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Gegenstand der Erfindung ist ein
Verbundmauerstein, der die Dimension und Verarbeitbarkeit eines üblichen
Mauersteins aufweist und aus mindestens zwei vorgefertigten Steinen
und mindestens einer dazwischen befindlichen Funktionsschicht (wärmeisolierende,
schallisolierende, brandhemmende Schicht etc.) besteht, die durch
Bänder,
Drähte
oder Spangen fest zusammengehalten weiden. Der Verbundmauerstein
soll entsprechend dar geforderten Eigenschaften industriell gefertigt
werden und zur Errichtung von quasi doppelschaligen Außenwänden dienen,
die somit in einem Arbeitsgang aufgemauert werden können. Insbesondere
eignet sich die vorgestelle Verbundvariante in Kombination mit einem
evakuierten Dämmpaneel.
Mit dem System läßt sich
bei einem Gesamtaufbau von unter 30 cm ein Mauerwerk realisieren,
das bei einer Dämmstärke des
Vakuumpaneels von 4 cm den Dämmstandard eines
Passivhauses (U < 15
W/m2K) übertrifft.
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[Stand der Technik]
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Im Außenwandbereich gewinnen doppelschalige
Bauweisen immer mehr an Bedeutung, insbesondere bei Niedrigenergie-,
bzw. Passivenergiehäusern,
welche neben der eigentlichen Mauer eine Schicht aus effektiv wärmeisolierendem
Material aufweisen müssen. Üblicherweise
wird im ersten Arbeitsgang die Mauer errichtet; in einem zweiten
Arbeitsgang wird die Isolierschicht befestigt und gegebenenfalls
in einem dritten Arbeitsgang eine Vorsatzfassade angebracht. Durch
diese arbeitsintensiven Maßnahmen
am Bau gelten doppelschalige Außenwände als
kostspielig.
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Im Außenwandbereich wird bei der
doppelschaligen Bauweise zwischen Vorsatzschale und Tragschale unterschieden.
Die Tragschale nimmt vor allem die Lasten im Gebäude auf. Gegebenenfalls ist es
ausreichend, die Gebäudedecke
(oder eine Zwischendecke) nur auf die Tragschale aufzulegen; die Stirnseite
der Decke wird somit wie die Tragschale von der Isolierschicht überdeckt.
Die Vorsatzschale dient dem Wetterschutz und wird üblicherweise
dünner
und leichter ausgeführt
als die Tragschale. Die Vorsatzschale wird in der Regel über Stahlanker
an der Tragschale befestigt, um eine ausreichende Standsicherheit
der Vorsatzschale zu gewährleisten. Sei
einer hochdämmenden
Doppelschale sollte jedoch nach Möglichkeit auf eine Verankerung
durch Stahlanker verzichtet werden, um Wärmebrücken zu vermeiden.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Der industriell gefertigte Verbundmauerstein beinhaltet
mindestens zwei Schalen (z.B. Vorsatzschale und Tragschale) und
eine dazwischenliegende Funktionsschicht. Die Aufgabe der Erfindung
war es, ein System zu finden, das die beiden Mauerschalen mit der
Dämmplatte
mechanisch zusammenhält ohne
Wärmebrücken zu
bilden. Eine Verklebung der Dämmung
mit den schalen ist insbesondere für Vakuumpaneele nicht möglich, da
bei einer Belüftung
der Vakuumplatten eine Haftung der Umhüllungsfolie mit dem Dämmkern nicht
mehr gewährleistet
ist.
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Dieses Problem wurde in der Weise
gelöst, dass
die einzelnen Teile durch Bänder,
Drähte
oder Spangen auf der Weise zusammengehalten werden, dass Wärmebrücken minimiert
sind. Der erfindungsgemäße Verbundmauerstein
ermöglicht
die Errichtung einer quasi doppelschaligen Wand in einem Arbeitsgang.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass zusätzliche Sicherungsanker, die
Wärmebrücken bilden,
nicht mehr benötigt
werden.
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Die Erfindung kann auch auf konventionelle Dämmmaterialen
oder andere Füllmaterialen
für die Funktionsschicht
angewendet werden.
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[Beschreibung der Erfindung]
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Die Funktionsschicht kann aus einem
wärmeisolierenden
und/oder schallisolierenden Material bestehen oder auch aus einem
brandhemmenden Material; eine Kombination verschiedener Funktionsschichten
sei in die Erfindung eingeschlossen. Ebenfalls nicht ausgeschlossen
sei ein gegebenenfalls mehrschaliger Verbundmauerstein; z.B. aus
drei Schalen und zwei Funktionsschichten. Beim Material der einzelnen
Schalen sei an die üblichen
Materialien für
Mauersteine gedacht (z.B. Ziegel, Beton, Kalkstein); anderer geeignete
Baumaterialien seien aber nicht ausgeschlossen, Der Einfachheit
halber soll im Folgenden ein doppelschaliger Verbundmauerstein mit
einer Funktionsschicht beschrieben werden. Zur Auswahl der Funktionsschicht
soll aufgrund der wichtigen Bedeutung im Bauwesen der Einsatz von
wärmeisolierendem
Material, insbesondere von evakuierten Dämmplatten, genauer ausgeführt werden.
