Verstärkungsvorrichtung für den Einsatz bei Bauteilen aus vergießfähigen, aushärtenden Materialien, wie Betonwerkstoffen, sowie damit hergestellte

Bauteile

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungsvorrichtung für den Einsatz bei Bauteilen aus vergießfähigen, aushärtenden Materialien, wie Betonwerkstoffen, die zumindest außenumfangseitig mit einer Stützstruktur versehen sind, sowie damit hergestellte Bauteile.

Durch die EP 1 41 1 185 AI ist ein Verfahren zur nachträglichen Ertüchtigung von Betonmasten bekannt, wobei zumindest zwei Längsprofile unter Zwischenschaltung zumindest eines Klebers mit der Maßgabe auf der Betonmastoberfläche aufgeklebt werden, dass die Längsprofile in Längsrich- tung des Betonmastes orientiert sind. An die Längsprofile schließt zumindest ein den Zwischenraum zwischen den Längsprofilen überbrückendes Querelement an. Mit dem beschriebenen Verfahren sowie der hierfür eingesetzten Verstärkungsvorrichtung aus Profilteilen soll die Mastbelastbarkeit, beispielsweise von Strommasten, sowohl bezüglich Biegung relativ zur Mastlängsachse als auch bezüglich Torsion erhöht werden. Insoweit ergibt sich eine nachträgliche Sanierungsmöglichkeit für schadhafte Betonmasten. Die in der Art einer Zusatzschalung ausgebildete Verstärkungsvorrichtung wäre jedoch nur sehr eingeschränkt in der Lage, den bei der Betonformge-

bung entstehenden hohen Drücken stand zu halten, so dass diese nur nachträglich für bereits bestehende, weitgehend ausgehärtete Betonmasten einsetzbar ist.

Die Verwendung eines Gitternetzes aus Metall, auch in Form von Edelstahl, für die nachträgliche Verstärkung von Betonbauteilen ist aus dem Dokument JP 2001317294 A bekannt. Um eine zufriedenstellende Verstärkungswirkung zu erzielen, ist bei der bekannten Lösung vorgeschlagen, ein einlagiges Gitternetz, vorzugsweise aus durchgehenden starren Edelstahl- Stäben als linienförmige Stränge, unter Bildung von Gitterzwischenräumen, in die das Betonmaterial bei der Formgebung auch eindringen kann, in Längs- und Querrichtung fest miteinander zu verschweißen, wobei man zur Erhöhung der Festigkeit des einlagigen feststehenden Gitternetzes die eingesetzten Metallstäbe vor dem Verschweißen in Längsrichtung reckt. Das dahingehende starre Gitter-Tragwerk findet dort seine Anwendungsgrenze, wo über den Betonwerkstoff eingeleitete Spannungsspitzenwerte, gegebenenfalls lokal eingeschränkt, die Festigkeitswerte der Stabanordnung, insbesondere an den Stellen der Schweißverbindungen, übersteigen, was bis zum Versagen der starren Struktur führen kann. Auch läßt sich die dahinge- hende starre Gitteranordnung im wesentlichen nur für geradlinig und flächig verlaufende Betonbauteile oder für solche mit schwachem Krümmungsverlauf, bezogen auf die jeweilige Betonwandgeometrie, einsetzen, da der starren Gitteranordnung, bezogen auf die Flexibilität deutliche Grenzen gesetzt sind. Des weiteren ist die bekannte Lösung aufgrund der herzu- stellenden Vielzahl an Schweißverbindungen zwischen den Längs- und Querstäben aufwendig und mithin kostenintensiv in der Herstellung.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der Verbesserung der Festigkeitseigenschaften

wesentlich wirksamere Verstärkungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig herstellbar ist, die sich für eine Vielzahl von herzustellenden Betongeometrien eignet und die vor Ort, also an der Baustelle, eine gute Montierbarkeit gewährleistet. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch eine Verstärkungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist, sowie durch ein Bauteil gemäß der Merkmalsausgestaltung des Patentanspruchs 10.

