F Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung

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1 F Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung G. Pirnbacher DI Gernot Pirnbacher 2005 Abschluss des Bauingenieurstudiums an der TU Graz seit 2005 Mitarbeiter in der holz.bau forschungs gmbh Univ.-Prof. DI Dr. techn. Gerhard Schickhofer 1994 Promotion an der TU Graz seit 2004 Vorstand des Instituts für Holzbau und Holztechnologie der TU Graz F Grazer Holzbau-Fachtagung

2 1 Einleitung 1 Einleitung Die selbstbohrende Schraube wird im klassischen zimmermannsmäßigen Holzbau und in zunehmendem Maße auch im konstruktiven Ingenieurholzbau als planmäßiges Verbindungsmittel eingesetzt. Der Einsatz und der Markt für selbstbohrende Schrauben ist wesentlich durch die Bemessung über technische Zulassungen geprägt. Da die Norm nur für die Sechskant-Holzschraube nach der DIN 571 einheitlich Bemessungswerte festlegt, werden die in der Regel leistungfähigeren modernen Holzschrauben praktisch ausschließlich nach DIBT-Zulassungen bemessen. Jede dieser Zulassungen basiert auf einer eigenen Versuchsserie mit der jeweiligen gegenständlichen Schraube - mit diesen Werten werden dann die einzelnen Zulassungen erstellt. Jede Schraube der verschiedenen Hersteller Würth, SFS, ABC-Spax, Schmid, GRK, Heco und die asiatische Bi-Mirt (rothoblaas), um hier nur einige beispielhaft zu nennen hat ihre spezifischen Eigenschaften und Details, die sich von den Konkurrenzprodukten unterscheiden. Das System Schraube besteht aus folgenden Komponenten: Antrieb in der Regel als TORX-Antrieb Kopf Zylinderkopf, Senkkopf, Scheibenkopf Schaft kann auch entfallen Reibschaft kann auch entfallen, Parameter wie das Gewinde Gewinde mit differenzierter Gewindetiefe, Gewindeganghöhe, Flankenform, Flankenneigung Spitze Halbspitze, Bohrspitze, Cut-Spitze, etc. Passivierung bzw. Beschichtung zur Reibungsverminderung (Wachs, Silikon, Polymere) und als Korrosionsschutz Die Unterschiede wirken sich wesentlich auf die Verarbeitbarkeit aus, die wiederum in der wirtschaftlichen Beurteilung der Schraube (insbesondere für die bauausführenden Betriebe) wesentlich wird. Neben dem Preis ist hier die Verarbeitungszeit wesentlich. Diese wiederum wird maßgebend beinflußt von der Ansetzzeit, der Eindrehzeit (Gewindeganghöhe) und dem Eindrehmoment (Beschichtung und Spitzenausbildung). 2 Hintergrund dieser Versuchsserie Entstanden ist dieser Vergleich im Rahmen der Untersuchungen zum Langzeitverhalten von selbstbohrenden Schrauben. Ziel dieses Projektes ist es, den Einfluß der Belastungsdauer und der Belastungsintensität auf die Tragfähigkeit auf Herausziehen beanspruchter Schrauben zu untersuchen [1]. Für auf Biegung oder Zug sowie Druck beanspruchte Bauteile sind hierzu vertiefte Untersuchungen vorliegend [2] [3], die z.b. in Form der Madison-Curve dargestellt werden. In der aktuellen europäischen Normung wird der Duration of Load -Effekt gemeinsam mit den Auswirkungen der Feuchtigkeit im Beiwert k mod [4] dargestellt und berücksichtigt. 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 2