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Die 1 bis 4 zeigen Befestigungsmögliehkeiten,
mit der die dreiteiligen Verbundmauersteine eine stabile Einheit
bilden, Zwei, die Außen-
und Innenschale bildenden Mauersteine und eine Wärmeisolationsschicht liegen über ihren
gleichgroßen rechteckigen
Flächen
sandwichartig aufeinander und werden durch Bänder (siehe 1, 2 und 3) oder Spangen (4) fest miteinander verbunden.
Die wesentliche Eigenschaft der Befestigungssysteme liegt darin,
dass sie die wegen ihrer geringen Materialstärke einen nur unwesentlichen Beitrag
zur Wärmeübertragung
(bzw. Schallübertragung)
von Innenschale zur Außenschale
liefern und dennoch alle Teile fest genug miteinander verbinden.
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1 bis 3 zeigen Verbundmauersteine,
deren Einzelteile durch Bänder
fest aufeinandergepresst werden: ein Verbundmauerstein mit den Maßen 30 cm
* 30 cm * 50 cm (Höhe
* Breite * Länge) benötigt mindestens
zwei Bänder
für einen
festen Zusammenhalt. Dabei ist es möglich die Bänder horizontal {l) oder vertikal (2 und 3)
bezüglich
der Einbaurichtung um den Verbundmauerstein zu legen. sind in den
Mauersteinen innenliegende, senkrecht durchgehende Schlitze vorhanden
(z.B. bei Hohllochziegeln), so können
die Bänder – bei vertikalem
Einbau – durch
diese Öffnungen
geführt
werden (siehe 2). Bei dieser sehr
zweckmäßigen Lösung werden
die Bänder
nicht an der Außenseite des
Verbundsteins entlanggeführt
und sind womit nach dem Errichten der Mauer nicht mehr sichtbar. Dies
ist unabdingbar bei Sichtmauerwerk oder wenn die Bänder beim
Auftragen einer Putzschicht störend wirken
sollten. Bei der Lösung
nach 3 können aber
die Bänder
außen
am Stein auch in Vertiefungen geführt werden.
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Da viele Mauersteine zur Bildung
eines besseren. Verbunden über
ein System van Nut und Feder verfügen (siehe 1) ist insbesondere bei der vertikalen
Verwendung der Bänder
darauf zu achten, dass diese die Funktionsweise der Nuten und Federn nicht
boeinträchtigen.
Federn und Nuten müssen
an der Stelle, an, der die Bänder
verlaufen, so weit eingeschnitten sein, dass die Blinder weitestgehend
auf der Oberfläche
des Verbundmauersteines aufliegen.
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Als Haltebänder hervorragend geeignet
erscheinen die aus der Verpackungstechnik bekannten Packbänder. Diese
Packbänder
(Breite ca. 2 cm) bestehen aus Metall, Kunststoff, GFK etc. und
dienen zur Verpackung und Stabilisierung von großen Kartons oder zur Fixierung
von Transportgut auf Paletten. Die Packbänder werden mit einer Spezialzange um
den zu vepackenden Gegenstand gespannt und mit einer Klammer – üblicherweise
aus Metall – fixiert. Automatische
Geräte
zur Anbringung dieser Packbänder
sind bekannt und könnten
ohne weiteres zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundmauersteine Anwendung
finden. Anstatt von Packbändern können auf ähnliche
Weise auch Drähte
aus Stahl eingesetzt werden.
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Die zweite Möglichkeit zur Fixierung von
Außen-
und Innenschale des Verbundmauersteins besteht in der Anbringung
von plattenartigen Spangen aus gering wärmeleitenden Material, z.B.
aus Kunststoff (PVC o. ä.),
an mindestens zwei gegenüberliegenden
Seiten des Verbundmauersteins. Die in der Grundform rechteckigen
Spangen decken den Zwischenraum zwischen Außen- und Innenschale ab und
fixieren diese mit Hilfe von Schrauben, Stiften oder Dübeln. Im
Gegensatz zu den Bändern,
welche die Bauteile des Verbundmauersteins fest aneinander pressen,
wirken die Spangen als Abstandshalter. Mit Hilfe dieses Befestigungssystems
können
Funktionsschichten zwischen die innere und äußere Schale eingebracht werden,
die nicht druckstabil sind; z.B. wärmeisolierende Mineralwolle.
