Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Bewehrungselement, das gitterförmig aus einem kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garn ausgebildet ist, wobei die sich kreuzenden Abschnitte des wenigstens einen Garns durch eine Kreuzverbindung miteinander verbunden sind und Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Globalbewehrung für ein Betonbauteil, umfassend wenigstens ein Bewehrungselement, eine Verwendung eines Bewehrungselements und ein Betonbauteil. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Programmdatei zur Ausführung eines Verfahrens.

Aus der Druckschrift DE 10 2015 100 386 A1 ist ein Bewehrungselement bekannt, das als Stab aufgebaut und im Wesentlichen eindimensional wirksam ist. Der Stab weist in ein Matrixmaterial eingebettete Filamente auf. Die Filamente liegen in einer Zugrichtung ausgerichtet vor und sind von einem mineralischen Matrixmaterial im Wesentlichen vollständig umgeben. Als Matrixmaterial ist Feinbeton oder eine Suspension mit Feinzement vorgesehen.

Durch die Verwendung von hochleistungsfähigen Bewehrungselementen dieser Art, in denen Carbonfasern zum Einsatz kommen und die Festigkeiten im Bereich von 2000 - 4000 N/mm ² besitzen, ergibt sich die Notwendigkeit der Kraftübertragung zwischen den Bewehrungselementen und dem Matrixmaterial Beton. Die hohen Kräfte der Carbonbewehrung müssen zielgerichtet in den Beton eingeleitet werden, um das Potenzial der Carbonfasern effizient ausnutzen zu können. So werden auch mit der Verwendung von Carbonelementen kurze Verankerungslängen möglich, um einen wirtschaftlichen Einsatz gewährleisten zu können.

Bei Stäben, beispielsweise Carbonstäben, wird zur Verbesserung des Verbundes analog zum Bewehrungsstahl versucht, durch eine geeignete Oberflächenprofilierung einen ausreichenden Verbund zu gewährleisten. Dabei werden verschiedene Konzepte zur Erzielung einer Verbundtragfähigkeit verfolgt, da eine Rippenstruktur, die bei Bewehrungselementen aus Stahl üblich sind, aufgrund der Anisotropie der Carbonfasern nicht möglich bzw. ineffizient ist. Daher werden Carbonstäbe beispielsweise mit einer zusätzlichen Sandschicht versehen, wodurch der Haft- und Reibverbund im Vergleich zu einem glatten Carbonstab verbessert werden kann. Weitere Varianten bei Carbonstäben sind das Aufbringen einer nachträglichen Rippenstruktur beispielsweise aus Kunstharz, das nachträgliche Umwickeln von einzelnen Fasersträngen, Formvariation der Carbonstäbe im Herstellprozess zur Verbundverbesserung oder die nachträgliche Fräsung zur Herstellung von negativen Rippen, auch als Nuten bezeichnet.

Als Bewehrung kommen beim Carbon- bzw. Textilbeton verschiedene Elemente zur Anwendung. Dabei können sowohl Gelege, beispielsweise biaxiale, multiaxiale oder dreidimensionale Gelege, als auch Stäbe zum Einsatz kommen. Ein derartiges Gelege, das eine textile Bewehrung für ein Betonbauteil aus von polymeren Bindemitteln freiem Garn bildet, beschreibt die Druckschrift DE 10 2016 100 455 A1, einschließlich eines Verfahrens und einer Vorrichtung zu seiner Erzeugung. Eine Verlegeeinrichtung ist vorgesehen, bei der eine Positionierreinrichtung oder ein Verlegeroboter zweidimensional relativ zu einer Garnabgabeeinrichtung beweglich angeordnet ist. Die Verlegeeinrichtung ist zur Ausbildung eines Spanngeleges aus von polymeren Bindemitteln freiem Garn innerhalb eines Grundrahmens ausgebildet. Der Grundrahmen weist Garnhaiteeinrichtungen im Bereich von Außenkanten des Grundrahmens und/oder von Aussparungen auf, wobei die Garnhaiteeinrichtungen zugleich Umlenkpunkte des Garns bilden. Weitere dreidimensionale Strukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreiben die Druckschriften DE 10 2014 200 792 B4 und EP 2 530 217 B1 Flächengebilde, die mittels einer Abstandsstruktur oder als bereits dreidimensional gefertigtes Abstandsgewebe oder -gewirke eine textile Bewehrungsstruktur ausbilden. Aus der Druckschrift DE 10 2016 124 226 A1 ist weiterhin ein Gitterträger bekannt, dessen Wirkung ebenfalls auf einem flächigen textilen Bewehrungselement beruht, das durch Scharen von faden- oder garnförmigen Einzelelementen gebildet wird, die als Abschnitte von einem Gurt und von Streben dienen. Allerdings ist in allen Fällen die großflächige Struktur nicht geeignet, um diskrete Bewehrungselemente wie Bewehrungsstäbe oder Bewehrungskörbe effektiv zu ersetzen.