3 Art der Einwirkung KLED NKL 1 NKL 2 NKL 3 Außergewöhnliche Einwirkungen Erdbeben, Anfahrstoß, Landeplätze sehr kurz 1,10 1,10 0,90 Schnee und Eis < 1000 m.ü.a stat. Windkräfte; horiz. Nutzlasten kurz 0,90 0,90 0,70 Vertikale Nutzlasten - Büro, etc Schnee und Eis > 1000 m.ü.a. mittel 0,80 0,80 0,65 Vertikale Nutzlasten - Lagerflächen lang 0,70 0,70 0,55 ständig 0,60 0,60 0,50 Eigengewicht sinkt mit der Holzfeuchtigkeit Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung sinkt mit der Einwirkungsdauer Tab. 2.1: k mod Beiwerte lt. enbr 2007/04 [6] Wie in Tab. 2.1 dargestellt wird, mindert der kmod-beiwert in der Bestimmungsgleichung R d = k mod R k γ M die Designwerte in Abhängigkeit des Umgebungsklimas und der Lasteinwirkungsdauer ab. Die maximale Abminderung erreicht 50 % bei der Kombination von Nutzungsklasse 3 und Belastung rein aus Eigengewicht bzw. Lagergütern. 62 % 10 Jahre Abb. 2.1: Madison-Curve für Biegung [3] Für die Belastungsarten Zug, Druck und Biegung gibt die Madison-Curve bei einer Einwirkungsdauer von 10 Jahren die allgemein als Bezugswert gewählt werden ein kritisches Lastniveau von rund 62 F-3 6. Grazer Holzbau-Fachtagung

4 2 Hintergrund dieser Versuchsserie % der Kurzzeittragfähigkeit im Standardversuch (t 300 Sekunden und u = 12 %) an, die EN 1995 sieht hier einen Wert (k mod für NKL 1 + 2) von 0,60 vor. Für kurze, impulsartige Lasten kann ein erhöhtes Potential genutzt werden, was auch im Wert k mod = 1,10 für die außergewöhnlichen Lasfälle wie Anfahrstoß oder Erdbeben erkennbar ist. Für den Einsatz von Schrauben als hoch belastete Verbindungsmittel im Ingenieurholzbau, ist die Bestimmung dieses Effektes als Grundlage für einen effektiven und sicheren Einsatz zu betrachten. Der Verbund Schraube - Holz erfolgt als lokale Kontaktbeanspruchung zwischen dem Holz im Gewinde und der Schraube und dann dem fluß weiter folgend über eine lokale Abscherbeanspruchung zwischen den in den Gewindegängen eingebetteten Holzbereichen und dem umliegenden Holz. Die Schubbelastung bzw. Abscherbeanspruchung weist eine höhere Sensitivität gegenüber dem Duration of Load -Effekt auf, was es erforderlich macht, die Auswirkungen dieses Umstandes für die hohen lokalen Beanspruchungen infolge der Schrauben zu bestimmen. Abb. 2.2: Übersicht über den Duration of Load Versuchsaufbau Wesentlich war in der Startphase dieses Projektes die Frage, ob der Einsatz einers Schraubentyps alleine in der Hauptserie die Ergebnisse wesentlich beeinträchtigt oder ob dadurch keine wesentliche Veränderung der Ergebnisse zu erwarten ist. Durch diese Versuche war es uns möglich, den Einsatz eines Stellvertreterproduktes in den Untersuchungen zum Thema Schrauben abzuklären und zu dem Schluß zu kommen, dass keine gravierenden Unterschiede vorliegen, die es erfordern, auch innerhalb eines Versuches die Hersteller zu variieren. Ziel der Versuche war es, die diversen Schrauben in einer vorgegebenen Abfolge, mit bewusst geringen Abständen, einzudrehen und die Ausziehtragfähigkeit zu bestimmen. Durch die geringen Abstände und den sich wiederholenden Raster werden die natürlichen Schwankungen in den einzelnen Holz- Basiskörpern einerseits möglichst gering gehalten (kleine Abstände) und andererseits über die Hersteller verschmiert (sich wiederholender fixer Raster der Schraubenabfolge). Dies führt zu einem größtmöglichen Ausgleich der Holzeigenschaften gegenüber den variierenden Schraubeneigenschaften. Die Vergleichsserien wurden für den Winkel zwischen Schraubenachse und Faserrichtung von 90 zur Faser in BSH und für die Winkel von 45 und 0 zur Faser in Vollholz durchgeführt. 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 4

