in die zumindest eine Leiteranordnung in Schritt (b) durch zumindest ein Reservoir mit fließfähiger Masse hindurchbewegt. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Leiteranordnung in das Reservoir eingetaucht und/oder eine Strömung der fließfähigen Masse hindurchbewegt wird. Bevorzugt ist dabei, dass die fließfähige Masse in dem Reservoir ein, ggf. durch zusätzliche Mittel fließfähig gehalten ist, im wesentlichen unbewegtes Material darstellt, und die Leiteranordnung dazu relativ hindurchbewegt wird. Die Geschwindigkeit und/oder „Tauchtiefe” kann in Abhängigkeit des gewünschten Benetzungsgrades gewählt werden.
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Hierbei wird als vorteilhaft erachtet, wenn die Bewegung der Leiteranordnung allein aufgrund der Schwerkraft erfolgt, insbesondere wenn diese mit der fließfähigen Masse getränkt ist. Damit ist eine ungestörte Verteilung der fließfähigen Masse auf der Leiteranordnung gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden in Schritt (d) mehrere Lagen einer Leiteranordnung gebildet. Dies kann derart erfolgen, dass beispielsweise kontinuierlich und mäanderförmig ein Stapel mehrer Lagen gebildet wird, wobei eine Lage jeweils durch angrenzende Teilabschnitte der Leiteranordnung gebildet wird. Gegebenenfalls können zwischen diese Lagen zusätzliche Materialien eingefügt werden. Allerdings ist auch möglich, das Schritt (d) ein Trennvorgang hinsichtlich der Leiteranordnung vorgenommen wird, so dass die Leiteranordnung diskontinuierlich mit den einzelnen Teilabschnitten positioniert wird, wobei insbesondere gegeneinander verdrehte, versetzte und/oder verschiedene Leiteranordnungen zueinander positioniert werden. Auf diese Weise kann einerseits die mechanische Eigenschaft des Bauelements in gewünschter Weise beeinflusst werden, gleichzeitig kann jedoch auch die letztendlich gewünschte Licht-Effekt-Wirkung des Bauteils in großem Masse variiert werden.
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So wird insbesondere auch vorgeschlagen, dass die wenigstens einen Leiteranordnung eine Vielzahl von flexiblen Lichtleitern aufweist, bei dem Schritt (d) Lagen mit unterschiedlicher Orientierung der flexiblen Lichtleiter gebildet werden. Das heißt mit anderen Worten auch, dass beispielsweise eine gleichartige Leiteranordnung kontinuierlich gefertigt bzw. bereitgestellt werden kann, diese aber dann in Schritt (d) so positioniert wird, dass verschiedene Licht-Effekte durch die unterschiedliche Anordnung der Teilabschnitte bzw. Lagen erzielt werden. Dabei werden die Vorzüge einer kontinuierliche Fertigung einerseits und einer flexiblen Gestaltung der Bauelemente andererseits in besonders kostengünstiger Weise verbunden.
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Einer Weiterbildung des Verfahrens zufolge wird die Leiteranordnung während Schritt (d) auf einen Träger aufgewickelt. Die mit der zähflüssigen, fließfähigen Masse benetzte Leiteranordnung kann auf Träger verschiedener Grundform aufgewickelt werden. Aufgrund des Wickelvorganges können bereits unterschiedliche Orientierungen der Leiteranordnung verwirklicht werden, so dass ebenfalls die Variationsvielfalt im Hinblick auf die letztendlich gewünschten Licht-Effekte vergrößert. Außerdem ermöglicht das Aufwickeln auf einen Träger, dass dieser die Bauteile in einem großen Volumen aufnimmt, das gleichwohl platzsparend, insbesondere für den ggf. zeitaufwändigen Verfestigungsprozess, angeordnet ist. Die Träger können dabei eine Oberfläche aufweisen, die eine geringe Benetzungsneigung im Hinblick auf die fließfähige Masse aufweisen und/oder eine entfernbare Zwischenschicht (z. B. Beschichtung) umfassen.
