DE19927670C2 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Geogitters durch Falten eines zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebildes sowie danach hergestelltes dreidimensionales Gitter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensio­ nalen Geogitters durch Falten eines aus einer ersten und einer zweiten Schar von Verstrebungen bestehenden zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebildes, wobei die Verstrebungen bevorzugt im wesentlichen aus Metalldrähten, Kunststoffdrähten oder Kombinationen daraus bestehen und die Verstrebungen der ersten und der zweiten Schar jeweils parallel zueinander und im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, und wobei die Verstrebungen der ersten Schar mit den Verstrebungen der zweiten Schar Kreuzungspunkte bilden, über welche die Verstrebungen miteinander verbunden sind. Des weiteren betrifft die Erfindung dreidimensonale Geogitter, deren Verstrebungen Pyramiden bilden sowie die Verwendung solcher dreidimensionaler Geogittern als Dränagekern in Dränageelementen.

Dreidimensionale Geogitter sind beispielsweise aus der US 3,258,891 bekannt. Sie werden z. B. als Konstruktionselemente im Erd- und Straßenbau oder auch als Be­ wehrungsgitter, z. B. in Deichen, eingesetzt. Derartige Gitter dienen dabei der Stabili­ sierung der Aufbauten und dem Schutz der eingesetzten Materialien, wie z. B. der Erde, vor dem Absacken und/oder Verrutschen. Aufgrund ihres Einsatzes sind die Geogitter naturgemäß sehr hohen Belastungen ausgesetzt und müssen eine ent­ sprechende Stabilität aufweisen. Hohe Stabilität bei gleichzeitig geringem Mate­ rialeinsatz wird erreicht, wenn die Geogitter in bestimmten geometrischen Formen ausgebildet sind, wobei sich z. B. Tetraeder-, Pyramiden- oder Wabenstrukturen be­ sonders gut bewährt haben. Solche Strukturen sind besonders druckstabil und ge­ währleisten daher eine ausreichende strukturelle Integrität beim Einsatz der Geogit­ ter.

Die Herstellung solcher Geogitter kann gemäß US 3,258,891 durch das Zusammen­ fügen von Stäben zu den entsprechenden Strukturen geschehen, die dann an ihren Berührungs- oder Kreuzungspunkten, beispielsweise durch Schweißen, verbunden werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine Reihe von Arbeitsschritten und ist daher aufwendig und entsprechend kostspielig.

Einfacher erfolgt die Herstellung solcher dreidimensionaler Geogitter, indem man eine flaches bzw. ebenes Bahnmaterial verwendet, wie z. B. ein Blech, aus welchem durch Stanzen, Ätzen, Bohren oder andere Verfahren ein Teil des Materials, wie z. B. in der WO 97/04897 A1 beschrieben, entfernt wird, so daß die verbleibenden Teile des Bahnmaterials ein zusammenhängendes Netzwerk bzw. Gitter bilden, wobei man sich die verbliebenen Teile des Bahnmaterials als ein Gitter bildende und einstückig miteinander verbundene "Drähte" denken kann. Diese zweidimensionalen Netzwerke können anschließend durch Falt- und Biege­ prozesse zu den entsprechenden dreidimensionalen Gittern geformt werden.

Dreidimensionale Gitter, die durch Falten eines zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebildes aus sich kreuzenden und an den Kreuzungspunkten miteinander verbundenen Verstrebungen bestehen, sind aus der WO 97/04897 A1 bekannt. Hierbei wird das Strukturmaterial gewellt oder gefaltet, indem es unter Verwendung einer Presse, eines Pressenstempels und einer Matrize, oder durch Laufen durch einen Satz von Sägezahnwalzen bearbeitet wird. Vorzugsweise wird eine Walzen­ presse eingesetzt, die ein im wesentlichen flaches vorstehendes Teil und ein gekrümmtes zurückspringendes Teil enthält. Im Betrieb wird das zu faltende Material zwischen dem vorspringenden und dem rückspringenden Teil der Presse gebogen. Dieser Aufbau ist bevorzugt, da sich das Material beim Biegen bzw. Knicken zusam­ menzieht. Die zu faltenden Strukturelemente in WO 97/04897 A1 bestehen aus drei Gruppen von kontinuierlichen Drahtabschnitten und die Faltlinien verlaufen entlang einer Gruppe von parallelen Drähten.

Dreidimensionale Geogitter, die durch solche "Tiefzieh-Verfahren" wie sie in der WO 97/04897 A1 beschrieben sind, hergestellt werden, weisen jedoch Nachteile in der statischen Bestimmtheit ihrer Gitterstruktur auf, die durch unterschiedliche Verstreckung der Verstrebungen zwischen ihren Kreuzungspunkten und/oder durch das Erfordernis von abwechselnden Faltvorgängen in unterschiedliche Raumrichtun­ gen hervorgerufen werden.