5 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung 3 Untersuchte Schraubentypen In diese Untersuchung wurden verschiedene Hersteller einbezogen. Die untersuchten Schrauben beinhalten die Würth ECO ASSY II (Teilgewinde im folgenden als TG bezeichnet), die GRK RSS LTF (TG), die HECO Topix D (TG), ABC SPAX-S (Vollgewinde im folgenden als VG bezeichnet), Schmid STARDRIVE als VG und eine TG-Schraube der Handelsgesellschaft Maschinenprofi die unter Benutzung der gleichen Zulassung wie die STARDRIVE-Schraube zu bemessen ist und die Sechskantschraube nach der DIN 571 [5]. Mit Ausnahme der DIN-Schrauben wurden alle Schrauben in der Dimension 8x400 mit einer eingedrehten Gewindelänge von 100 mm eingesetzt, wodurch auch die Kopfverschiebungen bzw. Steifigkeiten vergleichbar werden (Numerierung H1 bis H5 ist in den folgenden Kapiteln von der Reihenfolge dieser Liste abweichend!). Folgendes Bild stellt die einzelnen Schrauben im direkten Vergleich dar. Die vorhandenen Unterschiede betreffen praktisch alle Einzelelemente der Schraube. Man kann sofort unterschiedliche Kopfformen, Kerndurchmesser (siehe d k /d Verhältnis), Gewindetiefen, -ganghöhen und Flankenformen, Reibschaftformen, -neigungen und -längen, sowie wesentlich variierende Spitzen erkennen. Abb. 3.1: Schrauben im empirischen Vergleich Die für die Bemessung maßgebenden Werte der Schrauben sind in den Zulassungen lt. folgender Tabelle festgelegt: F Grazer Holzbau-Fachtagung

6 3 Untersuchte Schraubentypen Zulassung Hersteller Ausziehparameter f 1,90,k alt Ausziehparameter f 1,90,k neu Kopfdurchziehp arameter f 2,90,k alt Kopfdurchziehp arameter f 2,90,k neu Zugtragfähigkeit R Stahl,k,8mm [-] [-] [N/mm²] [N/mm²] [N/mm²] [N/mm²] [kn] 361 Ecofast ASSY HWH Turboschraube 6 12,3 426 ASSY plus 5 11,6 5 11,6 18,9 427 BiRA IngBau 6 11,6 5 11,6 435 Stardrive, Rapid, Dual Drive SPAX-S Schrauben 6 10, HECO Topix 4, RSS LTF Schraube ,5 15 (n.ausgew.) Würth ASSY II SPAX-S VG 6 10, BTI DoTec ,5 605 SWG Timtec ASSY VG plus 5 11,6 18,9 620 Easy Fast ,5 632 Vi-Port 5 11,6 4 11, Quick Drill ,5 641 HECO TOPIX D 5 11,6 5 11, Duve ASC.Special 4 10,1 4 11, Paneltwistec 5 11,6 4 11,6 20,1 681 Paneltwistec VG 5 11, MIN MAX ,5 11,6 23 in % bez. auf min. Wert + 50 % + 20 % + 87,5 % + 16 % + 11 % Tab. 3.1: Bemessungswerte diverser Schrauben lt. technischen Zulassungen für ρ k = 380 kg/m³ In den Zulassungen nach alter DIN 1052 variieren die Werte für den Ausziehparameter zwischen 4 und 6 N/mm². Bezogen auf den niedrigeren Wert ist das immerhin ein Unterschied von 50 %. Die Ausziehwerte nach der EN 1995 nahen Formulierung in den gleichen Zulassungen liegen mit 10 bzw. 12 N/mm² wesentlich näher beieinander der Unterschied beträgt bezogen auf den niedrigeren 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 6

