DE19715843B4

DE19715843B4 - Selbstbohrender Stehbolzen

Info

Publication number: DE19715843B4
Application number: DE19715843A
Authority: DE
Inventors: Michael Elgin JANUSZ
Original assignee: Acument Intellectual Properties LLC
Current assignee: Infastech Intellectual Properties Pte Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: DE19715843A1; CA2203579A1; MX9703051A; JPH1037929A; AU707504B2; US5605423A; CA2203579C; AU1788697A

Abstract

Einstückiges Befestigungselement (10) zur Verwendung in einer Tragkonstruktion (11) für eine Betonplatte (16), wobei die Tragkonstruktion (11) mehrere metallische Tragelemente (13A) aufweist, welche mit der Betonplatte (16) an mehreren voneinander beabstandeten Stellen mittels mehrerer solcher Befestigungselemente (10) verbunden sind, und wobei das Befestigungselement (10) einen mit einem wendelförmigen Gewinde versehenen Gewindeabschnitt (18) mit einem ersten und einem zweiten Ende sowie eine gekehlte Bohrspitze (20) aufweist, die sich vom ersten Ende des Gewindeabschnitts (18) wegerstreckt und an einem ersten Ende des Befestigungselements (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (10) im Bereich der Bohrspitze (20) sowie über eine ausgewählte Minderzahl von Windungen (28) des Gewindeabschnitts (18) eine so hohe Härte aufweist, daß sich mit der Bohrspitze (20) und diesen ausgewählten Windungen (28) die Tragelemente (13A) durchdringen und in diesen Gewinde schneiden lassen, daß oberhalb des Gewindeabschnitts (18) ein mit dem Befestigungselement (10) einstückiger, ringförmiger erster Bund (26) vorgesehen ist, von...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Befestigungsmittel zum Sichern zusammengesetzter Tragflächen an einer Stahl-Tragkonstruktion; insbesondere betrifft die Erfindung ein selbstbohrendes Befestigungsmittel zur Verwendung als selbstbohrender Stehbolzen in zusammengesetzten Tragflächenstrukturen, welche in Leichtbauweise oder als normale Konstruktionen ausgeführt sind und in modernen Gebäuden für Decken oder Dächer verwendet werden.
Beim Bau einer solchen zusammengesetzten Tragflächenkonstruktion werden Bahnen eines metallischen Belags, welcher häufig gewellt ist, aber auch flach sein kann, üblicherweise an Tragelementen aus Stahl befestigt. Längs dieser Tragelemente sind metallische Stehbolzen angeordnet, welche von den Tragelementen nach oben abstehen und in eine Betonplatte eingebettet sind, die auf der Stahl-Tragfläche hergestellt wurde, so daß die Stehbolzen eine Scher- oder Schubbewegung zwischen der Betonplatte und der Stahl-Tragfläche vermindern oder begrenzen.
In zusammengesetzten Tragflächen werden im allgemeinen zwei Typen von Stehbolzen verwendet, nämlich Schweiß-Stehbolzen und selbstbohrende Stehbolzen; die üblichen Schweiß-Stehbolzen werden an dem Belag und an den Elementen der Stahl-Tragkonstruktion unmittelbar durch Schweißen angebracht und sind nachgiebig, so daß sie sich dafür eignen, relative Scher- bzw. Schubbewegungen zwischen der Betonplatte und der Stahlkonstruktion zu vermindern bzw. zu beschränken. Das Anbringen eines Schweiß-Stehbolzens macht es erforderlich, daß sich dieser durch den Belag hindurchbrennt, um sich an dem betreffenden stählernen Tragelement festlegen zu können. Während dieses Verfahrensschrittes brennt der Belag um den stählernen Schweiß-Stehbolzen herum weg, so daß im allgemeinen keine Verbindung zwischen dem Belag und dem Tragelement zustande kommt. Infolgedessen sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um den Belag am Tragelement zu befestigen.
Außerdem befindet sich während der Montage am Ende des Schweiß-Stehbolzens ein runder Keramik-Isolator, welcher dazu dient, die Hitze zu konzentrieren und das Anschweißen des Stehbolzens am Tragelement zu fördern. Nachdem der Schweiß-Stehbolzen befestigt wurde, muß der runde Keramik-Isolator vom Stehbolzen entfernt werden, damit der eigentliche Stehbolzen in den Beton eingebettet werden kann. Zu diesem Zweck werden die keramischen Isolatoren im allgemeinen mit einem Hammer weggeschlagen, und da diese keramischen Isolatoren spröde sind, zerspringen sie dabei, so daß Keramikstückchen über die Tragfläche verstreut werden. Diese Keramikstückchen müssen von der Tragfläche entfernt werden, ehe der Beton auf die Tragfläche gegossen wird – dies ist sowohl aus Sicherheitsgründen erforderlich, als auch zur Vermeidung des Einbettens von Keramikstückchen in den Beton, was zu einer Verschlechterung der Festigkeit des Betons führen würde. Aus alledem wird ersichtlich, daß die Verwendung selbstbohrender Scherbolzen diese zusätzlichen Maßnahmen nicht erforderlich macht.
