DE8325486U1 - Auf biegung belastbarer, mit einer armierung versehener holzbalken mit standardabmessung - Google Patents

Description

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Die Neuerung bezieht sich auf einen auf Biegung belastbaren, mit einer Armierung versehenen Holzbalken mit Standardabmessungen, wobei in jeder der entgegengesetzten Flächen in der Druck- und Zugzone in Längsrichtung des Balkens eine einzige Nut angebracht let, in jede Nut ein Stahlatab oder in die zu der Zugzone gehörende Nut ein Stahlstab und in die zu der Druckzone gehörende Nut ein Faser strang oder eine Faserschnur als Armierung aufgenommen sind, und zwar eingebettet in einem gehärteten an der Armierung und der Nutwand haftenden Kunststoffmaterial.

Ein solcher Holzbalken mit tragender Funktion ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 31 656 bekannt» Bei diesem bekannten Balken sind in dem Gebiet von sowohl der Druckzone wie der Zugzone eine Anzahl, d.h. zwei oder mehrere und meistens drei Stahlstabe mit Rippenfläche in Längsrichtung in zu diesen Zonen gehörenden entgegengesetzten Seitenflächen angebrachte Nuten aufgenommen, und zwar In ein Bett aus einer ausgehärteten Kunstharz-Füllstoff"Mischung. Die Anwendung eines Füllstoffes ist bei dem bekannten armierten Balken kritisch. Als Füllstoff wird ein harter mineraler Stoff angewendet, z.B. Quarzsänd oder -mehl. Als Beispiele von brauchbaren Kunstharzen werden ein Polyesterharz, ein Epoxydharz oder analoge Materialien genannt.

um die Stahlstäbe in einer zweckmässigen Weise anbringen zu können, werden Nuten angewendet, deren Querschnitt quadratisch oder rechteckig sein kann, wobei die Nuten mit z.B. einem Halbrunden oder gezahnten Boden versehen sind. Der Balken selbst kann ein einfacher Balken sein oder ein durch Verleimung verschiedener Komponenten zusammengesetzter Balken, der z.B. die Form eines I-Balkens haben kann.

Durch die Armierung wird nicht nur erreicht, dass die grosse Variation in Starke von Holz als Naturprodukt durch z.B. Inhomogenitäten in der Holzzellenstruktur, wechselnde Feuchtigkeitsgehalte, Abweichung der Hauptfaserrichtung usw. vermieden wird, sondern auch die Festigkeitseigenschaften wesentlich verbessert werden, so dass die Anwendung des gemäss der deutschen Offenlegungsschrift verstärkten Holzes als Konstrukfcionsmaterial eine Materialersparung als Resultat haben kann.

Die Neuerung bezweckt eine weitere Verbesserung der Festigkeitseigen- i schäften von Vollholzbalken, die mit einer Armierung mittels Stahlstabe f· versehen sind, In einer technisch einfach zu verwirklichenden Weise.

Gemäss der Neuerung wird dazu ein Holzbalken der eingangs erwähnten Art verschafft, wobei dieser Balken in einer die Druck- und Zugzone verursachenden gebogenen Stellung unter Einfluss der Armierung fixiert ist unter Bildung eines Bogens, wobei dieser Bogen 5-30 mm betragen kann für Balken aus z.B. Nadelholz mit einem Querschnitt, nach Abflachen des Balkens, von 70 x 170 mm oder auch für z.B. Azobe* mit einem Querschnitt nach Abflachen von 95 χ 195 mm.

