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Die Erfindung betrifft einen Porenbetonnagel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die Schwierigkeit bei der Befestigung von Materialien an Porenbetonsteinen besteht darin, dass die poröse Struktur durch den eindringenden Nagel zwar leicht durchdrungen werden kann, so dass kein Vorbohren notwendig ist. Andererseits weitet sich das entstehende Loch oftmals bereits beim Einschlagen auf, oder es kommt durch die spätere Beanspruchung durch eine Last zur Aufweitung über die Abmessungen des Querschnitts des Schaftes des Porenbetonnagels hinaus. Im Falle einer Aufweitung des Lochs, das durch den eingeschlagenen Porenbetonnagel ausgebildet ist, wird der notwendige Auszugswert nicht mehr erreicht.
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Es ist bekannt, dass sich das Problem der Aufweitung beim Einschlagen oder unter Last durch einen Porenbetonnagel vermeiden lässt, der einen viereckigen Querschnitt besitzt und der sich zwischen Kopf und Spitze konisch verjüngt. Mit einer solchen Schaftgeometrie konnte der Auszugswert im Vergleich zu einem handelsüblichen Nagel mit zylindrischem Querschnitt um den Faktor 10 bis 15 gesteigert werden. Die Herstellung konischer Nägel aus Stahldraht erfordert jedoch Maschinen, die heutzutage nicht mehr verfügbar sind. Andere denkbare Verfahren zur Herstellung solcher konischen Nägel wie Metallguss sind nicht wirtschaftlich durchführbar. Obwohl also der beschriebene, konische Porenbetonnagel für die Einsatzzwecke grundsätzlich geeignet war, ist er heutzutage nicht mehr herstellbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Porenbetonnagel herzustellen, der keinen konischen Schaft benötigt und somit auf verfügbaren Nagelfertigungsmaschinen herstellbar ist und der dennoch gute Auszugswerte für die Befestigung in Porenbeton besitzt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Porenbetonnagel gelöst, dessen rechteckiger Querschnitt über wenigstens einen großen Teil der Länge des Schaftes zwischen Kopf und Spitze, insbesondere über die ganze Länge, konstant ist und bei dem an wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Kanten des Schaftes jeweils über einen wesentlichen Teil der Länge der Kanten eine Dreiecks- oder Sägezahnstruktur eingeprägt ist. Mit dieser Struktur sind hohe Auszugswerte für die Verankerung in Porenbeton zu erreichen.
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Ein konstanter Querschnitt bedeutet, dass nur bei der Fertigung von Nägel aus gezogenem Stahldraht übliche Querschnittsabweichungen über die Länge auftreten, ohne dass ein optisch erkennbare Konizität gegeben ist.
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Sehr gute Auszugswerte bei dem Porenbetonnagel nach der Erfindung werden bereits mit einem Paar profilierter Kanten erreicht. Möglich ist jedoch auch, alle vier Kanten zu profilieren.
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Vorzugsweise besitzt das Profil der Sägezahnstruktur zur Spitze weisende Flanken mit einem Flankenwinkel von 10° bis 30°, insbesondere 16°, zur Längsachse des Schaftes, sowie zum Kopf weisende Flanken mit einem Flankenwinkel von 70° bis 90°, insbesondere 90°, in Bezug auf die Längsachse des Schaftes.
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Vorzugsweise ist der Schaft quadratisch mit einer Kantenlänge von 4 mm bis 6 mm, wobei die Länge der Sägezahnstruktur des Schaftes, insbesondere der gesamte, durchgehende profilierte Schaft, wenigstens das 10-fache der Querschnittsbreite beträgt. Ein solches Längen-Breiten-Verhältnis ist erforderlich, um eine ausreichende Verankerung zu erreichen. Bevorzugt wird die Länge des Schaftes mit dem 20-fachen bis 45-fachen der Querschnittsbreite festgelegt. Die Gesamtlänge sollte demnach zwischen 60 mm und 180 mm liegen.
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Die Profilhöhe beträgt vorzugsweise 1,5-3 mm, vorzugsweise 2 mm, in Längsrichtung des Schaftes, das heißt der Abstand von einem Sägezahn zum nächsten beträgt 1,5 -3 mm, vorzugsweise 2 mm.
