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Die Erfindung betrifft ein Holzbauelement
als Baumodul zur Herstellung insbesondere von wärmebrückenfreien Außenwänden bei
Niedrigenergie- und Passivhäusern.
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Im Bereich des bauphysikalisch und
baubiologisch hochwertigen Hausbaus geht der Trend in den letzten
Jahren weg von der Massivbauweise hin zu Konstruktionen, die ein
Holzskelett mit Beplankung und dazwischen eingebrachter Dämmung aufweisen.
Stand der Technik ist der klassische Holzrahmenbau, der durch in
der Regel wandhohe Pfosten, Schwellen, Rähme und durch Aussteifung mit
Holzwerkstoffplatten gekennzeichnet ist. Nachteilig ist unter anderem
die schwierige Übertragbarkeit
auf den Passiv-Hausbau, da der Holzanteil in der Konstruktion sehr
hoch ist und deswegen Wärmebrücken nur schwierig
vermieden werden können.
Oft muß außen oder
innen zusätzliche
Dämmung
aufgebracht werden, um höhere
Dämmwerte
zu erreichen. Die momentan auf dem Markt üblichen Doppelstegträger sind
zwar gut, aber nur in wenigen Stärken
zu bekommen. Auch sind sie hinsichtlich der schwach dimensionierten
Gurthölzer
für mehrgeschossige
Holzhäuser
nicht anzuwenden. Aus dem gleichen Grund ist der Brandschutz schlecht.
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Die EU 0 214 088 A1 schlägt ein solches Wandelelement
vor, das jedoch sehr massiv und damit schwer zu handhaben ist. Die
Module werden dabei über
Dübel miteinander
verbunden. Nachteilig sind insbesondere die vielen unvermeidbaren
Wärmebrücken und
der damit notwendige Vollwärmeschutz,
der außen
angebracht werden muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
ein Holzbauelement zu schaffen, daß größtmögliche Wärmedämmung, hohen Schallschutz,
große
Festigkeit, sicheren Brandschutz und gute bauphysikalische und baubiologische
Eigenschaften auf weist. Es soll aus wenigen Teilen einfach und kostengünstig vorzufertigen
sein. Die einzelnen Module sollen gemäß den Vorgaben und Wünschen des
Bauherren ohne großen
Aufwand in der Ausführung
verändert
werden können
(unterschiedliche Materialien, verschiedene Formate und Wanddicken).
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Ferner sollen die einzelnen Module
so leicht sein, daß sie
von Hand aufeinandergefügt
werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
mit einem modulartigen Bauelement gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte
Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Die besonderen mit der vorliegenden
Erfindung erzielbaren Vorteile sind z.B. die folgenden.
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Die Variabilität der Module erlaubt sowohl kleinformatige
Elemente (z.B. 62,5 cm / 125 cm), die für Selberbauer geeignet und
auch ohne Hebevorrichtung zu handhaben sind, wie auch geschoß- oder wandhohe
Elemente, die für
schnelle Montage durch Zimmereibetriebe geeignet sind. Auch kleinere
Betriebe mit wenig Platz und geringerer Ausstattung können die
Module herstellen und aufrichten.
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Ein besonderer Vorteil ist die enorme
Wirtschaftlichkeit des Systems. Diese Erfindung ist neben den konstruktiven
Vorteilen auch deutlich günstiger
in Herstellung und Aufbau als vergleichbare Holzbausysteme.
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Die einzelnen Module enthalten gleichzeitig die
tragenden Elemente wie die Innen- und Außenbeplankung, die flexibel
nach den Vorgaben des Bauherrn ausgeführt werden kann. Bei Auswahl
der entsprechenden Materialien sind zusätzliche Wind- und Dampfbremsen
unnötig.
Der Wandaufbau kann diffusionsoffen ausgeführt werden, was einen wichtigen baubiologischen
Vorteil darstellt.
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Generell eignet sich die Erfindung
sehr gut für
die Verwendung baubiologisch vorteilhafter Materialien.
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Es sind bei dieser Bauweise verschiedene Möglichkeiten
für Auflage
oder Anschluß von
Deckenkonstruktionen möglich;
diese können
unterschiedlich gewählt
werden. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Balkenlage (bei Holzdecken)
frei und unabhängig
vom Raster der Wand gewählt
werden kann.