Das Hindurchschweißen eines Stehbolzens durch den Belag hat außerdem zur Folge, daß eine Schutzschicht des Belags durch die Schweißhitze beschädigt wird, so daß der Belag später korrodieren könnte; deshalb wird üblicherweise empfohlen, eine Schutzschicht auf das freigelegte bzw. beschädigte Belagsmaterial aufzutragen, um spätere Korrosionserscheinungen zu vermindern. Die Verwendung selbstbohrender Scherbolzen macht auch diese zusätzlichen Maßnahmen überflüssig.
Aufgrund der Art der Schweißverbindung zwischen dem Stehbolzen und dem Stahl macht der Durchmesser des Schweiß-Stehbolzens eine Mindestmaterialdicke für das eigentliche Konstruktionselement erforderlich. Auch die kleinsten derzeit im Handel befindlichen Schweiß-Stehbolzen machen eine Mindestmaterialdicke für das eigentliche Konstruktionselement erforderlich: Diese kleinsten, derzeit verfügbaren Schweiß-Stehbolzen haben einen Durchmesser von 1/2'' (12,7 mm) und erfordern eine Mindeststärke des Stahls von 0,2'' (5,08 mm). Wenn der Stahl schwächer ist als 0,2'', so wie dies bei typischen Gitterträgerkonstruktionen der Fall ist, werden Schweiß-Stehbolzen nicht empfohlen. Für diese Fälle stellen selbstbohrende bzw. selbst-schneidende Schub- oder Scherbolzen eine Alternative dar.
Infolgedessen bilden selbstbohrende Stehbolzen eine vorteilhafte Alternative zu Schweiß-Stehbolzen zur Verwendung in zusammengesetzten Tragflächen bzw. Tragdecks. Selbstbohrende Bolzen führen nicht zu einer Begrenzung der Mindestmaterialdicke der tragenden bzw. Konstruktionselemente. Außerdem bewirken selbstbohrende Bolzen eine Befestigung des Belags an der Stahlkonstruktion, so daß besondere Befestigungsmaßnahmen entfallen können, die bei der Verwendung von Schweißbolzen erforderlich sind. Selbstbohrende Bolzen vermeiden auch andere, mit Schweißbolzen verbundene Probleme, wie das Entfernen keramischer Isolatoren von den Bolzen nach deren Installation und wie das Entfernen der vorstehend erwähnten Keramikstückchen. Auch wird der Belag nicht beschädigt, so daß der metallische Belag nicht nachbearbeitet und außerdem auch nicht am Bolzen oder an der metallischen Tragkonstruktion befestigt werden muß – ein richtig angebrachter selbstbohrender Bolzen stellt auch ein Mittel dar, um den Belag am Stahlelement zu befestigen.
Solche Bolzen sind beispielsweise aus der US 3,600,868 A bekannt. Ähnliche Bolzen, jedoch zur Verwendung mit einer hölzernen Tragkonstruktion, sind aus der EP 0,432,484 A2 bekannt.
Damit selbstbohrende Bolzen in den Stahl bohren können, müssen sie jedoch wärmebehandelt werden, damit sie eine relativ große Härte aufweisen. Eine solche Wärmebehandlung vermindert jedoch die Nachgiebigkeit bzw. Biegbarkeit der Bolzen, wohingegen eine gewisse Nachgiebigkeit oder Biegbarkeit erforderlich ist, damit ein selbstbohrender Bolzen die Schub- bzw. Scherbewegung übertragen kann, welche in einem zusammengesetzten Tragflächensystem auftritt. Um den mit der großen Härte des Bolzens verbundenen Nachteil zu kompensieren, hat man schon zu der Maßnahme gegriffen, zwischen dem Bolzen und dem Beton ein Distanzstück bzw. Zwischenstück vorzusehen, um zu versuchen, die von der Betonplatte hervorgerufene Schub- bzw. Scherbeanspruchung in ein Biegemoment umzusetzen, welchem der gehärtete Bolzen eher widerstehen kann. Durch diese Maßnahme wird jedoch die mangelnde Duktilität der bekannten selbstbohrenden Bolzen nicht beseitigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, einstückigen selbstbohrenden Bolzen bzw. Stehbolzen zur Verwendung in zusammengesetzten Tragflächensystemen zu schaffen, und zwar insbesondere für solche Tragflächensysteme, für die die üblichen Schweißbolzen ungeeignet sind, weil der Materialquerschnitt der Stahlelemente geringer ist, als dies für die Praxis akzeptiert werden kann.
Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß mit einem Befestigungselement nach Anspruch 1 lösen.
Eine mögliche erfindungsgemäße Lösung der vorstehenden Aufgabe sieht vor, einen Bolzen so wärmezubehandeln, daß er Bereiche mit zwei unterschiedlichen Härtegraden besitzt, um so zu erreichen, daß sich mit einem Bolzenabschnitt Stahl bohren läßt, während zumindest ein anderer Bolzenabschnitt und insbesondere der ganze übrige Bolzen hinreichend duktil ist, um in einem zusammengesetzten Tragflächensystem Schub- bzw. Scherkräfte auf die hauptsächlichen Konstruktionselemente zu übertragen.
Bevorzugte Ausführungsformen lösen die gestellte Aufgabe dadurch, daß eine Bohrerspitze, schneidende und andere Gewindewindungen eines selbstbohrenden Bolzens durch Wärmebehandlung auf einen relativ hohen Härtegrad gebracht werden, während der restliche Bolzen in einem Zustand verbleibt, in dem er relativ duktil bzw. nachgiebig oder biegbar ist.
Eine andere, durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe wird darin gesehen, einen selbstbohrenden Bolzen zu schaffen, welcher den Vorteil mit sich bringt, daß sich ein besseres Ineinandergreifen zwischen dem Bolzen und der Betonplatte eines zusammengesetzten Tragflächensystems ergibt.
Ein erfindungsgemäßer selbstbohrender Bolzen zeichnet sich durch einen einstückigen Flansch oder Bund aus, welcher die Höhe oder Länge desjenigen Bolzenabschnitts festlegt, der in die Betonplatte eingebettet ist, um vom Beton überdeckt zu werden, der den Belag am Stahl sichert und der so gestaltet ist, daß er die Scher- bzw. Schubbeanspruchungen überträgt.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein selbstbohrender Bolzen mit einem zweiten einstückigen Flansch oder Bund versehen, der sich nahe dem dem Drehantrieb des Bolzens dienenden Bolzenkopf befindet und mit dem Beton zusammenwirkt, um das Abbiegen bzw. Auslenken des Stahls zu begrenzen. Dieses Merkmal läßt sich noch dadurch verbessern, daß für den selbstbohrenden Scherbolzen eine Mutter vorgesehen wird, wenn der Bolzen in Verbindung mit dünnwandigen Konstruktionselementen aus Stahl oder dergleichen verwendet werden soll.
Insbesondere besteht der erfindungsgemäße Bolzen aus einem härtbaren bzw. teilweise gehärteten Stahl.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung zweier besonders vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung; in der Zeichnung zeigen:
1 einen Teil einer typischen zusammengesetzten Tragflächenstruktur in perspektivischer Darstellung, in welcher erfindungsgemäße selbstbohrende Bolzen verwendet sind;
2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in 1, jedoch in größerem Maßstab als in 1;
3 eine vergrößerte Seitenansicht eines der in den 1 und 2 gezeigten Bolzens;
4 eine vergrößerte Stirnansicht dieses Bolzens, und zwar von unten gesehen entsprechend der Linie 4-4 in 3;
5 einen Längsschnitt durch den in 3 gezeigten Bolzen, wobei der kreuzschraffierte Bereich denjenigen Bolzenbereich darstellen soll, welcher durch Wärmebehandlung auf eine verhältnismäßig hohe Härte gebracht wurde;
6 eine vergrößerte Darstellung des unteren Teils der 5, nämlich des selbstbohrenden Endbereichs des Bolzens, und
7 eine Schnittdarstellung, und zwar entsprechend einem Ausschnitt aus 2, mit einer modifizierten Version des erfindungsgemäßen Scherbolzens in einer Anordnung, wie sie für Stahlkonstruktionselemente für den Leichtbau geeignet ist.
