EP1680559B1

EP1680559B1 - Vorrichtung mit einem stab aus faserverstärktem kunststoff zur übertragung einer last durch eine wärmedämmschicht hindurch

Info

Publication number: EP1680559B1
Application number: EP04761959A
Authority: EP
Inventors: Kurt Iseli
Original assignee: Erico International Corp
Current assignee: Erico International Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2024-10-11
Also published as: WO2005035892A1; DE502004010557D1; EP1680559A1; ATE453025T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 96/21087 ist ein Ankerstab für einen Injektionsanker bekannt Der Ankerstab besteht aus einem faserverstärkten Kunststoffrohr, das sowohl längsgerichtete als auch wendelförmig gewickelte Fasern enthält. Das Kunststoffrohr weist an beiden Enden ein Gewinde auf. Beim Einsatz des Ankerstabs wird auf das eine Gewinde eine Bohrkrone aufgeschraubt Auf das andere Gewinde wird eine Hülse zur Hälfte aufgeschraubt. In das vorstehende Ende der Hülse wird ein Gewindezapfen einer Bohrmaschine eingeschraubt. Hierauf wird der Bohrvorgang begonnen. Nach Erreichen der durch die Ankerstablänge vorgegebenen Bohrtiefe kann ein weiterer Ankerstab anstelle des Gewindezapfens in die Hülse eingeschraubt und der Bohrvorgang fortgesetzt werden. Nach Erreichen der erforderlichen Bohrtiefe wird Injektionsmaterial durch den rohrförmigen Ankerstab ins Bohrloch eingepresst. Schliesslich wird über das vorstehende Ende des Ankerrohres eine Ankerplatte geschoben und eine Mutter auf das Gewinde aufgeschraubt und gegen die Ankerplatte festgezogen.
Im Handel sind glasfaserverstärkte Kunststoff-Gewindestäbe (GFK-Gewindestäbe) der Firma H. Weidmann AG, Rapperswil, erhältlich, welche einen vollen Querschnitt besitzen und ein über die gesamte Länge des Stabs ausgebildetes Gewinde aufweisen. Im Handel sind auch sechskantige Muttern zu diesen Gewindestäben erhältlich. Diese Muttern sind aus Kunststoff oder Stahl gefertigt. Die Gewinde sind als Grobgewinde ausgebildet Bei Grobgewinden liegt ein relativ grosser Spielraum zwischen Schraube und Mutter vor.
Diese Grobgewinde weisen bezüglich der Gewindelängsrichtung gewölbte Gewindeoberflächen und stumpfe Flankenwinkel von bis zu 140 oder 150 Grad auf. Sie haben den Vorteil, dass die Faserstruktur des Gewindestabes dem Gewindeverlauf folgen kann und daher durchgehend ausgebildet werden kann. Die Kraftübertragung vom Gewinde auf lange, undurchtrennte Fasern geschieht sehr direkt. Daher können grosse Kräfte über das Grobgewinde auf den Gewindestab übertragen werden.
In dieser Beschreibung werden zur besseren Unterscheidung gegenüber den Grobgewinden Gewinde einer für Metallverbindungen üblichen Art, z.B. metrische Gewinde, als Normalgewinde bezeichnet Normalgewinde weisen einfach gewölbte Gewindeoberflächen und spitze Flankenwinkel von höchstens 60 Grad auf. Normalgewinde sind dank ihrer hohen Präzision und den spitzen Flankenwinkel praktisch schlupffrei.
Grobgewinde haben gegenüber Normalgewinden den Nachteil, dass sie einen relativ grossen Schlupf, d.h. eine relativ grosse Verschiebung des Stabes gegenüber einer Mutter oder einer Gewindehülse aufweisen. Dieser Schlupf tritt in Folge von parallel zur Längsachse des Gewindes und des Stabes wirkenden Zug- oder Druckkräften auf. Dieser Schlupf schränkt die Anwendung von Gewindestäben aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Grobgewinde ein.
