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Berichte
RR 10: Material zum Nachlesen
verteilen:
Diagramme, Tabellen, kurze Zusam-
nach Hause tragen“. Das spricht aber
nicht gegen farbige Bilder!).
Das Manuskript bzw. dessen
Kurzform darf auf keinen Fall zeitlich
vor dem Vortrag verteilt werden, denn
dann lesen viele Zuhörer im Papier,
anstatt zuzuhören. Dieser Punkt ist
eventuell mit dem Veranstalter vorab
zu klären.
menfassung
des
Gesprochenen.
(Goethe, Faust I: „Was man schwarz
auf weiß besitzt, kann man getrost
Dr.-Ing. Helmut Eggert, Berlin
Leichte Schaltafeln –
Naturfaserverbunde für die Bauindustrie
Andreas Bergner
Jan Kunzmann
Christoph Unger
Besonders in den neuen Bundeslän-
steuerbare Qualität der Betonober-
fläche im Vordergrund.
heitsmomente gegen Biegung bei
dern ist die Erhaltung und Sanierung
von Wohn-, Industriegebäuden und
Denkmälern eine der vorrangigen
Aufgaben. Im Gegensatz zu Neubau-
ten mit einem entsprechenden Bau-
stellenumfeld werden Baufirmen bei
der Altbausanierung häufig mit einer
eingeschränkten Baufreiheit konfron-
tiert. Konventionelle Schalungstechni-
ken mit Holztafeln und Stahlrohr-
gestellen versagen hier meist ihren
Dienst, da diese aufgrund des schlech-
ten Zugangs nicht mit einem Kran an
den Zielort gebracht werden können
und zum anderen durch ihr hohes Ge-
wicht nicht für den manuellen Trans-
port geeignet sind [1], [2]. Im Gegen-
satz dazu sind individuell vor Ort
gefertigte Holzschalungen zwar trans-
portabel, erfordern aber hohe Ferti-
gungszeiten und einen erheblichen
Materialverschnitt. Ziel war es dehalb,
eine sehr leichte (Dichte 0,6 g/cm3)
und modular kombinierbare Schalta-
fel zu entwickeln und konstruktiv um-
zusetzen. Dabei stand der Einsatz von
naturfaserverstärktem Kunststoff für
eine gegenüber Holz deutlich erhöhte
Anzahl von Schalzyklen und für eine
gleichzeitiger Minimierung der Masse
des eingesetzten Werkstoffs anzustre-
ben. Die klassische Leichtbaulehre
[4], [5] bietet hierfür die Rippen-
oder Sicken- sowie die Sandwich-
Bauweise als Lösungsvarianten an.
Ein Vergleich hinsichtlich Formstabi-
lität, Flächenisotropie, Wärmedäm-
mung, Nagelfähigkeit und beidseiti-
gen Einsatzes ergibt die zu bevorzu-
gende Anwendung der Sandwichbau-
weise. Entsprechend Bild 1 werden
dabei unterschiedliche Kernvarian-
ten untersucht.
Aus wirtschaftlicher Sicht ist ein
möglichst hoher Anteil des nachwach-
senden Rohstoffs im Strukturaufbau
anzustreben. Eine Möglichkeit bietet
der Einsatz von Wellenplattenkernen
(Probe E) aus 50/50-Fl/PP, ähnlich
dem bekannten Aufbau von Well-
papp-Kartons. Dabei ist es sinnvoll,
die Fertigung in drei Schritte, die Her-
stellung der Decklagen, die Fertigung
der Kernstruktur und das nachfol-
gende Fügen zur fertigen Schaltafel,
zu unterteilen.
Naturfaserwerkstoff
und Schaltafelgestaltung
Die größte Bedeutung in der Techno-
logie der Naturfaserverbunde haben
Hybridhalbzeuge erlangt [3]. Sowohl
die Verstärkungskomponente als auch
der Matrixwerkstoff liegen dabei in
Faserform vor. Vliesstoffe sind am ra-
tionellsten herstellbar und zeigen trotz
des geringeren Ausrichtungsgrades der
Fasern im Vergleich zum Gewebe ein
sehr gutes Verhältnis von Fertigungs-
kosten und realisierbaren mechani-
schen Eigenschaften.