7 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung Wert nur mehr 20 %. Auch die Kopfdurchziehparameter weisen mit Werten von 4 und 7,5 N/mm² einen Schwankungsbereich von 87,5 % auf. Nach neuer Formulierung lt. EN 1995 liegt dieser Schwankungsbereich zwischen 10 und 11,6 N/mm² oder rund 16 %. Vergleicht man nun die Vielfalt der geometrischen Formen mit dem relativen Gleichklang der Berechnungskennwerte, stellt sich bereits daraus die Frage: Dienen diese geometrischen Unterschiede primär der Lastübertragung oder der leichteren Verarbeitung? In der Versuchsdurchführung mit den Schrauben stellen sich die ersten Anmerkungen unserer Laboranten ausschliesslich in Bezug auf die Verarbeitbarkeit ein. Hier häufen sich Aussagen wie Die Schraube X beisst nicht, man braucht viel mehr und Zeit als mit der Schraube Y! oder Die Schraube X geht weit schwerer hinein als die Schraube Z, den Akkuschrauber muss ich jetzt weit öfter Aufladen!. Erst lange danach folgen Aussagen wie Die Schraube Y reisst (Anm: Stahlbruch) früher ab, sie hält weniger aus als die Schraube X!, eine direkte Kritik in Bezug auf den Gewindeverbund tritt allerdings bis dato nicht auf. Der Frage nach den Unterschieden zwischen den Herstellern und damit direkt verbunden der erreichten Ausziehtragfähigkeit soll im folgenden nachgegangen werden. 4 Vorgehensweise Die Schrauben werden in die Prüfkörper so eingedreht, dass alle Schrauben eines Zykluses in jedem Prüfkörper einmal geprüft werden. Um die Variationen der Holzeigenschaften möglichst klein zu halten, werden die Abstände mit 5 d oder 40 mm festgelegt. Durch diesen Abstand wird es möglich als Bezugsrohdichte einen Körper mit 4 d x 4 d x l ef zu nutzen. Für die Untersuchungen mit rechtwinkelig zur Faser eingedrehten Schrauben, wurden BSH-Träger mit dem Querschnitt 95/180 mm eingesetzt. Die Versuchskörper für parallel zur Faser und unter 45 zur Faser eingedrehte Schrauben wurden aus Vollholzquerschnitten mit 120/280 mm hergestellt. In diese Prüfkörper werden dann die Schrauben nach einem festgelegten Raster eingedreht, wobei die Eindrehtiefe mit 100 mm konstant gehalten wurde. Alle Versuche erfolgten bei einer Holzfeuchte von u = 12 % nach Lagerung im Normklima. PK 0 PK 1b PK 1a PK 3b PK 3a PK 4 PK 2 PK 4 Abb. 4.1: PK 3a PK 3b entnahme Herstellung der Prüfkörper aus Vollholz für mit 45 und 0 zur Faser geneigten Schrauben F Grazer Holzbau-Fachtagung

8 4 Vorgehensweise Abb. 4.2: Schnittmuster der Prüfkörper aus dem Grundmaterial Bezugsvolumen Abb. 4.3: Prüfkörper mit 45 zur Faser geneigt eingebauten Schrauben 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 8

9 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung Bezugsvolumen Abb. 4.4: Prüfkörper mit 45 zur Faser geneigt eingebauten Schrauben Bezugsvolumen Abb. 4.5: Prüfkörper mit 0 zur Faser geneigt eingebauten Schrauben F Grazer Holzbau-Fachtagung

10 4 Vorgehensweise Wie in Abb. 4.3 bis Abb. 4.5 eingetragen, kann mit dieser Schraubenanordnung ein definiertes Volumen im Zentrum der Prüfkörper als durchgehender Bezugsbereich genutzt werden. In der Auswertung werden Versuche, die offensichtlich in einen Ast eingedreht wurden, nicht berücksichtigt, um für die vergleichende Betrachtung eine möglichst homogene Grundmenge zu erhalten. Die Beurteilung dieser auszuscheidenden Versuche erfolgt zusätzlich zu statistischen Methoden durch eine Kontrolle der proben, an deren Oberflächen Äste erkennbar sind. Diejenigen Proben auf denen ein Ast erkennbar ist, der durch das Einschraubloch gehen kann, werden aufgespalten und bei einer Bestätigung der Astdurchdringung direkt als Auszuscheiden markiert. Eine Astnähe wirkt sich jedoch nicht in jedem Fall als krafterhöhend aus um einen echten Anstieg zu messen muss der Ast durchbohrt werden. Bezeichnung Loch 60_4 Loch 6_4 Loch 60_2 F Versuch 21,12 kn 9,46 kn 11,92 kn F Mean 11,90 kn 11,90 kn 12,47 kn Tab. 4.1: Astkontrollkörper mit durchbohrten Ästen und Harzeinschlüssen In den folgenden Auswertungen werden bewußt keine Bestimmungsgleichungen für die Ausziehfestigkeit als Funktion der und des Eindrehwinkels für die einzelnen Schrauben angegeben, da durch die spezielle Natur des Versuches keine repräsentativen Werte abgeleitet werden können. Das Ziel dieses Versuches, die einzelnen Schrauben möglichst miteinander zu vergleichen, ist bereits ohne die exakten Versuchskennwerte möglich. Die Unterschiede zwischen den untersuchten Schrauben sind anhand der zusammenfassenden Graphiken in den folgenden Kapiteln leicht abzulesen. 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 10