Die 1 zeigt ein selbstschneidendes bzw. selbstbohrendes Verbindungselement 10, welches sich besonders als selbstbohrender Bolzen für zusammengesetzte Tragwerke eignet und deshalb im folgenden als selbstbohrender Bolzen bezeichnet werden soll; vor allem eignet sich ein solches erfindungsgemäßes Verbindungselement für solche Tragwerke, welche für die Decken oder Dächer moderner Gebäude verwendet werden, und die 1 zeigt ein solches Tragwerk in Form eines Tragflächengebildes 11. Eine als Decke bzw. Boden oder Dachelement dienende Tragfläche ist Schub- bzw. Scherkräften ausgesetzt, welche versuchen, die Tragfläche relativ zu der sie tragenden Konstruktion zu verschieben, und zwar parallel zu der von der Tragfläche definierten Ebene. Der selbstbohrende bzw. selbstschneidende Bolzen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung beschränkt und überträgt diese Schub- bzw. Scherbewegung, wenn er in einem zusammengesetzten Tragflächensystem eingesetzt wird.
Das zusammengesetzte Tragflächengebilde 11 wird typischerweise an Ort und Stelle, d. h. an der Baustelle des Gebäudes, hergestellt. Während der Herstellung des Gebäudes werden sekundäre, metallische Bauwerksteile 12 mit nicht dargestellten Stützträgern des Gebäudes verbunden, wobei es sich bei den Bauwerksteilen 12 insbesondere um Träger, Querriegel oder dergleichen handelt. Die metallischen Bauwerksteile werden im folgenden zuweilen als Metallträger bezeichnet, wobei dieser Ausdruck in seiner allgemeinsten Bedeutung zu verstehen ist und insbesondere sekundäre, metallische Konstruktionselemente bezeichnen soll. Wenn Stahlträger verwendet werden, bestehen sie typischerweise aus in vertikalem Abstand voneinander angeordneten oberen und unteren, langgestreckten Horizontalgliedern 13A und 13B, sowie aus Aussteifungsgliedern 14, welche sich zwischen den Horizontalgliedern 13A und 13B erstrecken und an diesen befestigt sind. Bei in Leichtbauweise ausgeführten zusammengesetzten Tragflächensystemen werden Trägerelemente verwendet, welche aus Profilen mit relativ dünnem Querschnitt hergestellt wurden, wobei die Wandstärke insbesondere weniger als 0,2'' (5,08 mm) beträgt. Wie dies für derartige Tragflächensysteme typisch ist, wurde auf einander benachbarten Trägern ein Metallbelag 15 verlegt, welcher die beiden Träger überspannt, wobei die Verlegung so erfolgte, daß Wellen oder Rippen, sofern der Belag solche aufweist, rechtwinklig zu den Trägern verlaufen. In den Trägern sind die selbstbohrenden Bolzen 10 angeordnet, welche nach oben von den oberen Horizontalgliedern 13A der Träger abstehen und sich durch den gewellten Belag 15 hindurcherstrecken. Auf dem gewellten Belag 15 wird eine Betonplatte 16 gegossen, und zwar so, daß die oberen Abschnitte der Bolzen 10 in den Beton eingebettet sind und von diesem umschlossen werden.
Jeder der selbstbohrenden Bolzen 10 (siehe 3) hat einen langgestreckten Schaft 17 mit einem integralen Gewindeabschnitt 18, welcher mit wendelförmigen Gewindewindungen versehen ist, und mit einem gewindefreien oder glatten Abschnitt 19. Vom unteren Ende des Gewindeabschnitts 18 erstreckt sich eine ausgekehlte Bohrerspitze 20 weg, während sich an das der Bohrerspitze 20 gegenüberliegende Ende des Schafts 17 ein Antriebs- bzw. Betätigungskopf 21 anschließt. Der letztere ist dazu vorgesehen, daß an ihm ein Antriebswerkzeug angesetzt wird, mit dem sich der Bolzen um seine Längsachse drehen läßt, und der Betätigungskopf 21 hat insbesondere die Gestalt des in 3 dargestellten Sechskants. Mit dem Antriebswerkzeug läßt sich die Bohrerspitze samt Gewindeabschnitt des Bolzens durch die Täler des gewellten Metallbelags 15 und die oberen Horizontalglieder 13A des stählernen Bauwerkteils 12 hindurchtreiben.