Für die Untersuchungen wird
ein Vliesstoff mit Polypropylen als
Matrixwerkstoff und Flachs als Ver-
stärkungsfaser eingesetzt. Die Volu-
mengehalte der Naturfaser werden
zwischen 50 % und 70 % variiert,
und der Einfluß der Integration von
zusätzlichen Einlegeschichten, wie
Glasfasermatten und Aluminiumfo-
lien wird untersucht.
Für die konstruktive Gestaltung
der Schaltafel sind hohe Flächenträg-
Für die Fertigung der Deck-
schichten bietet sich nach entspre-
273
Bild 1. Versuchsplan mit verschiedenen Kernen
Bautechnik 79 (2002), Heft 4

Berichte
Antihaftwirkung zur Reduzierung des
Schalöleinsatzes.
zialnägel mit geriffelten oder schrau-
benähnlichen Schäften zum Einsatz
gebracht. Die Untersuchungen wer-
den auf einer ZWICK-Zugprüfma-
schine durchgeführt. Einen typischen
Kraftkurvenverlauf für die Wellkern-
struktur zeigt Bild 4. Die vorgegebe-
nen Grenzwerte für die Nagelfähig-
keit werden dabei eingehalten.
Schaltafeln erfahren neben einer
Druck- vor allen eine Biegebelastung
infolge der Flächenlast des Betons
und der Randeinspannung der Schal-
tafeln im Schaltafelrahmen. Aus-
gehend von dieser Belastungsart er-
folgt die Untersuchung der Probekör-
per durch einen Drei-Punkt-Biege-
versuch. Die Probenabmessung be-
trägt 350 × 30 × 20 mm (L × B × H)
und die Stützweite bei mittig angrei-
fender Kraft 300 mm. Als Kennwerte
werden der Biege-E-Modul und die
Biegefestigkeit ermittelt und den
Werten einer kompakten naturfaser-
verstärkten Probe mit der Dichte
0,97 g/cm3 gegenübergestellt (Bild 3).
Wie die Darstellungen zeigen,
sind insbesondere die vorgestellten
Wellenkerne zur Realisierung von
Schaltafeln mit einer Festigkeit und
Steifigkeit analog zu konventionellen
Schaltafeln geeignet. Die Dichte be-
trägt bei diesen zwischen 0,58 und
0,61 g/cm3.
Für eine Verifizierung des Beto-
nierverhaltens werden Probekörper
mit unterschiedlichem Strukturauf-
bau entsprechend Tabelle 1 als Schal-
tafel in einem Formwerkzeug ohne
zusätzlichen Einsatz von Schalöl ein-
gesetzt. Anschließend erfolgt eine Be-
wertung der Oberflächen von Schal-
tafel und Beton entsprechend den auf-
geführten Kriterien.
Bild 2. Leichtbau-Schaltafel mit Well-
kernstruktur
chendem Kostenvergleich eine Infra-
rotheizstrecke mit nachfolgendem
Kalander zur Konsolidierung an. Die
so vorkonsolidierten Platten können
dann in einem zweiten Fertigungs-
schritt zu Wellkernen umgeformt wer-
den. Dazu dient ein entsprechendes
Umformwerkzeug aus Aluminium,
welches in eine beheizbare Presse ein-
gesetzt wird.
Prinzipiell kann dabei für alle
untersuchten Strukturen auch ohne
die Verwendung von Schalöl eine gute
bis sehr gute antihaftende Wirkung
bestätigt werden. Der Einsatz von
Trennmitteln kann somit erheblich
reduziert bzw. vollständig eliminiert
werden.
Das Fügen der Einzelteile erfolgt
durch ein duroplastisches Imprägnier-
kleben, wobei in den Fügepartnern
ein dreidimensionales „Wurzelwerk“
des Klebeharzes entsteht und für eine
sehr haftfeste Verbindung sorgt. Bild 2
zeigt ein fertiges Exemplar der Schal-
tafel mit einer erreichten Dichte von
0,6 g/cm3.