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Eine weitere Möglichkeit zur Fixierung mit Bändern besteht
darin, dass zusätzlich
zum Material der Funktiansschicht Abstandshalter zwischen Innen-
und Außsenschale
angebracht werden. Der Vorteil dabei ist, dass weiterhin Packbänder verwendet
werden können,
aber durch die Abstandshalter eine definierte Spaltbreite der Funktionsschicht
erreicht wird, unabhängig
davon, wie druckstabil das Material ist.
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Als wärmeisolierende Funktionsschicht
im Verbundmauerstein bieten sich die zur Wanddämmung gängigen Schaummaterialien, wie
z.B. Polyurethanschaum oder Styropor aber auch insbesondere evakuierte
Dämmplatten
an. Als Vakuumdämmung
werden Vakuumpaneele verwendet, wie sie zum Beispiel aus dem Patent
DE 40 29 405 bekannt sind.
Dabei werden poröse
plattenförmige
wärmedämmaterialien
(z.B. gepresste Fällungskieselsäure) von
einer vakuumdichten metallfreien oder metallhaltigen Umhüllung umgeben
und evakuiert. Die Vakuumpaneele können eine Stärke von
5 mm bis 80 mm, vorzugsweise die übliche Stärke von 10 mm bis 40 mm aufweisen.
Die vakuumdichte Umhüllung
der Vakuumpaneele soll vorzugsweise zur Vermeidung von Wärmebrükken an
den Seitenkanten metallfrei sein. Ein mit einer Hochbarrierefolie
umhülltes
Vakuumpaneel auf der Basis verpresster Kieselsäure (z.B. mit den Maßen 50 cm
mal 24 cm) hat eine Wärmeleitfähigkeit
von ungefähr
0,005 W/mK. Mit der Verwendung dieser hocheffizienten Vakuumdämmungen kann
bei einer Dämmstärke von
4 cm ein U-Wert (früher
k-Wert) mit einem Betrag von weniger als 0,15 W/m
2K
erreicht werden: Damit könnte
ein Passivenergiehaus mit sehr geringen Außenwandmaßen errichtet werden.
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Vorzugsweise kommt für den Verbundmauerstein
ein Fixierungssystem aus metallfreien Packbändern, bzw, dünnen und
schmalen Edelstahlbändern
zum Einsatz, da diese nur eine geringe Wärmebrücke bilden.
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Die an sich empfindlichen Vakuumpaneele (die
Umhüllung
darf nicht verletzt werden!) sind besonders geeignet für die Verwendung
in dem schützenden
Verbundmauerstein. Gegebenenfalls muss zwischen die eventuell rauen
Oberflächen
der Mauersteine und die Oberflächen
der Vakuumdämmung noch
eine Folie oder ähnliches
eingesetzt werden, um zu verhindern, dass beim Anpressen Unebenheiten
die Umhüllung
der Vakuumdämmung
verletzen. Gegebenenfalls ist auch an den Seitenflächen des Verbundmauersteines
der sichtbare Randverbund der Vakuumdämmung mit schützenden
Folien- , Schaumstoffstreifen oder mit üblichen Dichtschaumbändern abzudecken.
Damit wird si chergestellt, dass beim Vermörteln keine Sandkörnchen oder Ähnliches in
das Vakuumpaneel eindrücken
und die Hochbarrierefolie durchdringen, so dass die Vakuumdämmplatte
sich belüftet.
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Bei der Verwendung von Packbändern wird auf
die Dämmplatte
ein Druckbelastung aufgeprägt. Dies
kann bei der Verwendung von Vakuumdämmplatten unter Umständen eine
Problem darstellen, wenn die Vakuumdämmplatten sich im Schadensfall (Belüften) um
5 bis 10% ihrer Dicke ausdehnen. Durch das Ausdehnen kann es zu
erhöhten
Spannungen für
die Bänder
oder gar im Mauerwerk kommen. Dies kann vermieden werden, wenn mindestens
eine Mauerwerksschale nicht vollflächig an dem Paneel anliegt
sondern Ausdehungshohlräume
wie in 5 skizziert vorgesehen
wenden.
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Für
eine Verringerung des Einflusses der Mörtelfuge auf den Wärmedurchgang über das
Gesamtmauerwerk sollten Plansteine verwendet werden. Bei der Verklebung
der Plansteine mit einer Dünnbettmörtelfuge
sollte die Dämmebene
ausgespart bleiben. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass eine Schutzfolie,
nach dem Aufbringen des Klebers von der Kante des Dämmpaneels
wieder abgezogen wird.
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Werden keine Plansteine verwendet,
so kann die Funktionsschicht entsprechend der Dicke der Mörtelfuge über die
Steinhöhe
hinausrage. Damit wird die Mörtelfuge über die
Dämmebene
hinweg unterbrochen und eine Wärmebrücke vermieden.
Insbesondere bei. Verwendung von Vakuumdämmplatten empfiehlt es sich,
die überstehende
Kante der Dämmung
mit einem dünnen
Kunststoff-U-Profil vor Beschädigung
beim Transport, Verarbeiten und Vermörteln zu schützen.