Die Lösung aus der Druckschrift DE 10 2012 101 498 A1 sieht ebenfalls ein textiles Gitter vor, das leicht vom Matrixmaterial durchdrungen werden kann. Es ist dazu weiterhin vorgesehen, das zunächst als flache Struktur gefertigte textile Gitter in eine U-Form zu bringen und damit ein diskretes Bewehrungselement zu erhalten. Allerdings weist die offene U-Form gegenüber geschlossenen Querschnittsformen eine geringere Steifigkeit auf. Die Druckschrift WO 98/09042 A1 offenbart ein rohrförmiges Bewehrungselement, das gitterförmig ausgebildet ist und bei dem die sich kreuzenden Abschnitte miteinander verbunden sind. Das rohrförmige Bewehrungselement besteht aus thermoplastischen faserverstärkten Bändern, die durch Punktschweißen an den Kreuzungen verbunden werden. Alternativ dazu sind Schläuche aus Fasersträngen vorgesehen, die später auf einen Kernform aufgezogen, laminiert und ausgehärtet werden. Allerdings wird die Last ausschließlich über die Faserstränge in Zugrichtung aufgenommen, soweit eine Lastkomponente in dieser Richtung vorliegt, die Nutzung anderer mechanischer Effekte ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, ein rohrförmiges Bewehrungselement, das unter Verwendung wenigstens eines kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garns gitterförmig ausgebildet ist und eine verbesserte Lastreserve bei Überlast ermöglicht, anzubieten.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein rohrförmiges Bewehrungselement, das gitterförmig aus einem kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garn ausgebildet ist, wobei die sich kreuzenden Abschnitte des wenigstens einen Garns durch eine Kreuzverbindung miteinander verbunden sind. Der Durchmesser des Bewehrungselements über die Länge kann konstant oder veränderlich sein. Nach der Erfindung ist wenigstens ein kontinuierlich angeordnetes, sich kreuzendes Garn vorgesehen, aus dem das Gitter ausgebildet ist. Alternativ dazu kommen mehrere Garne zum Einsatz, die bei der Herstellung des Bewehrungselements von jeweils einer Spule zugeführt werden und wobei jeweils ein Garn einen „Gitterstab“ desjenigen Gitters ausbildet, das die Mantelfläche des rohrförmigen Bewehrungselements bildet. Es ist nach einer weiteren Alternative vorgesehen, nur ein Garn von einer einzigen Spule einzusetzen und in der Weise umzulenken und abzulegen, dass ebenfalls die Gitterform gebildet wird. In dem Fall kreuzt sich das Garn mit sich selbst in unterschiedlichen Lagen. Ein aushärtbares Material, beispielsweise ein Harz, verleiht dem rohrförmigen Bewehrungselement nach der Herstellung des Gitters Stabilität nach einer bevorzugten Ausführungsform.

Die kreuzenden Abschnitte des Garns sind in ihrem Kreuzungspunkt so miteinander verbunden, dass die Scherelastizität der Kreuzverbindung, die Elastizität bei der gegenläufigen rotativen Schwenkbewegung der sich kreuzenden Abschnitte um ihren Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung, die Dehnbarkeit des Bewehrungselements in Richtung einer Längsachse bestimmt, wobei mit einer höheren Elastizität eine höhere Dehnbarkeit einhergeht. Die Kreuzverbindung des Garns erfolgt nach der Erfindung durch ein stoffliches Mittel oder ein mechanisches Mittel, wobei das Mittel die Scherelastizität der

Kreuzverbindung, die Elastizität bei der gegenläufigen rotativen Schwenkbewegung der sich kreuzenden Abschnitte um ihren Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung, einstellt und damit die Dehnbarkeit des Bewehrungselements in Richtung einer Längsachse bestimmt, wobei mit einer höheren Scherelastizität eine höhere

Dehnbarkeit einhergeht

Die Kreuzverbindung weist eine solche Scherelastizität auf, dass das Bewehrungselement für eine vorgesehene Dehnbarkeit in Richtung der Längsachse und zugleich quer zu der Längsachse, in Querrichtung, ausgerüstet ist. Die

Scherelastizität beschreibt die Elastizität bei der gegenläufigen Rotations- bzw. Schwenkbewegung der sich kreuzenden Garne oder Garnabschnitte um den

Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung. Eine höhere Scherelastizität führt zu höherer Dehnbarkeit des Bewehrungselements, wobei die Verformung in Richtung der Längsachse und, im Sinne einer Einschnürung, zugleich quer zu der Längsachse, in Querrichtung, erfolgt. Ist das Bewehrungselement in ein Bauteil eingesetzt, sorgt das Bewehrungselement durch die definierte Dehnbarkeit für ein vorteilhaft duktiles Verhalten des Bauteils, das mit einer hohen zusätzlichen Sicherheit verbunden ist. Die Gitterform ist dazu bevorzugt gewebt, geflochten, gelegt oder gewickelt, wobei natürlich auch weitere Einflussfaktoren zu der letztendlich wirksamen Dehnbarkeit bzw. Steifigkeit führen. Im Ergebnis werden auch bei einer Überlastung Betonstrukturmodule noch zusammengehalten. Zu den Einflussfaktoren gehört auch das Matrixmaterial, in das das Bewehrungselement eingebettet und mit dem es ausgefüllt ist. Weiterhin sind die Dimensionen des Bewehrungselements von Bedeutung.

Vorteilhafterweise sind die kreuzenden Abschnitte des Garns im Bereich der Gitterkreuzungen durch stoffliche Mittel, wie z. B. Verkleben bzw. Verschweißen, oder mechanische Mittel, wie z. B. durch Vernähen, verbunden. Durch die Eigenschaften dieser Verbindungen, insbesondere ihre Scherfestigkeit gegenüber Torsion bzw. Verschwenken der kreuzenden Garnabschnitte gegeneinander, wird die Scherfestigkeit und darüber die Dehnbarkeit oder Steifigkeit des Bewehrungselements grundlegend und wesentlich bestimmt.