Weiterhin ist ein dreidimensionales Raumgitter aus der US 5,849,645 bekannt. Fig. 5A und 5B dieser Patentschrift zeigen zwei Gitterstrukturen in Draufsicht, wobei die eine Gitterstruktur (Fig. 5A) im wesentlichen rechtwinklige und die andere Gitter­ struktur (Fig. 5B) im wesentlichen "diamantförmige" Öffnungswinkel aufweist. Eine Verfahren zum Erhalten dieser Gitterstrukturen durch Falten aus zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebilden ist in der US 5,849,645 jedoch nicht beschrieben noch wird es darin nahegelegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches Verfahren zur Her­ stellung eines dreidimensionalen Geogitters bereitzustellen, das die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik mindestens verringert. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine neue Verwendung für die nach dem erfindungemäßen Verfahren herstellbaren dreidimensionalen Geogitter bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines drei­ dimensionalen Geogitters, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß die zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebilde in einem Winkel zu den Verstrebungen der ersten und der zweiten Schar, welcher zwischen 10 und 80° liegt, in den Kreuzungspunkten zick-zack-förmig und zu parallel verlaufenden Falten gefaltet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert damit auf überraschend einfache Weise ein dreidimensionales Geogitter mit Pyramidenstruktur, bei dem die unmittelbar mitein­ ander verbundenen Pyramidenspitzen auf unterschiedlichen Ebenen liegen, und das gemäß dem Stand der Technik so nur durch "Tiefziehen" herstellbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit eine einfache und preiswerte Her­ stellung von dreidimensionalen Gitterstrukturen, die sich insbesondere durch ihre statische Bestimmtheit auszeichnen. Statische Bestimmtheit ist nicht nur ein Vorteil hinsichtlich der Festigkeit, sondern erlaubt es darüber hinaus, die Eigenschaften des Gitters zu berechnen.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also darin, daß durch Faltung in nur eine Richtung eine Struktur erreicht wird, die ansonsten nur durch Falten in mehr als eine Raumrichtung oder durch Tiefziehen erhalten wird.

Bevorzugt wird im Verfahren gemäß der Erfindung, daß die zweidimensionalen, git­ terförmigen Flächengebilde in den diagonal gegenüberliegenden Kreuzungspunkten gefaltet werden.

Besonders bevorzugt ist, wenn die das zweidimensionale, gitterförmige Flächenge­ bilde bildenden Scharen von Verstrebungen so angeordnet sind, daß ihre Kreu­ zungspunkte jeweils auf den Eckpunkten von Quadraten liegen. Bei dieser Ausfüh­ rungsform kreuzen sich die erste und zweite Schar von Verstrebungen des zweidi­ mensionalen, gitterförmigen Flächengebildes im Winkel von 90° und die Abstände zwischen den Verstrebungen der ersten Schar entsprechen den Abständen innerhalb der zweiten Schar von Verstrebungen. Die beiden Scharen von Verstrebungen bilden somit ein zweidimensionales, gitterförmiges Flächengebilde aus Quadraten, wobei die Kreuzungspunkte zwischen der ersten und der zweiten Schar von Verstrebungen auf den Eckpunkten dieser Quadrate liegen. Ein entsprechendes dreidimensionales Geogitter wird dann durch das erfindungsgemäße Falten erhalten, wobei ein Winkel zu den Verstrebungen der ersten und zweiten Schar von 45° bevorzugt ist.

Das Material, aus dem die bei der Verformung einzusetzenden zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebilde bestehen können, ist prinzipiell keinen Beschränkun­ gen unterworfen, solange es sich ohne zerstört zu werden falten läßt und die einmal eingenommene Faltung beibehalten kann. Der Fachmann ist in der Lage, durch ein­ fache Versuche das für den jeweiligen Einsatzzweck geeignete Material auszuwäh­ len. Bevorzugt wird es sich hierbei um Metalldrähte, Kunststoffdrähte oder auch Kombinationen aus diesen Materialien handeln.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es bevorzugt, daß das Falten durch Durchleiten des zweidimensionalen, gitterförmigen Fächengebildes durch ein Rillenwalzenpaar erfolgt.