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Die Pfosten des Moduls können je
nach statischer Anforderung – auch
unterschiedlich – dimensioniert
werden. Sollten aus statischen Gründen zusätzliche Pfosten notwendig sein,
können
diese an beliebiger Stelle in die Wandmodule eingebracht werden.
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Sowohl das Material des Steges, als
auch das der Beplankung kann je nach bauphysikalischer Anforderung
(Statik, Wärmeschutz,
Brandschutz) frei gewählt
werden.
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Es entfällt die Notwendigkeit für eine zusätzliche
Dämmebene,
da es keine Wärmebrücken gibt.
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Je nach Aufbau sind hohe Wandgewichte (bis
weit über
100 kg/qm) möglich,
d.h. eine "massive" Anmutung wird erreicht
(beim "Klopftest" klingt es nicht
hohl, sondern massiv).
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Aufgrund der hohen Gesamtmasse der Wandmodule,
der möglichen
Verbindung von harten und biegeweichen Materialien und den kleinen
Verbindungsflächen
zwischen Innen- und Außenschale läßt sich
ein sehr hoher Schallschutz erreichen.
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Bei entsprechender Auswahl des Steg-
und Beplankungsmaterials (Stege z.B. aus zementgebundener Spanplatte,
Kalcium-Silikatplatte oder Fermacell, Beplankung z.B. aus Heraklith-Platte,
zementgebundener Spanplatte oder Fermacell) können sehr gute Brandschutzwerte,
erreicht werden, die dem "Massivbau" in nichts nachstehen.
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Ein weiterer Vorteil des Systems
ist, daß die Innen-
und Außenschale
auch separat vorproduziert werden können und die Stege und der
Zusammenbau erst später "Just in Time" hergestellt und
montiert werden. So spart man gerade bei dicken Passivbauwänden viel
Lagerfläche.
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Das System eignet sich auch ideal
für den Lehmbau
mit "verlorener
Schalung", da die
Module gleichzeitig die statischen Aufgaben übernehmen. Dabei wird der Lehm
oder Leichtlehm nach Fertigstellung einer Lage Module eingebracht.
Wenn die Materialien feuchteresistent gewählt werden (z.B. zementgebundene
Spanplatten, druckimprägnierte Hölzer), eignet
sich das System auch zur Herstellung von Kellerwänden und Brandschutzwänden in
Ortbetonbauweise oder als baubiologisch günstige Variante mit Lehmfüllung.
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Das Prinzip des Holzrahmenbaus – Wandtafeln,
die ringsum mit Holzrahmen begrenzt sind – findet bei diesem System
sowohl im Kleinen (den einzelnen Modulen), als auch im Großen – bezogen
auf ganze Wände – seine
Anwendung.
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Die einzelnen Wandmodule bestehen
aus: (von innen nach außen
gesehen)
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- – einer
inneren Beplankung, die die Aufgabe der Aussteifung hat. Idealerweise
sollte diese Platte zusätzlich
zu den statischen Werten auch dampfbremsende Werte aufweisen, um
eine zusätzliche Dampfbremse
unnötig
zu machen. Hierbei müssen
die Stöße und Anschlüsse mit
dafür zugelassenen
Klebebändern
abgeklebt werden. Als Platten eignen sich hierzu sogenannte OSB-Platten sehr
gut. Andere Materialien können
verwendet werden, machen aber eventuell eine zusätzliche Dampfbremse erforderlich.
- – Der
innere Pfosten wird nach statischen Vorgaben dimensioniert und besteht
entweder aus Konstruktionsvollholz, Duobalken oder Brettschichtholz.
- – Die
Verbindung der inneren und äußeren Pfosten
bilden die Stege. Dazu werden Plattenmaterialien verwendet. Die
Auswahlkriterien für
das Plattenmaterial sind:
– Statische
Anforderungen
– Wärmeschutz
– Brandschutzanforderungen.
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Im Einfamilienhaus sind Bau-MDF-Platten sehr
gut geeignet. Sie sind biegesteif und weisen einen nur halb so hohen
Wärmedurchgang
wie Vollholz auf. Kalziumsilikatplatten und zementgebundene Spanplatten
eignen sich auch als Stegmaterial.
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Die Stege werden seitlich an den
Pfosten befestigt (nageln, schrauben, klammern, kleben). Das gewählte Raster
der Stege hängt
von der Statik und den Plattenformaten und -dicken ab.