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Versuche haben gezeigt, dass ein aus Stahldraht gezogener und nachträglich erfindungsgemäß profilierter Nagel mit blanker Oberfläche höhere Auszugswerte besitzt als mit einer verzinkten Oberfläche. Allerdings wird eine Verzinkung aus Korrosionsschutzgründen für die meisten Anwendungsfälle erforderlich sein. Möglich ist eine Feuerverzinkung. Um die Damit die Einprägung der Sägezahnstruktur an den Kanten auch nach der Verzinkung scharf bleibt, ist ein Korrosionsschutz in Form einer Lamellenverzinkung bevorzugt.
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Für die nach der Erfindung ausgebildeten Porenbetonnägel wurden in Versuchen Auszugswerte ermittelt- Dazu wurden die Porenbetonnägel jeweils in Porenbeton-Steine mit einer Einschlagtiefe von 50 mm eingetrieben und dann die zum Herausziehen erforderliche Kraft gemessen. Die Schaftlänge der Porenbetonnägel bei den Versuchen betrug jeweils. 80 mm - 130 mm. Die im Verhältnis zur Länge des Schafts geringe Einschlagtiefe wurde gewählt, um die Porenbetonnägel unter laufender Kraftmessung herausziehen zu können. Bei höherer Einschlagtiefe ist eine überproportionale Zunahme der Festigkeitswerte zu erwarten.
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Für Vergleichswerte wurden bei den Versuchen jeweils Nägel mit gleichem Werkstoff, gleicher Oberflächenbeschaffenheit und gleicher Geometrie, jedoch ohne kantenseitige Profilierung benutzt.
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Für Porenbeton-Steine der Festigkeitsklasse 2 ergaben sich bei den in der beschriebenen Weise durchgeführten Versuchen folgende Werte:
| | Quadratische Querschnittsbreite (mm) | Oberfläche | Auszugskraft (N) |
| Porenbetonnagel mit Sägezahnprofil an 2 Kanten | 4,5 mm | feuerverzinkt | 230 - 340 |
| Vergleichsmuster (unprofiliert) | 4,5 mm | feuerverzinkt | 180 - 190 |
| Porenbetonnagel mit Sägezahnprofil an 2 Kanten | 5,0mm | feuerverzinkt | 220 - 380 |
| Vergleichsmuster (unprofiliert) | 5,0 mm | feuerverzinkt | 190 - 200 |
| Porenbetonnagel mit Sägezahnprofil an 2 Kanten | 4,0 mm | Aluminium blank | ca. 700 |
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Für Porenbeton-Steine der Festigkeitsklasse 4 ergaben sich folgende Werte:
| | Quadratische Querschnittsbreite (mm) | Oberfläche | Auszugskraft (N) |
| Porenbetonnagel mit Sägezahnprofil an 2 Kanten | 4,5 mm | feuerverzinkt | 650 - 680 |
| Vergleichsmuster (unprofiliert) | 4,5 mm | feuerverzinkt | 490 - 530 |
| Porenbetonnagel mit Sägezahnprofil an 2 Kanten | 5,0mm | feuerverzinkt | 810 - 860 |
| Vergleichsmuster (unprofiliert) | 5,0 mm | feuerverzinkt | 520 - 590 |
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Durch die kantenseitige Profilierung konnten in dieser Versuchsanordnung gegenüber unprofilierten, quadratischen Nägeln um 30% bis 54% höhere Auszugswerte erreicht werden.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Porenbetonnägel ist mit Porenbeton-Steinen hoher Druck-Festigkeitsklassen somit besonders vorteilhaft, da mit den gleichen Porenbetonnägeln im Vergleich zur Verwendung mit Porenbeton-Steinen mit niedrigeren Druck-Festigkeitsklassen das 2 bis 3-fache der erreicht werden kann.
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Der Porenbetonnägel nach der Erfindung ist hinsichtlich der Verankerung in Porenbeton optimiert, wobei es sich dabei um einen für die Nagelbefestigung schwierigen Werkstoff handelt. Der Porenbetonnagel ist aber auch für die Befestigung in Bauholz wie Fichte und Tanne sehr gut geeignet, wobei die Auszugwerte für einen Nagel mit gleicher Geometrie gegenüber Porenbeton sogar noch um etwa den Faktor 5 größer sind.