Dadurch, dass gemäss der Neuerung der Balken mit einer Biegung versehen wird, erhält man ausser der Verstärkung durch das Anbringen einer Armierung eine zusätzliche Verstärkung, weil bei Belastung zunächst der Bogen überwunden werden muss bevor der Balken einen Durchbiegeeffekt zeigen wird. Der im Rahmen der Neuerung als Armierung anzuwendende Stahlstab kann normaler Stabstahl sein, der mit glatten Wänden c-er-ehen ist und dessen Querschnitt rund oder rechteckig ist, während bei der Positionierung desselben in der Nut in dem Balken und in bezug auf die Nutwände gegebenenfalls Abstandhalter angewendet werden können. Bei Anwendung eines Stahlstabes mit profilierter Oberfläche, z.B. Torstahl mit einer gerippten Oberfläche, kann die Profilhöhe zweckmässig als Abstandhalter benutzt werden. Gemäss einer näheren Ausarbeitung der Neuerung führt die Massnahme, den Balken mit einer Biegung zu versehen, zu einer Ausführungsform mit einer zusätzlichen Sicherung bei Brand. Diese Ausführungsform gemäss der Neuerung wird daher bevorzugt und wird dadurch gekennzeichnet, dass in dem zu der Zugzone gehörenden Teil des Balkens in Querrichtung auf beiden Seiten der Nut eine oder mehrere Einkerbungen angebracht sind, in welche keilförmige Druckaufnahmeelemente aus Hartholz, Kunststoff oder Metall aufgenommen sind. Wenn bei Brand das Kunstharzmaterial, mit dem die Armierung in der Nut verleimt ist, angegriffen und seine Funktion als Haftmittel verlieren würde, wird bei dieser Ausführungsform ein Zurückfedern des Balkens und das Beheben des Bogens durch die keilförmigen Druckaufnahmeelemente abgefangen und

verhindert. Eine mehr oder weniger abrupte Abnahme der Festigkeit eines ausschliesslich durch Armierung verstärkten Balkens im Falle von Brand braucht daher bei dieser Ausführungsfor» nicht erwartet zu werden.

Bei der Verstärkungsweise gemäss der Neuerung genügt es, ein einziges Armierungselement in der Zug** bzw. Druckzone anzubringen. Die Neuerung ist somit darauf beschrankt.

Die Neuerung lässt sich auch anwenden bei zusammengesetzten Holzbalken, x.B. die, welche aus zwei oder mehreren An Längsrichtung aufeinander geleimten Holzbalken mit Standardabmessungen hergestellt sind,, Erwünschtenfalls kann dabei die Schweissnaht mittels eines an dieser Stelle eingeleimten Stahlstreifens verstärkt werden. Auch ergibt die neuerungsgemässe Weise der Verstärkung des Vollholzbalkens mit Standardabmessungen die Möglichkeit, solche Balken durch Längssehweissen zu längeren Balken zusammenzusetzen. Dazu können die Stirnflächen, durch deren gegenseitige Verleimung die Verlängerung verwirklicht werden kann, mit in einfacher Weise, nahezu ohne zusätzliche Kosten anzubringenden komplementären Profilierungen versehen werden, wie z.B. eine:; keilförmigen Einkerbung in der einen Stirnfläche des einen Balkens und einem entsprechend, keilförmig zugeschnittenen Teil an dem Ende des andern Balkens. Die Verlängerung erfolgt dann dadurch, dass der eine Balken mit dem zugeschnittenen Teil passend in die keilförmige Einkerbung in dem Ende des anderen Balkens gesteckt wird, wobei die Berührungsflächen mit einem verleimungsmaterial versehen sind, wozu das gleiche Kunstharz-■aterial angewendet werden kann wie das, mit dem die Armierung in den Muten befestigt wird.

Ein weiteres Beispiel einer Zusammensetzung von Balken, die in der Weise gemäss der Neuerung verstärkt ist, bezieht sich auf das sog.

"van Lammeren"-Spant. Bei diesem bekannten "van Lammeren"-Spant ist das Gebiet, das auf beiden Seiten an die neutrale Zone des Balkens grenzt, über ein zweckmässiges Längsdurchsägemuster und axiale Verschiebung sowie gegenseitige Verleimung der gebildeten Längsteilbalken derart durch eine skelettierte Konstruktion ersetzt, dass eine Gewichtsersparung des

Balkens erreicht wird, ohne dass die Festigkeitseigenschaften des Spantes nahezu beeinflusst werden oder Materialverlust auftritt. Mit gemäss der Neuerung verstärkten Balken kann ein solcher Effekt dadurch erreicht werden, dass man von zwei in Querrichtung in Abstand voneinander aufgestellten» entsprechend vorgebogenen Balken ausgeht, deren zu der Zugzone bzw. der Druckzone gehörende Längsflochen mit einer Nut versehen sind, und wobei in des äusseren zu der zugzane gehörenden Nut des einen Balkens bzw. der äusseren zu der Druckzone gehörenden Nut des anderen Baikens die Armierung, z.B. Stäbe, angebracht und durch Einbetten in dem ausgehärteten Kunststoffmaterial befestigt ist. Die beiden Balken werden dann weiter dadurch miteinander verbunden, dass man aus einer Kunststoff-, Metall- oder Bartholzplatte bestehende flache längliche Verbindungselemente durch z.B. eine Säge- oder Stanzbearbeitung herstellt und diese Elemente mit den Enden derselben in die einander zugewandten Nuten einsteckt und darin befestigt, indem man die Nuten mit einem Verleimungsmittel versiehe, wozu auch das gleiche Kunstharzmaterial, das für die Befestigung der Armierungsstäbe angewendet wird, benutzt werden kann.