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Weiter wird als vorteilhaft erachtet, die verfestigte Masse nach Schritt (e) unter Trennung zumindest einer Leiteranordnung zu trennen. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass die Wickel und/oder Schichtungen nach Entfernen des Trägers und/oder während der Träger noch im Wickel positioniert ist, zerteilt wird. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Fassaden und/oder Wandabschnitte der gewünschten Größe produzieren.
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Im Hinblick auf das vorstehende Herstellungsverfahren, wird ein so hergestelltes Bauelement vorgeschlagen, wobei dieses mit einer Masse umfassend Beton und wenigstens einer Leiteranordnung gebildet ist, die wenigstens einen flexiblen Lichtleiter aufweisend einen durchsichtigen Faserwerkstoff umfasst, wobei Lagen unterschiedliche Orientierung der flexiblen Lichtleiter vorgesehen sind. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Lagen, grundsätzlich einen gleichen Aufbau der Leiteranordnung aufweisen, durch ihre gegeneinander versetzte, verdrehte und/oder mit Beton benetzte Position werden jedoch ggf. verschiedene Oberflächen des Bauelementes mit den flexiblen Lichtleitern verbunden, so dass sich hier gezielt Licht-Effekte erreichen lassen. Grundsätzlich ist ein solches Bauelement auch auf andere Weise so herstellbar, so dass diese Ausführung des Bauelements auch unabhängig von dem hier erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren als besonders vorteilhaft gegenüber bekannten Bauelementen angesehen wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird also insbesondere vorgeschlagen, die textilen Leiteranordnung zunächst direkt mit der fließfähigen Masse (z. B. Betonsuspension) zu tränken, und diese dann „nass” in die gewünschte Position zu bringen. Die Betonsuspension hat dabei eine Viskosität, die auf die an der Leiteranordnung zur Haftung vorgesehene Menge angepasst ist. Das bedeutet besondere, dass der Leiteranordnung eine Aufnahmekapazität für Betonsuspension zugeordnet werden kann, die z. B. von der Gewebeart, der eingesetzten Materialien, etc. abhängig ist. Die Viskosität wird nun bevorzugt so eingestellt, dass eine genau definierte, z. B. eine der maximalen Aufnahmekapazität der Leiteranordnung entsprechende, Betonmenge pro Fläche der Leiteranordnung angelagert wird. Die mit Beton getränkte, textile, Leiteranordnung lässt sich dann auch mit den gewünschten Abständen zueinander positionieren, z. B. indem die so generierte Deckschicht aus Beton entsprechend dick ausgeführt und die Leiteranordnung aufeinander abgelegt wird. Eine mäanderförmige Ablage der getränkten, textilen, Leiteranordnung führt nach gewisser Zeit zu einem Aufbau mit ggf. einigen 100 oder sogar über 1000 Lagen von lichtleitenden Fasern in einer hochviskosen Betonmasse. Diese kann dann zu den gewünschten Produkten verfestigt und ggf. weiterverarbeitet werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden anhand der Figuren näher erläutert. Es darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
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1: eine erste Ausführungsvariante eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements,
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2: eine zweite Ausführungsvariante eines Verfahrens zur Herstellung des Bauelements,
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3: eine Möglichkeit zur Trennung eines Zwischenprodukts zur Herstellung der Bauteile,
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Die 1 soll schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen. Hierbei wird zunächst eine Leiteranordnung 2 nach Art eines textilen Gebildes 5 bereitgestellt, das hier rein schematisch als Rolle ausgeführt ist und damit eine kontinuierliche, ggf. gesteuerte bzw. geregelte, Zufuhr veranschaulichen soll. Die Leiteranordnung 2 wird dann durch ein Reservoir 7 mit fließfähiger Masse 3 hindurchgeführt, wobei diese Masse 3 bevorzugt Beton darstellt. Am Boden 18 des Reservoirs 3 ist eine entsprechende Öffnung 19 vorgesehen, durch die die Leiteranordnung 2, nun mit der Masse 3 benetzt, dass Reservoir 7 verlässt. Die Relativbewegung der Leiteranordnung 2 durch das Reservoir 7 bzw. die Masse 3 wird mittels einer Transporteinrichtung 8 realisiert, die hier ein Paar Walzen 9 umfasst, durch die die Leiteranordnung 2 aufgrund der Schwerkraft nach unten durchläuft. Mit Hilfe dieser Transporteinrichtung 8 wird die mit Beton benetzte Leiteranordnung 2 nun unter Bildung mehrer Lagen 10 in eine Aufnahme 12 abgelegt. Dazu werden mehrere Teilabschnitte 2 unter Änderung der Ablagerichtung übereinander angeordnet. Sind in der Aufnahme 12 die gewünschte Anzahl von Lagen 10 gebildet, so wird die Leiteranordnung 2 getrennt und die sich anschließende Leiteranordnung 2 wird in einer weiteren (hier nicht gezeigten) Aufnahme 12 abgelegt.