Die Bohrerspitze 20 zeichnet sich durch zwei metallische Schneidkanten 22 und zwei Hohlkehlen oder Nuten 23 aus; die beiden letzteren erstrecken sich vom Bolzenende nach oben bis in die ersten wenigen wendelförmigen Gewindewindungen des Gewindeabschnitts 18. An das Stirnende der Bohrerspitze 20 sind zwei Schrägflächen 24 angeschliffen, welche sich von der Längsmittelachse des Bolzens nach oben und außen erstrecken, um das Zentrum des Bolzenendes herum im Abstand voneinander angeordnet sind und sich diametral gegenüberliegen, so wie dies die 4 erkennen läßt. Auch die beiden Kehlen 23 sind im Abstand voneinander angeordnet und liegen sich diametral gegenüber; sie beginnen um ungefähr 90° verdreht gegenüber den Schrägflächen 24. Die Schneidkanten 22 der Bohrerspitze werden von den scharfen Kanten gebildet, welche sich am Übergang der Kehlen zu den Schrägflächen ergeben, und die Schneidkanten 22 befinden sich in 4 in der 6-Uhr-Stellung und der 12-Uhr-Stellung. Die schneidenden Gewindewindungen bzw. Schneidgewindewindungen 25 (siehe 3) des selbstbohrenden Bolzens 10 werden von den ersten wenigen Gewindewindungen gebildet, welche von den Hohlkehlen 23 unterbrochen werden, die sich der Bohrerspitze benachbart in den Gewindeabschnitt 18 hineinerstrecken.
Erfindungsgemäß ist der selbstbohrende Bolzen 10 (2) in ausgewählten Abschnitten so wärmebehandelt, daß er zwei Bereiche mit unterschiedlichen Härtegraden besitzt – der untere Abschnitt des Bolzens hat eine relativ hohe Härte, so daß er den Metallbelag 15 und das stählerne Bauwerksteil 12 (d. h. die Träger) anbohren bzw. durchbohren sowie mit durch den Bolzen geschnittenen Gewinden versehen kann, während der restliche Bolzenbereich dank einer entsprechenden Wärmebehandlung einen geringeren Härtegrad aufweist, so daß er verhältnismäßig duktil bleibt und diejenigen Scher- bzw. Schubkräfte übertragen und diesen widerstehen kann, welche durch die Betonplatte 16 hervorgerufen werden, gemäß den Zeichnungen nach rechts oder links gerichtet sind und sich gegenüber der tragenden Konstruktion auswirken. Des weiteren ist der selbstbohrende Bolzen in einzigartiger Weise so ausgebildet, daß er sich korrekt in der Betonplatte positioniert und sich in dieser besser festlegt, und zwar zusätzlich dazu, daß er von der Betonplatte vollständig überdeckt wird.
Insbesondere ist ein mit dem eigentlichen Bolzen einstückiger Ringbund 26 zwischen dem Gewindeabschnitt 18 und dem glatten Abschnitt 19 des Bolzens 10 vorgesehen. Während der Erstellung des zusammengesetzten Tragflächengebildes 11 werden die unteren Endabschnitte der selbstbohrenden Bolzen 10 (2) durch die Täler des Metallbelags 15 und durch die oberen Horizontalglieder 13A des stählernen Bauwerksteils 12 bzw. der Träger hindurchgetrieben. Wenn jeder der Bolzen angezogen ist, liegt die Unterseite des Bundes 26 gegen den Belag 15 an und verspannt dadurch den Belag 15 auf dem darunterliegenden horizontalen Trägerelement. Der Bund 26 gewährleistet eine lokale formschlüssige Einspannung, die sich bei den hier in Rede stehenden Anwendungsgebieten als besonders wirksam und vorteilhaft erwiesen hat. Zusätzlich verleiht der Bund 26 dem angezogenen Bolzen eine erhöhte Stabilität und definiert die Höhe des Betätigungskopfs 21 relativ zu dem horizontal verlaufenden Trägerteil; der Bund 26 definiert infolgedessen denjenigen Bolzenabschnitt, welcher in die Betonplatte 16 eingebettet wird, so daß eine sichere und vollständige Überdeckung des Bolzens durch Beton gewährleistet werden kann.
Von besonderer Bedeutung ist bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bolzens die Querschnittsform des Bundes 26: Eine untere Fläche 30 des Bundes ist im wesentlichen flach und geht mit einem verhältnismäßig scharfen rechten Winkel in den Gewindeabschnitt 18 über; wenn der Bolzen in seine in 2 dargestellte Position gebracht wird, spannt die untere Fläche 30 des Bundes 26 infolgedessen den Belag 15 sicher und fest gegen den darunterliegenden Träger.
