88 7. Direktmontage 7.1 Allgemeines 7.1.1 Ein- und mehrstufiges Befestigungsverfahren Die Direktmontage gibt es als ein- bzw. mehrstufiges Befestigungsverfahren. Beim einstufigen Verfahren wird der Setzbolzen ohne weitere Vorarbeiten (z.b. Bohren) direkt in den Verankerungsgrund eingetrieben. Daraus resultiert für den Anwender ein wesentlicher Zeitvorteil gegenüber dem mehrstufigen Befestigungsverfahren. Nachteil des einstufigen Verfahrens ist jedoch, dass die übertragbaren Lasten gering sind und mit Setzausfällen, beispielsweise wenn direkt unter der Betonoberfläche ein Zuschlagskorn getroffen wird, gerechnet werden muss. Beim mehrstufigen Verfahren dagegen wird eine Bohrung mit geringer Tiefe erstellt. In diese Bohrung wird dann der Setzbolzen, wie beim einstufigen Verfahren, eingetrieben. Dadurch ist eine deutliche Laststeigerung möglich. Dies liegt daran, dass die Spitze des Setzbolzens um die Tiefe der Vorbohrung (bei gleicher Ladungsstärke) tiefer in den Beton eindringt und damit die Betonausbruchslast deutlich erhöht wird. Bild 7.1. zeigt einen Betonausbruch bei Verwendung des Setzbolzens W-PN mit Vorbohrung. Bild 7.1: Betonausbruch bei Verwendung des Setzbolzens W-PN in ungerissenem Beton (mit Vorbohrung 20 mm) Des Weiteren bietet das mehrstufige Verfahren die Sicherheit, dass keine Setzausfälle auftreten. Das mehrstufige Verfahren ist in Bild 7.2 dargestellt. Erstellen der Vorbohrung mit einem Bundbohrer Einführen des Setzbolzens in das Bolzenschubgerät Einführen der Spitze des Setzbolzens in das Bohrloch Auslösen des Bolzenschubgeräts DIVA 1 Premium Bild 7.2: Setzvorgang bei Verwendung des Setzbolzens W-PN
Direktmontage 89 7.1.2 Funktionsweise von Bolzenschubgeräten Bolzensetzwerkzeuge sind Werkzeuge, mit denen Setzbolzen mittels Kartuschen in den Verankerungsrund eingetrieben werden. Das Eintreiben erfolgt über zwei unterschiedliche Funktionsprinzipien, dem Schuss- bzw. dem Kolbenprinzip, die in Bild 7.3 dargestellt sind. Beim Schussprinzip wird die gesamte Energie der Treibladung auf den Bolzen/Nagel übertragen. Dies kann zu einem Durchschießen von dünnen oder weniger festen Verankerungsgründen führen. Aufgrund der großen damit verbundenen Unfallgefahren sind Geräte dieser Bauart in Deutschland verboten. Beim Kolbenprinzip wird die Energie der Treibladung zu ca. 95% auf den Kolben und nur zu ca. 5% auf den Setzbolzen übertragen. Da der Kolben das Gerät nicht verlassen kann, besteht keine Gefahr für den Anwender. a) Schussprinzip Massenträgheitskraft Gerät Massenträgheit Kolben und Bolzen Beschleunigungsweg des Kolbens b) Kolbenprinzip Bild 7.3: Wirkungsprinzipien von Setzgeräten Bolzenschubwerkzeuge sind anwendungssicher konstruiert. Sie müssen folgende Konstruktionsregeln erfüllen: Schussbereitschaft erst nach Anpressen der Mündung Anpressen allein bewirkt jedoch kein Zünden bzw. Auslösen Erfüllen der Fallsicherungsprüfung (kein Auslösen beim Herunterfallen) Zünden ist nur bei geschlossenem Setzgerät möglich Bolzenschubgeräte dürfen nur verwendet werden, wenn an ihnen folgende Angaben deutlich erkennbar und dauerhaft angebracht sind: Zulassungszeichen Name oder Warenzeichen des Herstellers Typenbezeichnung Bezeichnung der vorgeschriebenen Munition Seriennummer Prüfzeichen
