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Monheimius:"Einrichtung zum Verbessern Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Verbesserung der Tragfähigkeit eines Traglastdübels unter Brandbelastung,
bei der der Dübel betoninnenseitig eingelassen, gegebenenfalls vermörtelt und deckenaußenseits
ein Trage stiel zur raumseitigen Lastübernahme zugeordnet ist. Traglastdübel werden
allgemein in Decken und Mauerwerken benutzt, um Lasten an diesen zu befestigen oder
anzuhängen. Derartige Dübel sind zu einem millionenfachen Massenartikel geworden,
der auch im Hobbybereich vielfach Anwendung findet, wobei die Dübelform sich nach
dem Anwendungszweck richtet.
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Es ist bereits bekannt, derartige Dübel vor der Einwirkung von Hitze
durch einen um den Dübelschaft gelegten Dämmantel zu schützen wie dies beispielsweise
in der DE-OS 28 25 604 geschieht und wie es auch in anderen Literaturstellen, erheblich
vor dieser Zeit liegend, beschrieben ist, so in Nachbarbereichen für Formkörper
zum Ummanteln von Bauteilen und zum Schützen von Schrauben bei dem Zusammensetzen
von Wand- und Deckenelementen.
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Monheimius: "Einrichtung zum Verbessern Die DIN 4102, zuständig für
den vorbeugenden Brandschutz im Hochbau, weist im Teil vier derartige kombinierte
Elemente normmäßig aus. In der erwähnten Norm ist ferner festgehalten, daß derartige
Dübel mindestens einen Durchmesser von 8 mm bei einer doppelten Einbautiefe von
mindestens 60 mm haben müssen.
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Die Tragfähigkeit eines solchen Dübels wird mit 50 kg maximal in den
Berechnungen angesetzt. Es ist bekannt, daß unter der Einwirkung von Wärme die Belastungsfähigkeit
von Stahl und das Tragevermögen des Dübels im Beton oder Mauerwerk rasch abnimmt.
Um diesen Nachteil zu verbessern, hat die einschlägige Dübeltechnik die vorstehend
erwähnten Ummantelungen aus wärmedämmendem Material geschaffen. Ein maßgeblicher
Erfolg konnte dabei nicht erzielt werden, weil die Hitze nicht nur auf den Werkstoff
Metall, vielmehr auch auf den Beton oder das Mauerwerk einwirkt. Das schnelle Nachgeben
der Tragfähigkeit wird nämlich bei Brandeinwirkung dadurch bewirkt, daß der Beton-
oder Mauerwerkstoff unter dieser Einwirkung Raumformveränderungen unterworfen ist,
die aufgrund des unterschiedlichen Dehnverhaltens zwischen dem metallischen und
dem umgebendem Werkstoff zu einer Lockerung der Pressung zwischen den beiden Werkstoffen
führt.
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Die Normvorschriften gehen bei ihren Belastungswerten davon aus, daß
die Pressung oder Reibung zwischen Dübelschaft und umgebenden Werkstoff ausreichen
soll; sie reicht aber nur aus, solange die sogenannten Normaltemperaturen herrschen.
Solche Normaltemperaturen herrschen aber nicht im Brandfall. Es ist
Monheimius:"Einrichtung
zum Verbessern...." in Fachkreisen bekannt, daß beispielsweise Beton unter Hitzeeinwirkung
sich zersetzt, mit den vorstehend geschilderten nachteiligen Erscheinungen.