Im Gegensatz zu der flachen und mit einem scharfen Winkel in den eigentlichen Bolzen übergehenden unteren Fläche des Bundes 26 geht dessen obere Seite bei 32 stetig und mit einem weichen Radius in den glatten Abschnitt 19 des Bolzens über, d. h. die Umfangsfläche des Abschnitts 19 baucht sich langsam aus zum Bund 26. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß der gekrümmte Übergang, d. h. ein Radius an diesem Übergang, den Vorteil mit sich bringt, Risse in den Bolzen zu vermeiden, wenn letztere Biegebeanspruchungen unterworfen werden. Der Übergangsradius kann auch eine Verteilung der Scherkräfte bewirken, insbesondere dann, wenn die Beton-Tragfläche selbst eine wesentliche Komponente hat, die den Bund in Richtung auf den gewellten Belag und den Träger belastet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der Bolzen einen mit ihm einstückigen Bund 27 unmittelbar unterhalb des Betätigungskopfes 21, d. h. zwischen dem letzteren und dem glatten Abschnitt 19 des Bolzens 10 (siehe 3). Der Bund 27 hat einen größeren Durchmesser als der Bund 26.
Wenn eine Scherkraft auf den oberen Bereich des Bolzens 10 einwirkt, welcher in die Betonplatte 16 eingebettet ist (2), neigt der glatte Abschnitt 19 des Bolzens zum Durchbiegen (nach Art eines Auslegers), und zwar um die Mitte des unteren Bundes 26, was gleichzeitig bedeutet, daß der Betätigungskopf 21 und der obere Bund 27 zum Kippen neigen. Wenn aber der obere Bund 27 und der Betätigungskopf 21 im Beton verkippt werden sollen, reagiert der den Bund 27 und den Betätigungskopf 21 aufnehmende Beton mit einem aufrichtenden Kräftepaar. Dieses Kräftepaar wirkt auf die untere Seite des Bundes 27 ein, und zwar der Scherkraft gegenüberliegend, sowie auf die obere Seite des Bundes 27 und auf den Betätigungskopf auf der Seite der Scherkraft, wodurch die auf die Scherkraft zurückzuführende Auslenkung reduziert wird. In dieser Art und Weise verbessert der einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisende Bund 27 die strukturelle Verbindung zwischen dem Bolzen und der Betonplatte. Dasselbe Kräftepaar bewirkt außerdem eine nach oben gerichtete Kraft, die an der Unterseite des oberen Bundes 27 auf den Bolzen einwirkt und ver mittels des Gewindeabschnitts auch auf den Träger einwirkt, in den der Bolzen eingeschraubt wurde, und zwar im Sinne einer Verminderung der Auslenkung der unteren Rippe bzw. des unteren Strangs des Trägers.
Die 7 zeigt eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scherbolzens, welche besonders für in Leichtbauweise ausgeführte Konstruktionselemente geeignet ist. Bei den bislang beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung beruht die Funktion des Scherbolzens auf einer Gewindeverbindung zwischen dem Bolzen und dem stählernen Konstruktionselement zwecks eines Niederhaltens des Belagsystems. Wenn jedoch das sekundäre stählerne Tragelement ziemlich dünn ist, können ein Niederhalten bewirkende Hilfsmittel nützlich sein. Die 7 zeigt einen Scherbolzen 10, der in derselben Weise ausgebildet ist wie die Scherbolzen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, dem jedoch ein Rückhalteglied 40 zugeordnet ist, um die Auszugsfestigkeit des Bolzens zu erhöhen, d. h. den Widerstand, den der Bolzen dem Versuch entgegensetzt, ihn aus dem stählernen Tragelement herauszuziehen. Das Rückhalteglied 40 ist eine in besonderer Weise gestaltete und insbesondere zusammengesetzte Mutter, die an eine Verwendung in Verbindung mit dem Scherbolzen 10 angepaßt ist. Der letztere ist in dem Tragflächensystem in derselben Weise angeordnet wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Jedoch wird entweder vor oder nach dem