90 Direktmontage Der Anwender muss folgende Anforderungen erfüllen: Der Anwender muss über 18 Jahre alt sein. Der Anwender sollte verantwortungsvoll mit diesem Gerät umgehen. Ist der Anwender unter 18 Jahren alt, so muss er unter Aufsicht eines über 18-Jährigen arbeiten. Der Anwender muss mit der Handhabung und dem Einsatz vertraut sein. Der Anwender muss die beim Arbeiten mit dem Gerät auftretenden Gefahren kennen. Darüber hinaus ist der Anwender verpflichtet, dem Hersteller das Bolzenschubwerkzeug alle 2 Jahre (gemäß Prüfzeichen) bei wesentlichen Funktionsmängeln unverzüglich zur Wiederholungsprüfung vorzulegen. Weitergehende besondere Anforderungen werden an den Anwender laut Waffengesetz und Unfallverhütungsvorschriften BGV D9 (ehemals VBG 45) nicht gestellt. Wesentliche Aspekte und Auswahlkriterien für die Direktmontage sind in Tabelle 7.1 dargestellt. Auswahlkriterien für Direktmontagetechnik Lasten Verankerungsgrund weitere Aspekte F u,beton < zul F u,stahl Beton C12/15 bis C40/50 Stahl mit f uk 450 N/mm 2 und Stahlguss Kalksandvollstein Tabelle 7.1: Aspekte bei der Direktmontagetechnik reversible Befestigungen temporäre Befestigungen Schnelligkeit Wirtschaftlichkeit Nachfolgend wird die Montage in Beton und Stahl sowie das Tragverhalten im Ankergrund Beton erläutert. 7.1.3 Tragverhalten im ungerissenen Beton Beim Eindringen des Nagels/Bolzens in den Untergrund wird das Trägermaterial verdrängt und verdichtet. Weiterhin wird durch die hohe Eintreibgeschwindigkeit eine Temperaturerhöhung an der Bolzenoberfläche erzeugt, die zu einer Versinterung des Betons mit dem Setzbolzen (Stoffschluss) führt. Außerdem wird die Bolzenoberfläche aufgeraut. Diese Effekte bewirken einen verbesserten Haftschluss zwischen Bolzen und Beton. Durch Stoffschluss und Reibschluss hält der Nagel im Untergrund. Eingetriebener Nagel in Stahl (schematisch) Darstellung der Anschmelzung im Spitzenbereich Bild 7.4: Tragmechanismus von Setzbolzen in Stahl und Beton Eingetriebener Nagel in Beton (schematisch)
Direktmontage 91 Unter Zuglast tritt das Versagen nicht in der Grenzfläche zwischen Bolzen und Beton, sondern im Beton auf. Die Tragfähigkeit wird im Wesentlichen von der Eindringtiefe der Bolzen bestimmt (Bild 7.5). Bei härteren Zuschlägen oder einem Eintreiben unter ungünstigem Winkel werden die Bolzen abgelenkt und es kann zu Setzausfällen kommen. Der Anteil der Setzausfälle steigt mit zunehmnder Betondruckfestigkeit und Größtkorn an (ca. 10% bis 20%). 10 Ausziehlast [kn] 8 Z 6 4 2 0 0 10 20 30 40 45 Eindringtiefe [mm] Bild 7.5: Bruchlast von Setzbolzen unter zentrischer Zugbeanspruchung in Abhängigkeit von der Eindringtiefe (nach [75]) 7.1.4 Tragverhalten im gerissenen Beton Die beim Eintreiben des Bolzens geweckten Druckspannungen werden durch Risse, insbesondere in Richtung senkrecht zum Riss, sehr stark abgebaut. Dadurch wirken bei Rissbreiten > 0,2 mm nur noch sehr geringe Druckspannungen, jedoch bewirkt die Versinterung mit dem Beton sowie die Aufrauung der Bolzenoberfläche einen sehr guten Verbund zwischen Bolzen und Beton. Diese Verbundfestigkeit ist in der Regel größer als die Zugfestigkeit des Betons. Daher verläuft der Versagensriss auch im gerissenen Beton durch den Beton selbst und nicht in der Grenzfläche zwischen Bolzen und Beton. Demzufolge wird das Tragverhalten im gerissenen Beton wesentlich durch die Verzahnung der Rissufer bestimmt. Das Versagen erfolgt durch Herausziehen der Bolzen mit anhaftenden Betonresten. Die Tragfähigkeit von Setzbolzen wird durch Risse sehr stark reduziert. Deshalb sind Setzbolzen als Einzelbefestigungen im gerissenen Beton nicht zugelassen.