Das Verkleben der Gitterkreuzungen, die Stabilisierung der Rohrform insgesamt und die Lastübertragung auch auf die innenliegenden Fasern kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Stabilisierung mittels Fixierung durch ein aushärtbares Harz erreicht. Dieses kann nach der Garnablage, der Herstellung der Rohrform, aufgebracht werden oder das Garn wird vor der Garnablage mit dem aushärtbaren Harz imprägniert. Die Imprägnierung kann dazu unmittelbar vor der Garnablage erfolgen oder das Garn wird bereits imprägniert zugeliefert, wobei das enthaltene Harz in dem Fall vor einem unerwünschten, vorzeitigen Aushärten bewahrt werden muss.

Als aushärtbares Matrixmaterial kommen bevorzugt Reaktivharze, wie z. B. Epoxidharz, oder wässrige Dispersionen, z. B. auf Basis von Acrylat oder Styrolbutadien, in Betracht.

Nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Garn als ein Hybridgarn neben den tragenden Fasern zusätzlich mit thermoplastischen und dadurch thermisch aktivierbaren Kunstfasern versehen. Diese können durch Wärmeeinwirkung aktiviert werden, indem sie aufschmelzen, und sorgen nach dem Erhärten für eine Verbindung der zum Lastabtrag geeigneten Fasern des Garns miteinander, so dass dieselben Effekte erreicht werden wie beim Einsatz eines aushärtbaren Harzes.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewehrungselements sieht vor, dass im Inneren des Bewehrungselements ein Matrixmaterial vorgesehen und in dieses eine weitere Längsbewehrung, wenigstens eine elektrische Leitung, wenigstens eine Fluidleitung und/oder ein Leerrohr, in das eine der vorgenannten Leitungen oder die Längsbewehrung mit oder ohne Vorspannung nachträglich eingezogen werden können, eingebettet sind.

Nach einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewehrungselements ist ein innerer Hohlraum in dem Bewehrungselement vorgesehen, der von Matrixmaterial eines Betonbauteils freigehalten ist. Das Einführen eines Tows oder eines anderen lastabtragenden Elements in das Innere des Bewehrungselements durch den Hohlraum hindurch ermöglicht eine Globalbewehrung, die über die einzelnen bewehrten Betonstrukturelemente hinausreicht und als zusätzliche Sicherung im Falle eines Versagens Kräfte aufnehmen kann. Als Globalbewehrung wird in Abgrenzung zur lokalen Bewehrung nachfolgend insbesondere auch eine Einsatzform des rohrförmigen Bewehrungselements bezeichnet. Ausgehend von der konventionellen Textilbetontechnologie wird mit Bewehrungsstrukturen eine lokale Basisbewehrung vorgesehen, mit der die Beanspruchungen unter den maßgeblichen Gebrauchslastzuständen, beispielsweise für ein jeweils bewehrtes Betonstrukturelement, sicher aufgenommen werden können. Zusätzlich sorgen übergeordnete globale Bewehrungsstränge, beispielsweise Tows mit einer netzförmigen Ummantelung, die gewickelt, geflochten, gewebt oder gelegt sein kann, für hohe Lastreserven unter Extremzuständen. Sie werden mit sehr hoher Dehnbarkeit konzipiert, sodass bei ihrer Aktivierung eine hohe Bauteilduktilität entsteht. Somit sorgt die Globalbewehrung dafür, dass auch nach einem möglichen Versagen der lokalen Basisbewehrung infolge einer möglichen Extrembelastung der Zusammenhalt der gesamten Tragstruktur gewährleistet bleibt. Die Globalbewehrung liegt auf den Lastpfaden der lokalen Bewehrungen und wirken bei Überlastung als ein zusätzliches Sicherheitselement. Unter normalen Lastbedingungen erhöhen die Globalbewehrungen die Steifigkeit des Betonbauteils.

