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Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Bauelement, das eine erste und eine zweite Schale umfasst, wobei die erste und/oder die zweite Schale als Textilbeton ausgebildet ist und eine textile Bewehrung umfasst. Das mehrschichtige Bauelement ist insbesondere zum Einsatz als ein Halbfertigteil aus Textilbeton für Wand- und Deckenelemente sowie für Innenwände und Decken mit Ortbetonkern vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des mehrschichtigen Bauelements und dessen Verwendung.
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Ein mehrschichtiges Bauelement, umfassend eine Außenschale und eine Innenschale, wird nach dem Stand der Technik ausgebildet durch sowohl ein Innenwandelement der Stahlbetondoppelwand mit zwei Fertigteilschalen, die als eine verlorene Schalung fungieren, und einem dazwischen eingebrachten Ortbetonkern als auch ein ebensolches Außenwandelement, welches um eine zusätzliche Dämmstoffschicht ergänzt wird.
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Die derzeit verwendeten Außenwandschalen der Stahlbetondoppelwand sind 5 bis 8 cm dick, um eine Bewehrungskorrosion des Betonstahls zu vermeiden. Vornehmlich wird als Bewehrung Baustahl verwendet. Bei Außenwänden kommt seltener auch Edelstahl zum Einsatz, um die Wärmebrücken zu reduzieren. Diese Bauteile werden auf einer sehr wirtschaftlich arbeitenden automatisierten Umlaufanlage produziert. Die Einzelelemente bilden durch den Ortbetonkern eine durchgehende Wandscheibe mit vorteilhaften statischen Eigenschaften aus.
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Die Stahlbetonwände weisen einen sehr großen Bauteilquerschnitt auf (dmin = 40 cm). Dies ist unwirtschaftlich, da durch die Konstruktion zu viel Nettofläche des Gebäudes verloren geht. Der große Bauteilquerschnitt resultiert aus den hohen Anforderungen an den Schutz des Betonstahls bei Außenbauteilen und den immer weiter steigenden Anforderungen hinsichtlich der wärmedämmenden Eigenschaften der Wand. Im Widerspruch dazu entstehen durch die Verbindungselemente aus Stahl, die die beiden Elemente der Stahlbetondoppelwand miteinander verbinden, erhebliche Wärmebrücken in der Wandkonstruktion.
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Aus dem Stand der Technik sind jedoch auch Textilbetonwände mit einer geringeren Wandstärke bekannt. Diese werden allerdings derzeit nichttragend oder selbsttragend und ohne weitere Betonage, wie z. B. einen Ortbetonkern, ausgeführt. Zudem sind die derzeitigen Lösungen nicht gesamtheitlich als Bausystem entwickelt. So werden beispielsweise ausschließlich Fassadenelemente aus Textilbeton umgesetzt. Lösungen für Innenwände, Decken und Dächer mit den entsprechenden systemischen Bauteilkoppelungen sind nicht bekannt.
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Soweit im Bereich des Textilbetons mehrschichtige Sandwichelemente zum Einsatz kommen, handelt es sich nur um solche ohne Ortbetonkern und wärmebrückenreduzierte Anker aus nichtmetallischen Materialen. Diese Elemente sind schlank und weisen Eigenschaften auf, die eine Wärmeleitung reduzieren. Sie sind jedoch nichttragend und werden auch nicht vollautomatisiert hergestellt und verarbeitet.
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Im vorbekannten Stand der Technik sind verschiedene Ansätze beschrieben, die traditionell aus Stahl bestehende Bewehrung durch ein Textil zu ersetzen. So befasst sich die Druckschrift
DE 100 19 824 A1 mit einem Herstellungsverfahren für Baustoffe und Bauteile unter Verwendung fasriger Materialien, wobei insbesondere Naturfasern zum Einsatz kommen. Die Druckschrift
DE 102 32 142 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von textilbewehrten Betonumhüllungen, wie sie beispielsweise im Wasser und Abwasserbereich für die Umhüllung von Kunststoffrohren oder Kunststoffbehältern zum Einsatz kommen können.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 027 739 A1 ist die Beschreibung eines Bauelements in Holz/Beton-Verbundbauweise für Baukonstruktionen, insbesondere Säulen, Masten, Stützen, Träger oder Rohrleitungen zu entnehmen. Für ein dort vorgestelltes Ausführungsbeispiel fand Glasfasergelege Verwendung. Nach vier Textillagen war eine Bewehrungsschicht von etwa 7 mm erreicht.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 048 190 A1 informiert über die Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen, welche beispielsweise in faserverstärkten Hochleistungs-Betonverbunden zum Einsatz kommen kann.
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Durch die Druckschriften
DE 10 2007 015 838 A1 und
DE 10 2007 031 935 A1 erfährt die Fachwelt von einem Bauelement mit funktionellen Fasern und Verfahren zu dessen Herstellung. Die Druckschrift
DE 10 2007 038 931 B4 hingegen beschreibt Fadenlagennähwirkstoffe und zeigt in einem Ausführungsbeispiel die Herstellung einer offenen Gitterstruktur mit der Geometrie einer Kegelstumpfmantelfläche. Es handelt sich dabei um Fadenlagennähwirkstoffe mit konturgerechtem Kettfadenverlauf, die bevorzugt zur Herstellung von räumlichen Armierungstrukturen für Kunststoff- und Betonbauteile verwendet werden. Aus einer dieser offenen Gitterstrukturen lässt sich beispielsweise eine 3D-Verstärkungsstruktur in Form einer Gewindeflanke bilden und in den Beton einer Rohrwand einbringen. Die endlosen Kettfäden werden in dieser Ausführung in den Längen zugemessen und zugeführt, wie sie am jeweiligen Ort zur Bildung der gewünschten Fläche erforderlich sind.