Die besonderen Eigenschaften von FRP-, insbesondere GFK-Stäben, nämlich deren Zugfestigkeit bei gleichzeitig niedriger Wärmeleitfähigkeit und auch deren Korrosionsbeständigkeit, werden im Hochbau noch nicht hinreichend genutzt. Ein zentrales Problem bei der Anwendung im Hochbau bildet die Verlässlichkeit einer Anbindung von FRP-Gewindestäben. Sicher ist der erwähnte grosse Schlupf von Grobgewinden ein Hinderungsgrund, obwohl es auch Anwendungen gibt, bei denen dieser Schlupf tolerierbar oder ohne Nachteil wäre. Ein wesentliches Hindernis für die Anwendung von FRP-Stäben im Hochbau, und insbesondere für die Anwendung in Wärmedämmschichten überbrückenden Bauteilen, ist auch deren niedriges E-Modul, bzw. ihre gegenüber Baustahl wesentlich höhere Elastizität.
Aus der DE 199 47 913 ist ein Befestigungselement bekannt. Dieses dient der Anbringung von Lasten an eine eine Wärmedämmung aufweisende Gebäudewand. Dieses Befestigungselement besitzt ein längliches Isolierelement aus Edelstahl, Kunststoff (z.B. rezykliertes Polyurethan), glasfaser- oder kohlefaserverstärketem Kunststoff, Holz oder einer Kombination davon. Das Befestigungselement besitzt ein an einer Gebäudewand anzubringendes Befestigungsende und ein Lastende, an dem eine Last anbringbar ist. Am Lastende ist ein Innengewinde zur Anbringung eines Lastanbringungsmittels vorgesehen. In einer Ausführungsform ist auf beide Enden des Isolierelements eine Gewindehülse geklebt, welche Gewindehülsen Innengewinde aufweisen.
Nachteil dieser Vorrichtung mit einem einzelnen Befestigungselement ist, dass sie lediglich geringe Querkräfte übertragen kann. Die limitierenden Faktoren sind für Zug- und Druckkräfte die Klebeverbindung auf der unstrukturierten Oberfläche des Isolierelements und für Querkräfte das Verhältnis zwischen Länge und Querschnitt des Elements. Um die Belastbarkeit zu erhöhen werden daher auch Befestigungsvorrichtungen vorgeschlagen, welche zwei oder drei Befestigungselemente aufweisen, deren Lastenden an einer gemeinsamen Montageplatte angeordnet sind. Bei diesen Vorrichtungen sind Querkräfte aufgeteilt in Druck- bzw. Zugkräfte in den einzelnen Befestigungselementen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche eine statisch verlässliche und wärmetechnisch optimale Anbindung von Zugkräften durch eine Wärmedämmung hindurch ermöglicht oder bewerkstelligt. In einer Weiterentwicklung sollen auch Druck- und Querkräfte durch die Wärmedämmung hindurch übertragen werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-A 199 47 913 bekannt. Diese Vorrichtung weist wenigstens einen Stab aus faserverstärktem Kunststoff auf. Dieser dient der Übertragung von Last durch eine Wärmedämmschicht hindurch. Bei dieser Vorrichtung reichen beide Enden des Stabs jeweils in ein erstes Ende einer Gewindehülse hinein, welches Ende ein erstes Lastangriffsmittel bildet. Ein Zwischenraum zwischen der Gewindehülse und dem Stab ist mit einer ausgehärteten Füll- und Klebemasse wenigstens teilweise ausgefüllt. An den Gewindehülsen ist jeweils ein zweites Lastangriffsmittel zur Aufnahme von auf den Stab zu übertragenden Kräften ausgebildet.
Bei einer solchen Vorrichtung ist erfindungsgemäss eine Wärmedämmschicht Teil der Vorrichtung. Der Stab ist durch einen Gewindestab mit einem Aussengewinde gebildet, welcher sich durch die Wärmedämmschicht hindurch erstreckt. Die Gewindehülsen weisen als erste Lastangriffsmittel jeweils ein vom ersten Ende der Gewindehülse her zugängliches, dem Aussengewinde des Gewindestabes entsprechendes Innengewinde auf. Auf beiden Seiten der Wärmedämmschicht ist jeweils eine Gewindehülse entlang einer gemeinsamen Längsachse auf den Gewindestab aufgeschraubt.