Es hat sich für bestimmte Einsatzfälle als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wand des Leerrohrs oder des Hohlraums in dem rohrförmigen Bewehrungselement luft- und wasserdicht ausgebildet ist, sodass Gase oder Flüssigkeiten darin transportiert bzw. durchgeleitet werden können. Eine weitere Abdichtung der Rohrwandung ist dann entbehrlich. Weitere funktionelle Beschichtungen sind optional vorgesehen. So kann eine innere und/oder äußere Beschichtung angebracht werden, die eine Anbindung an ein umgebendes Matrixmaterial steuert werden bzw. zumindest teilweise verhindert oder alternativ dazu die Anbindung verbessert werden kann. Dadurch lässt sich die Steifigkeit der Bewehrung und damit die des Bauteils dem Erfordernis entsprechend einstellen. Bei stärkerer Anbindung, insbesondere wenn das Matrixmaterial das Garn umschließen kann, ist die Steifigkeit am höchsten.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewehrungselements ist dieses selbst, bedingt durch die elektrischen Eigenschaften des eingesetzten Materials, elektrisch leitend, wie z. B. im Fall von Carbonfasern, oder wenn das Material mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist. Dann können eine Durchleitung von Elektroenergie oder von elektrischen Signalen unmittelbar durch das Bewehrungselement vorgenommen werden. Es kann über die so gebildeten elektrischen Leitungen aber auch eine elektrische Beheizung erreicht werden, v. a. bei entsprechend eingestelltem Widerstand. Zur Regelung der Heizung kann das Innere des Bewehrungselements außerdem mit einem Matrixmaterial ausgefüllt werden, das einen temperaturabhängig variablen elektrischen Widerstand aufweist. Zudem ist es nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform vorgesehen, das Innere des Bewehrungselements mit einem Elektrolyten auszufüllen, um eine kurzzeitige Energiespeicherung durch einen Kondensatoreffekt zu erreichen. Die elektrischen Eigenschaften können auch durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung eingestellt, gesteuert oder verändert werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungselements, wie es zuvor beschrieben wurde. Die Herstellung erfolgt durch Weben, Flechten oder Wickeln der Gitterstruktur aus einem Garn, bevorzugt aus mehreren Garnen. Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kreuzungen des wenigstens einen Garns durch Verkleben, Verschweißen oder Vernähen fixiert werden. Dadurch können die sich kreuzenden Garne in definierter Weise in ihrer Beweglichkeit gegeneinander eingeschränkt und so die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Scherelastizität des Bewehrungselements insgesamt kontrolliert bzw. eingestellt werden.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Inneren des im Matrixmaterial eingebetteten Bewehrungselements ein Hohlraum geschaffen wird. Insbesondere wird der Hohlraum in der Weise geschaffen, dass in das Innere des Bewehrungselements ein luftdichter Schlauch eingelegt wird und der Schlauch durch einen angelegten Fluiddruck auf einen Durchmesser expandiert wird, der dem Durchmesser des zu schaffenden Hohlraums entspricht. Das Matrixmaterial, insbesondere Beton, wird danach aufgebracht und nach dem Aushärten des Matrixmaterials wird der Fluiddruck in dem Schlauch aufgehoben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei nicht auf einen Schlauch mit kreisförmigem Querschnitt beschränkt, es kommt vielmehr jede beliebige Querschnittsform in Betracht, die der gewünschten inneren Geometrie entspricht. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient dem Vorhalten einer Lastreserve. Das Innere des Bewehrungselements ist zunächst mit einem ausgehärteten Matrixmaterial ausgefüllt. Bricht dieses bei Überlast und die Bruchstelle wird gestreckt, bildet sich eine Einschnürung aus und das Bewehrungselement aktiviert gleichzeitig eine Lastreserve, indem es eine duktile Trageigenschaft entfaltet. Die Streckung und die damit einhergehende Bewegung der Struktur sorgt für eine im Bauwesen geforderte Ankündigung des Strukturversagens durch Überschreiten der Traglast. Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Globalbewehrung für ein Betonbauteil gelöst, umfassend wenigstens ein Bewehrungselement, wie es zuvor beschrieben wurde. Erfindungsgemäß ist dazu das wenigstens eine Bewehrungselement mittels wenigstens einem Verbindungselement an eine lokale Bewehrung, wie z. B. eine Bewehrungsmatte, oder an ein weiteres Bewehrungselement gemäß obiger Beschreibung unmittelbar oder beabstandet angebunden. Durch das Leerrohr oder den Hohlraum in dem Bewehrungselement ist ein Element zur bauteilübergreifenden Kraftübertragung geführt, sodass das Betonbauteil mit einem weiteren Betonbauteil kraftleitend verbunden ist. Das Verbindungselement ist vorteilhafterweise als eine Bandschlaufe oder spiralförmig ausgebildet, wobei bevorzugt ein Einführhaken zur erleichterten Montage des spiralförmigen Verbindungselements umfasst ist.

Die Globalbewehrung ist eine Bewehrung, die das erfindungsgemäße Bewehrungselement, ausgeführt als netzförmiger, Flecht-, Web-, Wickel- oder Gelegeschlauch, insbesondere auf Basis von Carbonfasern, sowie weiterhin die integrierte Längsbewehrung aus Carbonstäben oder -tows umfasst. Die Globalbewehrung liegt bevorzugt auf den Betonschichtinnenseiten, damit im Bauteilinneren. Eine alternative Anordnung der globalen Bewehrung ist eine von der inneren zur äußeren Oberfläche wechselnde Lage und/oder umgekehrt. Das Bewehrungselement ist dazu mit der lokalen Bewehrung über Verbindungselemente, beispielsweise ausgeführt als Bandschlaufe oder Spirale, verbunden und während der Betonage mit einem dehnbaren, flexiblen und später entfernbaren Material gefüllt, wie oben beschrieben. Die Schläuche werden bei der Fertigung komplett von Beton umhüllt. Anschließend, nach der Betonage und Fertigung der Elemente lässt sich das Füllmaterial aus den Schläuchen entfernen. Nach dem Zusammensetzen und Verbinden der Elemente werden durch die Hohlräume die Carbonstäbe bzw. -tows gezogen, wodurch die Globalbewehrung funktionsfähig wird. Abschließend kann das Verpressen der verbleibenden Hohlräume mit einem Verpressmörtel erfolgen, wodurch ein Verbund zwischen dem Carbonstab bzw. -tow und der Betontragschicht hergestellt und das Gesamttragverhalten des Systems verbessert wird. Der Verbund zwischen den Carbontows und dem von Feinbeton umgebenen Flechtschlauch, dem erfindungsgemäßen Bewehrungselement, beeinflusst das Tragverhalten erheblich.