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Alle diese Lösungen sind für flächige Bauteile, wie sie in einem Betonwerk regelmäßig hergestellt werden, jedoch nicht geeignet. Zumindest jedoch genügen sie nicht den Anforderungen, die hinsichtlich einer dauerhaften Festigkeit sowie der Temperaturbeständigkeit einer Bewehrung gestellt werden.
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Aus der Druckschrift
DE 20 2007 007 511 U1 ist ein Wand- und Dachschalungselement eines Hauses als Verbundelement von entsprechend gleichen Einzelkomponenten, eingesetzt nach dem „Prinzip der verlorenen Schalung“, vorbereitet zur Verfüllung mit Beton oder mit anderen geeigneten Füllmassen. Es ist dabei vorgesehen, dass das Wandschalungselement und das Dachschalungselement gebildet werden, indem eine Wärmedämmschicht mit vorbereiteten Schalungshohlkörpern und Schalungsplatten mittels Baukleber, Klammern bzw. Schrauben und Ankern zusammengefügt werden. Anschließend werden sie mit einer Wetterschutzschale aus Beton auf Glasfaser-Gewebe und Baukleber verkleidet.
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Die Druckschrift
WO 2016/037864 A1 beschreibt eine Doppelwand, umfassend eine erste Wandplatte, eine von der ersten Wandplatte beabstandete zweite Wandplatte und Verbindungselemente, die die erste Wandplatte mit der zweiten Wandplatte verbinden. Jede der beiden Wandplatten weist eine Betonschicht und eine Wandplattenbewehrung auf. Die Wandplattenbewehrung umfasst eine äußere Bewehrungslage und eine die äußere Bewehrungslage überkreuzende innere Bewehrungslage. Die Bewehrungslage ist auch als eine textile Bewehrung ausgeführt. Distanzelemente, als Verbindungselemente bezeichnet, sind aus faserverstärktem Kunststoff ausgeführt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Doppelwand angegeben.
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Beide zuletzt genannte Druckschriften schlagen somit ein wärmebrückenreduziertes Verbindungssystem vor, das auch ein Distanzelement umfasst, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beide Druckschriften stellen daher den nächstliegenden Stand der Technik dar. Nachteilig an den vorgeschlagenen Lösungen ist jedoch, dass sie mangels Eignung für eine automatisierte Fertigung uneffektiv sind.
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Eine Vorrichtung zur Verbindung zweier einander gegenüberliegender plattenförmiger Schalungselemente ist aus der Druckschrift
DE 10 2014 106 068 A1 bekannt. Diese besteht aus an jeweils einem der beiden Schalungselemente befestigbaren Anschlusselementen und mindestens einem die beiden Anschlusselemente über eine formschlüssige Verbindung miteinander verbindbaren Verbindungselement. Die Anschlusselemente sind im wesentlichen plattenförmig ausgebildet, wobei die zum jeweils gegenüberliegenden Schalungselement weisende Vorderseite mit einem zu einer Stirnseite des Schalungselementes hin offenen Einschubprofil versehen ist, in das ein am jeweiligen axialen Ende des Verbindungselementes angeordnetes dazu form- und/oder funktionskomplementäres Einschubelement einbringbar ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 011 083 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Betonbauteils, eines vorgefertigten Bauelements, das als Halbzeug zur Herstellung des solcherart hergestellten Betonbauteils dient, sowie ein entsprechendes mehrschichtiges Betonbauteil. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte auf: Herstellung eines vorgefertigten Bauelements, das erste Bewehrungsstrukturen, die textile Bewehrungsstrukturen aufweisen, und erste thermische Isolationselemente umfasst, Einlassen von Beton zur Bildung einer ersten Betonschicht in eine Schalform, Absenken des vorgefertigten Bauelements auf die erste Betonschicht.
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Bekannt sind auch Heiz- bzw. allgemein Klimatisierungseinrichtungen für Bauteile. Diese basieren auf elektrischer Energie oder einer Durchströmung mit einer Sole als Wärmeträger. Die bisher erhältlichen Elektroheizmatten oder Elektroheizfolien werden additiv unter z. B. Boden oder Wandbelege eingebracht. Sie werden also nicht direkt in eine Matrix eingebettet. Zudem übernehmen sie nur die Funktion des Heizens. Zusätzliche Funktionen, wie die Kombination aus Heizen und Tragen (Bewehrung) kommen bisher nicht vor. Als Mäander verlegte Heizleitungen werden bisher auch auf einem zusätzlichen Träger (z. B. Trägerschiene oder Kunststofffolie) verlegt. Auch thermoelektrische Bauelemente werden eingesetzt, beispielsweise ein Peltierelement.