11 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung 5 Die Schraube rechtwinkelig (90 ) zur Faser Wie in Abb. 5.1 erkennbar ist, liegen alle Werte der Vergleichsserien innerhalb, bzw. nur knapp ausserhalb, eines Konfidenzintervalles von 95 % rund um die Regressionslinie für die gesamte Gruppe. Betrachtet man die einzelnen Herstellergruppen im Detail, wird erkennbar, wie die einzelnen Schrauben bereits optisch erkennbare, getrennte Gruppen bilden. Trägt man für diese Gruppen getrennte Regressionsgeraden ein, bilden sich parallele Linien zur Gesamtregressionsgerade. Die Unterschiede sind statistisch signifikant und bewegen sich im Bereich von ± 5 %. 15,7 kn 14,4 kn 2 R Linear, Ges 2 R Linear, H1 2 R Linear, H3 = = = 054, 051, 035, Abb. 5.1: Streudiagramm Darrdichte zu F ax für Schrauben mit α = 90 Die Werte der Ausgleichsgeraden an der gekennzeichneten Stelle für die beiden ausgewählten Gruppen betragen rund 14,40 kn bzw. 15,70 kn. Das ist bezogen auf den Mittelwert von 15,00 kn ein Unterschied von rund 8,6 %. Dieser Wert entspricht in etwa den in den Zulassungen vorhandenen Unterschieden der Ausziehparameter (f 1,90k ) von rund 10 %. Aus Abb. 5.3 ist ersichtlich, dass die verteilung über die untersuchten Schraubengruppen durch das umgesetzte Versuchsprogramm gleichmäßig verteilt und die Mittelwerte der über die Einzelgruppen nahe beieinander und somit gut vergleichbar sind. F Grazer Holzbau-Fachtagung

12 5 Die Schraube rechtwinkelig (90 ) zur Faser Abb. 5.2: Boxplot der Ausziehwiderstände für α = 90 Abb. 5.3: Boxplot der Darrdichten für die Versuchsserie mit α = Grazer Holzbau-Fachtagung F - 12

13 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung Typ D H1a H1b H2 H3 H4 H5 Standardab N Minimum Maximum Mittelwert weichung , ,87 13, ,70 4, ,54 7, ,54 429, , ,90 16, , ,59 5, ,53 6, ,17 479, , ,56 15, , ,79 5, ,11 5, ,70 441, , ,10 15, ,64 5, ,35 5, ,57 433,64 406, , ,17 14, , ,34 6, ,71 5, ,90 477, , ,70 14, , ,51 5, ,77 5, ,63 441, , ,71 15, , ,72 6, ,67 5, ,83 467, Abb. 5.4: Statistische Kennwerte der Serie α = 90 für D, H1 bis H5 F Grazer Holzbau-Fachtagung

14 6 Die Schraube schräg (45 ) zur Faser 6 Die Schraube schräg (45 ) zur Faser Auch für 45 zur Faser geneigte Schrauben stellt sich ein ähnliches Bild ein. Die einzelnen Schrauben bilden getrennte Gruppen, die bereits optisch zu erkennen sind. Auffällig ist der kleiner werdende Unterschied zwischen den einzelnen Produkten für höhere bereiche. 13,5 kn 11,4 kn 2 R Linear, Ges 2 R Linear, H1 2 R Linear, H3 = = = 086, 079, 095, Abb. 6.1: Streudiagramm Darrdichte zu F ax für Schrauben mit α = 45 Die Werte der Ausgleichsgeraden an der gekennzeichneten Stelle für die beiden ausgewählten Gruppen betragen rund 11,40 kn bzw. 13,50 kn, was bezogen auf den Mittelwert von 12,45 kn einem Unterschied von rund 8,4 % entspricht. Dieser Wert entspricht in etwa den in den Zulassungen vorhandenen Unterschieden der Ausziehparameter (f 1,90k ) von rund 10 %. Aus Abb. 6.3 ist ersichtlich, dass die verteilung über die untersuchten Schraubengruppen durch das umgesetzte Versuchsprogramm gleichmäßig verteilt und die Mittelwerte der über die Einzelgruppen nahe beieinander und somit gut vergleichbar sind. 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 14

