LICHTLEITENDES BAUELEMENT, SOWIE VORRICHTUNG UND

VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtdurchlässiges Bauelement aus einer Gussmasse, insbesondere Beton, mit einem darin eingegossenen transluzenten Faserverbund sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des lichtdurchlässigen Bauelements als auch ein Verfahren für die Herstellung des lichtdurchlässigen Bauelementes.

Lichtdurchlässige bzw. lichtleitende Bauelemente, insbesondere aus Beton, sind bereits bekannt. Jedoch weisen die bekannten Bauelemente nur eine Richtung auf, durch die Licht durch das Bauelement hindurch treten kann. So ist beispielsweise aus WO 03/097954 A1 ein Baustein bekannt, welcher eingebettete lichtleitende

Fasern in einem Gussmaterial aufweist, wobei die lichtleitenden Fasern so angeordnet sind, dass das Licht von einer Seitenfläche auf die gegenüber liegende Seitenfläche des quaderförmigen Bausteins geleitet wird. Die lichtleitenden Fasern sind hierbei, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.

Weiter zeigt DE 20 2007 000 753 U1 ein lichtdurchlässiges Bauelement mit eingegossenen Lichtleitern, welche beispielsweise mittels einer Endlosware eines Gewebes, eines Gewirkes oder eines Filzes in die Gussmasse eingebracht werden. Dabei wird als Schussfaden des Gewebes ein Lichtleiter verwendet. Daraus ergibt sich, dass auch hier eine Lichtleitung nur in Richtung des eingebrachten Schussfadens (Lichtleiter) möglich ist.

In DE 9310500 U1 werden lichtdurchlässige Bauelemente beschrieben, welche bei der Herstellung von Wänden, Decken oder Böden verwendet werden sollen. Nur mit Lichtleitern, die in Dickenrichtung der Bauelemente angeordnet sind, kann die oben beschriebene Funktion erfüllt werden.

Auch wenn die lichtleitenden Bauelemente aus Beton den Gestaltern von Gebäuden oder Innenarchitekten einen großen gestalterischen Freiraum bieten, so ist das Herstellverfahren solcher Bauelemente bisher noch sehr aufwendig und muss größtenteils durch manuelle Handarbeit erfolgen. Eine Vorrichtung für die industrielle Herstellung eines lichtleitenden Bauelements wurde bisher noch nicht bereitgestellt.

So werden die lichtleitenden Fasern gemäß der WO 03/097954 A1 einzeln schichtweise auf eine Schicht Beton gelegt, worauf eine weitere Schicht Beton gegossen wird und darauf wieder eine Schicht mit Lichtleitern angeordnet wird. Dieses Verfahren wird so lange fortgeführt, bis die gewünschte Bauhöhe eines Gussblocks erreicht ist. Vorzugsweise werden bei diesem Verfahren langgestreckte Betonteile gefertigt, die dann senkrecht zu ihrer Längsrichtung, in welche sich auch die Lichtleiter erstrecken, auf eine gewünschte Länge abgeschnitten werden. Dadurch werden z.B. ziegelsteingroße oder plattenförmige Bauelemente erzeugt, welche in einer Richtung lichtdurchlässig sind.

Gemäß DE 20 2007 000 753 U1 wird ein endloses Textilgewebe, welches auf einer Rolle aufgewickelt ist, schichtweise mäanderförmig in eine Schalungsform eingelegt, wobei auf jede in der Form abgelegte Schicht eine Schicht Gussmasse gegossen wird und diese Schicht Gussmasse wieder mit einer Schicht Textilgewebe bedeckt wird. Auch hier wird das Verfahren so lange wiederholt/fortgeführt, bis eine gewünschte Bauhöhe des Gussblockes erreicht ist. Nach Aushärten der Gussmasse wird der gegossene Block in Scheiben geschnitten werden, welche als flächige Bauelemente eingesetzt werden. Auch bei diesen Bauelementen verläuft die Lichtleitung nur in einer Richtung, nämlich in Dickenrichtung der scheibenförmigen, flächigen Bauelemente.

Da, wie oben aufgezeigt, weder eine Vorrichtung noch ein Verfahren für die maschinelle Serienfertigung von lichtdurchlässigen Bauelementen, insbesondere aus Beton, bekannt sind, sind die gemäß Stand der Technik erzeugten

Bauelemente auf Grund ihrer zumindest teilweisen manuellen Fertigung sehr teuer.

Zusätzlich kommt es durch das manuelle Einbringen der Gussmasse und/oder der

Lichtleiter zu einer inhomogenen Verteilung der Lichtleiter in dem lichtleitenden Bauteil, was ein unschönes Erscheinungsbild, speziell im beleuchteten Zustand des

lichtleitenden Bauteils, zur Folge hat. Dieser Effekt wird durch das Eingießen von Beton direkt in die Schalungsform verstärkt, da es dadurch zu einem Verschieben oder gar Aufschwimmen der zuvor eingelegten Lichtleiter kommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein lichtdurchlässiges Bauelement zur Verfügung zu stellen, bei dem das Licht nicht nur in eine einzige Richtung geleitet werden kann, sondern auch in Richtungen ausgekoppelt werden kann, die verschieden sind von der Dickenrichtung des Bauelements.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Bauelemente bereitzustellen und ein Verfahren anzugeben, wie solche Bauelemente in einer Massenproduktion vorwiegend maschinell hergestellt werden können. Dabei soll die Vorrichtung und das Verfahren eine homogenere Verteilung der lichtleitenden Faser in der Gussmasse gewähren.

