Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zur Eignung von Wellpappe als ökologisches Kernmaterial für Sandwichelemente

Aufgrund der ausgezeichneten Kombination von raumabschließender, wärmedämmender und tragender Funktion werden Stahlsandwichelemente als Dach- und Wandverkleidungen immer häufiger eingesetzt. Die beiden am häufigsten verwendeten Kernmaterialien, Polyurethan Hartschaum und Mineralwolle, haben jedoch den Nachteil, dass sie unter einigen ökologischen sowie gesundheitlichen Gesichtspunkten kritisch zu betrachten sind.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bewertung eines ökologisch unbedenklichen und recycelbaren Materials auf der Basis von Wellpappe hinsichtlich der Eignung als Kernwerkstoff für Stahlsandwichelemente.

Wellpappe zeichnet sich neben guten Wärmedämmeigenschaften durch geringe Kosten und durch hohe Tragfähigkeit bei relativ geringem Gewicht aus. Um die Eignung als Kernmaterial für Sandwichelemente zu überprüfen, sollen zahlreiche experimentelle und numerische Analysen hinsichtlich des mechanischen sowie des bauphysikalischen Verhaltens durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden die grundsätzliche Eignung von Wellpappe als Kernmaterial klären und Grundlage für weitere Produktentwicklungen darstellen. Die Aufnahme von Wellpappe in die Liste der zugelassenen Dämmkernwerkstoffe der europäischen Sandwichnorm DIN EN 14509 wird angestrebt.

Mit dem Forschungsprojekt soll ein großer Schritt in Richtung Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit von Stahl-Sandwichelementen möglich gemacht werden. Gelingt es, Stahl-Sandwichelemente mit Zellstoff als Kernmaterial mit vergleichbaren Tragfähigkeiten und Wärmedämmeigenschaften wie bei bestehenden Systemen zu entwickeln, entsteht ein nahezu vollständig recyclebares, ökologisches Bauprodukt, mit dem ganz neue Absatzmärkte erschlossen werden können. Profiteure sind neben den Sandwichelementherstellern und der Papier- und Pappenindustrie auch Zulieferer, Nachunternehmer sowie Architektur- und Ingenieurbüros, die in der Regel kleine oder mittelständige Unternehmen sind.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Eignung von Wellpappe als alternatives Kernmaterial für Sandwichelemente zur Verkleidung von Dach- und Wandflächen untersucht.

Hierzu wurden auf der Basis einer Literaturrecherche die wichtigsten Grundlagen zu Papier und Wellpappe einerseits und der Sandwichbauweise andererseits zusammengetragen. Darauf aufbauend wurde ein geeignetes Materialmodell gefunden und die elastischen Materialparameter, Festigkeiten, Wärmeleitfähigkeiten und Brand- sowie Feuchteschutzeigenschaften bestimmt.

In Biegeversuchen an Sandwichproben in Form von Balken und Bauteilen wurde das Verbundtragverhalten für ausgewählte Wellpappensorten und unterschiedliche Kernausrichtungen untersuch. Die Elemente mit der schwächsten Kernausrichtung, in der die ebenen Papiere parallel zu den Deckschichten der Bauteile liegen, führten bei Verwendung von hochwertigen Wellpappen zu Trageigenschaften, die mit denen von Sandwichelementen mit herkömmlichen Kernmaterialien vergleichbar sind. Wärmeschutzeigenschaften sind nahezu so gut wie die von Mineralwolle.

In zwei anderen Kernausrichtungen konnten auch höherfeste Stahldeckschichten bis zu Fließen beansprucht werden können. Aufgrund ihrer geringen Wärmedämmfähigkeiten sind Elemente dieser Kernausrichtung nur für nichtbeheizte Gebäude geeignet. Hervorzuheben ist die geringe Kriechneigung dieser Elementtypen, die eventuell einen Einsatz unter Dauerlasten ermöglicht.

Mit der Herstellung von Musterbauteilen durch einen Produzenten von kommerziellen Sandwichelementen konnte die Möglichkeit zur industriellen Fertigung auf bestehenden Produktionsstraßen unter Beweis gestellt werden.

Das Brandschutzverhalten übertrifft das von Polyurethanschaum.

Die erzielten Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens zeigen die grundsätzliche Eignung von Wellpappe als Kernmaterial für Sandwichelmente. Im Zuge des Forschungsprojekts wurden zahlreiche Optimierungsansätze gefunden, die eine Basis für weitere Forschungsarbeiten darstellen.