Die Erfindung betrifft ein Bewehrungselement für den Betonbau in Form eines
Kopfbolzens, der aus einem stabförmigen Abschnitt mit einer endständigen
Querschnittserweiterung besteht.
Derartige Kopfbolzen werden vorwiegend zur Übertragung von Druck- und
Querkräften eingesetzt, können aber auch Zugkräfte übertragen. Hauptsächlich
werden sie als Schubbewehrung oder Durchstanzbewehrung bei Betonbauteilen
eingesetzt, außerdem als Druck- oder Querkraftstab in Isolierkörpern, die zwischen
einer Gebäudedecke und einer vorragenden Balkonplatte eingebaut werden.
Bis jetzt bestehen diese Kopfbolzen aus Baustahl oder bei korrosiven Einflüssen
aus Edelstahl, was jedoch die Herstellkosten erheblich verteuert.
In jüngerer Zeit werden Bewehrungsstäbe, insbesondere dann, wenn es um Korrosionsbeständigkeit
oder geringe Wärmeleitung geht, auch aus glasfaserverstärktem
Kunststoff hergestellt. Es handelt sich dabei um Duroplast, der zur Erzielung
der gewünschten Festigkeit einen Glasfaseranteil von etwa 50% bis 80%
aufweist. Da Duroplast nachträglich nicht verformbar ist, sind bisher Bewehrungselemente
aus glasfaserverstärktem Kunststoff nur in Form von Stäben mit
konstantem Querschnitt bekannt geworden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Bewehrungselement
in Form eines Kopfbolzens herzustellen, bei dem zumindest der Kopf,
also die endständige Querschnittserweiterung aus glasfaserverstärktem Kunststoff
besteht. Dabei soll sich der Kopfbolzen durch hohe Kraftaufnahme in Zugwie
auch in Druckrichtung auszeichnen und rationell herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest die endständige
Querschnittserweiterung des Kopfbolzens aus glasfaserverstärktem
Kunststoff besteht und in ihrem Zentrum eine axiale Bohrung angeordnet ist und
dass diese Bohrung und der von ihr umschlossene Bereich des stabförmigen
Abschnitts formschlüssig ineinander greifen.
Während bisher die endständige Querschnittserweiterung durch Stauchen eines
zylindrischen Stabes erfolgte, wird erfindungsgemäß ein separates Teil für die
Querschnittserweiterung verwendet und dieses separate Teil wird in formschlüssigen
Eingriff mit dem stabförmigen Abschnitt des Kopfbolzens gebracht. Dadurch
ist die Übertragung hoher Kräfte von der Querschnittserweiterung auf den
stabförmigen Abschnitt gewährleistet auch wenn die Querschnittserweiterung
und gegebenenfalls auch der stabförmige Abschnitt aus Kunststoff besteht.
Im allgemeinen steht die Übertragung von Zug- und Druckkräften durch den
Kopfbolzen im Vordergrund, deshalb empfiehlt es sich, den formschlüssigen
Eingriff durch eine überwiegend gegen Axialkräfte wirksame Profilierung zu bilden,
also etwa durch Querrippen, Bohrungen, Einfräsungen oder durch Gewindegänge.
Zur weiteren Unterstützung der Kraftübertragung zwischen stabförmigen Abschnitt
und endständiger Querschnittserweiterung besteht eine besonders günstige
Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Querschnittserweiterung eine
sich entlang ihrer axialen Bohrung erstreckende hülsenartige Verlängerung aufweist,
und zwar in einer Länge, die zumindest etwa dem dreifachen, vorzugsweise
zumindest etwa dem vierfachen Durchmesser der Bohrung entspricht.
Man erhält dadurch eine große formschlüssige Eingriffsfläche zwischen beiden
Teilen und demzufolge eine entsprechend hohe Kraftübertragung.
Zu dem gleichen Zweck empfiehlt es sich, dass die hülsenartige Verlängerung in
Richtung auf die Querschnittserweiterung eine zunehmende Wandstärke aufweist,
also konisch ausgebildet ist und zu ihrem Ende hin unter einem Winkel
von weniger als 90 Grad, insbesondere weniger als 60 Grad in die Querschnittserweiterung
übergeht.