Die Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 , mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 und einem Bauelement gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den jeweiligen abhängigen Unteransprüchen hervor.

Erfindungsgemäß weist ein lichtdurchlässiges Bauelement aus Gussmasse, insbesondere Beton, einen eingegossenen transluzenten Faserverbund auf, wobei der transluzente Faserverbund lichtdurchlässige bzw. lichtleitende Fasern aufweist, die Licht, das auf eine erste Fläche des Bauelements fällt, derart durch das Bauelement leiten, dass das Licht an der der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden Fläche und an mindestens einer weiteren Fläche des Bauelements wieder austritt. Dies bedeutet auch, dass die transluzenten Fasern so in dem Bauelement angeordnet sind, dass sie zumindest mit einer Fläche , welche für den Lichteintritt oder den Lichtaustritt vorgesehen ist, mindestens zwei verschiedene Winkel bilden.

Bei vielen Anwendungen werden quaderförmige Bauelemente als Grundelemente verwendet, was für das erfindungsgemäße Bauelement bedeutet, dass bei

Lichteinfall auf eine Seitenfläche der Lichtaustritt sowohl auf der gegenüberliegenden Seite als auch gleichzeitig an den benachbarten Seitenflächen

austreten kann. Weiter kann das Licht bei geeigneter Faseranordnung aber auch über die Grundflächen, d.h. die Bodenfläche oder eine obere Deckflächen erfolgen. Bei einem zylindrischen Bauelement, wie beispielsweise einer Säule, kann das Licht auf einer Seite der Säule, z.B. auf einer Hälfte der Mantelfläche der Säule in das erfindungsgemäße lichtdurchlässige Bauelement eintreten und auf der anderen Hälfte der Mantelfläche sowie an den oberen und/oder unteren Deckflächen der Säule austreten. Das erfindungsgemäße Bauelement ist jedoch nicht auf geometrische Regelkörper, wie Quader oder Zylinder beschränkt, sondern es lassen sich beliebige räumliche Formen mit beliebigen Querschnitten ausbilden. Zur Vereinfachung der Beschreibung der Erfindung wird im Weiteren auf ein quaderförmiges Bauelement Bezug genommen, jedoch gelten die genannten Merkmale analog für alle anderen gestaltbaren Bauformen des erfindungsgemäßen Bauelements.

In dem lichtdurchlässigen Bauelement gemäß der Erfindung wird ein Faserverbund bzw. Fasergeflecht in eine Gussmasse, welche beispielsweise Beton oder Feinbeton sein kann, eingegossen, wobei der Faserverbund transluzente Fasern aufweist. Diese transluzenten Fasern sind Monofilamente, worunter auch Stäbe fallen, oder Multifilamente aus lichtdurchlässigen (transparenten) Materialien. Des Weiteren umfasst der Begriff transluzente Fasern/Stäbe auch Lichtleiter oder Lichtwellenleiter. Für die Lichtleitung, welche in lichtdurchlässigen Bauelementen im Wesentlichen ein Weiterleiten sichtbaren Lichtes ist, ist es insbesondere bei kürzeren Distanzen nicht notwendig, technisch hochwertige Lichtleiter einzusetzen, die sonst beispielsweise zur übertragung von Daten verwendet werden. Bei lichtdurchlässigen Bauelementen reicht es aus, Fasern zu verwenden, die lichtdurchlässig sind und an die keine hochtechnischen Anforderungen bezüglich der Qualität des übertragenen Lichts gestellt werden. Selbstverständlich können zur Lichtleitung in den erfindungsgemäßen Bauelementen aber auch hochtechnische Lichtleiter verwendet werden, falls z.B. die Abmessungen, in Längsrichtung einer Säule, sehr hoch sind und/oder an den Deckflächen eine gesteigerte Lichtausbeute im Vergleich zu einer Lichtübertragung in einer anderen Richtung gewünscht wird, oder beispielsweise ein Muster erzeugt werden soll, welches aus Helligkeitsunterschieden der verschiedenen Farben bestehen soll.

Bei dem erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelement wird ein Faserverbund verwendet, welches beispielsweise durch Weben, Wirken, Stricken, Flechten, Verdrillen oder jedes andere Herstellungsverfahren für das Verbinden von Fasern zu einem Verbund hergestellt wird. Der Begriff „Faserverbund" soll hier als Oberbegriff für beliebige Faseranordnungen verwendet werden.

Der in dem erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelement verwendete Faserverbund kann sowohl ein zweidimensionaler, d.h. ein im Wesentlichen flächiger Faserverbund sein oder kann als dreidimensionaler Faserverbund ausgebildet sein. Wie oben schon angedeutet, ist es für die Lichtleitung/Lichtdurchlässigkeit in einem Bauelement nicht unbedingt erforderlich, dass alle Fasern eines Faserverbundes, der in eine Gussmasse eingegossen werden soll, aus transluzenten Fasern besteht. Für die Lichtdurchlässigkeit ist es ausreichend, wenn beispielweise für die Armierung, das heißt für die Verstärkung, vorgesehene textile Gewebe, welche ebenfalls einen Faserverbund darstellen, zumindest teilweise aus transluzenten Fasern hergestellt werden. Weiterhin ist es ebenfalls denkbar, dass solche für die Armierung eines Bauelements vorgesehenen Gewebe mit transluzenten Fasern versehen werden, um zusätzlich zu der Verstärkung dem Bauelement auch noch die Eigenschaft der Lichtdurchlässigkeit zu geben.