Während Carbontows eine materialbedingt hohe Steifigkeit, Festigkeit und Sprödigkeit aufweisen, ist das erfindungsgemäße Bewehrungselement, ausgeführt als ein Flecht-, Web-, Wickel- oder Gelegeschlauch, insbesondere aus Carbonfasern, vor allem vergleichsweise weich und dehnfähig. Das Zusammenwirken der beiden Bewehrungen, der lokalen Bewehrung und der Globalbewehrung, stellt die benötigte Duktilität des Verbundwerkstoffes sicher und gewährleistet die im Bauwesen geforderte Ankündigung des Strukturversagens bei Überschreiten der Traglast. Die maximale Ausnutzung der Tragreserve des Materials geht mit großen Verformungen einher, die die erfolgte Überlastung anzeigen bzw. damit das bevorstehende vollständige Strukturversagen bereits ankündigen. Ein besonders vorteilhafter Einsatz des erfindungsgemäßen Bewehrungselements entsteht somit, wenn durch das Leerrohr oder den Hohlraum ein Element zur bauteilübergreifenden Krafteinleitung und insbesondere Kraftübertragung, beispielsweise ein gebundener oder ungebundener Stab, Roving, Tow oder Strang, als Globalbewehrung geführt ist. Hierdurch ist das Betonbauteil mit einem weiteren Betonbauteil verbindbar und eine Globalbewehrung, wie zuvor beschrieben, entsteht.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Bewehrungselements, wie es zuvor beschrieben wurde, als Führungskanal für eine ergänzende Bewehrung, insbesondere die Globalbewehrung, aber auch als Vorspannkanal, Duktilitätsbewehrung, als Fluidleitung oder als Führungskanal für eine Fluidleitung, eine Stromleitung oder eine Leitung für andere für elektrische Funktionen, wie z. B. eine Steuerungsleitung. Der Führungskanal dient insbesondere der Aufnahme eines innerhalb liegenden axial zu belastenden Bewehrungselements. Dieses stellt eine Ausführungsform der Globalbewehrung dar und kommt im Falle des Versagens des Betonbauteils bzw. des betreffenden Bauteils zum Einsatz. Ebenso kann das Bewehrungselement eine Bewehrung aufnehmen, die vorgespannt wird und dauerhaft belastet ist. Es dient dann als Vorspannkanal. Beim Einsatz als Duktilitätsbewehrung kommen die mechanischen Eigenschaften des Bewehrungselements selbst zum Tragen, indem es bei Überlastung unter einem hohen Verformungsgrad eine Lastreserve entfalten kann. Weiterhin ist der innere Hohlraum zur Aufnahme der verschiedenen Leitungen über das gesamte Betonbauteil, über die Grenzen der Betonstrukturelemente hinweg, geeignet.

Die Erfindung betrifft auch eine Programmdatei zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 zur Ausführung in einer Garnlegevorrichtung oder in einem Computer, der eine Garnlegevorrichtung steuert. Die Programmdatei umfasst auch eine Prozedur oder einen Algorithmus zur automatischen Garnablage.

Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements;

Fig. 2: schematisch einen perspektivischen vergrößerten Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements;

Fig. 3: schematisch in seitlicher und geschnittener Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements und dessen Einbettung in ein Matrixmaterial;

Fig. 4: schematisch einen Abschnitt sich kreuzender Garne bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements;

Fig. 5: schematisch in perspektivischer und seitlicher Ansicht drei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente, die sich in der Ausbildung des Abschnitts sich kreuzender Garne unterscheiden;

Fig. 6: schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente und ihrer Einbettung in Matrixmaterialien;

Fig. 7: schematisch in seitlicher Ansicht und Ansicht von vorn eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements mit Beschichtung;

Fig. 8: schematisch in seitlicher Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements und die Aktivierung einer Lastreserve; Fig. 9: schematisch in perspektivischer und geschnittener Ansicht zwei

Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements und deren innere Hohlraumprofile;

Fig. 10: schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements mit Hohlraum;

Fig. 11: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements beim Einsatz als Globalbewehrung;

Fig. 12: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements in einer Verbindung mit weiteren erfindungsgemäßen Bewehrungselementen;

Fig. 13: schematisch in perspektivischer Ansicht und Ansicht von vorn eine

Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements für erfindungsgemäße Bewehrungselemente;

Fig. 14: schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements für erfindungsgemäße Bewehrungselemente;

Fig. 15: schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements beim Einsatz als Globalbewehrung;

Fig. 16: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements mit variierendem Durchmesser; Fig. 17: schematisch in perspektivischer Ansicht ein Betonbauteil, umfassend eine Ausführungsform erfindungsgemäßer Bewehrungselemente und Fig. 18: eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betonbauteils. Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, das aus spiralförmig gelegten und miteinander beispielsweise gewebeartig verschlungenen Garnen 2 besteht. Durch die spiralförmige Ablage der einzelnen Garne 2 in unterschiedlichen Richtungen ergeben sich zwischen den Garnen 2 kreuzende Abschnitte 3.

In der bevorzugten Ausführungsform kreuzen sich jeweils unterschiedliche Garne, die jedes von einer eigenen Spule entnommen werden. Alternativ dazu ist es aber auch vorgesehen, dass nur ein Garn von einer einzigen Spule entnommen und in der gewünschten Weise (vgl. Fig. 5) gewickelt wird. In dem Fall kreuzt sich das Garn 2 in den kreuzenden Abschnitten 3 jeweils mit sich selbst. Fig. 2 zeigt schematisch einen perspektivischen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, wobei die miteinander gewebeartig verschlungen Garne 2 und die Herausbildung der sich kreuzenden Abschnitte 3, eingerahmt in einem Kasten (vergleiche auch Fig. 4 mit einer vergrößerten Darstellung dieses Bereichs), deutlicher erkennbar sind.

Fig. 3 zeigt schematisch in seitlicher und geschnittener Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, umfassend Garne 2, und dessen Einbettung in ein Matrixmaterial 4 eines Betonbauteils, das auch das Innere des Bewehrungselements 1 ausfüllt.

Fig. 4 zeigt schematisch und vergrößert einen Abschnitt 3 sich kreuzender Garne 2 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1. In dem Abschnitt 3 ist die Bewegung der Garne 2, wenn das Bewehrungselement 1 auf Zug oder Druck belastet wird, durch Pfeile gekennzeichnet. In Abhängigkeit von der Art und insbesondere der Steifigkeit der Verbindung im Abschnitt 3 (vergleiche Fig. 5) setzt das Bewehrungselement 1 Zug oder Druck einen höheren oder geringeren Widerstand entgegen. Fig. 5 zeigt schematisch in perspektivischer und seitlicher Ansicht drei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente 1, die sich in der Ausbildung des Abschnitts 3 mit den kreuzenden Garnen 2 unterscheiden. Die Darstellung unter Buchstabe a) zeigt, wie auch in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, ein nach Art eines Gewebes hergestelltes Bewehrungselement 1. Das einzelne Garn 2 liegt im Wechsel einmal über und einmal unter dem in der jeweils anderen Richtung spiralförmig gelegten Garn 2.

