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Die Erfindung betrifft einen Gitterträger für Tragwerke, insbesondere Betontragwerke. Ein Gitterträger ist ein Träger, der aus einer Vielzahl von Stäben besteht, die diagonal übereinander gelegt und an den Kreuzungspunkten miteinander zu einem Gitter verbunden werden. Die Ober- und Unterkanten werden mit leichten Stäben fixiert. Diese Konstruktionsweise ist eng verwandt mit dem Fachwerkträger und nutzt traditionell auch Holz als Baumaterial.
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Stahlgitterträger kommen häufig im Betonbau zum Einsatz, wo sie zwei Hauptaufgaben bei der Herstellung von Betondecken erfüllen, nämlich die Sicherung des Verbundes zwischen Fertigplatte und Ortbeton im Endzustand und die Verbesserung der Trag- und Gebrauchsfähigkeit (Montagesteifigkeit) der Fertigplatte im Montagezustand. Darüber hinaus können Gitterträger z. B. als Abstandhalter für die obere Bewehrung verwendet werden. Einen solchen allgemein bekannten Gitterträger offenbaren die Druckschriften
DE 195 15 638 A1 ,
DE 20 2013 011 404 U1 und
DE 10 2013 210 232 A1 .
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Gebräuchliche Stahlgitterträger oder allgemein metallene Gitterträger für den Einsatz in Betonfertigteilen und Betonhalbfertigteilen (Filigranfertigteile für Wände und Decken oder Dächer) sind korrosionsempfindlich. Es gibt deshalb Bestrebungen, diese aus einem nicht korrosionsempfindlichen Material herzustellen.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, korrosionsunempfindliche textile Materialien als Bewehrung einzusetzen. So beschreibt die Druckschrift
DE 290 29 74 A1 eine Bauplatte, bei der jedoch die textile Bewehrung nur an den Außenflächen vorgesehen ist, somit kein Gitterträger zur Erhöhung der Stabilität vorgesehen ist. Eine weitere Bauplatte, bekannt aus der Druckschrift
DE 28 55 194 A1 weist ein Tragwerk im Inneren auf, für durch steife Stege zwischen den begrenzenden Decklagen gebildet wird. Die Stege stabilisieren zwar die Position der Decklagen, sind aber ungeeignet zur Abtragung von Lasten im Sinne eines Gitterträgers.
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Andere textile Bewehrungselemente nutzen Bewehrungsstäbe, die zunächst aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt und dann miteinander verbunden werden. Die Bewehrungsstäbe sind jedoch unflexibel in der Anwendung und Anordnung und weisen, bedingt durch die Kunststoffschicht, Defizite bei der Anbindung zwischen der Bewehrungsfaser und dem Matrixmaterial, vor allem dem Beton.
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In der Druckschrift
DE 10 2012 101 498 A1 ist innerhalb eines komplexen Bauelements eine Tragschale vorgesehen. Für eine spezielle Ausführungsform der Tragschale ist eine textile Tragschalenbewehrung (vgl. Anspruch 13) beschrieben, wobei weitere Merkmale oder Details nicht angegeben sind.
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Aus der Druckschrift
DE 28 36 456 A1 sind Füllkörper aus hartem Schaumkunststoff oder Leichtbeton für Rippen- und Balkendecken und ähnliche Dachplatten bekannt, bei denen die unter Biegebeanspruchung im Zugbereich liegende Fläche ganz oder streifenweise mit einer Zugbewehrung versehen ist. Für diese Zugbewehrung sehen verschiedene Ausführungsformen textile Materialien vor, speziell Gewebe (vgl. S. 6, Absatz 4), insbesondere Glasfasergewebe (Anspruch 2) und Polyestergewebe (Anspruch 3). Mit einfachen Geweben lassen sich jedoch keine lastgerechten Anordnungen der Bewehrungsfasern erreichen.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 015 442 A1 beschreibt dünnschichtige Geschossdecken in Sandwich- und Verbundbauweise, bei denen eine textile Bewehrung vorgesehen ist. Jedoch ist diese nur als Gewebenetz ausgeführt und daher ohne die Möglichkeit, eine lastgerechte Garnanordnung wählen zu können.