Damit das gegenüber Stahl niedrige E-Modul, bzw. die hohe Elastizität des GFK oder FRP sich in einer Lastsituation nicht nachteilig auswirkt, sollte die mit Faserverbundwerkstoffen überbrückte Distanz möglichst gering sein. Daher besteht die Wärmedämmschicht vorteilhaft aus hochwertiger Wärmedämmung, insbesondere Vakuum-Wärmedämmplatten, deren Lambda-Wert zwischen 0,004 und 0,020 W/mK liegt. Dieses Material erlaubt Dämmschichtdicken von 1,5 bis 2 cm vorzusehen und dabei die Dämmeigenschaften herkömmlicher Dämmstoffe mit einer Dämmschichtdicke von 8 bis 15 cm zu übertreffen. Damit kann trotz geringer Distanz zwischen zwei mit dem Gewindestab verbundenen Baukörpern eine verbesserte Wärmedämmung erreicht werden. Bei derart niedrigen Dämmschichtstärken ist die Elastizität des Zugelements von wesentlich geringerer Bedeutung als bei herkömmlichen, grössere Schichtstärken.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines solchen Kragplattenanschlusselements sind zwei oder mehrere Gewindestäbe als parallele Zugstäbe nebeneinander angeordnet. Dabei durchdringen vorteilhaft alle Gewindestäbe dieselbe Vakuum-Dämmplatte oder dasselbe Paneel aus mehreren Vakuum-Dämmplatten. Ein Paneel aus mehreren Wärmedämmplatten weist vorteilhaft rechteckige Vakuumplatten zwischen den FRP-Stäben auf, und in einem Bereich um die FRP-Stäbe, der von den FRP-Stäben, Abstandkörpem und Druckkörper durchdrungen wird, hochdämmende Schaumstoffplatten mit Ausnehmungen für die Durchdringungen.
Der Zwischenraum zwischen Gewindestab und Gewindehülse ist mit einer ausgehärteten Füll- und Klebemasse wenigstens teilweise und vorteilhaft vollständig ausgefüllt. Diese Füll- und Klebemasse verhindert ein ungewolltes Lösen der Gewindehülse aus einer vorgesehenen Stellung. Sie behindert zudem eine Verschiebung des Gewindestabes in der Gewindehülse entlang der Längsachse und vermindert oder verhindert daher den Schlupf.
Zweckmässigerweise sind das Aussengewinde des Gewindestabes und das Innengewinde der Gewindehülse miteinander in Eingriff. Dies erlaubt die Gewindehülse gegenüber dem Gewindestab vorzuspannen, bevor die Füll- und Klebemasse ausgehärtet ist. Um unter Last einen möglichst minimalen Schlupf zu erreichen sind vorteilhaft der Gewindestab und die Gewindehülse gegeneinander vorgespannt. Denn so ist der Schlupf bereits vor der Lastsituation eingetreten und der Gewindestab und die Gewindehülse sind in einer Stellung gegeneinander fixiert, in welcher unter Last praktisch kein weiterer Schlupf mehr auftritt.
Damit der Zwischenraum möglichst rasch und vollständig mit der Füll- und Klebemasse gefüllt werden kann, ist vorteilhaft in Längsrichtung des Gewindes im Gewindestab und/ oder in der Gewindehülse ein vorzugsweise geradliniger Kanal ausgebildet. Der Kanal verbindet wenigstens einen Umgang des gewendelten Zwischenraumes mit einem Aussenraum ausserhalb der Gewindehülse. Vorteilhaft verbindet er alle Umgänge des gewendelten Zwischenraumes miteinander und mit einem Aussenraum ausserhalb der Gewindehülse.
Um die im Gewindestab auftretenden Zugkräfte in Zugrichtung weiterleiten zu können, ist das Innengewinde lediglich ein erstes Lastangriffsmittel, und es liegt an der Gewindehülse ein zweites Lastangriffmittel vor, welches vom zweiten Ende der Gewindehülse her zugänglichen ist Dieses kann ein Aussengewinde oder ein Innengewinde sein, dessen Achse parallel zur Längsachse liegt.
Es kann auch ein Haken oder eine Öse sein.
Vorteilhaft ist mit dem zweiten Lastangriffsmittel ein Bewehrungsstab für Stahlbeton verbunden oder verbindbar, welcher Stab aus Baustahl oder Edelstahl besteht. Am Bewehrungsstab ist dazu zweckmässigerweise ein Kopf mit einem Normalgewinde ausgebildet Der Kopf kann gestaucht sein. Dies erlaubt das Ausbilden eines Normalgewindes mit einem Durchmesser, der grösser ist als der Durchmesser des Bewehrungsstabs.