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Bisher wird zur Nutzung von Sole als Wärme- oder Kälteträger in die Stahlbetonhalbfertigteile mit Ortbetonkern ein Mäander aus Kunststoffrohren eingelegt, der übrigen am Markt verfügbaren Flächenheizungen, wie z. B. Fußbodenheizungen im Estrich, sehr nahe kommen. Die konventionellen Halbfertigteile mit einer Dicke von 5 bis 8 cm ermöglichen auch die Einbringung 1 bis 2 cm dicken Rohre auf einer Installationsschiene, die im Abstand von 10 bis 20 cm verlegt werden. Diese Rohre können jedoch nicht in eine 2 bis 3 cm dicke Textilbetonschale integriert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein tragendes Bauelement unter Einsatz von Textilbeton, Beton mit einer textilbasierten Bewehrung, anzubieten. Ziel ist insbesondere, dünne und schlanke Wandelemente zu entwickeln, vor allem eine Verschlankung der Außenwände zu erreichen, die den steigenden ökologischen Anforderungen, vor allem zur Energieeinsparung, entsprechen, die effizient fertigbar sind sowie zu keiner weiteren Verdickung der Baukonstruktionen führen. Alle Komponenten für ein Bausystem sowie deren Bauteilkoppelungen sollen bereitgestellt werden. Ein weiteres Ziel besteht in der Reduktion von Technikflächen. In dem Zusammenhang sollen optional Funktionen der Gebäudetechnik integriert werden, um im Gebäude gesonderte Technikflächen einzusparen. Ziel ist es allgemein, Bauzeiten, Baukosten und Bauschäden zu verringern und die nutzbare Fläche zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein mehrschichtiges Bauelement gemäß Anspruch 1. Es wird somit eine tragende, mehrschichtige Wand als ein Halbfertigteil ausgebildet, das eine erste und eine zweite Schale, insbesondere eine Innenschale und eine Außenschale, aus Textilbeton umfasst. Das Halbfertigteil kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform auch so aufgebaut sein, dass die erste Schale, beispielsweise das innere Bauteil, als ein Stahlbetonfertigteil und die zweite Schale, beispielsweise das äußere Bauteil, als ein Textilbetonfertigteil ausgeführt sind. Der Zwischenraum kann bevorzugt auf der Baustelle mit Ortbeton verfüllt werden, um Transportkapazität zu sparen und die Montage zu vereinfachen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform stellt eine Hybridwand dar, die aus zwei Halbfertigteilen besteht. Das innere Bauteil ist ein Stahlbetonfertigteil und das äußere ein Textilbetonfertigteil. Dazwischen liegen eine Dämmschicht und ein Hohlraum, der auf der Baustelle mit Ortbeton verfüllt wird. Verbunden werden diese Schalen durch ein wärmebrückenreduziertes Verbindungssystem. Dieses Verbindungssystem ist im Bereich der Verbindung mit den Schalen punktförmig ausgebildet und besteht aus einer Anzahl einzelner Verbundanker, z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die punktförmige Ausbildung wird erreicht durch verjüngte Bauteilenden, was außerdem zu einer möglichst geringen Sichtbarkeit auf der Schalungsseite führt. Des Weiteren sind die Enden der Verbundanker mit einer zusätzlichen Verbreiterung versehen, soweit sie einbetoniert sind, um eine möglichst gute Verbindung mit dem Matrixmaterial Beton zu gewährleisten. Die Verbundanker umfassen ein wärmebrückenreduzierendes Distanzelement.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des mehrschichtigen Bauelements sieht vor, dass der Zwischenraum auf zumindest einem Teil seiner Breite, betrachtet quer zur flächigen Ausdehnung des Bauelements, durch eine Dämmschicht ausgefüllt ist.
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Das Verbindungssystem des erfindungsgemäßen Bauelements ist wärmebrückenreduzierend ausgeführt. Es umfasst dazu ein wärmebrückenreduzierendes Distanzelement oder einen insgesamt wärmebrückenreduzierenden Verbundanker. Das Verbindungssystem ist außerdem zur Erreichung des Ziels, den Wärmeübergang zwischen den beiden Schalen zu verringern, punktförmig ausgebildet.
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Die punktförmig wirkenden Verbundanker sind in Bezug auf die zueinander weisenden Oberflächen der Schalen senkrecht oder aus der Senkrechten geneigt angeordnet.
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Die Verbundanker zwischen den Schalen des erfindungsgemäßen Bauelements sind in einer vorgesehenen Tiefe in den Beton eingebunden. Zur Erhöhung des Verbundes umfassen die Verbundanker an wenigstens einem Ende eine spezielle Ausformung oder Strukturierung, die den Auszugswiderstand erhöht. Die Verbundanker werden bevorzugt bereits bei einer Vorkonfektionierung des textilen Bewehrungskorbes automatisiert gesetzt. Je nach Wahl der Einsetztechnologie erhalten die Verbundanker plastische Ausformungen zur Lagesicherung einer Garnschlaufe, die einen Endbereich des Verbundankers bildet, oder sie werden an der Textilstruktur des Bewehrungskorbes fixiert, bevorzugt mittels Kleber.
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Neben der Bewehrung eingebrachte Elemente oder sogar in die Bewehrung integrierte technische Funktionen machen es möglich, auf gesonderte technische Einrichtung für diese Funktionen zu verzichten. Die dadurch erreichbaren Funktionen betreffen Heizung und Klimatisierung, aber auch die Funktion einer Antenne oder einer Abschirmung.
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Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung in diesem Zusammenhang ist in der ersten und/ oder der zweiten Schale ein Mäander aus elektrisch leitfähigem Garn in flächiger Ausdehnung vorgesehen. Dieser kann neben einer ebenfalls aus Garn bestehenden Bewehrung eingebracht sein oder das zur Bewehrung dienenden Garn wird in der Weise angeordnet, dass es auch die zusätzlichen Funktionen erfüllen kann.