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Darüber hinaus sind keine ebenen oder räumlichen Gitterträger speziell aus Carbonmaterialien für den Betonbau bekannt. Es existieren allenfalls textile Strukturen, bei denen die sich kreuzenden Faden- bzw. Garnlagen durch Nähtechnik oder durch Verkleben mit EP-Harzen verbunden sind. Nichtmetallische Materialien lassen sich nicht durch die bisher gebräuchliche punktförmige Verbindung der Stabelemente mittels Schweißen zum einem Gitterträger aufbauen. Metallene Gitterträger können zwar geschweißt werden, jedoch sind sie korrosionsempfindlich, zumindest aber relativ teuer.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine korrosionsfreie und positionsfeste Bewehrung, die auch als Gitterträger einsetzbar ist, anzubieten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gitterträger, der Scharen von relativ weichen faden- oder garnförmigen Einzelelementen aufweist, die als Gurtabschnitte und Strebenabschnitte und in der Weise angeordnet sind, dass sie durch ihre Vielzahl die Gesamttragfähigkeit des Gitterträgers sicherstellen. Als Gurt werden die auf Zug oder Druck belasteten oberen und unteren Bereiche des Gitterträges bezeichnet, die Streben bilden die Verbindung zwischen den Gurten und halten diese einerseits auf Abstand und verbinden diese andererseits kraftschlüssig, im Sinn der Querkraftbewehrung im Bauwesen.
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Bevorzugt ist als Material der faden- oder garnförmigen Einzelelemente Carbon in Form von Carbonfasern, Rovings, Garn oder ähnlichem vorgesehen. Ebenso können Glas oder Basalt zum Einsatz kommen. Diese faden- oder garnförmigen Einzelelemente, auch als Einzelfäden bezeichnet, sind mit lastabhängig unterschiedlichen Gesamtquerschnitten vorgesehen. Eine Überlappung von Einzelfäden ist vorgesehen, um größere Gurtquerschnitte zu realisieren. Auch das Anordnen von vielen Einzelfäden beabstandet zueinander ist vorgesehen, um insbesondere entsprechende Strebenkräfte im Verband aufnehmen zu können. Die Stärke, die Tragfähigkeit der Gitterstruktur wird über den Abstand der Einzelfäden und die Tragfähigkeit bzw. Steifigkeit der Einzelfäden bestimmt. Die Tragfähigkeit der Gurte wird durch die Überlappung der Einzelfäden am Bahnrand bestimmt. Die gegenseitige Fixierung der Einzelfäden findet, zumindest im flachen Vorprodukt, der textilen Bewehrungsbahn, bevorzugt durch eine Nähtechnik statt. Stützende Fäden in 0°- und 90°-Richtung können in die Herstellung der Bahn integriert werden. Die so hergestellten Bahnen können aufgerollt und damit leicht transportiert und gelagert werden.
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Das Auflösen der Gitter und Gurtelemente in eine Vielzahl von Fäden erlaubt es, diese einfach zu verbinden und somit ein insgesamt steifes Bewehrungselement herzustellen, das den Anforderungen des Betonbaus gerecht wird. Dabei ist die Statik der Halbfertigteile sicherzustellen, die Lasten für das Ergänzen des Betonquerschnitts aufzunehmen und die statischen Ansprüche der Fertigkonstruktion zu erfüllen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens einer der Gitterträger oder eine Schaar parallel liegender Gitterträger an einer Seite oder an beiden Seiten einen Ergänzungsgurt, z. B. einen Betongurt, aufweist, der zusätzlich zu dem aus textilen Material ausgebildeten Gurt vorgesehen ist. Ein statisch erforderlicher Ergänzungs- oder Betongurt (Druck- oder Zugseite) kann in einem separaten Arbeitsgang leicht ergänzt werden. Auch ein beidseitiger Ergänzungs- oder Betongurt ist vorgesehen. Anstelle von Beton kommt generell auch ein anderes Matrixmaterial in Betracht. Durch die Strebenstruktur besitzen die Elemente eine relativ gute Querkrafttragfähigkeit und können auch als kurze Schubzulagen verwendet werden.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gitterträgers gemäß vorstehender Beschreibung, wobei ein Einzelfaden (auch ein Roving o. ä.) von einem Rand einer zukünftigen oder bereits teilweise bestehenden textilen Bewehrungsbahn zum anderen Rand geführt wird und dann über eine bestimmte Länge parallel zum Rand verläuft, bevor er wieder auf die erste Seite geführt wird. Dieser Fadenverlauf wird durch weitere Fäden, die in Längsrichtung jeweils um eine Einheit verschoben sind, ergänzt. So entsteht eine ebene Gitterstruktur als eine textile Bahn und an Rändern der Gitterstruktur werden immer mehrere Fäden quasi parallel verlegt. Sie bilden so einen durchlaufenden, höherfesten Gurt über die Längsausdehnung der Gitterstruktur.