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Möglich
sind z.B. folgende Rastermaße:
ca. 0,625 m, ca. 0,83 m, ca. 1,0 m, ca. 1,25 m.
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Zusätzlich zu diesen Stegen können die Pfosten
mit einer Ausfälzung
oder einer Nut versehen werden. In diese können – z.B. bei den kleinformatigen
Modulen – geschoßhohe Stege
aus z.B. OSB-Platte zur Aussteifung von oben eingeschoben werden,
um ein Ausknicken der Wand zu vermeiden. Ebenso können statt
der wandhohen Stege zusätzlich
Stege lagenweise von oben so eingeschoben und mit den vorhandenen
festgemacht werden, daß diese
jeweils z.B. hälftig
zwei Lagen verbinden und so aussteifend wirken.
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- – Der äußere Pfosten
wird ebenso nach statischen Vorgaben dimensioniert (Material wie
bei den inneren Pfosten) und hergestellt. Werden die Dach- und Wandlasten über die
inneren Pfosten abgetragen, können
die äußeren Pfosten
schwächer
dimensioniert werden.
- – Sollten
zusätzlich
Pfosten notwendig werden, können
diese problemlos an beliebiger Stelle eingefügt werden. Darin liegt ein
besonderer Vorteil des Systems.
- – Die äußere Beplankung
sollte steif aber diffusionsoffen und wasserfest sein. Gute Brandschutzwerte
sind ebenso von Vorteil. Bau-MDF-Platten eignen sich hierfür sehr gut.
Ist eine Holzfassade gewünscht,
kann darauf die notwendige Holz-Unterkonstruktion ausgeführt werden.
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Bei Putzfassaden kann eine Putzträgerplatte auf
die MDF-Platte aufgebracht werden. Ebenso wäre es möglich, an Stelle der MDF-Platte
Putzträgerplatten
direkt auf den äußeren Pfosten
zu befestigen, z.B. Holzwolleleichtbauplatten (Heraklith) in entsprechender
Stärke.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Bauelemente
geschieht auf die folgende Weise.
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Auf die Betondecke oder Fundamentplatte werden
die Schwellen ausgelegt und nivelliert. Als Schwellhölzer eignen
sich resistente Holzarten wie Douglasie oder Lärche (zusätzliche Sperrschicht zum Beton
nicht zu vergessen).
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Vom System her sind verschiedene
Varianten möglich:
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- – Vollholzschwellen,
die Pfosten der Wandmodule liegen darauf auf.
- – Vollholzschwellen,
die Schwelle liegt zwischen den Pfosten der Wandmodule. Die Pfosten
stehen auf der Betonplatte auf und werden seitlich befestigt.
- – Die
Schwelle kann als liegender Stegträger ausgebildet werden und
bildet so die Basis für
die erste Elementreihe.
- – Wird
eine solche Schwelle umgedreht und auf eine Wand gesetzt, so bildet
diese den Abschluß der
Wand nach oben.
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Beginnend in einer Wandecke wird
das erste Modul zusammen mit einem geschoß- oder wandhohen Stegträger auf
der Schwelle befestigt (nageln, schrauben oder klammern). An das
erste Modul wird das nächste
Modul gesetzt und festgemacht usw.
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Die Module sind so ausgebildet, daß an den Plattenrändern immer
Rahmenhölzer
hinterlegt sind, um die Platten zu befestigen und so einen Verband zu
bilden. Neben den Gurthölzern
der Stege sind pro Modul auch querlaufende, waagrechte Rahmenhölzer verbunden.
Diese bilden zusammen mit den Pfosten das "Gerippe" der Module.
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Am Wandende wird das letzte Modul
entsprechend einfach abgesägt.
Das Wandende wird wieder durch einen wand- oder geschoßhohen Stegträger gebildet.
Er steift zusätzlich
die Ecke aus.
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Bei der nächsten Schicht wird das erste
Element um ein Raster versetzt befestigt. Es entsteht ein Verband ähnlich dem
großformatigen
Mauerwerksbau.
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Für
die Deckenanbindung und besseren Verband der Wände wird zusätzlich ein
Rähm eingebaut, daß die Wand
stabilisiert und gleichzeitig einen "Ringgurt" bildet.
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Dieses Wandrähm liegt auf den inneren Pfosten
auf und ist normalerweise so breit wie die Pfosten/Gurthölzer. Seine
Höhe hängt von
den zu überspannenden
Wandöffnungen
und der Decke ab.