92 100 Direktmontage N u (w) / N u (w = 0) in % 75 50 25 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Rissbreite w in mm Setzbolzen M6 Soll-Eindringtiefe: 27 mm N u (w = 0) = 4,3 kn Bild 7.6: Relative Bruchlast von Setzbolzen unter zentrischer Zugbeanspruchung in Abhängigkeit von der Rissbreite (nach [75]) 7.2 Montage und Anwendungsbedingungen Der Anwender wählt entsprechend dem vorliegenden Untergrund die erforderliche Kartuschenstärke und lädt das Gerät entsprechend den Herstellervorgaben (Tabelle 7.2). Es darf nur Munition verwendet werden, die in der Betriebsanleitung und auf dem Bolzenschubgerät angegeben ist, ein Herstellerkennzeichen trägt und mit dem Stärkegrad der Ladung gekennzeichnet ist. Kennfarbe Ladungsstärke Untergrund Grün Schwach grüner Beton (Aushärtezeit < 28 Tage) Gelb Mittel Beton C12/15 bis C30/37 Rot sehr stark Stahl bis 450 N/mm 2 Zugfestigkeit Beton C30/37 bis C50/60 (vorgebohrt) Tabelle 7.2: Kartuschenauswahl und Ladungsstärke in Abhängigkeit vom Ankergrund Danach bestimmt der Anwender die erforderliche Nagellänge. Sie errechnet sich wie in Bild 7.7 (Beton) und Bild 7.8 (Stahl) angegeben. Bei der Montage sind die für Beton bzw. Stahl vorgegebenen Mindestabstände und Mindestdicken der Verankerungsgründe einzuhalten. Beton: Eindringtiefe Bauteil beim einstufigen Befestigungsverfahren (min. 25 mm) + Anbauteil = Nagellänge Bild 7.7: Eindringtiefen und Befestigungsabstände bei Befestigungen in Beton (minimale Verankerungstiefe 25 mm, Achsund Randabstände mindestens 75 mm, Mindestbauteildicke 100 mm)
Stahl: Eindringtiefe Bauteil (8-12 mm) + Anbauteil = Nagellänge d min (Bauteil) = 5 mm Direktmontage 93 Bild 7.8: Eindringtiefen und Befestigungsabstände bei Befestigungen in Stahl (minimale Verankerungstiefe 8 mm, Achsabstand min. 25 mm, Randabstand min. 16 mm, Mindestbauteildicke 5 mm, Anbauteildicke max. 3 mm (nicht vorgebohrt)) Der ausgewählte Nagel/Bolzen wird in die Mündung des Bolzenschubgerätes gesteckt, die Mündung gegen den Untergrund gepresst, dann der Auslöser betätigt. Die Kartusche explodiert, beschleunigt den Kolben nach vorne, der Kolben schiebt nun den Nagel/ Bolzen in den Befestigungsuntergrund. 7.3 Schubbolzentypen Es gibt heute eine Vielzahl von verschiedenen Schubbolzentypen. Man teilt die Schubbolzentypen in 3 Gruppen ein: 1. Nägel: Nägel, Stufennägel, Nägel mit Stahlrondelle, Nägel mit Kunststoffrondelle; 2. Gewindebolzen: M6, M8 mit verschiedenen Schaft- und Gewindelängen; 3. Spezialelemente: Dämmstoffhalter, Fixbriden, Kabelsammelhalter. Es dürfen nur Schubbolzen verwendet werden, deren Abmessungen und Führungsteile zum Bolzenschubwerkzeug passen und die mit einem Herstellerkennzeichen versehen sind. Alle Schubbolzentypen weisen ein Höchstmaß an Härte und Zähigkeit auf und werden aufwendigen thermischen Behandlungen ausgesetzt damit sie ihre Endstruktur- und Festigkeit erreichen. Als Korrosionsschutz dient eine ca. 10 µm dicke Zinkschicht. Nagel Dämmstoffhalter Kabelsammelhalter Stufennagel Bolzen M8 Bild 7.9: Beispiele für Schubbolzentypen Nagel mit Kunststoffrondelle Fixbride Z Bundbohrer