Wie aus dem oben Genannten hervorgeht, können für das erfindungsgemäße lichtdurchlässige Bauelement alle bekannten Arten eines Faserverbundes verwendet werden, wobei die transluzenten Fasern entweder selbst Bestandteil des Faserverbundes sind oder an einen solchen Faserverbund angebracht werden. Dabei ist es im Sinne der Erfindung wichtig, die transluzenten Fasern, welche an oder in dem Faserverbund angeordnet sind, in verschiedene Richtungen anzuordnen, damit Licht, welches beispielsweise nur von einer Seite auf das Bauelement fällt, in verschiedene Richtungen gelenkt werden kann. Somit ist es möglich, dass das auf das Bauelement einfallende Licht, wie z.B. Sonnenlicht, an mehreren Flächen, welche nicht zwingend parallel zur Lichteintrittsfläche sein müssen, wieder austritt. Es kann aber auch Licht an mehreren Flächen in das Bauelement eintreten und nur an einer oder mehreren Flächen wieder austreten.

Bei den im Stand der Technik bekannten Bauelementen tritt das Licht an einer Fläche in das Bauelement ein und tritt an einer gegenüberliegenden zumeist parallelen Fläche aus diesem Bauelement wieder aus. Dies erklärt sich dadurch, dass die lichtführenden Fasern in den in den lichtleitenden Bauten gemäß des Standes der Technik in Lichteinfallsrichtung, d.h. eindimensional, in dem lichtleitenden Bauelement angeordnet sind. Abweichend davon sind die transluzenten Fasern des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelements in mehreren unterschiedlichen Richtungen, d.h. mehrdimensional, in dem lichtdurchlässigen Bauelement angeordnet.

Wie oben bereits beschrieben, sind sämtliche zweidimensionale und dreidimensionale Fasernverbunde anwendbar. Bei dreidimensionalen Faserverbunden, wie sie beispielsweise durch ein Abstandswirken hergestellt werden können, kann Licht von dem lichtdurchlässigen Bauelement in alle räumlichen Richtungen gelenkt werden. Zusätzlich zur Lichtleitung können zur Festigkeits-/Stabilitätssteigerung der Bauelemente auch belastungsgerechte Bewehrungselemente wie z.B. Stahl, alkaliresistente Textilien etc. eingebracht werden.

Mit dieser mehrdimensionalen Anordnung der lichtleitenden Fasern können aber auch andere Effekte erzielt werden, wie z.B. Bündeln von Licht, welches auf verschiedene Flächen oder eine gewölbte Fläche des Bauelements fällt wird durch eine Fläche ausgekoppelt. Oder es kann Licht unterschiedlicher Wellenlänge, welches an unterschiedlicher Fläche eingekoppelt wird, an unterschiedlicher Fläche oder nur einer Fläche ausgekoppelt werden.

Wie eingangs bereits aufgezeigt, werden bisher lichtdurchlässige Bauelemente mit viel Handarbeit, d.h. mit einem geringen Grad an Automatisierung, hergestellt, was mit verhältnismäßig hohen Kosten für die Herstellung verbunden ist. Das erfindungsgemäße lichtdurchlässige Bauelement wird in einer Vorrichtung hergestellt, welche den verwendeten Faserverbund zunächst mit Gussmasse beschichtet, und den mit Gussmasse beschichteten Faserverbund in eine Form, beispielsweise eine Schalung, ablegt, damit die Gussmasse darin aushärten kann. Wird ein im Wesentlichen flächig ausgebildeter Faserverbund verwendet, so erfolgt die Ablage des mit Gussmasse ummantelten Faserverbundes in die Form