Dadurch, dass erfindungsgemäß als Stützstruktur ein Stützgewebe vorgese- hen ist, das mindestens einlagig aus miteinander verwobenen linienförmi- gen Kett- und Schußsträngen besteht, hat die den Werkstoff umgebende und insoweit zumindest teilweise flexibel gehaltene Stützstruktur im Vergleich zu einem starren, metallischen Gitternetz Dehnungseigenschaften, die es ermöglichen, Umschnürungen für die Bauteile zu realisieren, bei denen das Gewebe mit vorgebbarer elastischer Spannung das herzustellende Bauteil umgibt. Wie Versuche gezeigt haben, ergibt sich dadurch eine starke Verbesserung der Verstärkungswirkung gegenüber den aufgezeigten bekannten starren Profilstab- oder Gitterlösungen. Die damit hergestellten oder nachträglich mit der Verstärkungsvorrichtung versehenen Bauteile zeichnen sich durch ein reduziertes Gewicht, insbesondere bedingt durch Materialersparnis, aus, was auch zu reduzierten Kosten führt.

Das erfindungsgemäße Funktionsgewebe läßt sich auf üblichen, für technische Funktionsgewebe vorgesehenen Webmaschinen, wie man sie bei- spielhaft auch von der Papiermaschinensieb-Herstellung kennt, aus Kett- und Schußsträngen erzeugen, so dass zwischen Kett- und Schußsträngen „lose" Verbindungsstellen entstehen, die gegeneinander um einen gewissen Betrag abgleiten können, was zur Schaffung der benötigten Elastizität mit beiträgt und auf kostenintensive starre Schweißverbindungsstellen kann

völlig verzichtet werden. Sofern in der vorliegenden Anmeldung von Kett- und Schußsträngen gesprochen wird, bezieht dies fadenartige Strukturen mit ein, wie Monofilament- und Multifilamentanordnungen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, zumindest einen Teil der dahingehenden Fadenan- Ordnung durch flexible oder starre Stäbe oder Profile - auch in Hohlanordnung - zu ersetzen. Insbesondere könnte vorgesehen sein, die Kettanordnung aus starren Kettstäben zu bilden, die dann über querverlaufende Schußfäden als Mono- oder Multifilament ausgebildet miteinander den Gewebeverbund herstellen. Sofern eine Multifilamentanordnung Verwendung findet, ermöglicht diese aufgrund der sich hieraus ergebenden, aufgerauhten Strukturoberseite eine verbesserte Anbindungsmöglichkeit für das gießfähige, auszuhärtende Material, insbesondere in Form des Betonwerkstoffes. Vorzugsweise umgibt die Stützstruktur das Bauteil außenumfangsseitig.

Sofern das erfindungsgemäße flexible Stützgewebe zu einem Hohlkörper geformt ist, beispielsweise in Form eines Hohlzylinders od. dgl., ergibt sich unter dem Druck des eingegossenen Materials eine Aufdehnung des Stützgewebes mit entsprechenden, nach innen wirkenden Rückstellkräften, was insoweit zu einer Erhöhung der Vorspannung für das vergießfähige, auszu- härtende Material führt. In besonders vorteilhafter Weise ist jedoch das Stützgewebe mit einer Spanneinrichtung versehen, die bei Betätigung den freien Umfassungsraum des Stützgewebes verringert, so dass insoweit ein gewünschtes, einstellbares Maß an Vorspannung für die Umschnürung erhalten wird.

Die genannte Spanneinrichtung weist vorzugsweise für das Zusammenziehen der Enden des Stützgewebes zumindest ein an dessen Enden angreifendes Spannschloß, vorzugsweise in Form eines Spannbügelverschlusses auf. Nach dem Betätigen des Spannbügelverschlusses kann dieser selbst als

Befestigungseinrichtung dienen, die das Stützgewebe im gespannten Zustand hält. Alternativ oder zusätzlich kann eine Befestigungseinrichtung vorgesehen sein, die die Enden des gespannten Stützgewebes in einander angenäherter Position festlegt. Zu diesem Zweck kann eine Mehrzahl von mit den Enden des Stützgewebes verhakbaren Metallklammern vorgesehen sein. Ferner besteht die Möglichkeit, den jeweiligen Spannbügelverschluß oder die sonstige Spanneinrichtung reversibel von den Enden des Stützgewebes zu lösen und dort nachträglich die Befestigungseinrichtung, beispielsweise in Form von Metallklammerverschlüssen, anzubringen. Die dann doch recht teuren Spanneinrichtungen könnten dann an anderer Stelle bei einem weiteren Stützgewebe für das Herstellen eines zu formenden Bauteils eingesetzt werden.

Vorzugsweise weist das Stützgewebe Metallstränge, insbesondere aus Edel- stahl, und/oder Kunststoffstränge, auf. Als linienförmige Stränge können insbesondere Drähte, Seile, Fäden oder Stäbe eingesetzt sein. Kunststoffstützgewebe finden insbesondere dann Anwendung, wenn die aufzunehmenden Druckkräfte durch das zu vergießende Material gering sind.