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Das Herstellungsverfahrens für einen Porenbetonnagel nach der Erfindung sieht die Verwendung einer an sich bekannten Nagelfertigungsmaschine vor, mit der aus einem endlosen Drahtstrang ein Abschnitt abgelängt wird, an den ein Kopf angestaucht und eine Spitze angeformt wird. Als Herstellungsschritt kommt erfindungsgemäß die Profilierung der sich diametral gegenüberliegenden Seitenkanten mit dem Dreiecks- oder Sägezahnprofil hinzu. Dazu wird der Drahtstrang vor dem Einzug in die Nagelmaschine durch ein Paar von Profilwalzen profiliert.
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Bei der Profilierung mittels Profilwalzen ist vorzugsweise ein zusätzliches Paar von Stützrollen vorgesehen. Die Stützrollen sind sich gegenüberliegend angeordnet, wobei die Profilwalzen dazwischen angeordnet sind, um die dabei entstehenden seitlichen Kräfte aufzunehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 ein Porenbetonnagel in seitlicher Ansicht;
- 2 den Porenbetonnagel in Ansicht von unten;
- 3 ein Detail der Sägezahnstruktur in seitlicher Ansicht und
- 4 eine schematische Darstellung des Profilierungsprozesses vor der Nagelfertigung.
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In 1 ist ein Porenbetonnagel 10 dargestellt, der aus Stahldraht mit quadratischem Querschnitt geformt ist. Er besitzt einen im Querschnitt rechteckigen Schaft 1, der an einem Ende eine pyramidenförmige Spitze 2 und am anderen Ende einen flachen Kopf 3 aufweist. Der Winkel an der Spitze 2 beträgt 30°. Die Breite des Kopfes 3 beträgt 15 mm.
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Der Querschnitt des Schaftes 1 ist quadratisch und dabei zwischen Kopf 3 und spitze 2 konstant, verjüngt sich also nicht. Die Breite beträgt ca. 5,8 mm.
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Von den insgesamt vier Kanten, an denen die Seitenflächen des Schaftes 1 jeweils unter 90° zusammenlaufen, sind mindestens zwei Kanten 4, 5 jeweils mit einer eingeprägten Sägezahnstruktur 6 profiliert. Diese ist so gefertigt, dass die Vertiefungen unterhalb des ursprünglichen Kantenverlaufs, also näher zum Zentrum des Schaftquerschnitts, liegen und die Spitzen außerhalb des ursprünglichen Kantenverlaufs. Durch den Herstellungsprozess hat also eine Materialumschichtung stattgefunden, so dass die Spitzen der Sägezahnstruktur 6 erhaben über die ansonsten glatten Oberflächen des Schaftes 1 aufragen.
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2 zeigt einen Blick von unten auf die Spitze 2 des Nagels 10, wodurch die Lage der profilierten Kanten 4, 5 deutlich wird, die sich an dem quadratischen Schaft 1 diametral gegenüber liegen.
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Wie die Detailansicht der Sägezahnstruktur in 3 zeigt, besitzt das Profil der Sägezahnstruktur 6 zur Spitze 2 weisende Flanken 6.1 mit einem Flankenwinkel α von 16° zur Längsachse des Schaftes 1 und zum Kopf 3 weisende Flanken 6.2 mit einem Flankenwinkel α von 90° zur Längsachse des Schafts 1. Die Sägezähne besitzen jeweils eine Länge Δx von 2mm. Die linke äußere strichpunktierte Linie kennzeichnet die Lage der Seitenfläche des Schaftes 1 und entspricht somit dem ursprünglichen Kantenverlauf vor der Profilierung. Die rechte strichpunktierte Linie kennzeichnet die Mittelachse des Schafts 1.
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4 zeigt, wie ein viereckiger Draht 1' durch ein Paar von Profilrollen 21, 22 gezogen wird, um zwei gegenüberliegende Kanten 4', 5' des Drahthalbzeugs zu profilieren. Der Spalt zwischen den Profilrollen 21, 22 wird zu beiden Seiten jeweils von einer Stützrolle 23, 24 überdeckt, um die seitlichen Kräfte aufzunehmen.