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Neben der spezifischen Anordnung sind hier auch elektrische Anschlüsse erforderlich, die aus dem derart ausgestatten Bauelement herausragen oder sonst zugänglich sind für den späteren Anschluss und Verbindung mit den betreffenden technischen System.
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In einem Anwendungsfall ist dieses System beispielsweise eine Heizung oder allgemein Klimatisierung, die einen Anschluss für die zugeführte Elektroenergie erfordert. Dann ist das leitfähige Garn so angeordnet und elektrisch kontaktiert, dass es zur Wärmeerzeugung oder, ausgeführt als ein thermoelektrisches Element, zur Abkühlung nutzbar ist. Alternativ hierzu ist das leitfähige Garn so angeordnet und elektrisch kontaktiert, dass es als Antenne oder als Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Wellen nutzbar ist. In Hinblick auf den Einsatz von Carbonfasern als Bewehrung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das elektrisch leitfähige Garn aus Carbon besteht.
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Aus dem Stand der Technik sind Wandheizungen unter Verwendung von Kapillarrohrmatten bekannt. Die Kapillarrohrmatten werden bisher nach dem Stand der Technik meist direkt auf der Wand z. B. Hochlochziegeln im Rohbau befestigt und nachträglich verputzt. Die Montage ist ein rein manueller Prozess.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in der ersten und/ oder der zweiten Schale eine Kapillarrohrmatte in flächiger Ausdehnung mit parallel oder mäandrisch verlaufendem, wenigstens einem Kapillarrohr eingebracht, insbesondere in die Betonschicht einbetoniert. Das Kapillarrohr ist mono-, bi- oder multiaxial angeordnet, so dass eine Fläche beeinflusst werden kann.
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Wenn das Kapillarrohr bei einer Durchströmung der Kapillarrohrmatte oder des Kapillarrohrs mit einem Wärmeträgerfluid zur Wärmeabgabe vorgesehen ist, dann in der Regel zur Erwärmung, oder es ist zur Wärmeaufnahme vorgesehen, dann in der Regel zur Abkühlung oder zur Gewinnung von Wärme. Es erfolgen dabei Erwärmung oder Abkühlung der Schale und ihrer Umgebung, insbesondere des Raums, der durch die erfindungsgemäßen Bauelemente gebildet wird.
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Die Funktionalisierung der Fertigteile wird somit zum einen durch die Einbringung von einem Carbonmäander zum Heizen gelöst oder durch die Einbringung von Kapillarrohrmatten zum Heizen und Kühlen von Innenräumen. Als sogenannter Massivabsorber kann als eine weitere vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung in ihrer zuvor beschriebenen Ausgestaltung aber zum anderen auch die äußere Textilbetonplatte durch die Integration einer Kapillarrohrmatte zur Energiegewinnung aus einer Außenwand, wenn diese beispielsweise der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, aktiviert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Bauelements gemäß Anspruch 9. Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erfolgt die Fertigung automatisiert auf einer Fertigteilumlaufanlage. Dazu wird in dem ersten Betonierabschnitt ein Verbundanker, zumindest jedoch dessen Ankerfuß abgelegt, beispielsweise auf einem Stahltisch, eine erste Bewehrung, beispielsweise eine textile Bewehrung wie sie ein Biaxialgelege darstellt, wird darüber abgelegt und nachfolgend ein Distanzelement auf den zuvor abgelegten Ankerfuß, z. B. durch Aufschrauben oder Einrasten, montiert und der Verbundanker gebildet. Es werden, wenn erforderlich, zum Einbetonieren vorgesehene funktionelle Elemente eingebracht, wozu Kapillarrohrmatten, Antennen oder ähnliches zählen. Danach wird die erste Schale betoniert und, falls vorgesehen, auch eine Dämmung darauf abgelegt.
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Hierauf erfolgt nach dem Aushärten des Betons, der im ersten Betonierabschnitt eingebracht wurde, ein zweiter Betonierabschnitt. In dem zweiten Betonierabschnitt wird die zweite Schale betoniert, eine zweite Bewehrung, bevorzugt eine textile Bewehrung, z. B. ein zweites Biaxialgelege, auf dem weichen Beton abgelegt. Die im ersten Betonierabschnitt hergestellte, bereits ausgehärtete erste Schale wird herumgedreht, so dass ihre andere Flachseite nach unten zu der zweiten Schale weist. Mittels der abragenden Distanzelemente wird das zweite Biaxialgelege in den noch weichen Beton der zweiten Schale eingedrückt wird. Hierzu sind die Distanzelemente mit einem tellerförmigen Element versehen. Durch die Position des tellerförmigen Elements auf dem Distanzelement wird das Maß bestimmt, um das das zweite Biaxialgelege in den Beton der zweiten Schale eingedrückt wird.