Gießen der Betonplatte ein Arbeiter an die Reihe von Scherbolzen von unten herantreten und jeweils eine Mutter auf den Gewindeabschnitt eines jeden Bolzens aufschrauben, welcher nach unten über den Belag und die Tragkonstruktion hinausragt. Das als Mutter ausgebildete Rückhalteglied 40 kann mit einem üblichen Motorschrauber in einfacher Weise aufgebracht werden, wobei der Arbeiter entlang der Bolzenreihe von Bolzen zu Bolzen voranschreitet und auf jeden Bolzen eine der speziell gestalteten Muttern aufbringt. Die Rückhalteglieder 40 bewirken bei dünnwandigen Tragelementen nicht nur eine beträchtliche Erhöhung der Auszugsfestigkeit der Bolzen, sondern auch eine beträchtliche Verbesserung hinsichtlich der Übertragung der Scher- bzw. Schubkräfte vom Belag auf die strukturellen Konstruktionselemente.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der selbstbohrende Bolzen 10 so wärmebehandelt, daß er zwei unterschiedliche Härtegrade aufweist, und zwar mittels eines Verfahrens, welches von der Firma Elco Industries, Inc., Rockford, Illinois, entwickelt wurde und unter der Marke Drill-Flex bekannt geworden ist. Insbesondere wird der untere Bereich des selbstbohrenden Bolzens, der in den 5 und 6 durch eine Kreuzschraffur gekennzeichnet wurde und die Bohrerspitze 20 sowie eine Minderzahl von Gewindewindungen 28 des Gewindeabschnitts 18 einschließlich der Schneidgewindewindungen 25 und einiger weniger nicht-schneidender Gewindewindungen im Anschluß an die Schneidgewindewindungen umfaßt, so wärmebehandelt, daß er eine relativ große Härte aufweist und dazu in der Lage ist, den Belag 15 und das obere Horizontalglied 13A anzubohren bzw. zu durchbohren sowie mindestens in dem letzteren ein Gewinde zu schneiden. Der restliche Bereich des selbstbohrenden Bolzens, d. h. der Betätigungskopf 21, der glatte Abschnitt 19, der Bund 26, der Bund 27 und der restliche Bereich des Gewindeabschnitts 18, welcher in den Träger eingreift und dem Bund 26 benachbart ist, wird so wärmebehandelt, daß er eine geringere Härte aufweist und verhältnismäßig duktil bleibt, so daß er den Scher- bzw. Schubkräften widerstehen und diese übertragen kann, d. h. den Schubkräften der sekundären Elemente der Decke oder des Dachs, die auf die Hauptkonstruktionstragelemente zu übertragen sind, ohne daß die Bolzen brechen. Insbesondere soll der untere Bereich des Bolzens eine Mindesthärte von 50 Rockwell C aufweisen, während der übrige Bereich des Bolzens nur auf eine Härte gebracht wird, welche 50% bis 70% der Härte der Bohrerspitze beträgt. Aufgrund dieser Angaben und der vorstehenden Erläuterungen sind weitere Beispiele nicht erforderlich.
Aus Obigem ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung einen neuen und verbesserten selbstbohrenden Bolzen ohne Verkleidung bzw. Bekleidung zur Verfügung stellt, der sich insbesondere für in Leichtbauweise ausgeführte Tragflächengebilde eignet, die den Einsatz üblicher Schweißbolzen ausschließen. Des weiteren besitzt der erfindungsgemäße selbstbohrende Bolzen verbesserte Eigenschaften hinsichtlich seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Scherkräften und seiner Eignung zur Übertragung von Scherkräften innerhalb einer zusammengesetzten Tragfläche, und zwar dank der Tatsache, daß er Bereiche mit zwei unterschiedlichen Härtegraden aufweist, aber auch dank des mit dem eigentlichen Bolzen einstückigen Bundes 27, der die Verbindung zwischen dem Bolzen und der Betonplatte 16 verbessert, aber auch die Verbindung mit den sekundären und primären Konstruktionselementen. Außerdem bewirkt die vorliegende Erfindung Vorteile beim Anbringen der Bolzen im Vergleich zum Anbringen von Schweißbolzen.