Wie sich gezeigt hat, ergeben sich besonders gute Ergebnisse, wenn das Gewebe in Leinwandbindung aufgebaut ist; es sind hier aber auch andere Bindungsarten denkbar, beispielsweise in Form einer Köperbindung od. dgl.. Bei hohen Beanspruchungen hat es sich als günstig erwiesen, anstelle eines einlagigen Gewebes ein mehrlagiges, insbesondere dreilagiges Stütz- gewebe vorzusehen. Bei einem dahingehenden mehrlagigen Verbund können die einzelnen Gewebelagen über separate Bindefäden miteinander verbunden werden; es besteht aber auch die Möglichkeit, Fadenanordnungen der einen Gewebelage verbindend in die jeweils benachbarten Gewebelagen zum Herstellen des Verbundes überzuführen.

Gegenstand der Erfindung sind auch Bauteile aus vergießfähigen, aushärtenden Materialien, wie Betonwerkstoffen, die zumindest mit einer Stützstruktur versehen sind unter Verwendung einer Verstärkungsvorrichtung mit einer Ausgestaltung nach den vorangegangenen, beschriebenen Merkma- len. Dahingehende Bauteile können linienförmige Elemente beinhalten, wie Masten oder Teile von Stabtragwerken; sie können aber auch Raumgestaltungen betreffen, wie halb- oder teilschalenförmige Elemente, wie Decken oder Fundamentteile. Ferner sind Komplettanordnungen an Bauteilen denkbar, bei denen das Bauteil zusammen mit der Verstärkungsvorrichtung versehen an einem Ort herstellbar und an einem anderen Ort montierbar ist. Eine besonders bevorzugte Verwendung der Verstärkungsvorrichtung hat sich für sog. Behälterkomponenten von Kleinkläranlagen ergeben, die als Klärschlammbecken, Frischwassserbecken, Durchlaufbecken - auch unter Einbezug von Rührwerken - und dergleichen mehr, vorzugsweise in Mehrfachhintereinanderanordnung Anwendung finden. Mit dahingehenden Bauteilen ist dann die Möglichkeit geschaffen, in kostengünstiger Weise Kleinkläranlagen vor Ort, also an der Stelle der Entstehung der Verschmutzung, einzusetzen, was mit konventionellen Kläranlagenteilen bisher so nicht möglich war.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläu- tert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele betreffen ein einlagiges Stützgewebe, aufgebaut aus Kett- und Schußfäden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Abschnittes eines in Leinwandbindung ausgeführten Stützgewebes eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 stark vergrößert gezeichnete Teilansicht des in Fig. 1 mit Il bezeichneten Teilabschnittes;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 leicht vergrößert und schematisch vereinfacht gezeichnete Teildarstellung nur desjenigen Bereiches des Stützgewebes von Fig. 1 und 2, in dem Enden des Stützgewebes aneinander angenähert und über eine Reihe von Metallklammern miteinander ver- bunden sind;

Fig. 4 eine in verkleinertem Maßstab gezeichnete Draufsicht des in der Form eines hohlen Kreiszylinders befindlichen Stützgewebes, ohne im Zylinderinnenraum befindliches Bauteil;

- Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Draufsicht mit im Zylinderinnenraum befindlichem Bauteil in Form einer runden Säule aus Betonwerkstoff;

Fig. 6 eine gegenüber Fig. 5 vergrößert und abgebrochen gezeichnete Darstellung der Enden des Stützgewebes mit daran befindlicher Spanneinrichtung in Form eines in geöffnetem Zustand befindlichen Spannbügelschlosses; - Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung, wobei jedoch das Spannbügelschloss in teilweise geschlossenem Zustand dargestellt ist und

- Fig. 8 ein mit dem Stützgewebe versehener Behälter als Komponente einer nicht näher dargestellten Kleinkläranlage.