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Nach der systematischen Erforschung dieser Sachumstände bilden sich
im Brandfall im Beton sogenannte Spannungskegel aus. Diese Spannungskegel sind deutlich
erkennbar, wenn nach Bränden, also extremer Hitzeeinwirkung, solche Konstruktionen
besichtigt werden, wobei die herabgefallenen Belastungsgewichte, beispielsweise
in Form von nutzenden Hängekonstruktionen aus der Decke herausgebrochen sind. Dieses
Herausbrechen geschieht in Form von Spannungskegeln. Dabei sind vorab die Spannungskegel
erster Ordnung, hervorgerufen durch die Preßzwängung zwischen Beton und Dübel im
Kaltzustand und die Spannungskegel zweiter Ordnung, hervorgerufen durch das thermische
Umfeld des Dübels im Brandfall, zu beachten. Eigenartiger- und überraschenderweise
hat die im Vorfeld der Erfindung vorgenommene Abdeckung dieser Kegel keine wesentliche
Verbesserung der Tragefähigkeit erbracht. Es ist einleuchtend, daß auch die längliche
Ummantelung des Kegelschaftes mit wärmedämmendem Material nutzlos ist, denn die
entstehenden Spannungskegel haben deckenseits beachtliche Abmessungen, die ein Vielfaches
des Dübelschaftdurchmessers betragen. Es kommt noch hinzu, daß die Stelle des Uberganges
zwischen dem in dem Beton eingebrachten Dübel und der Tragekonstruktion zunächst
relativ kalt bleibt, aber unmittelbar neben der Tragekonstruktion die volle Hitze
wirkt. Das führt zu einem Spannungsgeschiebe in der Betonmasse, das nach der
monheirius:nzinrichtung
zem TTer'oessern....
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Erkenntnis der Erfindung relativ schnell zu kegelförmigen Ausbrüchen
führt, die außerhalb der Spannungskegel liegen. (Spannungskegel dritter Ordnung).
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Tragefähigkeit eines
Traglastdübels erheblich zu verbessern, wobei sie von der Erkenntnis ausgeht, daß
die Zone der Spannungskegel weitgehend vor Hitzeeinwirkung geschützt werden muß.
Das hat nach der Erkenntnis der Erfindung hinsichtlich der Belastungsfähigkeit einen
weitaus höheren Wert als das Schützen des Dübelschaftes mit vergleichsweise schmalen
Dämmelementen, die im Regelfall die Rohrform des Dübelschaftes, lediglich etwas
verdickend, nachahmen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, indem sie vom Oberbegriff des Anspruches
1 ausgeht, und sie kennzeichnet sich dadurch, daß deckenaußenseits und breitseits
des Dübels eine Brandschutzplatte verankert ist, welche die Spannungskegel abdeckt.
Die Brandschutzplatte kann deckenseitig mit einem feuerhemmenden Kleber befestigt
sein. Es ist aber auch möglich, die Brandschutzplatte mittels Hilsdübeln deckenseitig
zu befestigen.
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Die Figuren sind ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 den Schnitt durch eine Decke mit der erfindungsgemäßen Brandschutzplatte,
ausgeführt in homogener Massivbauweise und an der Decke mit einem Kleber befestigt,
Monheimius:"Einrichtung
zum Verbessern...." Fig. 2 die Draufsicht auf eine kreisförmige Brandschutzplatte,
bestehend aus zwei Teilen, einem mittig angeordneten Tragestiel, befestigt an einer
Trageplatte, Fig. 3 den Schnitt I/I durch die Figur 2, Fig. 4 den Schnitt III/III
durch die Fig. 2, Fig. 5 Temperaturkurvenverläufe betonseitig und Fig. 6 randständig
ballig geformte Brandschutzplatte.
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Die Figur 1 zeigt die einfachste Form der Erfindung, nämlich eine
Dübelung mit Brandschutzplatte, breitseits sich ausdehnend, wobei die Brandschutzplatte
20 mittels eines Klebers an der Decke befestigt ist. Die über der Brandschutzplatte
20 dargestellte Betondecke zeigt den in der Decke befestigten Dübel 10 und die sich
im Brandfall ergebenden Spannungsformationen erster und zweiter Ordnung im Beton,
wobei beachtlich ist, daß die Vorspannungen erster Ordnung bereits im Kaltzustand
des Betons feststellbar sind. Sie entstehen bei dem Einbringen des Dübels 10 und
werden nach der Erkenntnis der Erfindung im Brandfall erheblich verstärkt.
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Monheimius:"Einrichtung zum Verbessern...." Der,1 Tragestiel 31 ist
in dieser Darstellung die Ummantelwlg 50 zugeordnet. Dieser befindet sich in einer
lireisförragen Ausnehmung 21 der Brandschutzplatte 20.
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Es gehört zum Stand der Technik, daß die Ummantelung 50 neben der
Kreisform auch Vierkantform oder andere Zwischenformen annehmen kann.