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Zur Erzeugung dieser Relativbewegungen wird vorgeschlagen, zumindest eine Vorrichtungseinheit der Gruppe Reservoir 7, Transporteinrichtung 8 und Aufnahme 12 bewegbar bzw. ortsvariabel zu gestalten. So ist beispielsweise möglich, dass das Reservoir 7 in 1 horizontal und/oder vertikal bewegt werden kann, ebenso wie ggf. auch die Aufnahme 12. Bevorzugt ist, dass die Transporteinrichtung 8 hier nur zur Ablage dient und deshalb eine (nur) horizontale Bewegung ausreicht. Die einzelnen Bewegungsmöglichkeiten der Vorrichtungseinheiten sind durch weiße Pfeile in 1 gekennzeichnet.
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Im Hinblick auf eine effektiven Einsatz der fließfähigen Masse kann auch eine Rückführung 17 vorgesehen sein, mit der nicht mehr benötigte bzw. überschüssige Masse 3 von der Aufnahme 12 (bzw. der Transporteinrichtung 8) wieder zurück in das Reservoir 7 gefördert wird (insbesondere durch Einsatz einer Pumpe 16). Dieser Aspekt kann ebenfalls eine wichtige Bedeutung bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren einnehmen.
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Eine etwas davon abweichende Ausführungsvariante veranschaulicht in 2. Hierbei ist die Transporteinrichtung 8 Teil des Reservoirs 7, ist insbesondere am Auslass bzw. der Öffnung 19 im Boden 18 positioniert. Dabei übernimmt die Transporteinrichtung 8 zusätzlich die Funktion der Benetzung der Leiteranordnung 2. Darüber hinaus wird die benetzte Leiteranordnung 2 dann nicht in eine Aufnahme abgelegt, sondern hier um einen drehbaren und aus variabel bewegbaren Träger 11 gewickelt (angedeutet durch die Rotationsrichtung 15).
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3 veranschaulicht nun, wie ein Wickel 13, der beispielsweise bei der Herstellung gemäß 2 entsteht, weiter zu Bauelementen 1 verarbeitet werden kann. Der Wickel 13 kann dazu beispielsweise entlang der gepunktet dargestellten Linie getrennt werden, so dass eine Mehrzahl von Segmenten 14 gebildet wird. Auch diese können weiter getrennt bzw. unterteilt werden, so dass letztendlich die gewünschte Bauelemente 1 (hier beispielsweise nach Art von Ziegelsteinen mit Lichtleitern 6, gebildet sind). Hieraus lässt sich leicht erkennen wie einfach und kostengünstig eine Vielzahl von ggf. verschiedenartig ausgeführten, Bauelementen 1 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauelement
- 2
- Leiteranordnung
- 3
- Masse
- 4
- Teilabschnitt
- 5
- textiles Gebilde
- 6
- Lichtleiter
- 7
- Reservoir
- 8
- Transporteinrichtung
- 9
- Walze
- 10
- Lage
- 11
- Träger
- 12
- Aufnahme
- 13
- Wickel
- 14
- Segment
- 15
- Rotationsrichtung
- 16
- Pumpe
- 17
- Rückführung
- 18
- Boden
- 19
- Öffnung