schichtweise. Für die Bildung der Schichten aus Gussmasse und Faserverbund in der zur Aushärtung vorgesehenen Form kann der Faserverbund den Abmessungen der Form entsprechend zugeschnitten oder abgetafelt sein, oder aber auch endlos beispielsweise aufgewickelt auf einer Rolle der Vorrichtung zum Beschichten des Faserverbundes zugeführt werden. Bei einer endlosen Zuführung des Faserverbundes erfolgt die Ablage des mit Gussmasse ummantelten Faserverbundes vorteilhafterweise mäanderförmig, d.h. eine Schicht wird auf der darunterliegenden Schicht dadurch abgelegt, dass der mit Gussmasse beschichtete Faserverbund durch eine oszillierende Bewegung schichtweise abgelegt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelements wird zunächst der Faserverbund durch eine erste Fördereinrichtung einer Beschichtungsvorrichtung zugeführt, die Gussmasse auf den Faserverbund aufbringt. In der Beschichtungsvorrichtung wird der Faserverbund beidseitig von der Gussmasse ummantelt. Eine anschließende Fördereinrichtung fördert den mit Gussmasse beschichteten Faserverbund aus der Beschichtungsvorrichtung heraus und leitet diesen einer Schalungsform zu, in der der beschichtete Faserverbund schichtweise abgelegt wird. Nach Befüllen der Form bis zur gewünschten Füllhöhe, d.h. bis die gewünschte Abmessung eines Gussblockes erreicht ist, kann die Gussmasse des Gussblockes in dieser Form aushärten. Die ausgehärteten Blöcke der Gussmasse enthalten eine Anzahl von Lagen eines Faserverbundes mit transluzenten Fasern/Stäben. Die erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelemente als Endprodukt werden aus den hergestellten Gussblöcken derart erzeugt, dass diese in Platten mit verschiedenen Dicken geschnitten werden. Die Schnittrichtung wird dabei durch die Anordndung der transluzenten Fasern vorgegeben, auf weiche ein Hauptaugenmerk gerichtet wird. Soll beispielsweise die Hauptlichtübertragungsrichtung in Richtung der Schussfäden eines gewebten Textils erfolgen, so ist die Schnittrichtung des Gussblockes senkrecht zu den Schussfäden.

Je nach Größe und Form sind auch andere Schnittrichtungen möglich, nach Zuschneiden des Gussblockes in Bauelemente der gewünschten Größe müssen sämtliche Außenflächen nachbehandelt werden, damit eventuelle Ablagerungen an den gewünschten Lichteintrittsflächen und Lichtaustrittsflächen von den Oberflächen der lichtdurchlässigen Fasern entfernt werden. Nicht notwendigerweise können die

die Lichteintrittsflächen oder -austrittsflächen der Lichtleiter aus dem Gussblock herausgeschnittenen lichtdurchlässigen Bauelemente von überschüssiger Gussmasse durch Abfräsen oder Polieren freigelegt werden. Vorteilhafterweise werden die so freigelegten Flächen der transluzenten Fasern durch eine lichtdurchlässige Schicht, wie beispielsweise Epoxidharz, vor Umwelteinflüssen geschützt.

Bei endlos der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführten Faserverbund erfolgt auch das Herausfördern des mit Gussmasse beschichteten Faserverbundes aus der Beschichtungsvorrichtung in kontinuierlicher Art und Weise, so dass die Ablage desselben in eine Aushärteform vorzugsweise mäanderförmig vollzogen wird. Für eine mäanderförmige Ablage des mit Gussmasse durchdrängten Faserverbundes (Schalung) findet eine Relativbewegung zwischen der Fördereinrichtung und Schalungsform statt, welche so gesteuert ist, dass der von der Gussmasse benetzte Faserverbund schlangenförmig (mäanderförmig) in der Aushärteform zum Liegen kommt. Dies kann einerseits durch eine oszillierende Linearbewegung der Fördervorrichtung bei stillstehender Schalung erfolgen, oder aber auch durch eine oszillierende Linearbewegung der Aushärteform, bei relativ zu der Form linear stillstehender Fördervorrichtung des benetzten Faserverbundes. Denkbar ist ebenfalls eine Linearbewegung der vollständigen Vorrichtung zur Benetzung des Faserverbundes zusammen mit den Fördereinrichtungen bzgl. der Aushärteform.

Werden in der Beschichtungsvorrichtung vorgefertigte, z. B. zugeschnittene, Faserverbundmatten mit Gussmasse beschichtet, ist eine oszillierende Linearbewegung zwischen Benetzungsvorrichtung und Aushärteform nicht zwingend erforderlich, sondern die einzelnen Faserverbundmatten können beispielsweise auf einem Transportband abgelegt werden und von dort eventuell auch manuell in eine Aushärteform eingelegt werden. Dies kann wiederum automatisch durch entsprechend gesteuerte Bewegungen zwischen Förderband und Aushärteform erfolgen, sodass die mit Gussmasse ummantelten Faserverbundmatten schichtweise in der Schalung zum Liegen kommen.

Einzelne mit Gussmasse beschichtete oder trockene Faserverbundmatten können auch manuell oder maschinell übereinander in die Schalungsform abgelegt werden.