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Daran können sichtbare Balken mit Balkenträgern montiert
werden oder bei einer nicht sichtbaren Konstruktion mit Balkenschuhen.
Raster der Balkenlage und der Wand müssen hierbei nicht übereinstimmen.
So ist man frei bei der Wahl der Balkeneinteilung.
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Massivdecken können auf dem Wandrähm aufliegen.
Hierbei muß mit
einem Folienstreifen die Dampfbremse von der OSB-Platte des unteren
Geschosses auf die OSB-Platte des oberen Geschosses angeschlossen
und verklebt werden. Statisch notwendige Verbindungen zwischen den
Geschossen können
einfach mit Windrispenbändern,
Spaxschrauben oder Gewindestangen und Muttern ausgebildet werden.
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Es ist aber auch möglich, Massivdecken
zwischen den Wänden
auf Stahlteilen, die an Rähm
oder Pfosten befestigt sind, einzuhängen. Das Rähm hat die zusätzliche
Funktion, daß die
Deckenlasten auch über
Wandöffnungen
(Fenstern und Türen)
sicher abgeleitet werden, ohne Fenster oder Türen zu belasten.
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Dadurch ist das Herstellen von Wandöffnungen
sehr einfach und sogar auf der Baustelle zu bewerkstelligen. In
die ausgeschnittene Öffnung
werden seitlich öffnungshohe
Stegträger
eingebunden und mit der Beplankung befestigt.
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Die montierten Wandmodule werden
mit Schrägstützen ausgerichtet
und gehalten, bis ein fertiger Verband durch Querwände und
Decke gewährleistet
ist.
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Der Anschluß der Querwände erfolgt durch Befestigen
eines geschoßhohen
Stegträgers
an die bereits fertige Wand. Hierbei eignen sich zugelassene Schrauben (z.B.
Spax). Daran können
dann die Wandmodule der Querwände
ausgerichtet und befestigt werden. Der Aufbau der Querwände erfolgt analog
obiger Beschreibung.
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Gedämmt werden diese Wände nach
der Errichtung mit Einblasdämmstoff,
z.B. Zellulosedämmstoff
(Isofloc) oder Holzfasern. Außerdem
sind zur Dämmung
schüttbare
Dämmstoffe,
wie z.B. Perlite oder behandelte Holzspäne, geeignet. Mit Leichtlehm
können
die Module auch gut gedämmt
werden; hierbei kommt noch die Speicherfähigkeit des Lehms zu den positiven
Eigenschaften dazu.
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Im Innenausbau werden Gipsfaserplatten oder
Gipskartonplatten auf der OSB-Platte
befestigt. Diese können
geschoßhoch
oder kleinformatig sein. Zum Verputzen der Wände können z.B. Herklithplatten oder
Schilfmatten verwendet werden. Die Installationsleitungen sollten
möglichst
in den Innenwänden,
dem Fußboden
oder in Kabelkanälen
(starke Sockelleisten) geführt
werden.
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Das Verlegen von Elektro- oder Sanitärinstallationsleitungen
ist ebenso problemlos in der Wand möglich, wenn alle Öffnungen
abgeklebt werden.
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Nach dem gleichen Prinzip werden
die geschoß-
oder wandhohen Formate hergestellt und aufgebaut.
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Anhand der beiliegenden Figuren wird
die vorliegende Neuerung beispielhaft erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein
Modul in dreidimensionaler Darstellung;
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2 eine
Ansicht von oben einer Ausführungsform
mit nur einem Pfostenpaar und zugehörigem Steg;
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3 eine
Ansicht ohne Beplankung;
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4 ein
zusätzliches
Pfostenpaar mit zugehörigem
Steg;
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5 einen
Bodenrahmen und
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6 eine
im Bau befindliche Wand.
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1 zeigt
ein fertiges Modul, welches mit anderen zu einer Wand zusammengefügt werden kann.
Es besteht aus den senkrechten Pfosten 1, an die Querhölzer 3 angeschlossen
sind. Dabei stoßen von
innen Stege 2 stumpf gegen die Querhölzer und belassen daher zwischen
sich und den Platten einen Freiraum 7, so daß die Konstruktion
weitestgehend frei von Wärmebrücken zwischen
Außen- und Innenplatte
ist.
