DE102016015320A1

DE102016015320A1 - Vorrichtung zur Befestigung von Lasten

Info

Publication number: DE102016015320A1
Application number: DE102016015320.2A
Authority: DE
Inventors: Albert Kriesell; Erik Kriesell; Linda Kriesell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Bezeichnung: Vorrichtung zur Befestigung von LastenKurzfassungBeschreibungVorrichtung zur Befestigung von Lasten dadurch gekennzeichnet, dass die Zuglasten (Z) und die Querlasten (V) einer Verankerung mittels einer biegesteifen Stahlkonstruktion in eine Druckbelastung an den seitlichen Armen umgewandelt werden und somit höhere Zug- und Querlasten möglich werden.Technische ProblemeDas 1. Problem ist, dass die durch herkömmliche Befestigungen zu übertragende Kraft begrenzt istDas 2. Problem entsteht dadurch, dass bei einem Versagen der Verankerung die Tragkraft schlagartig gegen Null geht.Die Folge des ProblemsZulässige Lasten werden begrenzt auf die Rand-Tragfähigkeit des Untergrundes im Bereich der Oberfläche.Bei einem Versagen der Verankerung geht die Tragfähigkeit unmittelbar auf Null. Es gibt keine Sicherheiten.Lösung des ProblemsDiese beiden obigen Probleme (geringe rechnerische Last und unmittelbarer Einsturz) werden durch diese Vorrichtung gelöst.1. Es können über die Vorrichtung deutlich höhere Zug- und Querlasten für eine Verankerung erreicht werden,2. Führen Überbelastungen nicht mehr zum sofortigen Versagen der Tragfähigkeit, sondern zu einer zeitlich längerdauernden Lageveränderung und damit erkennbaren Gefährdungssituation.AnwendungsgebietBaubereich Zuglasten allgemein, wie: Abgehängte Decken, nachträgliche Balkonanlagen, Verankerungen in Wand und Decke.

Description

Technische Beschreibung
A1. Stand der Technik
Im Bauwesen werden Verankerungen in Beton, Mauerwerk, oder Holz mit Dübeln oder ähnlichen Befestigungen ausgeführt, welche:

a. Die Zugbelastung (Z) durch Reibung in das umgebende Material ableiten sowie
b. Die rechtwinklig wirkende Querlast (V) über das entstehende Moment als Drucklast in das umgebende Material leiten.