Dabei können trockene Faserverbundmatten in einen Rahmen eingespannt werden und die Rahmen übereinander gelegt und miteinander verbunden werden, wobei vor dem Anbringen des nächsten Rahmens auf einen vorherigen Rahmen oder die Grundplatte der vorherige Faserverbund oder die Grundplatte mit Gussmasse beschichtet wird. Durch Verbinden der Rahmen in vertikaler Richtung wird eine Form (Schalung) ausgebildet, in der ein Gussblock aushärten kann. Wie auch bei dem vorher beschriebenen mäanderförmigen Ablegen eines endlosen Faserverbundes in die Schalung, wird auch hier nach Aushärten - zumindest bis zur Formstabilität- der Gussblock durch Zuschneiden, Abfräsen, Polieren und/oder Beschichten nachbearbeitet.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelements mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde, wie oben beschrieben, ein Verfahren aufgezeigt, wie solche erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelemente voll automatisch und maschinell unter Vermeidung großer manueller Arbeiten hergestellt werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der mit lichtdurchlässigen Fasern versehene Faserverbund allseitig, bei flächig gestalteten Faserverbunden im Wesentlichen an der Ober- und an der Unterseite, mit Gussmasse beschichtet. Als nächstes wird der so beschichtete Faserverbund mittels einer zweiten Fördereinrichtung aus der Beschichtungseinrichtung herausgefördert und einer Form zugeführt, in der beschichteter Faserverbund schichtweise bzw. mäanderförmig zum Aushärten der Gussmasse abgelegt wird. Die Zufuhr des beschichteten Faserverbundes erfolgt derart, dass überschüssige Gussmasse nicht in die Schalung/Form tropft oder fällt. Da bei der Beschichtung bzw. Benetzung des Fasergewebes eventuell am Faserverbund nicht ausreichend fest anhaftende Gussmasse von dieser wieder herabfällt und bei Hineinfallen in die Aushärtform zu Unregelmäßigkeiten zwischen den einzelnen Schichten führen würde, ist es wichtig, die herabtropfende Gussmasse so aufzufangen, dass diese nicht in die Aushärteform (Schalung) gelangt. Dies kann beispielsweise mit einer geeigneten Abstreifvorrichtung (Rakelmesser) an der Fördereinrichtung erfolgen, die den beschichteten Faserverbund aus der Beschichtungsvorrichtung mit Gussmasse herausfördert.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Textilverbund in einer Beschichtungsvorrichtung beschichtet. Dies kann beispielsweise durch

Hindurchführen bzw. Eintauchen des Faserverbundes in einen Behälter erfolgen oder aber auch durch andere bekannte Beschichtungsformen. Hierbei sind vor allem das Laminieren, Aufsprühen, Imprägnieren, Platschen, Tränken, etc. zu nennen. All diese Verfahren sind dem Fachmann bei dem Stichwort Beschichten eines Faserverbundes bereits bekannt und sollen hier nicht weiter ausgeführt werden. Wichtig für das erfindungsgemäße Verfahren ist nur, dass der Textilverbund vor dem Ablegen in die Aushärteform von der Gussmasse möglichst gleichmäßig benetzt wird. Eventuell von dem benetzten Faserverbund heruntertropfende Gussmasse sollte dabei, auch bei seiner weiteren Transportierung, nicht in die Aushärteform fallen, sondern so aufgefangen werden, sodass diese der Beschichtungsvorrichtung wieder zugeführt wird. Somit wird ein homogener schichtweiser bzw. mäanderförmiger Aufbau des Gussblockes möglich.

Durch die Herstellung des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Betonelements nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Homogenität, d.h. die Verteilung zwischen lichtdurchlässigen Fasern und Gussmasse einheitlicher, was sich am

Endprodukt durch eine gleichmäßigere Faserverteilung zeigt, welche eine gleichmäßige Lichtabstrahlung bedingt. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens speziell durch Vermeidung von Hineinfallen nicht an den Faserverbund ausreichend gebundener Gussmasse in die Schalung werden

Unregelmäßigkeiten, welche speziell in den lichtleitenden Betonelementen des

Standes der Technik zu sehen sind, großteils vermieden.

Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgestaltet werden, dass zur Beschichtung des Textilverbundes (Faserverbund) während der

Durchführung des Faserverbundes durch einen Behälter erzeugt wird. Bei der

Beschichtung des Faserverbundes ist es nicht entscheidend, wann die zur

Beschichtung notwendige Gussmasse erzeugt wird, sondern, speziell bei der

Verarbeitung eines endlosen Textilverbundes, dieser kontinuierlich mit der Gussmasse in der gewünschten Schichtdicke beschichtet wird. Die Gussmasse kann dabei bedarfsgerecht angefertigt werden.

Bezüglich der Anfertigung der Gussmasse sei angemerkt, dass durch die

Einstellung der Viskosität der Gussmasse, durch die Parameter des Textils (Durchmesser, Abstand und Art der transluzenten Fasern/Stäben, Textilbindung,

etc.) und durch die Verfahrensparameter bei der Beschichtung (Transportgeschwindigkeit, Füllstandshöhe, etc.) der Abstand der einzelnen Lagen der transluzenten Fasern/Stäbe in den erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelementen gezielt variabel eingestellt werden kann. Dabei ist zu beachten, dass je flüssiger (niedrigviskoser) die mineralische Gussmasse beim Einlegen in die Schale ist, desto mehr kommt es zu einem leichten Verschwimmen der Lagen, was je nach Gestaltungswunsch aber auch gewollt sein kann.

Je nach angewandtem Beschichtungsverfahren wird die zu wählende Viskosität der Gussmasse unterschiedlich sein, wobei diese beispielsweise durch Zufügen von Kurzfasern eingestellt werden kann. Die Wahl der Viskosität sollte jedoch so erfolgen, dass das Ablegen des Textils in der Schalung mit einem definierten Lagerabstand zwischen den lichtleitenden Fasern/Stäben erfolgt. Das Ablegen erfolgt vorzugsweise mäanderförmig entweder durch eine alternierende Bewegung des Beschichtungsaggregats, z.B. auf Gleitschienen über der Schalung oder durch eine alternierende Bewegung der Schalung, z.B. auf Gleitschienen. Hierbei ist auch der Einsatz einer Changiervorrichtung möglich, welche die Haftung der Gussmasse am Textil möglichst nicht negativ beeinflussen sollte.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein abwechselndes Einlegen und Vergießen des Faserverbundes mit Gussmasse in einer Schalung vermieden und das Textil/der Faserverbund kontinuierlich mit daran anhaftender Gussmasse transportiert und schließlich gleichzeitig mit der Gussmasse in die Schalung abgelegt.