Zweckmässigerweise ist das Aussengewinde des FRP-Gewindestabes als Grobgewinde ausgebildet. Bei solchen Grobgewinden liegen die Fasern des Gewindestabes, welche im Innern des Gewindekammes vorliegen, einer Wellenlinie folgend sowohl in benachbarten Bereichen des Gewindekamms als auch im Bereich des Gewindegrundes dazwischen durchlaufend vor.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass die beiden Gewindehülsen in Abstand zueinander angeordnet werden können. Der die Gewindehülsen über diesen Abstand verbindende Gewindestab aus faserverstärktem Kunststoff weist eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit auf als Baustahl oder Edelstahl und bildet im Wesentlichen die einzige statisch notwendige Wärmebrücke. Dies erlaubt eine Anordnung einer Dämmschicht im Bereich zwischen den Gewindehülsen und somit eine statisch verlässliche und wärmetechnisch optimale Anbindung von Zugkräften, Druckkräften, Querkräften oder Kombinationen dieser Kräfte durch die Wärmedämmung hindurch.
Bei diesem Gegenstand bildet das Innengewinde jeweils ein erstes Lastangriffsmittel und es ist an beiden Gewindehülsen ein zweites Lastangriffmittel vorhanden. Das zweite Lastangriffsmittel ist zweckmässigerweise vom zweiten Ende der Gewindehülse her zugänglichen. Dies erlaubt die Übertragung der Zug- und Druckkräfte in der Richtung der Zug- und Druckkräfte auf Anschlusselemente aus herkömmlichen Materialien, z.B. auf Bewehrungsstäbe aus Baustahl. Solche Anschlusselemente können daher im Vergleich zum FRP-Gewindestab sowohl kostengünstiger in der Herstellung und Verarbeitung sein, als auch eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzen.
Die ersten Enden der Gewindehülsen sind vorteilhaft in einem Abstand zu einander angeordnet, der in einem Bereich von 15 bis 40 mm liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 35 mm. Bei grösseren Abständen beginnt in vielen Bauanwendungen bereits die elastische Verformung des Faserverbundwerkstoffes eine entscheidende Rolle zu spielen. Diese Bereiche erlauben hingegen bereits, mit hochwertigen Wärmedämmungen wie z.B. Vakuum-Wärmedämm-Elementen eine hervorragende Wärmedämmung zwischen den Gewindehülsen und den Bauteilen, in denen die Gewindehülsen vorliegen, zu erreichen.
Vorteilhaft sind bei dieser Vorrichtung zwei parallele Platten zwischen den beiden ersten Enden der Gewindehülsen vorhanden. Die ersten Enden der Gewindehülsen sind in Anschlag mit den von einander abgewandten Oberflächen der beiden Platten. Zwischen den Platten ist vorteilhaft eine Wärmedämmschicht angeordnet. Zwischen den ersten Enden der Gewindehülsen, insbesondere zwischen den Platten, liegt vorteilhaft ein Abstandmittel vor, das einen minimalen Abstand zwischen den Gewindehülsen sichert. Das Abstandmittel ist aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit, der Druckfestigkeit und der geringen Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft ein faserverstärkter Kunststoffkörper. Das Abstandmittel hält vorteilhaft eine Vorspannung zwischen den Gewindehülsen aufrecht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist in Abstand zur Längsachse des Gewindestabs ein Querkraftstab angeordnet, der die Platten durchdringt und in den Platten verankert ist. Eine solche Vorrichtung kann als Kragplatten-Anschlusselement dienen. Die Gewindehülsen werden dafür an die Zugbewehrungen von zwei, voneinander thermisch getrennten, Betonplatten angebunden und übertragen die in der Zugbewehrung der Betonplatten auftretenden Kräfte auf den Gewindestab. Mit den Platten können quer zur Längsachse wirkende Kräfte aufgenommen werden und vom unteren Bereich des Querschnitts der Betonplatten in den oberen Bereich der Betonplatten geleitet werden, um mit den FRP-Stäben von einer in die andere Betonplatte übertragen zu werden.