Die Nagelfähigkeit, ebenfalls
ein wichtiger Aspekt für den Praxis-
einsatz, wird durch Messung der Ein-
dring- und Auszugskraftkurvenver-
läufe bewertet. Entsprechend der Spe-
zifikation in [6] gilt eine Platte als
nagelfähig, wenn die Maximalkraft
unter 2000 N liegt und bei einer
Eindringtiefe von 1 mm 200 N nicht
überschritten werden. Zusätzlich soll
für die Auszugskraft in Anlehnung
an Sperrholz ein zulässiger Kraftbe-
reich zwischen 100 N und 200 N de-
finiert werden.
Ein weiterer Vorteil von Schal-
tafeln mit Flachsfaserverstärkung ist
die gezielte Beeinflussung der Beton-
randzone durch die Ausnutzung der
Wasseraufnahmefähigkeit der Natur-
faser. Hier hat sich gezeigt, daß die
Einlagen aus Glasfaser oder Alumi-
nium die ausreichende Aufnahme von
Wasser beim Abbinden des Betons
geringfügig stören und somit zu einer
erhöhten Porigkeit in der Betonrand-
zone führen können. Bei Anwendung
von unverstärkten Deckschichten aus
reinem Naturfaserverbund sind je-
doch sehr glatte und porenarme Be-
tonoberflächen realisierbar, wie Bild 5
Erzielbare Eigenschaften
der Leichtbau-Schaltafel
Die Charakterisierung der vorgestell-
ten Schaltafel erfolgt hinsichtlich der
mechanischen Eigenschaften, der Na-
gelfähigkeit, der Steuerung der Qua-
lität der Betonoberfläche, sowie einer
Es werden glatte Nägel mit ver-
schiedenen Durchmessern und Spe-
a)
b)
Referenz
PC-Wabe
Papier-Wabe Wellenwabe/PUR Wellenwabe
thermofixiert
Referenz
PC-Wabe
Papier-Wabe Wellenwabe/PUR Wellenwabe
thermofixiert
Bild 3. a) Biege-E-Modul b) Zugfestigkeit
Tabelle 1. Betonierverhalten ohne Schalöl
Bewertungs-
kriterium
Sperrholz
NF
massiv
NF/GF
NF/Alu
Papp-
wabe
PC-Wabe
Well-
Kern
Ablösen d.
Stempels
selbst-
ständig
selbst-
ständig
geringe
Kraft
geringe
Kraft
selbst-
ständig
selbst-
ständig
selbst-
ständig
Schäden in der
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
Platten-Oberfläche
Flächenanteil des
haftenden Beton
0 %
0 %
10 %
20 %
0 %
0 %
0 %
Betonoberfläche
leicht porig
glatt
porig
stark porig
glatt
glatt
glatt
Summenbewertung gut
sehr gut
gut
mittel
sehr gut
sehr gut
sehr gut
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Bautechnik 79 (2002), Heft 4

Berichte
Einsatz von Schalölen verzichtet wer-
den kann. Weiterhin ist die steuer-
bare Wasseraufnahme der Schaltafel
für die gezielte Beeinflussung der
Struktur der Betonrandzone hin-
sichtlich Oberflächengüte und Porig-
keit nutzbar. Bezüglich der Verarbei-
tung kann auf eine gute Trennbarkeit
durch Sägen und die Einhaltung der
Grenzwerte für die Nagelfähigkeit
verwiesen werden.
Zusammenfassend kann die ent-
wickelte Schaltafel aus naturfaserver-
stärktem Polypropylen entsprechend
den Anforderungen des Eigenschafts-
kataloges nach Tabelle 2 charakteri-
siert werden. Sie ist somit vergleich-
bar mit konventionellen Holzschal-
tafeln, besitzt jedoch spezifische Vor-
teile bei den erzielbaren Betonober-
flächen, der Minimierung des Trenn-
mitteleinsatzes und der Reduzierung
des Gewichts gegenüber Stahlrohr/
Holz-Systemen.