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In den Fig. 2 bis 4 ist eine Brandschutzplatte 20 dargestellt, die
aus zwei Teilplatten 22 besteht. Diese Bauform hat den Vorteil, daß bei der Montage
die beid Teilpiatten 22 einfach zusammengeschoben werden können. Das ist besonders
wichtig bei nachträglichen Montagen.
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Der Trage stiel 32 ist in diesem Beispiel als Trageprofil 32 ausgebildet,
das seinerseits wiederum an einer Trageplatte 30 mit in der Technik üblichen Mitteln
befestigt ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch diese Bauform, die der Raumform
nach, wie die Fig. 1 bis 4 zeigen, einem Pilz ähnelt, mit Hilfsdübeln 11 an der
Decke zu befestigen. Es empfiehlt sich bei dieser Raumform, die so beschaffen ist,
daß das eine Teil 22 die Schraubbefestigung aufnimmt und das zweite Teil so geschoben
wird, daß die im rechten Teil der Fig. 3 gezeichnete besondere Abdeckung in Fortfall
kommen kann.
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Die Fig. 4 gibt den Schnitt III/III wieder und verdeutlicht, daß man
die Brandschutzplatte 20 auch als Schichtkonstruktion aufbauen kann, so daß der
Ubergang von der äußersten Schmalseite
Monheimius:"Einrichtung
zum Verbessern..." der Brandschutzplatte 20 bis zu der erfindungsgemäßen Verdickung
in Schaftnähe nicht stetig, vielmehr stufenweise stattfindet.
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Das kann für die Fabrikation in Serie Bedeutung haben.
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Es ist zweckmäßig, in der Zentrale der Brandschutzplatte 20 eine Öffnung
anzuordnen, die zum Dübel 10 einen Abstand hält, um die Schaftabdeckung verankern
zu können (Fig. 1). Aus der erfindungsgemäßen Eigenart ergibt sich ferner, daß breitseits
des Dübels 10 die Brandschutzplatte 20 soweit ausgedeht werden soll, daß die nach
der Erfahrung zu erwartenden Spannungskegel deckenaußenseits überragt werden. Es
hat sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, die Brandschutzplatte randständig
abzurunden, wie dies in den Fig. 1 bis 6 erkennbar ist.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, am Dübel 10 bei größeren Belastungen,
deckenseits eine Trageplatte 30 anzuordnen. Auch mittels des Prinzips der Mehrteiligkeit
sind zahlreiche Variationen zur Erleichterung der Montage möglich.
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Das Temperaturdiagramm der Fig. 5 zeigt, daß das besondere Merkmal
der Erfindung, nämlich die abfallende Dicke der Brandschutzplatte 20 zum Rand Spannungskegel
erster und zweiter Ordnung hin eine bisher von der einschlägigen Technik nicht erkannte
Bedeutung hat. Würde man nämlich die Brandschutzplatte wie bisher in der Technik
üblich, in gleicher Dicke ausführen, dann würde bei den vorgegebenen Spannungsverhältnissen
im Beton, seien sie mechanisch oder temperaturmäßig ausgelöst, das Gegenteil der
erfindungsgemäßen angestrebten Wirkung erreicht. In
Monheimius:
"Einrichtung zum Verbessern...." einem solchen Fall entsteht in der Randzone der
Brandschutzplatte eine erheblich höhere Spannung, die zu einer neuen Abrißzone durch
den Spannungskegel dritter Ordnung führt.
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Die Fig. 5 zeigt die thermischen Verhältnisse bei der Beflammung nach
der DIN-Einheitstemperaturkurve (ETK) im linken unteren Teil, wobei die Beflammungsrichtung
durch die Pfeile 60 angezeigt ist. Der Kurve im unteren linken Darstellungsfeld
entspricht in der Betonfläche 61 die Temperaturverteilungskurve (TVK), wobei auf
der Ordinate die Dicke des Betons aufgetragen ist.
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Durch die Beflammung ergibt sich eine Spannungsdifferenz an der in
dem Beton 61, 62 hineinverlängerten Grenze zwischen der Brandschutzplatte 20 und
dem angrenzenden Feld wie sie der seitlichen Temperaturverschiebung (STV) entspricht.