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In der automatisierten Fertigung werden im ersten Betonierabschnitt die Ankerfüße automatisiert auf einem Stahltisch abgelegt. Um sie dort zu fixieren, hat es sich als vorteilhaft erweisen, sie mit Permanentmagneten auszustatten. Alternativ kann auch ein Magnettisch zu Einsatz kommen, die magnetisierbaren Verbundanker mit Magnetkraft hält. Die Positionen der Verbundanker oder der Ankerfüße definieren damit die genaue Lage des Verbindungssystems. Danach wird eine Bewehrung, bevorzugt das Biaxialgelege, der ersten Schale, z. B. der Außenschale, auf den Verbundankern abgelegt. Jetzt erfolgt das Einrasten oder Einschrauben des entsprechenden Distanzelements, wenn vorteilhafter Weise nur die Ankerfüße abgelegt waren. Schließlich wird die Betonage der Außenschale durchgeführt und optional auch eine Dämmschicht eingelegt, wie oben beschrieben, was auch maschinell erfolgen kann.
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Im zweiten Betonierabschnitt wird gemäß obiger Beschreibung auch in der automatisierten Variante zuerst die Innenschale betoniert und dann auf die frische Betonmatrix das Biaxialgelege abgelegt. Schließlich wird die ausgehärtete Außenschale angesaugt und um 180° gedreht, um diese dann auf der frischen Innenschale direkt mit den Distanzelementen abzulegen. Dabei wird das Biaxialgelege bevorzugt in die mittige Lage (durch die Distanzelemente, die tellerförmige Elemente an einem Ende aufweisen) eingedrückt und durch deren Auftrieb, der eine gegen die tellerförmigen Elemente wirkende Gegenkraft darstellt, lagestabil dort gehalten. Der Vorgang ist abgeschlossen, wenn die Distanzelemente den Schaltisch, bevorzugt ein Stahltisch, erreichen.
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Im Rahmen des zuvor beschriebenen Fertigungsverfahrens ist es auch vorgesehen, dass in den Beton der ersten und/oder zweiten Schale elektrisch leitfähiges Garn, wenigstens ein Kapillarrohr oder/und wenigstens eine Kapillarrohrmatte eingebracht wird.
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Zur verbesserten Anbindung des Garns an das umgebende Matrixmaterial, den Beton, vor allem wenn dieses zumindest als lastabtragende Bewehrung zum Einsatz kommt, das Garn mit einer besandeten Kunststoffbeschichtung versehen wird.
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Einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Verwendung des mehrschichtigen Bauelements, wie zuvor beschrieben, für tragende Wand- und Deckenelemente mit Ortbetonkern dar. Auch gesamte Innenwände und Decken werden gemäß der vorliegenden Erfindung angeboten und verwendet, so dass ein komplettes Bausystem angeboten werden kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist weiterhin gerichtet auf ein wärmebrückenreduziertes Verbindungssystem für ein mehrschichtiges Bauelement gemäß Anspruch 12. Das Verbindungssystem muss dabei mehrere Aufgaben erfüllen: Es muss zum einen beide Textilbetonschalen wärmebrückenreduziert verbinden, zum anderen muss es eine ausreichende Verankerung in der dünnen Textilbetonschale sicherzustellen, außerdem muss das Verbindungssystem in das automatisierte Umlaufverfahren des Betonwerks integrierbar sein.
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Das Verbindungssystem besteht aus zumindest drei Teilen: einem Ankerfuß und einem Distanzelement, ausgeführt zur Einbringung in eine erste Schale gemäß vorstehender Beschreibung, sowie für die Verbindung mit einer zweiten Schale ein tellerförmiges Element.
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Das Distanzelement ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung als Verbundnadelelement ausgeführt und ermöglicht es, durch die Dämmschicht durchzudringen. Dabei dient das Distanzelement dient zugleich als Lagesicherung für das bevorzugt mittig eingelegte Biaxialgelege.
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Vorteilhafter Weise umfasst der Ankerfuß des Verbundankers Permanentmagnete, so dass er auf einem Stahltisch abgelegt und gehalten werden kann. Alternativ kann auch ein Magnettisch verwendet werden und ein Ankerfuß aus einem magnetischen Material wird dadurch gehalten. Beide Varianten ermöglichen eine automatisierbare Verlegung der Ankerfüße. Das Distanzelement ist vorgesehen zur formschlüssigen Verbindung mit dem Beton der zweiten Schale, optional ergänzend auch mit dort eingelegten Schraubankern, besteht bevorzugt aus GFK und ist zugleich zur Verbindung mit dem Verbundanker bzw. dessen Distanzelement der ersten Schale vorgesehen. Zusätzliche Schubgitter sorgen für die Verbundsicherheit bei auftretenden Schubkräften zwischen den Textilbetonplatten. Diese können in Ihrer Funktion ersetzt werden durch den Einsatz von wenigstens einem Verbundanker, der zur linienförmigen Anbindung mit den Schalen vorgesehen ist.
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Der erfindungsgemäße Textilbeton, auch als eine Textilbetondoppelwand oder Hybrid-Doppelwand aus Textilbeton (Außenschale) und Stahlbeton (Innenschale) mit Dämmstoffebene bezeichnet, umfasst beim Einsatz im Gebäude einen Ortbetonkern und eine optionale Funktionsintegration. Die bevorzugte Textilbetondoppelwand besteht aus zwei Wandscheiben aus textilbewehrtem Beton mit einer Mindestdicke von 2 cm und einem Dämmstoff (z. B. Mineralwolle oder auch ein Hochleistungsdämmstoff wie Slentite ® BASF), welcher mit dem Verbindungssystem verbunden wird.