Claims

Einstückiges Befestigungselement (10) zur Verwendung in einer Tragkonstruktion (11) für eine Betonplatte (16), wobei die Tragkonstruktion (11) mehrere metallische Tragelemente (13A) aufweist, welche mit der Betonplatte (16) an mehreren voneinander beabstandeten Stellen mittels mehrerer solcher Befestigungselemente (10) verbunden sind, und wobei das Befestigungselement (10) einen mit einem wendelförmigen Gewinde versehenen Gewindeabschnitt (18) mit einem ersten und einem zweiten Ende sowie eine gekehlte Bohrspitze (20) aufweist, die sich vom ersten Ende des Gewindeabschnitts (18) wegerstreckt und an einem ersten Ende des Befestigungselements (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (10) im Bereich der Bohrspitze (20) sowie über eine ausgewählte Minderzahl von Windungen (28) des Gewindeabschnitts (18) eine so hohe Härte aufweist, daß sich mit der Bohrspitze (20) und diesen ausgewählten Windungen (28) die Tragelemente (13A) durchdringen und in diesen Gewinde schneiden lassen, daß oberhalb des Gewindeabschnitts (18) ein mit dem Befestigungselement (10) einstückiger, ringförmiger erster Bund (26) vorgesehen ist, von dem sich ein gerader Schaft (19) in vom Gewindeabschnitt (18) wegweisender Richtung wegerstreckt, daß über dem Schaft (19) ein zweiter ringförmiger Bund (27) sowie über letzterem eine Antriebsvorrichtung (21) für den Angriff eines Werkzeugs vorgesehen sind, um das Befestigungselement (10) drehen und so in einem Tragelement (13A) festlegen zu können, daß ein oberer Bereich des Befestigungselements (10), welcher den ersten Bund (26) sowie für einen Gewindeeingriff in ein Tragelement (13A) vorgesehene Windungen des Gewindeabschnitts (18) umfaßt, auf eine geringere Härte gehärtet ist als die Bohrspitze (20), so daß dieser obere Bereich wesentlich duktiler ist als die Bohrspitze (20) und die ausgewählten Windungen (28), daß die Länge des Befestigungselements (10) zwischen dem ersten und dem zweiten Bund (26 bzw. 27) kleiner ist als die vorbestimmte Dicke der Betonplatte (16), so daß bei installiertem Befestigungselement (10) dessen zweiter Bund (27) in die Betonplatte (16) eingebettet und dazu fähig ist, von der Betonplatte (16) auf die Tragkonstruktion (11) ausgeübten Schub- oder Scherkräften zu widerstehen und diese zu übertragen, und daß die geringere Härte so gewählt ist, daß diejenigen Bereiche des Befestigungselements (10), die im befestigten Zustand des Befestigungselements (10), in dem der Bund (26) zur Anlage gegen das Tragelement (13A) kommt, über das Tragelement (13A) überstehen, sowie die für einen Gewindeeingriff in ein Tragelement (13A) vorgesehenen Windungen des Gewindeabschnitts (18) hinreichend duktil sind, um Schub- oder Scherkräften widerstehen und diese übertragen zu können, welche von der Betonplatte (16) ausgeübt werden und die bestrebt sind, letztere gegenüber der Tragkonstruktion (11) zu verschieben.
Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des ersten Bunds (26) kleiner als derjenige des zweiten Bunds (27) ist.
Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bund (26) eine flache Unterseite (30) sowie zur Verbesserung der Rißbeständigkeit gegenüber einer Scherbeanspruchung eine mit einer sanften Übergangskrümmung in den Schaft (19) übergehende Oberseite (32) aufweist.
Befestigungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über dem ersten Bund (26) ein integraler gewindeloser Abschnitt (19) vorgesehen und die Antriebsvorrichtung als Betätigungskopf (21) ausgebildet ist, welcher mit dem gewindelosen Abschnitt (19) einstückig und an dessen von der Bohrspitze (20) abgewandtem Ende, dem zweiten Bund (27) unmittelbar benachbart, angeordnet ist.
Befestigungselement nach Anspruch 4 für eine als zusammengesetzte Tragfläche gestaltete Tragkonstruktion, deren Tragelemente (13A) einen Belag (15) tragen, welcher seinerseits die Betonplatte (16) trägt, wobei die Befestigungselemente (10) dazu vorgesehen sind, den Belag (15) zu durchdringen und in die darunterliegenden Tragelemente (13A) eingesetzt zu sein, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (10) dazu ausgebildet ist, mit seiner Bohrspitze (20) und den an letztere unmittelbar angrenzenden ausgewählten Gewindewindungen (28) den Belag (15) und eines der Tragelemente (13A) anzubohren und mindestens in dem Tragelement (13A), insbesondere auch in dem Belag (15), ein Gewinde zu schneiden sowie am Tragelement (13A) und insbesondere auch am Belag (15) befestigt zu werden, und zwar durch Anziehen des Befestigungselements (10) vermittels seines Betätigungskopfs (21), bis der erste Bund (26) gegen den Belag (15) anliegt.
Befestigungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bund (26) eine flache Unterseite (30) zur Erzeugung einer den Belag (15) gegen das Tragelement (13A) pressenden Einspannkraft aufweist, wenn das Befestigungselement (10) in das Tragelement (13A) eingeschraubt wird, und daß der erste Bund (26) zur Verbesserung der Rißbeständigkeit gegenüber einer Scherbeanspruchung eine mit einer sanften Übergangskrümmung in den Schaft (19) übergehende Oberseite (32) aufweist.
Befestigungselement nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine auf den Gewindeabschnitt (18) passende Mutter (40) zum Anbringen am Befestigungselement (10) nach dessen Befestigung am Belag (15) und dem Tragelement (13A).