Bei der Wickeltechnik, wie sie in der Darstellung unter Buchstabe b) gezeigt wird, liegen alle Garne 2 der ersten Wickelrichtung unter den Garnen 2 der zweiten Wickelrichtung. Die entsprechend dem Effekt eines Gewebes vorhandene Stabilität gemäß Ausführungsform a) ist nicht gegeben, die sich kreuzenden Abschnitte 3 müssen daher auf andere Weise, insbesondere stofflich (beispielsweise chemisch durch Verkleben) gesichert werden. Die gleiche Art des Wickeln wie unter Buchstabe b) wird auch in der Ausführungsform unter Buchstabe c) gezeigt, hier allerdings ergänzt um eine Verbindung der Abschnitte 3‘ durch Nähstiche. Demzufolge handelt es sich hierbei um eine mechanische Verbindung der Abschnitte 3‘. Gleichwohl kann diese Verbindung durch eine stoffliche Sicherung ergänzt werden. Auf jeden Fall beeinflusst die Art der Verbindung, insbesondere deren Festigkeit und Steifigkeit, die Dehnbarkeit des Bewehrungselements 1.

Fig. 6 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente 1 und ihrer Einbettung in Matrixmaterialien 4 bzw. 6. Dabei spielt die Steuerung der Verbindung zwischen dem Bewehrungselement 1 und des dieses umgebenden Matrixmaterials 4 eine herausragende Rolle. Diese Steuerung wird insbesondere erreicht durch eine Beschichtung 5 (vergleiche auch Fig. 7), die eine trennende Lage zwischen dem Bewehrungselement 1 bzw. dem Garn 2 einerseits und dem Matrixmaterial 4 oder 6 andererseits bildet. Als inneres Matrixmaterial kann das Matrixmaterial 4 des Betonbauteils (vergleiche Varianten c und a) oder auch ein gesondertes Matrixmaterial 6 (vergleiche Varianten d, b und davon abgeleitet die Varianten e, f und g) zur Anwendung kommen.

Die zuvor beschriebene Beschichtung 5 kommt bei den unter den Buchstaben c) und d) gezeigten Varianten zum Einsatz. Neben der Steuerung der Festigkeit der Verbindung bzw. der Kontrolle der Krafteinleitung können auch andere Effekte damit erzielt werden, beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit verbessert bzw. erreicht oder einer Alterung der eingesetzten Garne 2, hervorgerufen durch Kontakt mit dem Matrixmaterial 4 oder 6, vorgebeugt werden. Der Einsatz des inneren Matrixmaterials 6 ermöglicht auch die Integration weiterer Funktionen wie beispielsweise die unter den Buchstaben e) bis g) dargestellten (jedoch nicht darauf beschränkt). Hierzu zählt der Einbau von flexiblen Leitungen für Flüssigkeiten, Gase oder Elektrizität bzw. von Datenleitungen. Weiterhin können zusätzliche Elemente zur Krafteinleitung darin verlegt und damit eine Globalbewehrung ausgebildet werden. Als zusätzliche Elemente kommen Stäbe, Rovings, Seile oder Stränge mit oder ohne Vorspannung, gebunden oder ungebunden in Betracht.

Fig. 7 zeigt schematisch in seitlicher Ansicht und Ansicht von vorn eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 mit Beschichtung 5, mit der insbesondere die Verbindung und Kraftübertragung zwischen dem Bewehrungselement 1 und einem Matrixmaterial gesteuert werden kann. Es können aber auch weitere Funktionen realisiert werden (vergleiche Erläuterungen zu Fig. 6).

Fig. 8 zeigt schematisch in seitlicher Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 und die Wirkung der Globalbewehrung. Das mit einem inneren Matrixmaterial 6 versehene Bewehrungselement 1 (Buchstabe a) wird überlastet (Buchstabe b) und eine innere, in der Darstellung nicht von außen sichtbare Bruchstelle 22 entsteht. Danach bedingt eine auf das Bewehrungselement 1 wirkende Zugkraft, dass sich der Bereich der Bruchstelle 22 längt und zugleich in Querrichtung einschnürt (siehe Buchstaben c) und d). Ist die Einschnürung 23 stark genug und die Bruchstelle entsprechend gedehnt, tritt die Wirkung der Global- bzw. Duktilitätsbewehrung ein, die eine Lastreserve aktiviert hat und zugleich einen hohen Grad der Verformung aufweist. Die Verformung zeigt ein bevorstehendes Strukturversagen an.

Die gezeigte Ausführungsform einer Globalbewehrung kommt ohne zusätzliches Element, wie ein im Inneren des Bewehrungselements 1 angeordnetes Tow, aus und weist zudem eine erwünscht hohe Duktilität auf. Fig. 9 zeigt schematisch in perspektivischer und geschnittener Ansicht zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 und deren im Inneren ersetzbaren Profile, die Schläuche 18, 18‘ und die Gummiprofile 24, 24‘, die jeweils die Herausbildung eines Hohlraums 17 mit entsprechendem Querschnitt (vergleiche Fig. 10) bei der Einbringung eines Matrixmaterials ermöglichen.