15 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung Abb. 6.2: Boxplot der Ausziehwiderstände für α = 45 Abb. 6.3: Boxplot der Darrdichten für die Versuchsserie mit α = 45 F Grazer Holzbau-Fachtagung

16 6 Die Schraube schräg (45 ) zur Faser Typ D H1a H1b H2 H3 H4 H5 Standardab N Minimum Maximum Mittelwert weichung Abb. 6.4: Statistische Kennwerte der Serie α = 45 für D, H1 bis H5 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 16

17 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung 7 Die Schraube parallel (0 ) zur Faser Für parallel zur Faser eingedrehte Schrauben ändert sich das Bild. Die Einzelpunkte der untersuchten Teilserien vermischen sich, wodurch keine dezitierte Gruppenbildung mehr erkennbar ist. Die Trendlinien der Einzelgruppen liegen in unmittelbarer Nähe der Gesamtregressionsgeraden und pendeln um diese. Die Tragfähigkeiten der Schrauben weisen für 0 Neigung zur Faserrichtung keine wesentlich differenzierten Unterschiede über die Hersteller auf. 2 R Linear, Ges 2 R Linear, H2 2 R Linear, H3 = = = 066, 044, 068, Abb. 7.1: Streudiagramm Darrdichte zu F ax für Schrauben mit α = 0 Aus Abb. 7.3 ist ersichtlich, dass die verteilung über die untersuchten Schraubengruppen durch das umgesetzte Versuchsprogramm gleichmäßig verteilt ist und die Mittelwerte der über die Einzelgruppen nahe beieinander und somit gut vergleichbar sind. F Grazer Holzbau-Fachtagung

18 Abb. 7.2: Boxplot der Ausziehwiderstände für α = 0 Abb. 7.3: Boxplot der Darrdichten für die Versuchsserie mit α = 0 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 18

19 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung Typ H1b H2 H3 H4 H5 Standardabw N Minimum Maximum Mittelwert eichung 22 6,09 14,86 9,0841 2, ,43 2,90 1,8573, ,32 6,13 5,2827, ,06 496,32 382, , ,59 12,48 8,4860 1, ,21 2,13 1,5695, ,57 7,34 6,3830, ,91 455,79 366, , ,10 12,38 8,8645 1, ,16 2,28 1,6835, ,00 7,39 6,0805 1, ,43 466,21 376, , ,52 12,04 8,5850 1, ,36 2,12 1,7265, ,67 7,17 5,3235, ,63 455,44 360, , ,85 11,35 8,7682 1, ,43 2,73 1,8718, ,14 7,60 5,1527 1, ,18 477,93 373, , Abb. 7.4: Statistische Kennwerte der Serie α = 0 für H1b bis H5 F Grazer Holzbau-Fachtagung