In Abstand zur Längsachse des Gewindestabs ist weiter vorteilhaft ein Druckkörper zwischen den Platten angeordnet. Dieser Druckkörper überträgt Druckkräfte von einer auf die andere Betonplatte. Dank dem Abstand zum Zugkräfte übertragenden Gewindestab können mit dem Druckkörper und/oder dem Druckkräfte aufnehmenden FRP-Stab und dem Zugkräfte aufnehmenden Gewindestab Momente aufgenommen werden, was die Anbindung eines auskragenden Bauteils an ein tragendes Bauteil erlaubt Der Druckkörper kann rings um den Querkraftstab angeordnet sein. Er ist vorteilhaft ein faserverstärktes Kunststoffteil, dessen Faserrichtung im Wesentlichen senkrecht zu den Platten gerichtet ist. Der Querkraftstab kann z.B. ein Gewindestab sein, der identisch ist mit dem Zugkräfte aufnehmenden Gewindestab.
Bevorzugt werden sowohl im Zugkräfte aufnehmenden Gewindestab, im Querkraftstab, im Abstandmittel als auch im Druckkörper die Verwendung von Glasfasern für die Faserverstärkung des Kunststoffes, weil die glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK) kostengünstig erhältlich und schlechte Wärmeleiter sind.
Beim Verbindungen der Gewindehülse mit dem Gewindestab wird vorteilhaft zwischen dem Gewindestab und der Gewindehülse eine Vorspannung geschaffen, und diese Vorspannung, zumindest bis die Füll- und Klebemasse ausgehärtet ist, aufrecht erhalten. Damit werden der Gewindestab und die Gewindehülse nach Eintreten des durch die Vorspannung produzierten Schlupfs in dieser Stellung gegeneinander fixiert. Dies vermindert den später im Lastfall auftretenden Schlupf auf praktisch null. Zweckmässigerweise wird dazu die Vorspannung in der später erwarteten Lastrichtung geschaffen.
Zur Erleichterung des Befüllens des Zwischenraums wird vorteilhaft am Gewindestab und/oder an der Gewindehülse ein quer zu den Wendeln des Gewindes gerichteter Kanal für die Füll- und Klebemasse ausgebildet. Dieser Kanal durchdringt den Gewindekamm wenigstens einmal, vorzugsweise über den gesamten Bereich des Innengewindes wiederholt und ist aus dem Bereich des Innengewindes hinaus geführt
Zweckmässigerweise wird der Kanal gebildet durch Einschneiden, insbesondere Einfräsen eines Einschnittes in den Gewindestab parallel zu einer Längsachse des Gewindestabs. Der Einschnitt wird dazu vorteilhaft bis in das Material am Gewindegrund des Gewindestabes oder der Gewindehülse hinein ausgeschnitten oder ausgefräst.

Kurzbeschreibung der Figuren:

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Spezialmutter mit einem Grobgewinde und einem Normal-Innengewinde, und im Grobgewinde einem GFK-Gewindestab,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine Spezialmutter mit einem Grobgewinde und einem Normal-Aussengewinde, und im Grobgewinde eingegossen einem GFK-Gewindestab,
Fig. 3: einen Detail-Längsschnitt durch das Grobgewinde einer solchen Spezialmutter,
Fig. 4: eine perspektivische Skizze eines Kragplattenanschlusselements (ohne Dämmschicht) mit einem oberen Zugstab in zwei Spezialmuttern und einem unteren Querkraft- und Druckstab ,
Fig. 5: eine perspektivische Skizze eines mit VIP-Dämmplatten wärmegedämmten Kragplattenanschlusselements mit zwei oberen Zugstäben und zwei unteren Querkraftstäben aus GFK,
Fig. 6: einen Horizontalschnitt durch ein Kragplattenanschlusselement mit an die Spezialmuttern angeschlossenen Bewehrungseisen,
Fig. 7: einen Querschnitt durch einen GFK-Gewindestab mit Befüllkanal in seinem in eine Spezialmutter einzuschraubenden Gewindebereich,
Fig. 8: eine Ansicht einer Spezialmutter mit einem Befüllkanal,
Fig. 9: einen Vertikalschnitt in einer die Achsen der GFK-Stäbe enthaltenden Ebene durch ein Kragplattenanschlusselement gemäss Figur 5, jedoch ohne Bewehrungseisen,
Fig. 10: einen Vertikalschnitt in der Ebene der Wärmedämmschicht durch das Kragplattenanschlusselement gemäss Figur 6.