Die Darstellung nach Buchstabe a) zeigt die Möglichkeiten, einen profilierten Hohlraum im Inneren des erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 herzustellen. Dies erfolgt entweder durch ein Gummiprofil 24‘ oder durch einen Schlauch 18‘, der im Inneren mittels eines Fluids mit Druck beaufschlagt werden kann (vergleiche auch hierzu den Verfahrensablauf, wie er zu Fig. 10 beschrieben wird).

Entsprechendes zeigt die Darstellung unter Buchstabe b), wo aber ein Hohlraum mit Kreisquerschnitt hergestellt wird. Dazu dienen ein Schlauch 18 mit entsprechendem kreisförmigem Querschnitt oder ein Gummiprofil 24 mit einem ebensolchen Querschnitt. Fig. 10 zeigt schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 mit Hohlraum 17. Dazu ist, wie unter Buchstabe a) dargestellt ist, das Bewehrungselement 1 mittels einer Bandschlaufe 13 auf einer lokalen Bewehrung 19, beispielsweise einer flachen Bewehrungsmatte, befestigt. In das Innere des Bewehrungselements 1 wird, wie unter Buchstabe b) gezeigt, der Schlauch 18 eingeführt. Dieser wird, vergleiche hierzu die Darstellung unter Buchstabe c), im Inneren mit einem Druck, beispielsweise Luftdruck, beaufschlagt und unmittelbar darauf das Matrixmaterial 4, insbesondere Beton, aufgebracht. Der Innendruck im Schlauch 18 sorgt dabei dafür, dass trotz der Belastung durch das Matrixmaterial 4 der Hohlraum 17 bestehen bleibt. Nach dem Aushärten des Matrixmaterials 4 wird der Druck in dem Schlauch 18 verringert und der Schlauch 18 selbst kann aus dem nun entstandenen Hohlraum 17 ebenfalls entfernt werden, wenn er nicht für andere Zwecke, beispielsweise zur Abdichtung oder der Verwendung als Fluidleitung, genutzt werden soll.

Fig. 11 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, insbesondere beim Einsatz zur Globalbewehrung. Als Globalbewehrung wird in Abgrenzung zur lokalen Bewehrung eine Einsatzform des rohrförmigen Bewehrungselements 1 gemäß der vorliegenden Darstellung bezeichnet. Dazu ist zunächst das Bewehrungselement 1 mittels eines spiralförmigen Verbindungselements 12 mit einer lokalen Bewehrung 19, hier einer flachen Bewehrungsmatte, verbunden. Die Bewehrungsmatte kann auch dreidimensional in einer Freiform umgeformt sein. Für die Herstellung der Globalbewehrung für hohe Lastreserven unter

Extremzuständen und bei Überlastung werden in das fertige, aus den Betonstrukturmodulen zusammengesetzte Betonbauteil übergeordnete globale Bewehrungsstränge, beispielsweise Tows mit einer netzförmigen Ummantelung, die gewickelt, geflochten, gewebt oder gelegt sein kann, eingeführt. Dazu dient der durchgehende Hohlraum in dem Bewehrungselement 1. Durch eine sehr hohe Dehnbarkeit entsteht bei der Aktivierung eine hohe Bauteilduktilität. Somit sorgt die globale Bewehrung dafür, dass auch nach einem möglichen Versagen der lokalen Basisbewehrung infolge einer möglichen Extrem belastung der Zusammenhalt der gesamten Tragstruktur gewährleistet bleibt. Die Globalbewehrung besteht aus Tows, d. h. sehr dicken Carbonfasersträngen mit Faserstrangdurchmessern von beispielsweise 15 mm ² (> 3000 kN), die die gesamte Baustruktur lastpfadgerecht überspannen. Im Falle einer plötzlichen Überbeanspruchung und einem Versagen der Primärbewehrung, der lokalen Bewehrung bzw. der Basisbewehrung, werden die aufzunehmenden Zugkräfte in die Globalbewehrung (bzw. Sekundärbewehrung) umgelagert, die dann die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion sicherstellt.

Alternativ zu der Durchführung globaler Bewehrungsstränge durch das Bewehrungselement kann auch das Bewehrungselement selbst über die Betonstrukturmodule durchgängig gestaltet und mit einbetoniert sein. Auch auf diese Weise wird ebenfalls eine Globalbewehrung erreicht.

Um ein mögliches Strukturversagen frühzeitig und durch eine deutlich spürbare Verformungszunahme anzukündigen, wird die Globalbewehrung von einer Textilstruktur in Form einer schlauchförmig verflochtenen, verwebten oder auf andere Weise hergestellten erfindungsgemäßen Bewehrungselementen mit axialintegrierten Rovings, im Folgenden auch als Duktilitätsbewehrung bezeichnet, umgeben, die unter deutlicher Verformungszunahme die Belastungen der Tragstruktur aufnimmt. Unter Ausnutzung des hohen Energieaufnahmevermögens der Duktilitätsbewehrung bei großen Verformungen kann eine hohe Effizienz bei geringem Ressourceneinsatz erreicht werden, so dass hierfür deutlich geringere Garnquerschnitte (< 5 mm ² ) als bei der Globalbewehrung, die zudem gesonderte, in das erfindungsgemäße Bewehrungselement eingeführte zusätzliche Elemente wie Tows benötigt, erforderlich sind.

Fig. 12 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 in einer Verbindung mit weiteren erfindungsgemäßen Bewehrungselementen 1, wobei wiederum (vergleiche auch Fig. 11) das spiralförmige Verbindungselement 12 zum Einsatz kommt. Die

Bewehrungselemente 1 können dabei parallel verlaufen, wie dargestellt, oder eine andere Orientierung aufweisen.