Diese seitliche Verschiebung ergibt sich aus dem Umstand, daß das Betonfeld 62 oberhalb
der Betonschutzplatte 20 geschützt ist, so daß die Nachbartemperaturen differenziert
auf den Grenzbereich der Felder 61 und 62 einwirken. Die Temperaturverhältnisse
in dem oberen rechten Betonfeld 62 werden wiedergegeben durch die Temperaturabfallkurve
(TAK), aus der deutlich zu ersehen ist, daß das Betonfeld 62 zur Brandschutzplatte
20 zwar temperaturgeschützt ist, aber die Temperaturgeschiebezone 41 zu einem Spannungskegel
dritter Ordnung führt, der bisher in seiner Auswirkung von der einschlägigen Technik
nicht erkannt wurde.
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Monheimius:"Einrichtung zum Verbessern...." Es ergibt sich aus der
Gesamtdarstellung, daß die Temperaturabfallkurve (TAK) reziprok zur Temperaturverteilungskurve
(TVK) verläuft. Insoweit findet die Erfindung ihre logische Bestätigung, weil das
Feld zwischen den Kurven TVK und TAK die geährliche Spannungsdifferenzzone aufzeigt.
Bei geringen thermischen Belastungen kann es ausreichen, wenn durch die Brandschutzplatte
20 nur die Spannungskegel erster und zweiter Ordnung abgedeckt werden. Allen thermischen
Belastungen ist jedoch nur die Abdeckung aller Spannungskegel gewachsen. Es hat
sich im Rahmen systematischer Versuche herausgestellt, daß das Grenzfeld zwischen
der Verlängerung der äußeren Grenze der Brandschutzplatte 20 in den Beton hinein
und zur gestrichelten STV-Linie auf die erfinderische Gestaltung der Brandschutzplatte
20 im randständigen Bereich erheblichen Einfluß hat. Um hier eine günstige Raumform
zu erreichen, ist erfindungsgemäß die äußere Begrenzung der Brandschutzplatte 20
in besonderer Weise ausgeführt.
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Wie die Figur 6 zeigt, ist die deckenseitige Fläche der Brandschutzplatte
20 nach einem besonderen Merkmal der Erfindung außenseits nicht eben, vielmehr so
gestaltet, daß der Spalt 12 zwischen Brandschutzplatte 20 und Betonaußenseite größer
wird. Dieser vergrößerte Spalt 12 erlaubt bei Anwendung des Klebeverfahrens eine
Verdickung der Klebemasse und einen weitaus günstigeren Verlauf der Temperaturabfallkurve
(TAK) in dem
Monheimius:"Einrichtung zum Verbessern...." wichtigen
Randbereich, weil sich dort Spannungsvorgänge im Beton in bisher nicht erkannter
ungünstiger Weise sonst addieren können.
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Beispiel: Es wurde eine Brandschutzplatte 20 deckenseits mit einem
hochtemperaturfesten Kleber befestigt und nach DIN nach der ETK über 150 min. beflammt.
Dabei wurden handelsübliche Dübel verwendet, deren Tragkraft maximal bei doppelter
Einbautiefe (über 90 min. ETK-Beflammung) 50 kg bei 8 mm beträgt.
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Es ergab sich bei 100 kg Belastung nicht nur eine volle Tragfähigkeit
bei 150 min. Beflammung, wobei die maximale TragSähigkeit nicht einmal ermittelt
werden konnte, weil das Optimum der Belastung aus konstruktiven Gründen nicht eingestellt
werden konnte. Einzeldaten lassen eine mindestens dreifache Belastung erwarten.
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Monheimius:"Einrichtung zum Verbessern...." Bezugsziffernverzeichnis
10 Dübel 11 Hilfsdübel 12 vergrößerter balliger Spalt 20 Brandschutzplatte 21 zentrale
Öffnung in 20 22 mehrteilige Brandschutzplatte 30 Trageplatte 31 Tragestiel 32 Tragprofil
40 Spannungskegel 41 Spannungsdifferenzzone (Spannungskegel III. Ordnung) 50 Stielisolierung
60 Beflammungsrichtung 61 linkes Betonfeld 62 rechtes Betonfeld ETK Einheitstemperaturkurve
TVK Temperaturverteilungskurve STV Seitliche Temperaturverschiebung TAK Temperaturabfallkurve
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