Fig. 1 bis 3 zeigen Abschnitte des für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung vorgesehenen Stützgewebes, das als Ganzes mit 1 bezeichnet ist. Wie am deutlichsten aus Fig. 2 entnehmbar

ist, ist das Gewebe 1 in Leinwandbindung aus Kettfäden 3 und Schußfäden 5 aufgebaut, wobei das Gewebe 1 von Fig. 1 bis 3 einlagig ist (in Fig. 1 und 3 sind nicht sämtliche Kett- und Schußfäden mit Bezugszahlen bezeichnet). An Stelle des einlagigen Aufbaues des Gewebes 1 könnte, beispielsweise in Verbindung mit besonders hoch belasteten Bauteilen, ein mehrlagiger, insbesondere dreilagiger Aufbau des Gewebes 1 vorgesehen sein. Als Werkstoff für Kett- und Schußfäden 3 und 5 ist beim vorliegenden Beispiel Edelstahl vorgesehen, wobei der Werkstoff in Form eines Drahtes oder eines Seiles vorgesehen sein kann. Bei der Darstellung von Fig. 2 sind die Kettfä- den 3 in der Art von gedrehten Drähten (Litzen) oder von Seilen gezeichnet, während die Schußfäden 5 in der Art unverdrehter Drähte dargestellt sind. Es versteht sich, dass vielerlei Variationen oder Kombinationen möglich sind. Anstelle eines monofilen Aufbaues von Drähten oder Seilen können auch Multifilamente oder eine Kombination hiervon benutzt werden, um das Gewebe 1 zu gestalten. Anstelle der in den Figuren gezeigten, bevorzugten Leinwandbindung könnten andere Bindungsarten, beispielsweise eine Köperbindung, vorgesehen sein.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen sind Drahtdurchmesser im Bereich von 0,15 bis 5,0 mm vorgesehen. Insbesondere kommen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 4 mm für die Schußfäden 5 in Betracht, wenn Schußabstände im Bereich von 10 bis 20 mm vorgesehen sind. Bevorzugte Durchmesser der Kettfäden 3 liegen im Bereich von 1 mm bis 3 mm, wenn die Abstände der Kettfäden 3 etwa im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm gelegen sind. Da, abhängig von der Größe der zu verstärkenden Bauteile, die Schußabstände von 0,5 mm bis 1000 mm und die Kettabstände von 0,5 mm bis 500 mm variieren können, kommen selbstverständlich Drahtdurchmesser außerhalb der genannten, bevorzugten Bereiche in Betracht.

Fig. 3 und 4 zeigen das Stützgewebe 1 in einem Zustand, bei dem es eine kreiszylindrische Umschnürung für ein Betonteil in Form einer kreiszylin- derförmigen Säule bildet, wobei in Fig. 3 und Fig. 5 das Gewebe 1 mit von ihm umschnürten Bauteil 7 gezeigt ist, wobei sich die Enden 9 und 11 in aneinander angenäherter Lage befinden. Als Spanneinrichtung, die dazu vorgesehen ist, im Stützgewebe 1 eine gewünschte Vorspannung zu erzeugen, indem die Enden 9 und 1 1 in Richtung aufeinander zu gezogen werden, ist bei dem Beispiel von Fig. 5 ein als Ganzes mit 13 bezeichneter Spannbügelverschluss vorgesehen, der in den Fig. 6 und 7 näher dargestellt ist. Bei dem Betriebszustand von Fig. 5 befindet sich der Spannbügelverschluss 13 in der in Fig. 7 näher dargestellten Zwischenstellung. Hierbei ist ein Spannhaken 14 bereits mit einem Ansatz 21 am Ende 9 des Gewebes 1 verhakt. Der Spannhaken 14 ist an einem Spannbügel 15 angelenkt, der seinerseits schwenkbar mit dem anderen Ende 11 des Gewebes 1 verbun- den ist. Bei dem Betriebszustand von Fig. 5, welcher auch in Fig. 7 dargestellt ist, ist durch Schwenken des Spannbügels 15 in Richtung eines Pfeiles 17 (Fig. 7) zwischen den Enden 9 und 11 bereits eine Vorspannung erzeugt. Durch Weiterbewegen des Spannbügels 15 in Richtung des Pfeiles 17 wird das Gewebe 1 fertig gespannt. Durch eine in den Fig. nicht gezeigte Rast- einrichtung kann der vollständig in die Spannstellung geschwenkte Spannbügel 15 durch Einrasten gesichert werden.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit der Befestigung der unter Spannung stehenden Enden 9 und 1 1 des Gewebes 1 aneinander mittels einer Reihe von in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordneten Metallklammern 23 (in Fig. 3 nicht sämtliche beziffert), welche mit den Enden 9 und 1 1 unmittelbar verhakt sind, wie dies auch aus Fig. 4 entnehmbar ist.