Ebenfalls bevorzugt ist es, wenn das Falten durch Durchleiten des zweidimensiona­ len, gitterförmigen Fächengebildes durch ein Zahnwalzenpaar (dargestellt in Fig. 3), dessen Zahnung senkrecht zu Drehachse ausgebildet ist, erfolgt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein dreidimensionales Geogitter mit Verstrebungen herstellbar, das ebenfalls beansprucht wird. Dieses dreidimensionale Geogitter zeichnet sich dadurch aus, daß die Verstrebungen Pyramiden bilden, wo­ bei die Pyramidenschenkel in Draufsicht einen Winkel zwischen 10 und 80°, bevor­ zugt etwa 45°, zur Längsrichtung des Geogitters ausbilden. Derartige Geogitter ver­ fügen über eine hohe Druckstabilität bei gleichzeitig relativ geringem Materialeinsatz, was sie für Einsatz als Konstruktionselemente für die eingangs beschriebenen An­ wendungen, wie z. B. als Bewehrungsgitter, prädestiniert.

Es werden also durch die vorliegende Erfindung einfach herzustellende und damit kostengünstige, statisch hochbelastbare, dreidimensionale Geogitter zur Verfügung gestellt.

Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf die Verwendung dieser dreidimensionalen Geogitter als Dränagekern in einem Dränageelement, das mindestens ein mit dem Dränagekern verbundenes Vlies enthält, gerichtet.

Dränageelemente sind dem Fachmann bekannt. Sie werden in der Regel in Form von Dränagematten, z. B. zum Abführen von Grundwasser eingesetzt. Diese Dräna­ gematten bestehen aus einem Vlies (nonwoven), das als Filter wirkt und damit z. B. durchlässig für das abzuführende Wasser ist, und einem Dränagekern. Der Dräna­ gekern ist mit dem Vlies verbunden und sorgt für die Abfuhr der Flüssigkeit. Darüber hinaus wirkt er auch als Abstandshalter, beispielsweise gegenüber einem Mauer­ werk, von dem die Flüssigkeit entfernt gehalten werden soll. Einsatzbedingt sind Dränageelemente starken (Druck-)Belastungen ausgesetzt. Es ist demzufolge wün­ schenswert, als Dränagekern Strukturen einzusetzen, die statisch hoch belastbar, aber auch gleichzeitig von geringem Gewicht sind. Die hohe statische Belastbarkeit trägt dazu bei, daß der Dränagekern dimensionsstabil bleibt und damit die Menge an abzuführender Flüssigkeit konstant gehalten werden kann. Diese Anforderungen an den Dränagekern werden von den dreidimensionalen Geogittern, die nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren herstellbar sind, in vortrefflicher Weise erfüllt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigen schematisch

Fig. 1: Ein zweidimensionales, gitterförmiges Flächengebilde sowie ein Rillenwalzen­ paar zur Herstellung eines dreidimensionalen Geogitters.

Fig. 2: Ein dreidimensionales Geogitter mit Pyramidenstruktur.

Fig. 3: Ein Zahnwalzenpaar, dessen Zahnung senkrecht zur Drehachse ausgebildet ist, zur Herstellung eines dreidimensionalen Geogitters.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegen­ den Erfindung. Dabei wird ein zweidimensionales Gitter, bestehend aus einer ersten Schar 1 und einer zweiten Schar 2 paralleler und sich rechtwinklig kreuzender Verstrebungen eingesetzt. Die Verstrebungen sind an den Kreuzungspunkten 3 mitein­ ander verbunden, was z. B. durch das Ausstanzen des zweidimensionalen Gitters aus einem geeigneten ebenen Bahnmaterial erreicht wird. Die Abstände zwischen allen Verstrebungen dieses Gitters sind gleich groß. Dieses zweidimensionale Gitter wird einem Rillenwalzenpaar 4 so zugeführt, daß die Einlaufrichtung des Gitters in einem Winkel von 45° zu den Verstrebungen der ersten Schar 1 und der zweiten Schar 2 liegt. Die Abstände der Zähne (gemessen von Spitze zu Spitze) auf beiden Walzen des Rillenwalzenpaares entspricht dem Abstand zweier benachbarter, aber nicht direkt miteinander verbundener Kreuzungspunkte 6, 8 bzw. 5, 7 auf dem zwei­ dimensionalen Gitter, d. h. dem diagonalen Abstand eines der durch die rechtwinklig sich kreuzenden Scharen von Verstrebungen gebildeten Quadrate. Selbstverständ­ lich sind die beiden Rillenwalzen so eingestellt, daß sie beim Betrieb miteinander verzahnen, d. h., daß immer ein Zahn der einen Walze zwischen zwei nebeneinander liegende Zähne der anderen Walze ragt.

Rillenwalzen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und erfordern daher keine nä­ here Erläuterung.