Die in Figur 1 und Figur 2 dargestellten Spezialmuttern 11 und 12 können auch als Gewindehülsen 11 und 12 bezeichnet werden. Sie weisen beide an einem ersten Ende 13 eines Mutterkörpers 14 einen ersten Gewindeabschnitt 15 mit einem Grobgewinde auf. Am gegenüberliegenden zweiten Ende 17 des Mutterkörpers 14 weisen beide einen zweiten Gewindeabschnitt 19 mit einem metrischen ISO-Regelgewinde auf.
In Figur 1 ist als Normalgewinde ein mit dem Grobgewinde auf einer gemeinsamen Achse 20 liegendes Innengewinde 21 dargestellt. Diese Ausführungsform wird bevorzugt. Die Innengewinde beider Gewindeabschnitte 15 und 19 sind verbunden, so dass eine durchgehende Öffnung in der Spezialmutter 11 vorliegt. Ebensogut könnten aber beide Gewindeabschnitte in Sacklöchern ausgebildet sein.
In Figur 2 ist das Regelgewinde ein mit dem Grobgewinde koaxiales Aussengewinde 23. Das Grobgewinde ist in einem Sackloch 25 ausgebildet. In einem von diesem Ausführungsbeispiel abgewandelten Ausführungsbeispiel könnte der erste Gewindeabschnitt 15 mit dem Grobgewinde und/oder der zweite Gewindeabschnitt 19 mit dem Normalgewinde auch über die gesamte Länge der Spezialmutter ausgebildet sein. Jedenfalls ist eine Überschneidung der beiden Gewindeabschnitte 15,19 möglich, wenn das Aussengewinde eine entsprechend grösseren Durchmesser aufweist als das Innengewinde.
Das Grobgewinde ist in beiden dargestellten Ausführungsbeispielen ein Gewinde, wie es in einer Mutter für GFK-Stäbe der Firma Weidmann ausgebildet ist. Figur 3 zeigt dazu die masslichen Einzelheiten in Millimetern. Der grösste Durchmesser des Gewindes ist mit "D", der kleinste mit "d" bezeichnet. Der Radius des konkaven Gewindegrundes 27 und der Gewindeflanken 29 ist mit "R" bezeichnet. Der Zwischenbereich zwischen zwei Gewindeflanken im Bereich des Gewindekammes ist mit "Z" bezeichnet. In einem Längsschnitt durch das Gewinde wiederholt sich die identische Form jeweils in einem mit "P" bezeichneten Abstand.
In Abweichung von der dargestellten Wölbung der Flanken in axialer Richtung können die Flanken 29 beim Innengewinde auch derart ausgebildet sein, dass sie in einem Längsschnitt als Gerade erscheinen. Der Flankenwinkel α liegt aber jedenfalls in einem Bereich zwischen 90 und ca. 150 Grad. Daher ist die Abweichung der Flanken von der Achsrichtung der Gewindestabachse 20 zwischen 15 und 45 Grad.
In beiden Spezialmutter gemäss Figuren 1 und 2 sind darin eingeschraubte Gewindestäbe 30 dargestellt. Die Flankenwinkel sind bei den bekannten GFK-Gewindestäben stumpf, damit einerseits die Fasern im äusseren Bereich des Gewindestabs der Gewindestruktur folgen können, und andererseits bei einer Krafteinwirkung in Längsrichtung des Stabes sich eine radiale Pressung des Gewindestabes einstellt.
Das Gewinde der bekannten Gewindestäbe des Durchmessers 25 mm und das Gewinde in herkömmlichen Muttern für solche Gewindestäbe weisen beide eine Steigung von 10 mm (±0.02 mm) pro Umlauf auf. In einem Querschnitt durch das Innengewinde der Mutter ist die Gewindestruktur als eine Reihe konkaver Kreisbogenabschnitte sichtbar. Der Kreisbogenradius ist bei Muttern für Gewindestäbe der erwähnten Dimension 8,5 mm (±0.1 mm) lang und der grösste Abstand des Kreisbogens von der Stabachse beträgt 25,7 mm (+0.2 mm, -0 mm). Der geringste Abstand der Gewindestruktur von der Stabachse liegt bei 23 mm (±0.1 mm) und ist durch eine auf einer Zylinderoberfläche liegende Fläche gebildet, welche in einem Längsschnitt durch das Innengewinde als kurze Gerade zwischen den Kreisbogenabschnitten sichtbar ist.