Entlang des Randes der Enden 9 und 1 1 kann ein Spannbügelverschluss 13 oder können mehrere im Abstand voneinander angeordnete Spannbügelverschlüsse 13 angeordnet sein, um das Gewebe 1 zu spannen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine (nicht gezeigte) Federanordnung als Kraftspeicher vorhanden sein, um die Enden 9 und 11 zueinander hin zu ziehen. Die Sicherung der Enden 9 und 11 des gespannten Gewebes 1 mittels der Metallklammern 23 kann zusätzlich zu diesen Maßnahmen vorgesehen sein. Bei einer nicht näher gezeigten Ausführungsform kann auch die Spanneinrichtung von dem Stützgewebe entfernt werden und an die Stelle der Spanneinrichtung treten die genannten Befestigungseinrichtungen, beispielsweise in Form der aufgezeigten Metallklammern 23.

Es liegt noch im Bereich der Erfindung, beispielsweise die Kettstränge 3 nach der Fig.2 durch einen Profil-Voll- oder Hohlstab zu ersetzen. Insoweit wäre dann nur noch im wesentlichen eine Flexibilität längs der Schußfäden 5 gegeben. Bei einer dahingehenden Anordnung würde man dann bevorzugt die genannten Kettstäbe in Längsrichtung des Betonbauteils verlaufen lassen, beispielsweise in der Längsachse eines Betonmastes od. dg!., und die Umschlingung des Betonbauteils mittels des Stützgewebes wäre dann nach wie vor über die flexiblen Schußfäden 5 erreicht. Ferner kann anstelle der gezeigten Faden- oder Stabanordnung auch eine Seil- oder Litzenanordnung treten und insbesondere die nicht hoch belastbaren Teile des Gewebes können aus Kunststoffsträngen gebildet sein, auch in Form von Kohlefasermaterialien. Ferner ist auch ein Stabverbund, nur aus flexiblen Kunststoff- Stäben aufgebaut, möglich.

Neben den genannten Bauteilen zu ihrer Herstellung kann die Verstärkungsvorrichtung grundsätzlich nachträglich auch noch bei Bauteilen als Armierung Anwendung finden und insofern auch Mauerwerkanordnungen,

Maschinenteile od. dgl., verstärken. Bei der nachträglichen Anwendung als Armierung lassen sich sanierungsfähige Bauteile und deren Komponenten aus Betonwerkstoff nachträglich sanieren. Neben dem Verstärkungseffekt wird bei einer Anbringung der Verstärkungsvorrichtung im außenumfangs- seitigen Bereich eines Bauteils auch erhöhten Designaspekten Rechnung getragen und die derart nachträglich ausgestalteten Bauteile sind als formschön zu bezeichnen.

Die Fig.8 zeigt eine im Querschnitt im wesentlichen zylindrische Behäl- teranordnung für den bevorzugten Einsatz bei sog. Klärkleinanlagen. Die beschriebene Verstärkungsvorrichtung kann teilweise in die Behälteranordnung, vorzugsweise hergestellt aus sog. Textilbeton, integriert sein; es besteht aber auch die Möglichkeit, das Stützgewebe einstückig so zu weben, dass sowohl das Bodenteil 30 als auch die zylindrische Seitenwand 32 so- wie das Deckelteil 34 einstückig aus dem Stützgewebe aufgebaut sind, wobei dann anschließend das derart hergestellte Stützgewebe mit dem jeweiligen Betonwerkstoff vergossen wird. Zur Erhöhung der Steifigkeit sowie zur Verbesserung der Handhabbarkeit des gezeigten Behälters weist dieses bo- denseitig als auch kopfseitig im Bereich des überganges zum Deckelteil 34 Verstärkungen 36 auf. Das Deckelteil 34 begrenzt einen freien kreisrunden öffnungsrand, der je nach Anwendungszweck für den Behälter offen bleibt; aber auch schließbar gestaltet ist und auch dem Durchgriff eines nicht näher dargestellten Rührwerkes od. dgl. dienen kann. Der dahingehende Kläranlagenbehälter ist insoweit mit der Verstärkungsvorrichtung versehen in Leichtbauweise gestaltet und kostengünstig im Sinne einer Massenproduktion herstellbar. Mit einem dahingehenden Behälterkonzept läßt sich dann in sehr preiswerter Weise ein Kleinkläranlagenbau vor Ort, also an der Stelle der Verschmutzungsentstehung, kostengünstig aufbauen und betreiben.

Als gießfähige aushärtende Materialien sind neben Betonwerkstoffen auch Kunststoffmaterialien denkbar, wie Acrylat oder Schaumstoffe, wie Polyurethanschaum, der häufig im Fahrzeugbau Anwendung findet.