Wird der Formschluss zwischen dem stabförmigen Abschnitt einerseits und der
hülsenförmigen Verlängerung mit ihrer Querschnittserweiterung andererseits
durch Gewindegänge gebildet, so besteht die Möglichkeit, beide Teile durch
Verschrauben und anschließendes Verkleben oder Verschmelzen miteinander
zu verbinden. Besonders günstig ist es aber, wenn die Querschnittserweiterung
- gegebenenfalls mit ihrer hülsenförmigen Verlängerung - durch Aufspritzen in
schmelzflüssigem Zustand mit dem stabförmigen Abschnitt verbunden wird. Dies
gilt insbesondere dann, wenn auch der stabförmige Abschnitt selbst aus einem
glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf einen Isolierkörper,
der mit den vorbeschriebenen Bewehrungselementen bestückt ist, und zwischen
zwei zu isolierenden Bauteilen, insbesondere einer Gebäudedecke und einer
Balkonplatte, eingebaut wird. Dabei kommen die korrosionsbeständigen Eigenschaften
des glasfaserverstärkten Kunststoffes und seine geringe Wärmeleitfähigkeit
besonders vorteilhaft zur Geltung. Das erfindungsgemäße Bewehrungselement
kann in dem Isolierkörper zur Übertragung von Zug-, Druck- und Querkräften
eingesetzt werden.
Zur Aufnahme von Querkräften ist es bei Isolierkörpern bisher üblich, die entsprechenden
Bewehrungsstäbe schräg durch den Isolierkörper hindurchzuführen
und außerhalb desselben in die Horizontalebene zurückzubiegen. Da dies
bei Bewehrungsstäben aus glasfaserverstärktem Duroplast schlecht möglich ist,
der Querkraftstab also schräg in die an den Isolierkörper anschließenden Betonbauteile
hinlaufen muss, ist es zur optimalen Krafteinleitung in die Betonbauteile
zweckmäßig, das äußere Ende der Querschnittserweiterung durch eine zur
Axialrichtung des Querkraftstabes schräge Ebene zu bilden, derart, dass diese
Ebene etwa horizontal im angrenzenden Betonbauteil verläuft.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; dabei
zeigt
- Fig. 1
- eine Seitenansicht im Endbereich eines Kopfbolzens;
- Fig. 2
- einen Axialschnitt von Fig. 1;
- Fig. 3
- eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1, jedoch bei einer
alternativen Ausgestaltung;
- Fig. 4 bis Fig. 5
- einen Isolierkörper mit den erfindungsgemäßen Kopfbolzen
im Vertikalschnitt;
- Fig. 6 bis Fig. 9
- Einsatzmöglichkeiten für den erfindungsgemäßen Kopfbolzen.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils nur das eine - als Kopf ausgebildetes - Ende
eines Bewehrungselementes. Das andere Ende kann genauso aussehen, kann
aber auch anders ausgebildet sein oder als normaler Bewehrungsstab auslaufen.
Der Bewehrungsstab bzw. sein abgebildeter stabförmiger Abschnitt ist mit 1
bezeichnet, die endständige Querschnittserweiterung mit 2. Wie man sieht, handelt
es sich bei der Querschnittserweiterung 2 um ein selbständiges Teil. Es hat
nicht mehr die herkömmliche Form, sondern eine hülsenartige Verlängerung 2a,
mit der es ebenfalls den stabförmigen Abschnitt 1 umschließt.
Im Zentrum der Querschnittserweiterung 2 und ihrer Verlängerung 2a läuft eine
Axialbohrung 3. Sie ist im Ausführungsbeispiel durchgehend, kann stattdessen
aber auch als Sackloch ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass einerseits die Außenseite
des stabförmigen Abschnittes 1 zumindest in dem in der Bohrung 3
steckenden Bereich eine Profilierung 4 aufweist und dass die Bohrung 3 eine
dazu passende Profilierung 5 hat, so dass beide Teile formschlüssig ineinander
greifen.
Dieser Formschluss in Kombination mit der hülsenartigen Verlängerung 2a gewährleistet
einen innigen Verbund und demzufolge eine hohe Kraftübertragung
zwischen beiden Teilen. Dadurch können sowohl der Bewehrungsstab 1 wie
auch die Querschnittserweiterung 2 mit ihrer hülsenartigen Verlängerung 2a aus
glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt werden.
Im Ausführungsbeispiel wird die Profilierung 4 und 5 durch Gewindegänge gebildet.
Es wäre daher möglich, die Querschnittserweiterung 2 mit ihrer hülsenartigen
Verlängerung 2a auf den stabförmigen Abschnitt 1 aufzuschrauben und
sodann beide Teile miteinander zu verbinden. Meist ist es aber günstiger, das
Ende des stabförmigen Abschnittes 1 in ein Spritzgusswerkzeug zu stecken und
die Querschnittserweiterung 2 mit ihrer hülsenartigen Verlängerung 2a in
schmelzflüssigem Zustand aufzuspritzen.
Die hülsenartige Verlängerung 2a hat vorzugsweise auch an ihrer Außenseite
eine gewisse Profilierung, um ihre spätere Verbindung mit dem Beton zu begünstigen.
Sie weist dazu mehrere aufeinander folgende, im Durchmesser abgestufte
Abschnitte 6 bzw. 7, deren Durchmesser in Richtung auf die Querschnittserweiterung
2 allmählich zunimmt, um dann unter einem Winkel von weniger
als 60 Grad in die Querschnittserweiterung 2 überzugehen.