Der Zwischenraum zwischen dem Aussengewinde und dem Innengewinde weist bei gleichmässiger Verteilung im Bereich des grössten Durchmessers des Gewindes eine Stärke von 0.15 bis 0.45 mm auf. Im Bereich des geringsten Durchmessers liegt die Stärke des Zwischenraumes bei gleichmässiger Verteilung zwischen 0.25 und 0.55 mm. Bei angezogenem Gewinde liegt das Innengewinde mit einer gewölbten Flanke am Aussengewinde an und der Zwischenraum kann eine grösste Stärke von etwa einem Millimeter aufweisen.
In Figur 1 ist der Faserverlauf im Gewindestab 30 dargestellt. Die Fasern folgen in einem äusseren Bereich des Gewindestabs 30 dem Verlauf der Gewindekontur. Mit zunehmendem Abstand von der Aussenfläche des Gewindestabs 30 sind die Fasern mehr und mehr gestreckt und parallel zur Längsachse 20.
In Figur 1 ist der Gewindestab 30 lose in die Spezialmutter 11 eingeschraubt Zwischen dem Innengewinde des ersten Gewindeabschnittes 15 der Spezialmutter 11 und dem Aussengewinde des darin eingeschraubten Gewindestabs 30 ist ein relativ grosser Zwischenraum 37 vorhanden. Der Gewindestab 30 lässt sich wegen dieses Zwischenraums 37 in Längsrichtung gegenüber der Spezialmutter 37 um einen kleinen Betrag verschieben.
In Figur 2 sind die beiden zusammenwirkenden Gewinde jedoch in einer sich unter Zugkrafteinwirkung einstellenden Position dargestellt. Die Gewindeflanken 29 des Innengewindes und die Gewindeflanken 39 des Aussengewindes liegen in Zugrichtung aneinander an. Auf der gegenüberliegenden Seite der Gewindekämme von Aussen- und Innengewinde sind die Flanken 29,39 in einem vergrösserten Abstand, verglichen mit dem Abstand der entsprechenden Gewindeflanken 29,39 in Figur 1. Zudem ist der zwischen den Gewinden vorliegende Zwischenraum mit einer Füll- und Klebemasse gefüllt. Als Füll- und Klebemasse kommt in erster Linie ein Kunstharz z.B. Epoxydharz in Frage. Epoxydharze lassen sich dünnflüssig verarbeiten und härten hoch druckfest aus.
Dank einem Ausfüllen des Zwischenraums 37 mit Epoxydharz, während die Spezialmutter 11 oder 12 gegen den Gewindestab 30 in eine Vorspanneinrichtung eingespannt und mit dieser vorgespannt ist, bleibt diese Vorspannung nach Aushärten des Epoxydharzes auch dann bestehen, wenn die Spezialmutter und der Gewindestab aus der Vorspanneinrichtung ausgespannt und somit äusserlich entspannt werden. Die gehärtete Füll- und Klebemasse bildet dann einen Druckkörper, in welchem durch eine geringste Entspannung im Gewindestab der für die Vorspannung notwendige Druck aufgebaut wird. In der Folge kann die Gewindestange lediglich unter grossem Kraftaufwand, wenn überhaupt, gegenüber der Spezialmutter verdreht werden. Es besteht kein Spiel mehr zwischen Spezialmutter 11,12 und dem darin eingegossenen Gewindestab 30. Der Stab ist in einer Stellung fixiert, in der ein unter Last auftretender Schlupf bereits eingetreten ist. Daher ist die Problematik des Schlupfes minimiert. Das Ausgiessen mit einer Füll-und Klebemasse hat zudem den Vorteil, dass damit eine Verklebung von Gewindestab und Spezialmutter erreicht ist, welche ihrerseits schon einen Schlupf verhindert.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Anschlusselemente sind zwei Platten 31 in Abstand zueinander angeordnet. Die Platten 31 sind länglich und liegen einander parallel gegenüber, Zwischen den Platten sind zwei Abstandkörper 33 in einem Abstand zueinander angeordnet. Diese Abstandkörper 33 sind auch aus FRP z.B. GFK, mit den Fasern mehrheitlich senkrecht zu den Oberflächen der Platten 31, und definieren den minimalen Abstand der Platten 31 zueinander. Die Abstandkörper 33 sind Ringkörper. Durch die Platten 31 und die Abstandkörper 33 hindurch erstrecken sich nahe den beiden Enden der länglichen Platte 31 zwei GFK-Gewindestäbe.