Bei der Herstellung des Holzbaikens gemäss der NeueAing verfährt man derart in zweckmässiger Heise, dass der Balken vorher künstlich vorgebogen wird, z.B* zu einem Bogen von etwa 20 mm, und in dieser Stellung fixiert wird. Sodann wird in der oberen Nut, die zuvor in die zu der Zugzone gehörende Seitenfläche gefräst ist, ein Armierungsstab aus z.B. Torstahl angeordnet. Die gerippte Oberfläche des Stabes dient dabei als Abstandhalter, wodurch ein Minimumabstand zu der Nutwand automatisch gewähr leistet ist, der mit Vorteil etwa 2 mm beträgt. Schliesslich wird in die Nut der Kunststoff eingegossen und erhält dieser die Gelegenheit zum Aushärten, wodurch der Stab aus Torstahl ringsherum in dem Kunstharz eingebettet ist. Danach wird der Balken gewendet und die untere Nut in der zu der Druckzone des Balkens gehörenden Seitenfläche angebracht, mit dem zugeordneten Armierungsstab aus Torstahl versehen, wonach der Kunststoff eingegossen wird.

Beispiele der im Rahmen der Neuerung zur Anwendung geeigneten Kunststoff-

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materialien sind Zwei-Komponentenmaterialien, wie Epoxydharz-, Polyurethanharz-, Polyacrylatharz-, ungesättigte-Polyesterharz- t-jid reactive Phenolharzmaterialien. Kombinationen dieser Harze mit z.B. Ölen oder Weichinaehern sind auch brauchbar. Die Anwendung eines Füllstoffes, wie harte minerale Stoffe, ist nicht notwendig.

Die Querschnittsabmessung der als Armierung anzuwendenden Stahlstäbe ist nicht entscheidend kritisch und soll gewählt werden nach den Festigkeitsanforderungen, denen man mit einem Balken einer bestimmten Holzart und einer bestimmten Querabmessung zu entsprechen wünscht. So kann man für Nadelholzbalken mit Aussenabmessungen von 70 χ 170 χ 4500 mm Torstahlstäbe mit einem Durchmesser von 20 mm anwenden. Aber auch Stäbe mit einem Durchmesser von 10 mm oder 30 mm sind unter Umständen brauchbar.

Die vorgebogenen Holzbalken gemäss der Neuerung, die sowohl vom Weichholztyp wie vom Hartholztyp sein können, lassen sich in gebrauchsfertigem Zustand als eine Art von vorgespanntem Material betrachten. Das Prinzip der Verbesserung der Tragfunktion eines Balkens durch Anlegen einer Vorspannung findet man bekanntlich bei dem sog. vorgespannten Beton, sei es, dass die Art und Weise der Erzeugung der Vorspannung bei Betonbalken sich völlig von denen bei den Holzbalken gemäss der Neuerung unterscheiden. Durch die Armierungsweise bei den Holzbalken gemäss der Neuerung, wobei die Stahlstäbe über ihre ganze Länge in Kunststoff eingebettet sind und so an ihrer Stelle verankert sind, brauchen an den Stirnenden der Balken keine besonderen Befestigungskonstruktionen für die Stahlstäbe vorgesehen zu werden, wie das bei vorgespanntem Beton der Fall ist.

Das Fixieren des zum Erhalten eines Bogens, z.B. eines Bogens von 20 mm, umgebogenen Balkens kann zweckmässig dadurch erreicht werden, dass an einer Anzahl geeignet gewählter Stellen keilförmige Druckaufnahmeelemente aus Hartholz, Kunststoff oder Metall in Einschnitte eingebracht werden, die zuvor in Querrichtung auf beiden Seiten der Nut an der Oberseite des Balkens, also in der Zugzone, angebracht sind. In dem Fall,

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Fig. 1 in Seitenansicht einen Holzbalken mit rechteckigem Querschnitt, versehen mit einer Biegung;

Fig. 2 in Seitenansicht einen Holzbalken mit rechteckigem Querschnitt, versehen mit drei Einkerbungen für drei Keile;