In Fig. 1 sind die Abschnitte 6 durch eine schraubengangförmig umlaufende Stufe
voneinander getrennt, während in Fig. 2 und 3 die Abschnitte 7 durch mehrere
ringförmig umlaufende Stufen getrennt sind. Selbstverständlich sind hier aber
auch beliebige andere Profilierungen möglich.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den Einsatz der vorbeschriebenen Kopfbolzen bei Isolierkörpern.
Diese Isolierkörper werden zwischen einer Gebäudedecke und einer
vorragenden Balkonplatte eingebaut, um den Wärmefluss zwischen beiden Bauteilen
zu minimieren. Sie sind üblicherweise mit Bewehrungselementen zur Übertragung
von Zug-, Druck- und Querkräften bestückt.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen erkennt man einen Isolierkörper 10, der
zwischen einer Balkonplatte 11 und einer Gebäudedecke 12 angeordnet ist. Der
Isolierkörper 10 enthält wie üblich in seinem oberen Bereich horizontal durchlaufende
Zugstäbe 13, im mittleren Bereich schräg verlaufende Querkraftstäbe 14
und im unteren Bereich horizontal durchlaufende Druckstäbe 15.
Wesentlich ist nun, dass die genannten Stäbe ganz oder teilweise durch die erfindungsgemäßen
Kopfbolzen aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen
können, wie dies in Fig. 4 am Beispiel der Querkraft- und Druckstäbe ersichtlich
ist.
Fig. 4 zeigt eine Alternative für die Ausbildung der Kopfbolzen. Sie haben hier
im Falle der Querkraftstäbe 14 keine senkrecht zur Stablängsachse verlaufenden
Endflächen, sondern schräg verlaufende Endflächen 14a. Ihre Schrägstellung
ist so gewählt, dass beide Endflächen 14a etwa in einer Horizontalebene
liegen. Sie können dadurch besser Kräfte in Vertikalrichtung aufnehmen.
Fig. 5 zeigt den Querkraftstab mit normalen rechtwinklig zur Stabachse verlaufenden
Enden.
Der für den vorliegenden Anwendungsfall eingesetzte Kunststoff besteht im Fall
des stabförmigen Abschnittes 1 aus etwa 50% bis etwa 80% Glasfasern, im Übrigen
aus Duroplast, im Fall des aufgespritzten Kopfteiles, also der endständigen
Querschnittserweiterung 2 und deren hülsenartigen Verlängerung 2a aus
etwa 20% bis etwa 60% Glasfasern, im Übrigen aus thermoplastischen Kunststoff.
Fig. 6 zeigt der Vertikalschnitt durch einen Balken 21, in dem die vier jeweils
rechtwinklig zueinander und parallel zu den Außenseiten des Balkens 21 verlaufenden
Kopfbolzen 22 als Ersatz einer Umbügelung dazu dienen, die statisch
bemessene Biegebewehrung, die sich im Balken in Horizontalrichtung erstreckt,
zu umschnüren.
Beim Ausführungsbeispiel aus Fig. 7, die ebenfalls einen Vertikalschnitt durch
eine an eine Säule 31 angeschlossene horizontal vorstehende Konsole 32 zeigt,
dienen die Kopfbolzen 33 dazu, die Biegekräfte der Konsole 32 aufzunehmen
und an die Säule 31 bzw. deren Bewehrung 34 zu übertragen, wobei die Kopfbolzen
üblicherweise als Anker bezeichnete Bauteile ersetzen, die im oberen
Konsolenbereich auf Zug und im unteren Konsolenbereich auf Druck beansprucht
werden.
In Fig. 8 ist ebenfalls in einem Vertikalschnitt eine biegesteife Rahmenecke 41
gezeigt, in der die erfindungsgemäßen Kopfbolzen 42 dazu verwendet werden,
üblicherweise an dieser Stelle eingesetzte Bügel als Bewehrung zu ersetzen.
Das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt erfindungsgemäße Kopfbolzen
51, 52, die in einer auf einer Stütze 53 aufgelagerten Decke 54 angeordnet
sind und sich hierbei zwischen einer oberen Gitterbewehrungslage 55 und einer
unteren Gitterbewehrungslage 56 erstrecken. Die Kopfbolzen 51, 52 dienen
hierbei als Schubbewehrungs- bzw. Durchstanzbewehrungselemente und tragen
die Kräfte zwischen Decke und Stütze fachwerkartig von der Stützte weg nach
außen ab, so dass das Durchstanzen der Stütze durch die Decke verhindert
wird. Hierbei begünstigen die Durchmesservergrößerungen an den endständigen
Köpfen der Kopfbolzen 51, 52 die Kraftüberleitung auf die jeweiligen Gitterbewehrungslagen.