Zu dem Schritt des Ablegens in die Schalungsform sei angemerkt, dass die Aushärtung der Gussmasse üblicherweise erst dann erfolgt, wenn die Textillagen in der Schalung abgelegt sind. Gegebenenfalls kann aber auch ein vorheriges Ansteifen oder Antrocknen der Gussmasse am Textilverbund erfolgen bzw. künstlich herbeigeführt werden, um z.B. das Verschwimmen der Textillagen nach dem Ablegen in der Schalung weiter zu verhindern.

Wird die Beschichtung mit einer sehr hohen Viskosität der Grundmasse und einer hohen Grünstandfestigkeit der Gussmasse durchgeführt, kann, insbesondere nach einer möglichen Vakuum- oder thermischen Behandlung des beschichteten

Faserverbundes das Ablegen der beschichteten Textillagen auf einem Tisch oder Förderband auch ohne den Einsatz einer Schalung erfolgen. Das bedeutet, dass das Aushärten der Gussmasse nicht notwendigerweise in einer Schalung zu erfolgen hat.

Nach dem Aushärten der Gussmasse, in der der Faserverbund fest eingegossen ist, können die einzelnen Flächen, wie Lichteintrittsflächen oder Lichtsaustrittsflächen für eine Optimierung der Lichtübertragung durch Schneiden, Abfräsen, Schleifen oder ähnliches auf die gewünschte Größe gebracht werden. Vorzugsweise wird man die Form zum Aushärten der Gussmasse so groß wählen, dass man durch Zuschnitt des ausgeformten und ausgehärteten Gussblockes mehrere bzw. eine Vielzahl lichtdurchlässige Bauelemente gemäß der Erfindung erhält. Selbstverständlich ist jedoch eine Einzelfertigung der erfindungsgemäßen Bauelemente ebenfalls möglich. Dazu benötigt man für jedes Bauelement eine separate Schalung (Aushärteform), wenn eine hochviskose Gussmasse nicht verwendet werden kann.

Wird das erfindungsgemäße Bauelement mittels eines bandförmigen endlosen Textilverbundes hergestellt, wobei der beschichtete Textilverbund mäanderförmig in die Aushärteform abgelegt wird, so sind die Bereiche des ausgehärteten Gussblockes abzutrennen, in welchen der Textilverbund umgelenkt wurde, um die mäanderförmige Ablage zu erreichen. Dies ist notwendig, da über die Umleitung der Textilverbundbahn um im Wesentlichen 180 Grad bei der mäanderförmigen Ablage kein Licht aus den umgelenkten Fasern in Schichtrichtung austreten kann. Das Zuschneiden des ausgehärteten Gussblocks senkrecht zur Schichtrichtung des beschichteten Faserverbundbandes ist also deshalb notwendig, damit die transluzenten Fasern mit einer Querschnittsfläche an die Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauelements treten können. Ein derartiges Freimachen der lichtdurchlässigen/lichtleitenden Fasern bzw. deren Oberflächen ist auch an allen anderen Seiten des Gussblockes notwendig, damit gewährleistet ist, dass alle transluzenten Fasern des Faserverbundes mit einer Querschnittsfläche an einer Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauelements erscheinen.

Bei den hier beschriebenen Zuschnitten, welche auch durch ein Abfräsen oder Abschleifen erzeugt werden können, wird man die Bearbeitungsrichtung bevorzugt

senkrecht zur Faserrichtung wählen, um eine möglichst gute Lichtaustrittsfläche bzw. Lichteintrittsfläche zu schaffen. Allerdings kann die Bearbeitungsrichtung auch schräg zur Faserrichtung, d.h. zur Längsrichtung der Faser, erfolgen, wodurch die Querschnittsfläche die an die Oberfläche des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelements tritt, vergrößert wird. Jedoch sollte hierbei der Grenzwinkel für die Einkopplung von Licht beachtet werden.

Die einzelnen Schritte des vorstehend geschilderten Verfahrens können dabei teilweise gleichzeitig erfolgen und/oder es können weitere Prozessschritte zusätzlich durchgeführt werden. Das hier geschilderte Verfahren arbeitet vorzugsweise kontinuierlich. Es ist jedoch auch möglich, dass die beschichtete Faserverbundbahn nach dem Benetzen mit Gussmaterial durchtrennt wird und die einzelnen Abschnitte auf ein Förderband oder eine andere Transportvorrichtung abgelegt werden, um dann diskontinuierlich in Abschnitten in eine Schalung eingelegt zu werden.