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Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Verankerung einzelner Fäden zwischen Gurt und Strebe durch Umlenkung der Fäden beim Wechsel von der Gurtfunktion in die Strebenfunktion erreicht wird. Das Problem der Verankerung einzelner Fäden miteinander, speziell bei Carbonfäden, wird durch die Umlenkung der Fäden beim Wechsel von der Gurt- in die Strebenfunktion gelöst. Dieses Vorgehen ersetzt das Verschweißen von Gurt- und Strebenabschnitten bei herkömmlichen Gitterträgern. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Fäden ist es möglich, die Struktur bezüglich ihres Widerstandes den Anforderungen, insbesondere hinsichtlich der Statik, weitgehend anpassen zu können. Beliebige Gurt- und Strebenquerschnitte können durch Überlappen und entsprechenden Fadenabstand der Einzelfäden hergestellt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst in einem ersten Fertigungsschritt die Herstellung der Gitterstruktur als textile Bewehrungsbahn, wodurch der Einsatz der bestehenden Verfahrenstechnik für ebene textile Gelege auch für dreidimensionale Bauteile möglich wird, indem zunächst die textile Bewehrungsbahn gefertigt wird.
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In einem zweiten Fertigungsschritt wird die textile Bewehrungsbahn mit einer aushärtbaren Beschichtung versehen, unmittelbar gefolgt von einem dritten Fertigungsschritt, bei dem die textile Bewehrungsbahn in der Weise aufgerichtet wird, dass eine dreidimensionale Struktur des Gitterträgers ausgebildet wird. In einem nachfolgenden vierten Fertigungsschritt, währenddessen die Beschichtung aushärtet, wird der Gitterträger durch die dann ausgehärtete Beschichtung fixiert. Die Fixierung und Versteifung der Fäden kann auch durch Zement, insbesondere Feinzement, erfolgen, der dann als aushärtbare Beschichtung zum Einsatz kommt. Somit sind nach der Erfindung zunächst eine ebene Herstellung und ein nachfolgendes Falten zum fertigen Gitterträger vorgesehen. Fixierung und Versteifung der Fäden erfolgt bevorzugt durch übliche Beschichtungs- und Imprägnierungstechniken, wie sie beispielsweise aus der Herstellung textiler Bewehrungen für Textilbeton bekannt sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass an dem Gitterträger wenigstens ein Gurt aus Beton nachträglich ergänzt und kraftschlüssig mit dem Gitterträger verbunden wird, indem der Gitterträger beispielsweise teilweise in frischen Beton eingelegt wird.
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Bewehrte Betonbauteile werden entsprechend den Lastannahmen bemessen. Art, Menge, Geometrie und Position der Bewehrung werden dabei so gewählt, dass das Bauteil oder das Bauwerk den Einwirkungen widersteht und eine sichere Nutzung über die gesamte Lebensdauer gewährleistet ist. Die Erfindung stellt sicher, dass Form und Position textiler Bewehrungselemente vom Montagezustand über den Bauzustand bis hin zum Endzustand unverändert bleiben und die auftretenden Beanspruchungen in allen Zuständen sicher abgetragen werden können.
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Als vorteilhaft hat sich eine Endlosfertigung des Gitterträgers, basierend auf einer unendlich langen Textilbahn, erwiesen, wobei einzelne Gitterträger in der erforderlichen Länge abgetrennt werden. Die Endlosfertigung der Träger basierend auf einer theoretisch unendlich langen Textilbahn führt damit zur verlustfreien Abtrennung der Fertigprodukte.
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Der Gitterträger wird nicht aus wenigen einzelnen, relativ festen, tragfähigen Elementen für Streben und Gurte hergestellt, sondern aus einer Schar von relativ weichen Einzelelementen, Fäden bzw. Garnen, die durch ihre Vielzahl die Gesamttragfähigkeit sicherstellen.
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Die Grundstruktur, eine ebene textile Bewehrungsbahn, wird dadurch gebildet, dass ein Faden von einem Rand der Textilbahn zum anderen wechselt und dann über eine bestimmte Länge parallel zum Rand verläuft, bevor er wieder die Seite wechselt. Der Faden mäandert dort nach einem vorgesehenen, bevorzugt lastabhängig ausgebildeten System über die Bahn. Dieser Fadenverlauf wird durch weitere Einzelfäden, die in Längsrichtung jeweils um eine Einheit verschoben sind, ergänzt. So entsteht eine Gitterstruktur auf der Bahn. An den Rändern dieser Gitterstruktur liegen immer mehrere Fäden quasi parallel und bilden so einen durchlaufenden Gurt über die Länge.