Fig. 3 in Seitenansicht den Holzbalken nach Fig. 1 nach dem Wegnehmen der die Ausbiegung verursachenden Kräfte;

Fig. 4 eine Ansicht des Balkens gemäss der Linie IV-IV in Fig. i;

Fig. 5 eine Ansicht der Stirnseite eines Balkens gemäss der Neuerung, zusammengesetzt aus zwei mit den schmalen Seitenflächen aufeinander geleimten hölzernen Standardbalken, und

Fig. 6 einen zusammengesetzten Balken vom Typ "van Lammeren"-Spant,

Der Balken 1 in der Ausführungsform gemäss Fig. 2 umfasst drei Einkerbungen 2, 3 und 4. Die Abmessungen des Balkens können 70 χ 170 χ 4^00 ran betragen

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dass der zu armierende Balken ein zusammengesetzter Balken ist, der dadurch hergestellt: wird, dass z.B. zwei Balken mit den entsprechenden Längsflachen miteinander verleimt werden, erfolgt das Biegen und Fixieren für jeden Balken gesondert, wobei nach dem Biegen Keile in Einschnitte auf beiden Seiten der Nut in der Oberseite des oberen Balkens bzw. in Einschnitte an der Oberseite des unteren Balkens eingebracht werden. Danach werden die entsprechenden gebogenen und fixierten Ohf»r- und Unterbalken aufeinander geleimt, wobei als Verleimungsmittel das

gleiche Kunststoffmaterial angewendet werden kann wie das, mit dem ;':;

die Stahlstäbe in den Nuten festgeleimt werden. U

Die Neuerung wird an Band der Zeichnung, die eine Anzahl Ausführungs- jf¹ formen des Balkens gemäss der Neuerung wiedergibt, näher erläutert. V;

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und bei diesen Abmessungen können die Herzabstände zwischen den Einkerbungen etwa 80 cm sein, während diese asymmetrisch- in bezug auf die Quermittelebene über die ganze Breite des Balkens und zu einer Tiefe, entsprechend 1/3 der Balkenhöhe, angebracht sein können. Mit 8 und 9 sind zwei Nuten in den zu der Zug- bzw. Druck^one gehörenden Seitenflächen des Balkens angegeben.

Mit Hilfe von z.B. einer hydraulischen Vorrichtung wird der Balken Kräften, ausgesetzt, die gemäss den Pfeilen A, B und C auf den Balken eingreifen und unter deren Einfluss der Balken ausgebogen wird. Der Ausbiegeabstand wird derart gewählt, dass die Einkerbungen derart erweitert sind, dass die aus Hartholzarten oder gegebenenfalls aus einem Metall oder einem Kunststoff hergestellten Paaren von Keilen 5, 6 und 7 leicht in die Einkerbungen auf beiden Seiten der Nut 8 eingelassen werden können.

Beim Wegnehmen der auf den Balken 1 gemäss den Pfeilen A, B und C einwirkenden Kräfte wird der Balken zurückfedern und in dieser Bewegung schliesslich durch die in den Einkerbungen eingeklemmten Keil 5, 6 und 7 zurückgehalten werden, wodurch der Balken einen Bogen bildet mit einer Bogenhöhe t von z.B 20 mm. In dem so vorgebogenen Balken 1 warden Torstahlstäbe 10 und 11 angebracht und in der Kunstharzmass eingebettet.

Die Ausführung des zusammengesetzten Balkens gemäss Fig. 5 ist im Prinzip nicht anders als die des in der Figur 1 oder den Figuren 2-4 gezeigten Balkens. Dadurch, dass die aufeinanderzuleimenden Flächen der zusammenzusetzenden Balken 12 und 13 aiit komplementären Profilierungen 14 und 15 versehen werden, kann die richtige zentrierte Position der Balken 12 und 13 in bezug aufeinander leicht gefunden werden.

Die Herstellung eines schwereren Trägors auf die in Fig. 5 gezeigte Weise für Hochkantverleimung in Längsrichtung von Vollholzbalken aufeinander, die weiter in der Weise gemäss der Neuerung verstärkt, sind, ist aus dem Gesichtspunkt der Fabrikation verhältnismässig einfach durchführbar, wobei keine besonders hohen Drücke zum Aufeinanderhalten

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der Balken 12 und 13 während der Trocknung des Leims erforderlich sind. Dies im Gegensatz zu der Herstellung von sog. Leimträgern. Bei diesen durch gegenseitige Verleimung dünner Holzschichten aufgebauten Trägern soll beim Verleimen der Schichten aufeinander ein hoher Druck angewendet und aufrechterhalten werden bis der Leim gehärtet ist. Für dieses komplizierte Verfahren soll weiter speziell dazu entwickelte Apparatur benutzt werden und das Ganze wirkt dadurch stark kostenerhöhend.