Das erfindungsgemäße lichtdurchlässige Bauelement, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelements sowie das Verfahren hierfür werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung, worauf diese jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:

Figur 1 : schematisch einen flächigen Abschnitt eines aufgerollten endlosen

Textilverbundes mit lichtdurchlässigen Fasern in Längsrichtung, in Querrichtung und in diagonaler Richtung Faserverbundes,

Figur 2: schematisch ein lichtdurchlässiges Bauelement, in welchem ein

Faserverbund gemäß Figur 1 eingegossen ist, und Möglichkeiten für den Lichtaustritt,

Figur 3: schematisch einen Abschnitt eines 3D-Faserverbundes mit lichtleitenden Fasern

Figur 4: schematisch ein lichtdurchlässiges Bauelement, in welchem ein

Faserverbund gemäß Figur 3 eingegossen ist,

Figur 5: schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelements,

Figur 6: schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 5.

Figur 7 a - c: Weitere Möglichkeiten der Beschichtung des Faserverbundes innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des lichtdurchlässigen Bauelements.

Figur 8: schematisch den Aufbau eines Gussblocks durch in Rahmen eingespannte Faserverbundmatten.

Figur 1 zeigt einen auf eine Rolle aufgerollten Faserverbund 20 mit längs, quer und schräg zum Faserverbundband 9 laufenden lichtdurchlässigen Fasern 21. Wird ein solcher Textilverbund mit Fasern längs, quer und schräg zur Längsrichtung des

Fasertextilbandes in Gussmasse eingegossen, so kann eine Lichtabstrahlung, wie in Figur 2 unten dargestellt, auch über Seitenflächen erfolgen, die nicht der

Lichteintrittsfläche gegenüberliegen. In Figur 2 links ist eine Lichtdurchleitung dargestellt, wie sie bei Bauelementen gemäß dem Stand der Technik erreicht wird.

Wie mit den Figuren 3 und 4 anschaulich erläutert, können auch dreidimensionale Textilverbunde mit lichtdurchlässigen Fasern verwendet werden, wodurch eine Lichtleitung in sämtliche Raumrichtungen erreicht wird. In Figur 3 ist exemplarisch und schematisch ein derartiger Faserverbund 20 dargestellt, so wie er in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Bauelements in Gussmasse eingegossen wird. Wie deutlich in der Figur zu erkennen ist, können die lichtdurchlässigen Fasern sowohl längs, quer als auch in Höhenrichtung angeordnet sein. Eine überlagerung mit einem Faserverbund gemäß Figur 1 ist zudem möglich. In Figur 4 ist ein in Gussmasse eingegossener dreidimensionaler Faserverbund in einer Schalung 12 dargestellt. Der hier verwendete Faserverbund 20 wird beispielsweise durch Abstandswirken erzeugt, wobei die außerhalb der Bewehrung gebildeten Maschen vor Vergießen des dreidimensionalen Faserverbundes aufgerichtet werden müssen, damit nach Aushärten des Gussblockes ein Abfräsen dieser Maschen möglich ist und somit

eine Querschnittsfläche der lichtdurchlässigen Fasern, mit welchen diese Maschen gebildet wurden, an eine Oberfläche des Bauelements treten können. Sowohl die Bewehrung in Längsrichtung des Textilverbundes (O°-Bewehrung) als auch die Bewehrung quer zur Längsrichtung des Textilverbundes (90°-Bewehrung) und auch die Maschenbildung kann durch lichtdurchlässige Fasern erfolgen. Dabei sind unterschiedliche Faserstärken verwendbar, so wie dies beispielhaft in Figur 3 angedeutet ist.

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Bauelements ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Dabei wird ein bandförmiger unbeschichteter

Faserverbund 20 auf einer Rolle 1 von einer ersten Fördereinrichtung 9 einem

Behälter 2 zugeführt, in dem sich die Gussmasse 3 befindet. Eine Umlenkwalze 4, welche sich innerhalb des Behälters 2 mit Gussmasse 3 befindet, fördert den

Faserverbund durch die Gussmasse 2, wodurch dieser im Tauchverfahren mit Gussmasse 2 beschichtet wird. Eine weitere Fördereinrichtung 5 befördert den beschichteten Faserverbund 13 nach oben aus dem Behälter 2 heraus und führt diesen einer Schalung 12 zu. Der beschichtete Faserverbund 13 wird durch eine lineare Hin- und Herbewegung der Beschichtungsvorrichtung längs oder quer zur

Schalung, mäanderförmig in die Schalung 12 abgelegt. Die Beschichtungsvorrichtung weist an der Fördereinrichtung 5 eine Abstreifvorrichtung

8 für überschüssige an der Förderwalze 5 anhaftende Gussmasse auf, welche durch die Abstreifvorrichtung wieder in den Behälters 2 geleitet wird.

In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform für die Herstellung eines lichtdurchlässigen Bauelements dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen

Bezugszeichen versehen sind. Anders als im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wird der unbeschichtete Textilverbund 21 aus einer abgetafelten Ablage 1 durch die erste Fördereinrichtung 9 dem Behälter 2 zugeführt, in welchem sich die

Gussmasse 3 befindet. Die Fördereinrichtung 4 fördert den Textilverbund durch die Gussmasse 2 hindurch und leitet den beschichteten Textilverbund 13 der

Fördereinrichtung 5 zu, welche den beschichteten Textilverbund der Schalung 12 zuführt, wobei die Abstreifvorrichtung 8 überschüssige Gussmasse wieder in den

Behälter 2 zurückleitet. Anders als im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wird bei diesem Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung zur Herstellung lichtdurchlässigen Bauelements die Schalung durch eine Hin- und Herbewegung in Längsrichtung des

Faserverbundbandes bewegt. Die Ablage in Schalung 12 erfolgt hierdurch mäanderförmig, wobei der mit Gussmasse benetzte Textilverbund 13 schicht- bzw. lagenweise übereinander in der Schalung 12 zu liegen kommt und die Gussmasse 3 in der Schalung aushärten kann.

Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, müssen die Umlenkstellen, welche durch die mäanderförmige Ablage des beschichteten Textilgewebebandes 13 mit lichtdurchlässigen Fasern erzeugt wurden, nach Aushärten des Gussmaterials abgeschnitten werden, damit eine Lichtleitung in Längsrichtung des Textilbandes 20 möglich ist. Für lichtdurchlässige Fasern quer/schräg zur Längsrichtung des Textilverbundes ist es vorteilhaft, auch die Seitenflächen parallel zur Längsrichtung zu fräsen bzw. zu polieren, um einen möglichst guten Lichtein- oder -austritt zu ermöglichen. Gegebenenfalls sollten alle Außenflächen des lichtdurchlässigen Bauelements mit einer transparenten Schicht vor Beschädigungen geschützt werden.

In den Figuren 5 und 6 wird endloses Faserverbundmaterial durch einen Behälter mit Gussmasse geleitet und dadurch beidseitig mit Gussmasse benetzt. Das gleiche Verfahren kann jedoch auch für Faserverbundmatten mit endlichen Abmessungen erfolgen, wobei eine Einzelzuführung, ähnlich beispielsweise einer Einzelblattzuführung eines Kopierapparates oder Druckers, vorstellbar ist.

Die Figuren 7a) - 7c) zeigen weitere Möglichkeiten der Beschichtung des Textilverbundes 20 mit Gussmasse. In Figur 7 a) ist der Vorgang des sogenannten Pflatschens dargestellt, wobei zwei sich gegeneinander drehende Walzen 14 zumindest teilweise in Gussmasse 3 eintauchen und Gussmasse auf ihren Umfangsflächen aufnehmen. Zwischen den beiden beabstandeten Pflatschwalzen 14 wird der Textilverbund 10 mittels der Förderwalzen 5 und 9 (nicht dargestellt) weitergeführt und gleichzeitig von den beiden Walzen 14 mit Gussmasse 3 beschichtet.

In 7b) wird das in dem Behälter 2 geförderte Faserband 20 durch Spritzen mit

Gussmaterial 3 benetzt, wobei es vorteilhaft ist, die beiden Seiten des Faserbandes

9 nacheinander zu benetzen und jeweils den Spritzdüsen 15 gegenüberliegend hinter dem Faserband 9 liegenden Bereichen ein Prallblech 16 anzuordnen. Die

weitere Führung bzw. Förderung des benetzten Faserbandes 13 kann dann wieder durch die Fördereinrichtung 5, wie in Figur 5 und 6 dargestellt ist, erfolgen.

In Figur 7c) wird der Faserverbund 20 durch Transportwalze 18 innerhalb des Behälters 2 (vgl. Figur 6 und 7) gefördert und einseitig durch Gussmasse mittels eines Rackelmessers 17 kontinuierlich mit Gussmasse 3 beschichtet. Der einseitig mit Gussmasse 3 beschichtete Faserverbund 13 wird dann wiederum an die Fördereinrichtung 5 weitergeleitet und beispielsweise mäanderförmig in die Schalung 12 abgelegt.

Speziell aus Figur 6 ist ersichtlich, dass der als endloses Band zugeführte Faserverbund 20 auch abgelängt als einzelne Faserverbundmatten, beispielsweise übereinandergestapelt, der Fördervorrichtung 9 vorgelegt werden können. Die Zuführung der Faserverbunde kann dann vereinzelt, paarweise, drei-Stück-weise oder gruppenweise erfolgen. Die Herstellung von lichtdurchlässigen Bauelementen mit zugeschnittenen bzw. mit endlichen Maßen vorgefertigten Faserverbunden kann speziell für die maschinelle industrielle Fertigung von einzelnen und/oder individualisierten lichtdurchlässigen Bauelementen vorteilhaft sein und dabei Anwendung finden, ein Beispiel hierfür ist in Figur 4 dargestellt. Dabei ist nur eine der Produktion entsprechende Anzahl von Schalungen notwendig, welche beispielsweise auf einem Transportband unterhalb der Benetzungsvorrichtung entlanggefördert und sukzessive mit benetzten Textilverbunden befüllt werden.

Bezugszeichenliste

2 Behälter 3 Gussmasse

4 Umlenkwalze

5 Förderwalze

8 Abstreifvorrichtung

9 unbeschichteter Faserverbund 10 Beschichtungsvorrichtung

12 Schalung

13 beschichteter Faserverbund

14 Pflatschwalze

15 Spritzvorrichtung 16 Prallschutz

17 Rakelmesser

18 Transportwalze

20 aufgerollter Faserverbund

21 lichtdurchlässige Faser 23 lichtdurchlässiges Bauelement

24 Lichtausstrahlung an der Oberfläche des lichtleitenden Elements

25 Lichtausstrahlung an der Seitenfläche des lichtleitenden Elements

27 Rahmen

28 Befestigungsvorrichtung 29 Grundplatte