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Die vorliegende Erfindung kombiniert die Vorteile beider Varianten: die industriell automatisierte Herstellung als tragendes Halbfertigteil (mit später einzubringender Ortbetonschicht) mit der zukunftsweisenden, platzsparenden nichttragenden Textilbetonbauweise, ergänzte um wärmebrückenreduzierte Ankerelemente zur Verbindung der Schalen. Als Ergebnis steht ein Bausystem für Innen- und Außenwandbauteile, welches den Ansprüchen des Marktes in höchstem Maß gerecht wird, weil damit verschiedenste Grundrisslösungen im gleichen System umgesetzt werden können.
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Die Neuerung besteht in der Kombination der dünnen Textilbetonschalen, dem innovativen Verbindungssystem als Verbindung der beiden Schalen wie auch als Lagefixierung der textilen Lagen in der Betonplatte mit einem optionalen Dämmkern und einem Ortbetonbereich im Inneren. All das wird automatisiert auf einer Fertigteilumlaufanlage hergestellt. Die gefertigten Einzelbauteile können auf der Baustelle zu einem Bausystem zusammengefügt werden. Damit können komplette Bauwerke im vorliegenden System realisiert werden. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, die erfindungsgemäße tragende, mehrschichtige Wand zu montieren und ohne eingebrachten Ortbeton anzuwenden.
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Die Erfindung ermöglicht die Realisierung einer sehr dünnen tragenden Sichtbetonfassade, die automatisiert hergestellt wird. Zusatzfunktionen können in dieses System der automatisierten Fertigung sehr gut eingebracht werden (z. B. Bauteilaktivierung).
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Durch den Einsatz von Textilbeton mit Ortbetonkern kann der Querschnitt eines gesamten Wandaufbaus, im Vergleich zu einer konventionellen Stahlbetonhalbfertigteilwand, um 25 % reduziert werden. Im Falle einer Außenwand wird diese nur durch eine Dämmschicht ergänzt. Damit können ca. 50 % der eingesetzten Ressourcen bei der Herstellung sowie beim Transport des Fertigteils eingespart werden. Die textilbewehrten Fertigteile sind zudem als Außenwandelemente dauerhafter als die konventionellen Stahlbetonfertigteile, da sie auch bei extremen Anforderungen bzw. Expositionsklassen keine Bewehrungskorrosion im Laufe ihrer Lebensdauer aufweisen. Durch die neuartigen, wärmeleitfähigkeitsreduzierten Verbindungssysteme können sowohl die Bewehrungslagen in der Textilbetonplatte fixiert als auch die Dämmpaneele verbunden werden, ohne nennenswerte punktuelle Wärmebrücken zu erzeugen. Die Verbindungsanker des Verbindungssystems können die Normalkräfte von der Außen- auf die Innenplatte übertragen.
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Besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der Kombination einer dünnen Textilbetonschale (außen) mit einer stabilen Stahlbetonschale (innen), bevorzugt zudem mit einer integrierten Dämmschicht, und der erst nachfolgenden Einbringung eines Ortbetonkern auf der Baustelle nach erfolgter Montage am Gebäude. Alternativ kann auch die Innenschale aus Textilbeton bestehen. Die Vorfertigung des Hybridelements aus der dünnen Textilbetonschale und der stabilen Stahlbetonschale erfolgt automatisiert auf einer Fertigteilumlaufanlage. Die gefertigten Einzelbauteile können auf der Baustelle zu einem Bausystem zusammengefügt werden. Damit können komplette Bauwerke im vorliegenden System realisiert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf wirtschaftliche Weise, die Vorteile einer Stahlbetoninnenschale nutzen und mit einer dauerhaften nicht korrosiven Außenschale aus Textilbeton mittels eines Ortbetonkerns und einer Dämmschicht verbinden. Die zusätzliche Funktionalisierung der Betonplatten ermöglicht die Integration von Gebäudetechnik zum Heizen und Kühlen.
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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. Es zeigen:
- 1: in geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Aufbaus einer Wand;
- 2: in geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Aufbaus einer Wand;
- 3: in geschnittener Darstellung eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Einbaulage;
- 4: in geschnittener Darstellung eine weitere Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Einbaulage;
- 5: in geschnittener Darstellung eine weitere Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Einbaulage;
- 6: eine Draufsicht auf eine zweite Schale;
- 7: in geschnittener Darstellung eine weitere Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements mit punktförmigem Verbundanker in Einbaulage;
- 8: schematisch in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform eines Verbundankers;
- 9: schematisch in Draufsicht eine Ausführungsform eines Verbundankers;
- 10: schematisch in geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements;
- 11: schematisch in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform einer ersten Schale;
- 12: schematisch in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen tragenden, mehrschichtigen Bauelements;
- 13: schematisch in längsgeschnittener Darstellung eine Ausführungsform einer Schale des erfindungsgemäßen Bauelements;
- 14: schematisch in geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Schale eines erfindungsgemäßen Bauelements; und
- 15: schematisch in geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Schale des erfindungsgemäßen Bauteils; und
- 16: schematisch eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Herstellung besandeter Endlosgarne.
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1 zeigt in geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Aufbaus einer Wand, hier umfassend Stahlbeton als erste Schale 20' an den Außenseiten, eine Dämmung 26 und eine Ortbetonschicht 14 im Inneren. Den Abschluss bildet als Innenschicht eine zweite Schale 30', in der Regel ebenfalls Stahlbeton.