Fig. 13 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht und Ansicht von vorn eine Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements 12 für die Anbindung erfindungsgemäßer Bewehrungselemente 1. Die Dimensionen des spiralförmigen Verbindungselements 12, die Länge, der Spiraldurchmesser oder die Steigung der Spirale werden auf Grundlage der Erfordernisse festgelegt. Zusätzliche Vorteile bringt ein Einführhaken 14, mit dem ein leichteres Einführen des Verbindungselements 12 in eine lokale Bewehrung, wie eine Bewehrungsmatte, in ein weiteres Bewehrungselement 1 oder in ein anderes Bewehrungselement in dreidimensionaler Form ermöglicht wird.

Die Bewegungen, wie sie beim Einbau des Verbindungselements 12 erforderlich sind, werden mit den Bezugszeichen 15 für die Drehbewegung und der daraus resultierende Längsbewegung 16 in Einschraubrichtung mittels Pfeilen näher bezeichnet.

Fig. 14 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements 12‘ für erfindungsgemäße Bewehrungselemente 1. Hierbei ist ein über die Länge variierender Durchmesser des spiralförmigen Verbindungselements 12‘ vorgesehen, der bei der Montage einen vorgesehenen Abstand zwischen Bewehrungselement 1 und lokaler Bewehrung 19 ermöglicht.

Fig. 15 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 für den Einsatz als

Globalbewehrung, wobei die Verbindung mit der lokalen Bewehrung 19 auf einfache Weise durch Bandschlaufen 13 erfolgt.

Fig. 16 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, bei dem das Garn 2 mit über die Länge des Bewehrungselements 1 variierendem Durchmesser gelegt, gewickelt bzw. im konkreten Fall gewebt ist.

Fig. 17 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines Betonbauteils 20, umfassend eine Ausführungsform erfindungsgemäßer

Bewehrungselemente 1. Das Betonbauteil 20 wird zusammengesetzt aus mehreren Betonstrukturmodulen 21, deren Verbindung untereinander durch eine hier nicht gesondert bezeichnete Randverbindung 40 (vgl. Fig. 18), optional zusätzlich durch die Globalbewehrung ermöglicht wird. Dies kann beispielsweise durch das Bewehrungselement 1 mit eingeführter Verstärkung, insbesondere einen Strang 9 (vgl. ebenfalls Fig. 18), erfolgen. Der Strang 9 fasst mehrere Betonstrukturmodule 21 zusammen und sorgt für eine zusätzliche Stabilität des Betonbauteils 20.

Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betonbauteils 20 sieht vor, dass das Bewehrungselement 1 selbst mehrere Betonstrukturmodule 21 zusammenfasst. Dazu ist erforderlich, die einzelnen Betonstrukturmodule 21 gemeinsam und nach dem Zusammenfügen zu betonieren, wobei gleichzeitig das Bewehrungselement 1, das über mehrere Betonstrukturmodule 21 verläuft, mit einbetoniert wird. Es verbindet damit zusätzlich zu den Randverbindungen 40 die Betonstrukturmodule 21 miteinander. Eine zusätzliche Sicherung ist dennoch möglich.

Fig. 18 zeigt in einem Ausschnitt eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betonbauteils 20. In der dargestellten Ausführungsform ist dieses als Sandwichelement dargestellt, sodass die Betonstrukturmodule 21 der beiden Schalen jeweils mittels einer gesonderten Randverbindung 40 mit dem benachbarten Betonstrukturmodul 21 verbunden sind. Der ohne Beton Überdeckung gezeigte Bereich der lokalen Bewehrung 19 verdeutlicht das Ineinandergreifen der Garnschlingen 34, die jeweils zur lokalen Bewehrung 19 der beiden angrenzenden Betonstrukturmodule 21 gehören.

Weiterhin wird eine Querkraftbewehrung 36, eine kastenförmige Bewehrung aus einem textilen gitterartigen Gebilde gezeigt, die sowohl in die beiden Schalen des Sandwichelements eingreift, als auch die Verbindungs- und Abstandsstruktur zwischen den beiden Schalen darstellt.

Weiterhin ist das rohrförmige Bewehrungselement 1 vorgesehen, das die Einleitung hoher Kräfte in der vorgesehenen Richtung ermöglicht und diese ableitet. Das Bewehrungselement 1 kann auch Kräfte über mehrere Betonstrukturmodule 21 hinweg ableiten. Dazu ist ein Strang 9 in das Innere des Bewehrungselements 1 eingeführt. Der Strang 9 verbindet mehrere Betonstrukturmodule 21 miteinander und kann global über die Betonstrukturmodule 21 bzw. das Betonbauteil 20 hinweg Kräfte aufnehmen, beispielsweise bei einem Versagen der Randverbindung 40, und stellt damit die Funktion einer Globalbewehrung sicher. Bezugszeichenliste

1 Bewehrungselement

2 Garn

3, 3‘ kreuzender Abschnitt

4 Matrixmaterial (Betonbauteil)

5 Beschichtung

6 inneres Matrixmaterial

7 Leerrohr

8 Längsbewehrung

9 Strang

10 Fluidleitung

11 elektrische Leitung

12, 12‘ spiralförmiges Verbindungselement

13 Bandschlaufe

14 Einführhaken

15 Drehbewegung

16 Längsbewegung

17 Hohlraum

18 Schlauch

19 lokale Bewehrung

20 Betonbauteil

21 Betonstrukturmodul

22 Bruchstelle

23 Einschnürung

24 Gummiprofil

34 Garnschlinge

36 Querkraftbewehrung

40 Randverbindung