1: Zug- und Quer8lasten nach Stand der Technik
Das Problem
Das 1. Problem des Standes der Technik ist, dass die durch beispielsweise Dübel zu übertragende Last deutlich begrenzt wird, und zwar durch die Materialbeschaffenheit des Untergrundes (Wand, Decke,...). Bei Überbelastung bricht der Untergrund im Randbereich aus.
Das 2. Problem entsteht dadurch, dass bei einem Versagen der Verankerung die Tragkraft schlagartig gegen Null geht.
Figur 2: Ausbruchverhalten der Befestigungen nach Stand der Technik
Die Folge des Problems
A3.1. Geringe Zuglasten
Die aktuell gültigen Normen und Zulassungen für Befestigungssysteme lassen für die rechnerische Ermittlung der Zug- und Querbelastung nur Dübellasten von etwa 2 bis 3 kN/Verankerung beispielsweise im Mauerwerk zu.
Unmittelbarer Verlust der Tragfähigkeit bei Versagen
Bei einem Versagen der Verankerung geht die Tragkraft ohne Zeitverzögerung gegen Null und so kann es beispielsweise zu den gefürchteten Einstürzen von Unterdecken kommen, welche Menschen keine Zeit mehr lassen, sich in Sicherheit zu begeben.
Die Vorrichtung zur Befestigung von Lasten
Beschreibung
Die Erfindung besteht aus einer Eisenkonstruktion (beispielsweise Stab, Vierkantrohr, etc. in unterschiedlichen Längen, je nach zu übertragender Last), deren Enden annähernd rechtwinklig gebogen sind bzw. an deren Enden annähernd rechtwinklig Eisen biegesteif angebracht sind. In der Mitte wird eine Konstruktion zur Aufnahme der Z- und V-lasten angebracht.
Wirkungsweise
In dem Augenblick, wenn eine Zug- und/oder Querkraft zu wirken beginnt, überträgt sich die Zug- und Querkraft über die annähernd rechtwinkligen Armen als Druckkraft in die Unterkonstruktion (bsplsw. Mauerwerk).
Die Begrenzung der Zuglasten liegt damit nicht mehr in den Auszieh- und Ausbruch-Grenzwerten des Untergrundmaterials oder der an der Oberfläche wirkenden Dreieckskraft an der Belastungsstelle, sondern ausschließlich an der maximal aufnehmbaren Druckkraft an den beiden biegesteifen Armen. Auf das Material wirkende Drucklasten, wenn deren Schwerpunkt des Druckdreieckes noch im Inneren liegt können wesentlich höher angesetzt werden als Belastungen, welche einen Randausbruch hervorrufen.
Hinweis zur Bemessung:
Die maximalen Zugkräfte können variiert werden, und zwar über Material, Form und Länge der Vorrichtung und werden nur durch die Druckfähigkeit des Untergrundmaterials (Beton, Mauerwerk, Holz,...) begrenzt.
4: Wirkung der Zuglast als Drucklast an den Armen der Vorrichtung:
Erreichte Vorteile
Höhere Zuglasten
Es können über diese Konstruktion deutlich höhere Zuglasten für eine Verankerung erreicht werden,
Höhere V-Lasten
(siehe dazu Punkt D2.)
Die V-Lasten können durch die Vorrichtung ebenfalls erhöht werden, da die Ausbruchslast über die Arme an die äußeren Ränder gelegt und so das Moment geringer wird. Siehe dazu Beschreibung bei Bild D.2.
Höhere Sicherheit
Bei Überschreiten der rechnerisch angesetzten Last würde sich die Vorrichtung verbiegen, damit würden sich aber die jetzt zu hohen Zugkräfte als stärkere Druckkräfte in der Unterkonstruktion ableiten. Bis es dort zu einem Versagen kommen würde, würde sich die Gesamtkonstruktion aus der Befestigungsebene verschieben und somit erkennbar eine Gefahrensituation anzeigen. Rechnerisch könnten diese Verschiebungen und Reserven der Druckfestigkeit bestimmt werden und die Zugkonstruktion über zulässige Lasten und die Zeit bis zum endgültigen Versagen so ausgelegt werden, dass für die Menschen eine Gefährdung erkennbar wird und genügend Zeit zur Rettung bleiben könnte bzw. ein Abriss vermieden werden könnte.
Ergänzungen:
Belastung durch reine Zuglasten:
Entfällt die Belastung durch V-Lasten oder sind diese gering, kann auf das mittlere Auflager verzichtet werden.
Höhere V-Lasten
Höhere V-Lasten im Gegensatz zu den V-Lasten nach Stand der Technik werden durch die Vorrichtung ebenfalls möglich
Der Angriffspunkt der V-Lasten liegt meist in einem Abstand von der Oberfläche des tragenden Materials (Mauerwerk z.B.) entfernt. Diese V-Last erzeugt ein Moment M auf die Verankerung, welches mit größer werdendem Abstand der Kraft von der Oberfläche des tragenden Materials (Mauerwerk) ebenfalls größer wird. Dieses Moment ergibt die Kraft, welche als Dreieckslast (Drucklast) wirkt und so für den Ausbruch des Mauersteines (beispielsweise) Ursache ist.
Durch die Vorrichtung, welche die Kraft der V-Last nahe an der Einbringstelle eingehängt nach oben in die Arme verlagert (V') und dadurch den Kraftvektor nahe an die Oberfläche der Wand bringt, wird das Moment (M') an den Armen geringer als M an der Kraftstelle, und somit wird die Dreiecklast geringer. Hinzu kommt noch, dass die Arme nicht im 90° Winkel an den Längsstab angebracht sind, sondern etwas nach innen gebogen (siehe Bild 4), dadurch verlagert sich der Druckschwerpunkt weiter nach innen in den besser tragenden Bereich (Mauerwerk z.B.).
Somit können auch die V-Lasten, neben den Z-Lasten, höher werden, da die dann tatsächlich am Material (Mauerstein beispielsweise) wirkenden Querkräfte geringer werden.
6: Höhere V-Lasten
Beispielberechnung Mauerwerk
(es handelt sich nur um eine erste Abschätzung zur Verdeutlichung der möglichen höheren Zuglasten. Über Versuche und detaillierte Berechnungen können die dann tatsächlich erzielbaren Lasten bestimmt werden).
(Variablen siehe obige Skizzen)
Ansatz: Mauerwerkstein Steindruckfestigkeit 15 MN/m²

a=0,20m
b=0,10m
c=0,05m
c-Schwerpunkt vom Rand = 0,07m

Zugkraft Z-Norm = 2 kN (nach Normen und Zulassungen von Dübelherstellern) Daraus ergibt sich eine Druckkraft Z2 am oberen Arm von:

Z2 = 2kN*a/c-Schwerpunkt
Z2 = 2kN*0,20m/0,07m=5,7kN
F2max = mögliche aufnehmbare Druckkraft am Mauerstein durch die Vorrichtung am oberen Arm:
F2max = 15MN/m²*b*c=
- = 15N/m²*0,10m*0,05m=75kN
--> maximal möglich Last Z:
Z*0,20m/0,07m=F2max=75kN
Z=75kN*0,07m/0,20m=26,25kN
mit 2 Armen = 26,25*2=52,50kN
52,50kN >> 3kN --> ca. 17,5 fach rechnerisch mögliche Zuglast Z im Gegensatz zum Stand der Technik im Mauerwerk.

Claims

Vorrichtung zur Befestigung von Lasten dadurch gekennzeichnet, dass die Zug- und Querlasten einer Verankerung mittels einer biegesteifen Stahlkonstruktion in eine Druckbelastung an den seitlichen Armen umgewandelt werden und somit hohe Zug- und Querlasten aufgenommen werden können.