Prüfbericht 02/P0310

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1 Fakultät Bauwesen in Hildesheim Labor für Holztechnik LHT Bauaufsichtlich anerkannte Überwachungs- und Zertifizierungsstelle NDS 13 Prof. Dr.-Ing. M.H. Kessel Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Labor für Holztechnik LHT Hohnsen 1 D Hildesheim HAWK HOCHSCHULE FÜR ANGEWANDTE WISSENSCHAFT UND KUNST Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/ Göttingen University of Applied Sciences and Arts kessel@hawk-hhg.de Telefon / Telefax / Prüfbericht 02/P0310 Auftraggeber: Bohrenkämper GmbH Pestalozzistr. 16 D Bünde Gegenstand: Verbindungsprüfungen mit dem Stern-Zapfen zur Beurteilung der Tragfähigkeit Anzahl der Textseiten: 7 Textseiten Anzahl der Anlagen: 1 Aufstellungsdatum: 6. April 2010 Aktenzeichen: P0310 Dipl.-Ing. (FH) R. Augustin (Sachbearbeiter) Prof. Dr.-Ing. M.H. Kessel (Leiter)

2 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 2 1 VERANLASSUNG MATERIAL STERN-ZAPFEN HOLZSCHRAUBEN BRETTSCHICHTHOLZ PRÜFUNGEN ERGEBNISSE VERBINDUNGSPRÜFUNGEN ZUGPRÜFUNGEN DER GEWINDEVERBINDUNG ZUSAMMENFASSUNG ANHANG

3 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 3 1 Veranlassung Im Auftrag der Bohrenkämper GmbH, Bünde wurden zur Beurteilung der Tragfähigkeit des Stern-Zapfens im Labor für Holztechnik LHT der Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Verbindungsprüfungen und Zugprüfungen der Gewindeverbindung durchgeführt. 2 Material 2.1 Stern-Zapfen Der Stern-Zapfen (Abbildung 1 und Anlage A ) besteht aus einem ringförmigen Stahlgussteil, in dessen Mittelachse sich ein Gewindeloch für eine Holzschraube mit d n = 10,0 mm befindet. Zur hirnholzseitigen Befestigung des Stern-Zapfens dienen sechs konzentrisch angeordnete Senkbohrungen mit d senk = 6,4mm. Die Achsen dieser Bohrungen verlaufen in einem Winkel von ca. 30 zur Mittelachse des Stern-Zapfens. Abbildung 1: Stern-Zapfen 2.2 Holzschrauben Für die Verbindung des Stern-Zapfens an die Hirnholzfläche eines Brettschichtholzstiels wurden die nachfolgend aufgeführten Verbindungsmittel verwendet. Spax-Schrauben, ABC Verbindungstechnik, Brinck & Co GmbH, Altenloh d n = 6,0 mm, l n = 80 mm; gemäß Z d n = 10,0 mm, l n = 120 mm; gemäß Z

4 Hohnsen 1, Hildesheim Seite Brettschichtholz Für die Prüfungen wurde homogenes Brettschichtholz der Festigkeitsklasse BS14 (Angabe des Auftraggebers) mit dem Querschnittsmaßen a x b = 120 x 120 mm 2 verwendet, das von der Bohrenkämper GmbH zur Verfügung gestellt wurde. 3 Prüfungen Die Prüfungen wurden mit dem in Abbildung 2 und 3 dargestellten Prüfaufbauten A (Verbindungsprüfung) und B (Zugprüfung der Gewindeverbindung) durchgeführt. Mit der Universalprüfmaschine des Typs TIRAtest 2850 E12 kann eine Höchstkraft von 50 kn aufgebracht werden. Kraft- und Wegmesseinrichtung der Universalprüfmaschine werden regelmäßig im zeitlichen Abstand von zwei Jahren entsprechend ISO bzw. ISO 9513 fremdkalibriert. Nach aktuellem Stand erfüllen die Kraftmesseinrichtungen und Wegmesseinrichtungen die Bedingungen nach Klasse 1. Zur Messung von auftretenden Verschiebungen bzw. Durchbiegungen werden 2 Inkremental-Messtaster des Typs ST3088 der Firma Heidenhain mit einer Systemgenauigkeit von ±0,001mm verwendet, die jeweils spiegelsymmetrisch zur Kraftachse angeordnet werden. Als Messgröße wird der Mittelwert der Messwerte beider Wegaufnehmer berechnet. Abbildung 2: Prüfaufbau A Abbildung 3: Prüfaufbau B