20 8 Vergleich der Stahlgüten 8 Vergleich der Stahlgüten Die Stahlgüten der verschiedenen Hersteller bewegen sich in engen Bereichen. Wesentlich für die Festigkeit des Systems Schraube ist die Kerbwirkung der Gewindegänge. Die Gewindegänge bewirken im Mittel eine Verringerung der Bruchfestigkeit, bezogen auf die reine Schaftfestigkeit, um rund 9000 N. Der Kopf mit den eingeprägten Rillen aus der Herstellung (Aufstanzen der Kopfform) verringert die Bruchfestigkeit um rund 1000 N. Auf den reinen Schaftbereich bezogen, erreichen die Schrauben eine Bruchspannung von 1100 bis 1450 N/mm², der Systemkennwert für die gesamte Schraube liegt im Bereich von 830 bis 1100 N/mm². Die E-Moduli der getesteten Schrauben liegen im Bereich von bis N/mm² für alle untersuchten Varianten (nur Schraubenschaft, Schraubenschaft mit Kopf, System Schraube komplett, Vollgewindeschraube komplett). Typ Art MOE Ft ft Anzahl Mean COV Mean Mean COV [-] [N/mm²] [%] [N] [N/mm²] [%] H1 TG nur Schaft ,44 % ,04 % TG ohne Gewinde ,77 % ,36 % TG komplette Schraube ,83 % ,49 % VG ,45 % H2 TG nur Schaft ,29 % ,03 % TG ohne Gewinde ,70 % ,50 % TG komplette Schraube ,40 % ,97 % H3 TG nur Schaft ,56 % ,30 % TG ohne Gewinde ,11 % ,36 % H4 TG nur Schaft ,67 % H5 TG nur Schaft ,00 % ,38 % TG ohne Gewinde ,41 % ,77 % TG komplette Schraube ,60 % ,05 % Tab. 8.1: Zugfestigkeiten verschiedener Hersteller Für den Vergleich der einzelnen Schrauben miteinander kann für die Stahlfestigkeit kein gemeinsamer Nenner festgelegt werden. D.h. wenn die Stahlgüte als maßgebender Wert heranzuziehen ist, lohnt sich der Aufwand einer detaillierten Auswahl der eingesetzten Schraube. Aus unserem Vergleich gehen Systemkennwerte der Zugbruchlast im Bereich von 21,50-29,60 kn hervor. 6. Grazer Holzbau-Fachtagung F - 20

21 Kapitel F: Schrauben im Vergleich - eine empirische Betrachtung 9 Resumee Die Unterschiede in der Tragfähigkeit der Schrauben sind bereits mit geringem Aufwand erkennbar und quantifizierbar. Je flacher die Schrauben in das Holz eingedreht werden, umso geringer werden die Differenzen. Für parallel zur Faser eingedrehte Schrauben können keine eindeutig definierbaren Unterschiede aufgezeigt werden. Die Unterschiede sind vorhanden, jedoch nicht als gravierend einzustufen für das zugrundeliegende Projekt folgt damit der Schluß, dass durch den Einsatz eines Stellvertreterproduktes keine wesentlichen Fehler in die Untersuchung eingebaut werden. Das grundlegende Verhalten aller Schraubentypen ist ähnlich, die Unterschiede beschränken sich auf rund ± 10 % der Tragfähigkeit, wie bereits in den Zulassungen ersichtlich ist. Aus den Grundlagenversuchen, die an den Langzeitversuchskörpern (Eine getrennte Versuchsserie im Rahmen des Hauptprojektes) durchgeführt wurden, kann der Verlauf der Ausziehfestigkeit über den Einschraubwinkel α dargestellt werden. Aus Abb. 9.1 ist ersichtlich, dass die Ausziehfestigkeit für den Winkelbereich von 45 bis 90 (eine weitere Versuchsserie, die an der hbf durchgeführt wurde, lässt einen konstanten Wert bis hin zu rund 30 zur Faser geneigt erkennen) konstant ist und dann zum Wert von 0 hin abfällt. Abb. 9.1: Boxplots der Ausziekräfte im Kurzzeittest für die Hauptserien der Lamgzeituntersuchung F Grazer Holzbau-Fachtagung

22 10 Literatur 10 Literatur [1] [2] LYMAN W. WOOD: Relation of strength of wood to duration of load, Rept. No. 1916, 1951, Forest Products Laboratory, Madison [3] B. MADSEN: Structural Beahviour of Timber, Timber Eingineering LTD, 1992 [4] ON EN :2006 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau [5] DIN 571 Sechskant Holzschrauben, 1986 [6] KRENN H., MEINHARDT G.: enbr eurocode nahe Bemessungsrichtlinie, Stand , holz.bau forschungs gmbh, Graz [7] van de KUILEN, J.W.G. Duration of Load Effects in Timber Joints Dissertation TU-Delft Grazer Holzbau-Fachtagung F - 22