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Die Stege 2 ebenso wie die
Platten 4 sind etwa um die halbe Querholzhöhe 4 nach
unten versetzt und überragen
die Pfosten 1 um dieses Maß auch nach unten.
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Diese Überstände dienen dazu, die übereinander
stehenden Module miteinander zu verbinden. (6). Um das halbe Maß der Pfostenbreite b (2) stehen die Platten 4 auch
seitlich an einem Ende über;
dieser Überstand
dient zur Verbindung (Verschraubung) mit den benachbarten Modulen.
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Die Querhölzer 3 sind in die
Pfosten 1 eingelassen verleimt, so daß diese verwindungssteif miteinander
verbunden sind.
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In die Pfosten 1 sind ferner
Nuten 6 eingefräst,
in die Aussteifungsplatten von oben eingeschoben werden können (z.B.
nach Erreichen der Geschoßhöhe), um
die Statikanforderungen gegebenenfalls zu erhöhen. In ähnlicher Weise können auch senkrecht
verlaufende Schwalbenschwanznuten vorgesehen sein, so daß in diese
eingefügte
Schwalbenschwanzfedern aufweisende Hilfsstege auch Zugkräfte aufnehmen
können.
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In der Draufsicht der 2 ist die einfachste Version
der Neuerung gezeigt; dabei besteht das vorgefertigte Modul aus
einem z.B. mittigen Pfostenpaar 1, die über den Steg 2 miteinander
verbunden sind.
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Hier ist auch dargestellt, daß die Platten 1 die Querhölzer um
die halbe Breite b der Pfosten überragen
können;
in diesem Falle werden die Enden mit zusätzlichen Pfostenpaaren 1' verschlossen,
die zwischen sich Stege 2' tragen
und welche insbesondere so lang sein können, wie für die Wand- oder Geschoßhöhe erforderlich.
Diese können
ihrerseits mit einem solchen Abstand zueinander montiert werden, daß die Module
ohne Versatz übereinander
angeordnet sind. Die Überstände 8 dienen
dem Verschrauben mit den Pfostenpaaren 1'.
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3 zeigt
die Version eines zwei Pfostenpaare 1 aufweisenden Moduls,
das natürlich
eine höhere
Transportstabilität
aufweist. Dieses Modul kann mit einem zusätzlichen Pfostenpaar mit zugehörigem Steg
als Abschluß oder
Endstück 9 verschlossen werden,
welches in 4 dargestellt
ist, welches natürlich
so lang sein kann, wie für
die Wand- oder Geschoßhöhe erforderlich.
Ansonsten werden die Elemente der 3 in
solch einer Anzahl nebeneinander verwendet, wie für die Gebäudewand
erforderlich.
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5 zeigt
einen Rahmen, wie er z.B. mit dem Gebäudefundament verschraubt sein
kann. Die Rahmenschenkel oder Schwellen 10, 11 werden
von den unteren Überständen der
Platten 4 und der Stege 2 überdeckt und mit diesen verschraubt.
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6 veranschaulicht
den Zusammenbau der Module, die um die halbe Länge versetzt aufeinandergestellt
und miteinander verbunden werden. Die Endstücke 9 sind wand- oder
geschoßhoch
und bestehen ebenfalls aus Pfosten der in den Modulen verwendeten
Querschnitte; sie sind z.B. durch Stege der gleichen Breite verbunden,
um möglichst
einheitliche Maße
verwenden zu können.
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Bei den Gebäudedecken wird eine Platte 4 durch
senkrechten Schnitt gekürzt
und die ungekürzte
mit dem Rahmenschenkel verbunden.
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Nach Erreichen der Geschoßhöhe kann
die Isolierung bzw. Dämmung
eingetragen werden. Verwendet man ein blasbares Material, wie z.B.
Isofloc, so werden nach dem Verschließen der durch die Stege und
Platten gebildeten Schächte
in die Platten Bohrungen eingebracht und das Isoliermaterial in
an sich bekannter Weise eingeblasen. Dabei gelangt es auch in die
Zwischenräume
zwischen den Stegen und den Platten. Die Konstruktion ist damit
weitestgehend von Wärmebrücken frei.
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- 1
- Pfosten
- 2
- Steg
- 3
- Querhölzer
- 4
- Platten
- 5
- Oberkanten
- 6
- Nuten
- 7
- Freiraum
- 8
- Überstand
- 9
- Endstück
- 10/11
- Rahmenschenkel
/ Schwelle