Bild 4. Kraftkurve für Nagel ∅ 3,5 mm
an einem Versuchskörper aus B 35
(Konsistenz KR (A10 = 45 cm); w/z-
Wert = 0,51; LP-Gehalt ca. 6 Vol%;
Betonzusatzmittel: FM; LP-Bildner)
nach dreimaligem Betonieren ohne
Schalöl zeigt.
Resultierend aus der experimen-
tellen Ermittlung der mechanischen
Kennwerte und nach Einführung ei-
ner neuartigen Imprägnier-Klebe-Tech-
nologie mit duroplastischem Klebstoff
wird ein Kernaufbau mit Wellenstruk-
tur und unidirektionaler Ausrichtung
(Dichte = 0,62 g/cm3) als geeignet zur
Erfüllung der Steifigkeits- und Festig-
keitsanforderungen ermittelt.
Literatur
[1] Hilsdorf, H. K.: Beton. Betonkalender
1993, Teil I. Berlin: Ernst & Sohn 1993.
[2] Steyer, C.: Untersuchungen zur Ver-
arbeitungstechnik naturfaserverstärkter
Thermoplaste für Schalungselemente.
Vortrag auf der 5. Internationale Ta-
gung stoffliche Nutzung nachwachsen-
der Rohstoffe, Chemnitz 1998.
Zusammenfassung
Im Rahmen der Untersuchungen
wurde ein Schaltafelelement in Leicht-
bauweise aus flachsfaserverstärktem
Thermoplast entwickelt und zum Pro-
totypenstadium geführt.
Durch Modifizierung der Ober-
flächen der Probekörper in Verbin-
dung mit umfangreichen experimen-
tellen Untersuchungen zum Betonier-
verhalten wurde in einem nächsten
Entwicklungsschritt die Anpassung
des Schalelements an bestehende Pra-
xisanforderungen durchgeführt.
Es konnte insbesondere nach-
gewiesen werden, daß das Schalele-
ment antiadhäsiv wirkt und auf den
[3] Köhler, Bergner, Odenwald: Natur-
faser-Polypropylen-Hybridvliesstoffe
–
Universelle Halbzeuge zur Herstellung
von 3D-Leichtbaustrukturen. Vortag
auf der 5. Internationale Tagung Stoff-
liche Nutzung nachwachsender Roh-
stoffe, Chemnitz 1998.
Tabelle 2. Eigenschaften der
Leichtbau-Schaltafel
[4] Flemming M., Ziegmann, G., Roth, S.:
Faserverbundbauweisen
–
Halbzeuge
Eigenschaft
Wert
und Bauweisen. Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg, New York 1996.
[5] Klein, B.: Leichtbau-Konstruktion –
Berechnungsgrundlagen und Gestal-
tung. Vieweg-Verlag, 3. Auflage, Braun-
schweig/Wiesbaden 1997.
[6] Spezifikationsunterlagen zur Nagel-
fähigkeit von Kunststoffschalplatten. In-
formationsmaterial von der Flaxoprop
GmbH, Freiberg 1999.
Dicke
21 mm 1 mm
300 × 300 mm
59 N/mm2
Flächengröße
Biegefestigkeit
Biegesteifigkeit
Plattendichte
Strukturaufbau
Quellung
6400 N/mm2
0,85–0,62 g/cm3
orthotrop
max. 5 %
nagelbar
200 / 1000 N
mech.Bearbeitung Bohren, Sägen
Reparierbarkeit
Antihaftwirkung
bis 10 cm2
mehrmals ohne
Schalöl
braun-hellgrau
Feder/Nut-Sys.
Autoren dieses Beitrages:
Dr.-Ing. Andreas Bergner, Dr.-Ing. Jan Kunz-
mann, Dipl.-Ing. Christoph Unger, Institut für All-
gemeinen Maschinenbau und Kunststoff-
technik; TU Chemnitz, Reichenhainer Str. 70,
09126 Chemnitz
Farbgestaltung
Fügbarkeit
Bild 5. Betonoberfläche unter Verwen-
dung der Leichtbau-Schaltafel
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Bautechnik 79 (2002), Heft 4