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2 zeigt in geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Aufbaus einer Wand, hier umfassend nichttragenden Textilbeton 16 als Fertigteile an den Außenseiten und eine Dämmung 26 im Inneren.
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3 zeigt in geschnittener Darstellung eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1 in Einbaulage, ausgeführt als eine Hybrid-Doppelwand, umfassend eine erste Schale 20, ausgeführt als Außenschale aus Textilbeton, umfassend Beton 22, einen Dämmstoffkern 26 und ein Verbindungssystem 40. Das Verbindungssystem 40 wird durch eine Anzahl einzelner Verbundanker 42 zwischen Innen- und Außenschale, der ersten Schale 20 und der zweiten Schale 30, gebildet. Die Innenschale ist als Stahlbeton oder ebenfalls als Textilbeton ausgeführt. Das Bauelement 1 umfasst weiterhin einen zunächst leeren Zwischenraum 28, geeignet für einen Kern aus Ortbeton, der nach der Montage des Bauelements 1 am Gebäude eingebracht wird, sowie eine zweite Schale 30 aus Beton 32.
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Der Verbundanker 42 des Verbindungssystems 40 besteht aus einem Ankerfuß 45, der in die erste Schale 20 einbetoniert ist, ein tellerförmiges Element 48, einbetoniert in die zweite Schale 30 sowie ein Distanzelement 44, das sich zwischen den Schalen 20, 30 erstreckt. Das Distanzelement 44 ist mit dem Ankerfuß 45 und dem tellerförmigen Element 48 zur Montage bzw. Zusammenfügen durch Betonieren der Schalen 20, 30 verbindbar. In diesem hier dargestellten Zustand werden die Schalen 20, 30 dadurch sicher aneinander und auf Abstand gehalten, so dass die Montage und das Einbringen des Ortbeton sicher möglich sind.
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4 zeigt in geschnittener Darstellung eine weitere Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1' in Einbaulage und in Verwendung, wobei keine Dämmung vorhanden, jedoch der Ortbeton 14 zwischen der ersten Schale 20 und der zweiten Schale 30 bereits eingebracht ist. Die Verbundanker 42, die das Verbindungssystem 40 bilden, sind nun im Ortbeton 14 eingebettet.
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5 zeigt in geschnittener Darstellung eine weitere Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1' in Einbaulage und in Verwendung mit eingebrachten Ortbeton 14. Zwischen der ersten Schale 20 und der Schicht aus Ortbeton 14 ist eine Lage Dämmung 26 angeordnet. Das Verbindungssystem 40 erstreckt sich daher sowohl durch den Ortbeton 14, als auch durch die Dämmung 26 hindurch.
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6 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Schale 20 oder eine zweite Schale 30, wodurch die regelmäßig verlegten Ankerfüße 45 oder tellerförmige Elemente 48 symbolisiert erkennbar sind.
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7 zeigt in geschnittener Darstellung eine weitere Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1 mit punktförmigen Verbundankern 42 in Einbaulage. Die Verbundanker 42 bilden in ihrer Gesamtheit das Verbindungssystem 40 zur Verbindung der ersten Schale 20 mit der zweiten Schale 30 und umfassen jeweils einen Ankerfuß 45.
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8 zeigt schematisch in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform eines Verbundankers 42 mit einem Ankerfuß 45, der auf einem Stahltisch 7 mittels enthaltener Permanentmagnete 43 fixiert und bereits mit dem Distanzelement 44 verbunden ist. Eine andere Ausführungsform umfasst einen Stahltisch mit Elektromagneten, so dass der Verbundanker 42 wahlweise gehalten oder gelöst werden kann und keine eigenen Magnete benötigt.
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9 zeigt schematisch in Draufsicht eine Ausführungsform eines Ankerfußes 45 mit Verbundgewinde 41 für die Befestigung des Distanzelements. Der Verbundanker ist ähnlich gestaltet.
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10 zeigt schematisch in geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1, einer tragenden, mehrschichtigen Wand mit Deckschichten, gebildet aus den Schalen 20, 30, Dämmung 26 und Ortbeton 14 im Inneren des Zwischenraums zwischen den Schalen 20, 30, wobei die Deckschichten bzw. Schalen 20, 30 als Textilbeton ausgeführt sind. Die Schalen 20, 30 werden miteinander verbunden und auf Distanz gehalten durch ein Distanzelement 44 in Zusammenwirken mit den übrigen Elemente des Verbundankers 42. Dazu gehören vor allem der Ankerfuß 45 und ein tellerförmiges Element 48.
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Das Distanzelement 44 weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, um Wärmeverluste durch einen Wärmeübergang über den Wandaufbau zu vermeiden. Als Material für das Distanzelement 44 ist beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff vorgesehen.
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Das in die zweite Schale 30 hineinragende Ende umfasst ein tellerförmiges Element 48, das so auf dem Distanzelement 44 positioniert ist, dass es eine insbesondere textilbasierte bzw. textile Bewehrung 34 während des Herstellungsprozesses in dem Beton 32 in der vorgesehenen Position hält (vgl. 12). Das tellerförmige Element 48 ist hierbei erkennbar.