Der zusammengesetzte Balken vom Type "van Lammeren"-Spant (7 ig. 6) umfasst zwei vorgebogene Balken 16 und 17, versehen mit Nuten 18, 19 bzw. 20, 21. In den Nuten 18 und 21 sind die Armierungsstabe 23 und 24 aus Torstahl angebracht und in ausgehärtetem Kunststoffmaterial eingebettet. Die Balken 16 und 17 sind durch flache Verbindungselemente, wie die aus Blech hergestellten Elemente 25, 26 und 27 miteinander verbunden. Die Elemente sind mit ihren Enden in die Nuten 19 und 20 eingelassen und darin mit dem gleichen Kunstharziaaterial, wie das für die Armierungsstäbe benutzte, fest verleimt.

Wie eingangs erwähnt, kann in der zu der Druckzone des Balkens gehörenden Nut auch ein Strang oder eine Schnur aus einem Faserverstärkungsmaterial, z.B. Glasfasermaterial oder Kohlenstofffasennaterial, als Armierung angewendet werden.

Durch die Verstärkungsweise gesräss der Neuerung erhält man für das Holz in normalen grösseren Handelsabmessungen ein völlig neues Gebiet was die Konstruktionsinöglichkeiten betrifft, d.h. Möglichkeiten für Konstruktionen in schlanken Abmessungen Dicke/Höhe- und Gesamtlänge-Oberspanningsmöglichkeiten. Dadurch k-nn Holz von handelsüblichen grösstren Abmessungen auf neuen Gebieten angewendet werden, die bisher nur für u.a. Beton und Metall wirtschaftlich erreichbar waren.

Selbstverständlich können an den Balken gemäss der Neuerung, wie oben beschrieben und in der Zeichnung wiedergegeben, Änderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Neuerung liegen. So können ausser den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieien, die im Wesen Basisforn.pn des Holzbalkens gemäss der Neuerung betreffen, durch

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kompliziertere, zusammengesetzte Formen ergänzt werden. So können die Balken z.B. zu Teilen eines mit einer Armierung versehenen Spantes gebildet werden, die aohlieealich zu vollständigen Vollholzspanten zusammengesetzt werden können.

Claims (4)

ANSPRÜCHE

1. Auf Biegung belastbarer, mit einer Armierung versehener Holzbalken mit Standardabmessungen, wobei in jeder der entgegengesetzten Flüchen in der Druck- und Zugzone in Längsrichtung des Balkens eine einzige Nut angebracht ist, in jede Nut ein Stahlstab oder in die zu der Zugzone gehörende Nut ein Stahlstab und in die zu der Druckzone gehörende Nut ein Faserstrang oder eine Faserschnur als Armierung aufgenommen sind, und zwar eingebettet in einem gehärteten an der Armierung und der Nutwand haftenden Kunststoffmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken in einer der Druck- und Zugzone verursachenden gebogenen Stellung unter Einfluss der Armierung fixiert ist, unter Bildung eines Bogens.

VERTRETER VOR DEM EUROPAISCHEN PATENTAMT - REPt(ESEMTATIVgS ΡΕΓ-tmK TRE.EPO - MANDANTAIRES AQREES PRES L' OEB

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2. Holzbalken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zu der Zugzone gehörenden Teil des Balkens in Querrichtung auf beiden Seiten der Nut eine oder mehrere Einkerbungen angebracht sind, in welche keilförmige DruckaufnahmeeTagmente aus Hartholz, Kunststoff oder Metall aufgenommen sind.

3. Holzbalken nach den Ansprüchen 1—2, wobei der angewendete Stahlstab eine Rippenoberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogen 20-30 mm beträgt.

4. Holzbalken nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein zusammengesetzter Balken ist, hergestellt aus einer Anzahl, insbesondere zwei in Längsrichtung aufeinander geleimten Holzbalken mit Standardabmessungen, wobei die Schweissnaht durch einen an der Stelle der Schweissnaht eingeleimten Stahlstraifen verstärkt ist.