Beim Einlaufen in das Rillenwalzenpaar wird also z. B. die erste Reihe 5 der Kreu­ zungspunkte der Verstrebungen des zweidimensionalen Gitters nach unten gefaltet. Dabei kommt es zu einer Auffaltung derjenigen Reihe 6 von Kreuzungspunkten, die versetzt zu der ersten Reihe 5 von Kreuzungspunkten liegt in die entgegengesetzte Richtung. Anschließend wird in gleicher Weise die Reihe 7 der Kreuzungspunkte nach unten gefaltet, deren Kreuzungspunkte denen der ersten gefalteten Reihe 5 genau diagonal gegenüber liegen, wobei es wiederum zu einer Auffaltung der ver­ setzt liegenden Reihe 8 nach oben kommt und so weiter.

Es entsteht schließlich ein dreidimensionales Gitter mit Pyramidenstruktur, wie in Fig. 2 schematisch wiedergegeben. Die Reihen 5 bis 8 von Kreuzungspunkten liegen al­ ternierend auf unterschiedlichen Ebenen des Geogitters. Diejenigen Kreuzungs­ punkte, die direkt durch Verstrebungen miteinander verbunden sind, liegen also nach der Faltung auf unterschiedlichen Ebenen, während die Kreuzungspunkte, die sich im zweidimensionalen Gitter diagonal gegenüber gelegen haben, d. h. diejenigen benachbarten Kreuzungspunkte, die nicht unmittelbar durch Verstrebungen miteinander verbunden sind, jetzt jeweils in der gleichen Ebene liegen. Betrachtet man das so entstandene dreidimensionale Gitter, so bilden die Falten mit den Verstrebungen in Draufsicht Winkel von 45°. Das Gitter ist in den Kreuzungspunkten zick-zack-förmig gefaltet und die Falten laufen parallel zueinander.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Zahnwalzenpaar 9, dessen Zahnung senkrecht zur Drehachse ausgebildet ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses Zahnwalzenpaar kann anstelle des unter der Beschreibung zu Fig. 1 einge­ setzten Rillenwalzenpaares eingesetzt werden. Die Drehrichtungen der Zahnwalzen sind mit den Buchstaben A und B gekennzeichnet. Es entsteht gleichfalls ein dreidimensionales Gitter mit Pyramidenstruktur, wie in Fig. 2 dargestellt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Geogitters durch Falten eines aus einer ersten (1) und einer zweiten (2) Schar von Verstrebungen be­ stehenden zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebildes, wobei die Ver­ strebungen bevorzugt im wesentlichen aus Metalldrähten, Kunststoffdrähten oder Kombinationen daraus bestehen und die Verstrebungen der ersten und der zweiten Schar jeweils parallel zueinander und im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, und wobei die Verstrebungen der ersten Schar (1) mit den Verstrebungen der zweiten Schar (2) Kreuzungspunkte (3) bilden, über welche die Verstrebungen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionalen, gitterförmigen Flächengebilde in einem Winkel zu den Verstrebungen der ersten und der zweiten Schar, welcher zwischen 10 und 80° liegt, in den Kreuzungspunkten zick-zack-förmig und zu parallel verlaufenden Falten gefaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensio­ nalen, gitterförmigen Flächengebilde in den diagonal gegenüberliegenden Kreuzungspunkten (5, 7 oder 6, 8) gefaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das zwei­ dimensionale, gitterförmige Flächengebilde bildenden Scharen von Verstrebun­ gen so angeordnet werden, daß ihre Kreuzungspunkte jeweils auf den Eckpunkten von Quadraten liegen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Falten durch Durchleiten des zweidimensionalen, gitterförmi­ gen Fächengebildes durch ein Rillenwalzenpaar (4) erfolgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Falten durch Durchleiten des zweidimensionalen, gitterförmi­ gen Fächengebildes durch ein Zahnwalzenpaar (9), dessen Zahnung senkrecht zu Drehachse ausgebildet ist, erfolgt.

6. Dreidimensionales Geogitter mit Verstrebungen, wobei die Verstrebungen Py­ ramiden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramidenschenkel in Drauf­ sicht einen Winkel zwischen 10 und 80° zur Längsrichtung des Geogitters bil­ den, herstellbar nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.

7. Dreidimensionales Geogitter gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramidenschenkel in Draufsicht einen Winkel von etwa 45° zur Längs­ richtung des Geogitters bilden.

8. Verwendung des dreidimensionales Geogitter gemäß Anspruch 6 oder 7 als Dränagekern in einem Dränageelement, enthaltend mindestens ein mit dem Dränagekern verbundenes Vlies.