5 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 5 In Tabelle 1 sind für die entsprechend Prüfaufbau A durchgeführten Prüfungen die Anzahl der verwendeten Verbindungsmittel aufgeführt. Die Prüfungen SV 1 bis SV 6 wurden mit dem in Anlage A beschriebenen Stern-Zapfen durchgeführt. Für die Prüfungen SV6-1 bis SV6-6 wurde zwecks Einleitung einer ausreichenden Prüflast das zentrale Holzschraubengewinde des Stern-Zapfens durch ein metrisches Gewinde M10 ersetzt. Tabelle 1: Anzahl der für die Verbindungsprüfungen verwendeten Holzschrauben Prüfung SV 1 und SV 6 SV 2 bis SV 5 SV6-1 bis SV6-6 Holzschrauben für die hirnholzseitige Befestigung des Stern-Zapfens 4 x Ø6x80, Spax ABC 2 x Ø6x80, Spax ABC 6 x Ø6x80, Spax ABC 4 Ergebnisse 4.1 Verbindungsprüfungen In der Tabelle 2 sind für jede Verbindungsprüfung die Höchstlasten F max je Verbindungsmittel und der Verschiebungsmodul k i (Anfangsverschiebungsmodul) und k s (Verschiebungsmodul) je Verbindungsmittel angegeben. Tabelle 2: Ermittelte Höchstlast F max je Verbindungsmittel und die Verschiebungsmoduli k i und k s je Verbindungsmittel Prüfung F max [N] k i [N/mm²] k s [N/mm²] SV 1 (7500) (4570) (5340) SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV

6 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 6 Die Prüfung SV 1 wurde bei Erreichen einer Prüflast von 30 kn abgebrochen, um eine Schädigung der zentralen Gewindeverbindung auszuschliessen. Die Ergebnisse der Versuche SV2 bis SV6 konnten die Tragfähigkeit des Versuchs SV1 nicht bestätigen. In Abbildung 4 sind die Last-Verschiebungskurven der durchgeführten Prüfungen SV1 bis SV6 dargestellt. In Abbildung 5 sind die Last-Verschiebungskurven der durchgeführten Prüfungen SV6-1 bis SV6-6 dargestellt. Bei sämtlichen Verbindungsprüfungen, mit Ausnahme der Prüfung SV 1, zeigte sich das Herausziehen der Holzschrauben aus dem Hirnholz als einheitliche Bruchursache. In der Abbildung 6 ist diese Bruchursache exemplarisch dargestellt. 4 Schrauben 2 Schrauben Abbildung 4: Last-Verschiebungskurven der durchgeführten Prüfungen SV1 bis SV6

7 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 7 Abbildung 5: Last-Verschiebungskurven der durchgeführten Prüfungen SV6-1 bis SV6-6 Abbildung 6: Herausziehen der Holzschrauben bei Prüfkörper SV 6

8 Hohnsen 1, Hildesheim Seite Zugprüfungen der Gewindeverbindung In der Tabelle 3 ist für jede Zugprüfung die Höchstlast F max angegeben. Tabelle 3: Ermittelte Höchstlast F max der Gewindeverbindung Prüfung F max [N] STV STV STV STV STV STV In Abbildung 7 sind die Last-Verschiebungskurven der durchgeführten Prüfungen STV1 bis STV6 dargestellt Abbildung 7: Last-Verschiebungskurven der durchgeführten Zugprüfungen STV1 bis STV6

9 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 9 Nach Durchführung der Prüfungen konnten zwei unterschiedliche Versagensarten festgestellt werden. Bei den Prüfungen STV1 und STV5 war ein Überschreiten der Gewindetragfähigkeit (Abbildung 8) festzustellen. Bei den restlichen Prüfungen wurde jeweils die Zugfestigkeit der Schrauben überschritten (Abbildung 9). Abbildung 8: Überschreitung der Gewindetragfähigkeit bei den Prüfungen STV 1 und STV5 Abbildung 9: Überschreitung der Zugfestigkeit bei Prüfungen STV 3

10 Hohnsen 1, Hildesheim Seite 10 5 Zusammenfassung Zur Beurteilung der Tragfähigkeit des Stern-Zapfens wurden im Labor für Holztechnik LHT der Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen insgesamt 12 Verbindungsprüfungen entsprechend DIN EN und 6 Zugprüfungen durchgeführt. Dazu wurden Holzschrauben eines Herstellers verwendet.

11 Labor für Holztechnik LHT Prüfbericht 01/P0110 Fachhochschule Hildesheim/Holzminden vom 1. Februar 2010 Hohnsen 1, Hildesheim Anhang 1