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11 zeigt schematisch in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform einer ersten Schale 20 zur bevorzugten Verwendung als Außenschale und als Teil eines erfindungsgemäßen tragenden, mehrschichtigen Bauelements 1 während der Fertigung. Dabei wurde zunächst das erste Element des Verbundankers 42, dessen Ankerfuß 45, auf eine Unterlage, hier einen Stahltisch 7, abgelegt, was automatisiert erfolgte. Danach wurde eine textile Bewehrung 24, bevorzugt ein Biaxialgewebe, abgelegt. Danach wurde der Ankerfuß 45 mit dem Distanzelement 44 verbunden, bevorzugt verschraubt oder eingerastet. Danach wurde die Außenschale durch Aufbringen von Beton 22 betoniert und darauf die Dämmung 26 abgelegt. Dies stellt den ersten Betonierabschnitt dar, der nach dem Aushärten des Betons 22 soweit abgeschlossen ist, dass sich der zweite Betonierabschnitt (vgl. 14) anschließen kann.
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12 zeigt schematisch in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen tragenden, mehrschichtigen Bauelements 1 nach Abschluss des zweiten Betonierabschnitts. Dazu wird im Zuge des zweiten Betonierabschnitts die zweite Schale 30, zur Verwendung als Innenschale vorgesehen, betoniert. Hierzu wird Beton 32 eingebracht, nachdem die tellerförmigen Elemente 48 gemäß der vorliegenden Darstellung auf dem Stahltisch 7 abgelegt worden sind.
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Im folgenden Schritt innerhalb des zweiten Betonierabschnitts wird die Bewehrung 34, bevorzugt wiederum Biaxialgewebe, abgelegt. Danach wird die erste Schale 20, die Außenschale, hergestellt in der in 11 gezeigten Weise, komplett auf die andere Flachseite gedreht und auf die frisch betonierte Innenschale abgelegt. Die Ablage erfolgt exakt in der Position, in der die Distanzelemente 44 der ersten Schale 20 über den tellerförmigen Elementen 48 der zweiten Schale positioniert sind und verbunden werden können. Zugleich wird mittels der tellerförmigen Elemente 48, die als Bewehrungsabstandhalter wirken, im Bereich des Endes der Distanzelemente 44 die zuvor auf dem frischen Beton 32 der zweiten Schale 30 aufgebrachte Bewehrung 34 auf Abstand eingedrückt.
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13 zeigt schematisch in längsgeschnittener Darstellung mit Schnitt entlang der Ebene der größten Ausdehnung einer Ausführungsform einer Schale 20, 30 des erfindungsgemäßen Bauelements. Die dargestellte Ausführungsform ist geeignet zur Nutzung als eine dielektrische Heizfläche in einer Betonplatte mit Umlenkpunkten 58 für ein Carbontextil, insbesondere ein Garn 54, 56, und mit elektrischen Anschlüssen 57 des hier als ein elektrischer Leiter dienenden Garns 54, 56. Alternativ kommt ein metallisches Garn zum Einsatz.
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Das Garn 54, 56 mit den elektrischen Anschlüssen ist nicht nur zur Wärmeerzeugung, sondern je nach Ausführung auch z. B. auch als Antenne oder elektromagnetische Abschirmung einsetzbar. Auch eine Biaxialverlegung ist vorgesehen.
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14 zeigt schematisch in geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Schale 20, 30 eines erfindungsgemäßen Bauelements, umfassend eine Kapillarrohrmatte 60 zur thermischen Beeinflussung der Schale 20, 30 durch eine die Kapillarrohrmatte 60 durchströmende Sole als Wärmeträger. Hierzu weist die Kapillarrohrmatte 60 Anschlüsse 64 auf, für den Vorlauf und den Rücklauf. Die Schale 20, 30 kann durch die zuvor beschriebene Ausstattung als Massivabsorber oder solarthermische Heiz- oder Kühlfläche genutzt werden.
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15 zeigt schematisch in geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Schale 20, 30 des erfindungsgemäßen Bauteils, umfassend eine weitere Kapillarrohrmatte zur thermischen Beeinflussung der Schale 20, 30. Im Unterscheid zur Darstellung nach 16 verlaufen die Kapillarrohre 62 nicht parallel, sondern ein einziges Kapillarrohr 62 ist als Mäander verlegt.
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16 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Herstellung besandeter Endlosgarne 56. Hierzu wird ein Garn 54 mit Kunststoffbeschichtung mit einer Streueinrichtung 50 mit Sand 52 versehen, so dass Garn 56 mit Kunststoffbeschichtung und Besandung resultiert, das einen besseren Verbund mit einem Matrixmaterial wie Beton eingeht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauelement
- 7
- Stahltisch
- 10
- Stahlbetonwand
- 12
- Wand nichttragend
- 14
- Ortbeton
- 16
- Textilbeton
- 20, 20'
- erste Schale
- 22
- Betonschale, Beton
- 24, 24'
- Bewehrung, Biaxialgelege
- 26
- Dämmung
- 28
- Zwischenraum
- 30, 30'
- zweite Schale
- 32
- Beton
- 34
- Bewehrung
- 40, 40'
- Verbindungssystem
- 41
- Verbundgewinde
- 42
- Verbundanker
- 43
- Magnet, Permanentmagnet
- 44
- Distanzelement
- 45
- Ankerfuß
- 48
- tellerförmige Elemente
- 50
- Streueinrichtung
- 52
- Sand
- 54
- Garn beschichtet
- 56
- Garn besandet
- 57
- Anschluss elektrisch
- 58
- Umlenkpunkt
- 60
- Kapillarrohrmatte
- 62
- Kapillarrohr
- 64
- Anschluss Flüssigkeit