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Die Beschichtung und/oder Imprägnierung der textilen Einzelfänden, insbesondere der bevorzugt vorgesehenen Carbon-, Basalt- oder Glasfasern, gibt der Struktur die erforderliche Steifigkeit und Festigkeit. Bei diesem Prozess wird die textile Bewehrungsbahn auch vom ebenen in den räumlichen Zustand (U- bis V-Querschnittsform) überführt. Mit dem Aushärten oder Vernetzen der Beschichtung und/oder Imprägnierung wird die räumliche Stabilität ebenfalls hergestellt.
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Die stapelbaren Gitterträger können in diesem Zustand zu Halbfertigteilen ergänzt werden (Betonspiegel) oder sie werden in einem zusätzlichen Arbeitsschritt mit einem Betonobergurt versehen oder sie können als Schubzulagen und dergleichen eingesetzt werden. Verarbeitet in Halbfertigteilen oder als reiner Träger können Sie die erforderlichen Beanspruchungen beim Einsatz auf einer Betonbaustelle als Bewehrungselemente aufnehmen.
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Durch die Vielzahl der Einzelelemente sind auch die Verbindungen entsprechend aufgelöst und es muss in jeder Einzelverbindung eine entsprechend kleinere Kraft übertragen werden. Durch die Verwendung von durchlaufenden Einzelfäden entfällt die Verankerungsproblematik jedes einzelnen Fadens. Diese sind durch die Umlenkung zwischen Strebe und Gurt und die Verbindungen hinreichend verankert.
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Die Gitterträger werden bevorzugt zunächst als ebene textile Struktur gefertigt und können damit in den herkömmlichen Verarbeitungsprozessen mit beliebigen Beschichtungen versehen werden. Wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine offene Bauform (U-Form bis V-Form als Querschnitt) gewählt, sind die fertigen Gitterträger stapelbar und können leicht transportiert werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.
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1 zeigt in schematischer Draufsicht eine Ausführungsform einer textilen Bewehrungsbahn 1‘ für einen erfindungsgemäßen Gitterträger mit durchgehenden Einzelfäden 10, der einen Gurt 12 (dargestellt als dicke durchgehende Linie) und einen Gurt 12‘ (dargestellt als dicke gestrichelte Linie) bildet, wenn mehrere Einzelfäden parallel verlaufend gelegt und fixiert wurden. Sobald der Einzelfaden 10 zwischen den Gurten 12 bzw. 12‘ verläuft, bildet er einen Steg 14. Dieser kann gebündelt oder, wie vorliegend dargestellt, als voneinander beabstandete Einzelstege ausgebildet sein.
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2 zeigt in schematischer Darstellung den Ablauf des dritten Verfahrensschritts, bei dem eine dreidimensionale Struktur des Gitterträgers 1 aus der textilen Bewehrungsbahn 1‘ mit den Einzelfäden 10 ausgebildet wird, indem die seitlichen Flügel der Bewehrungsbahn 1‘ umgeklappt werden, dargestellt durch zwei Pfeile. An den Seitenwänden des Gitterträgers 1 sind die Stege 14 angeordnet, die den oberen Gurt 12 mit den unteren Gurten 12‘ verbinden. Im darauffolgenden vierten Fertigungsschritt wird der Gitterträger durch die ausgehärtete Beschichtung fixiert.
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3 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gitterträgers 1 nach Anwendung des Verfahrens gemäß 2. Die textile Bewehrungsbahn 1‘ wird gefaltet, sodass die dreidimensionale Struktur des Gitterträgers 1 ausgeformt wird. Dabei bildet der durchgehend dargestellte Faden bzw. das Fadenbündel die unteren Gurte 12, der als gestrichelte Linie dargestellte Faden bzw. das Fadenbündel den oberen Gurt 12‘. Zwischen den Gurten 12, 12‘ verlaufen die Stege 14.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gitterträger
- 1‘
- textile Bewehrungsbahn für Gitterträger
- 10
- Einzelfaden, faden- oder garnförmiges Einzelelement
- 12
- unterer Gurt
- 12‘
- oberer Gurt
- 14
- Steg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19515638 A1 [0002]
- DE 202013011404 U1 [0002]
- DE 102013210232 A1 [0002]
- DE 2902974 A1 [0004]
- DE 2855194 A1 [0004]
- DE 102012101498 A1 [0006]
- DE 2836456 A1 [0007]
- DE 102005015442 A1 [0008]