Der eine, untere Gewindestab dient als Querkraft- und Druckstab 32 und ist mit kurzen Grobgewindemuttern 35 in den beiden Platten 31 fixiert. Der Querkraft- und Druckstab 32 reicht durch die Grobgewindemuttern hindurch. Seine Enden liegen in einem Abstand von den Muttern frei. Diese Grobgewindemuttern 35 bilden einen durch die Platte hindurchreichenden Kragen 36 um den Querkraftstab 32 und vergrössern damit die Fläche zur Übertragung von Querkräften zwischen Platten 31 und Querkraftstab 32. Dieser Kragen muss aus Gründen der mechanischen Belastung aus Stahl sein, damit die Stahlplatte infolge der Querbelastung den FRP-Stab nicht verletzt oder abschert. Mit diesen Grobgewindemuttern kann auch eine Vorspannung auf den Querkraftstab 32 gegeben werden.
Der ändere, obere Gewindestab ist in Figur 4 gestrichelt eingezeichnet. Er dient als Zug- und Querkraftstab 30 und sitzt mit seinen Enden innerhalb von zwei langen Spezialmutter 11. Die Spezialmuttern 11 besitzen einen in die Bohrung in der Platte 31 hineinragenden Kragen 36 (Fig. 9). Dieser Kragen übernimmt die selbe Aufgabe der Querkraftverteilung auf eine vergrösserte Fläche wie es die Kragen bei den kurzen Grobgewindemuttern 35 übernehmen.
In den voneinander abgewandten Enden 17 der Spezialmuttern 11 sind Normalgewinde ausgebildet.
In Figur 5 ist das Element gemäss Figur 4 zweimal nebeneinander dargestellt. Die Platten 31 der beiden Elemente liegen in zwei Parallelebenen und sind beidseitig an eine Wärmedämmschicht 41 anliegend angeordnet Die Abstandkörper 33 liegen innerhalb der Wärmedämmschicht 41. Die beiden Elemente sind mit der Wärmedämmschicht 41 zu einem Einbauelement zusammengefasst. In Figur 5 sind in die Normalgewinde an den zweiten Enden 17 der vier Spezialmuttern 11 Eisenstangen eingeschraubt. Die Eisenstangen sind Bewehrungseisen 43, deren Enden jeweils zu einem verdickten Kopf 45 gestaucht sind. An diese Kopfausbildungen 45 sind Gewinde 47 geschnitten. Diese Gewinde 47 sind in die Normalgewinde 19 (Fig.1) an den Spezialmuttern 11 eingeschraubt.
Figur 6 zeigt einen Horizontalschnitt durch ein Kragplattenanschlusselement mit zwei Zugstäben 30 in vier Spezialmuttern 11. Jeweils zwei Spezialmuttern 11 liegen an einer gemeinsamen Platte 31 an. Zwischen den Platten 31 ist eine Wärmedämmung 41 vorhanden. Innerhalb der Wärmedämmschicht 41 sind um die Zugstäbe 30 herum Abstandkörper 33 vorhanden. In den zweiten Enden 17 der Spezialmuttern 11 sind Bewehrungseisen 43 eingeschraubt.
In einer in Figur 6 nicht dargestellten, zur Schnittebene parallelen Ebene liegen bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls zwei Querkraftstäbe 32 vor. Es ist auch möglich, einen oder drei Querkraftstäbe 32 in diesem Einbauelement vorzusehen.
Die GFK-Zugstäbe 30 sind in die Spezialmuttern 11 eingeschraubt. Der Zwischenraum zwischen den ineinander geschraubten Gewinden ist mit Epoxydharz ausgegossen. Zum Befüllen des Zwischenraums 37 kann ein Kanal 49 im Gewindebereich vorgesehen sein, in welchem die beiden Gewinde zusammenwirken. Der Kanal 49 ist bevorzugt im Gewindestab 30 ausgebildet, er kann aber auch in der Spezialmutter 11 ausgebildet sein. Der Querschnitt gemäss Figur 7 durch einen Gewindestab 30 zeigt einen Einschnitt in Längsrichtung des Gewindestabs 11. Der Einschnitt ist parallel zur Längsachse 20 ausgebildet und hat einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Anstelle der rechteckigen Querschnittform des Einschnittes kann dessen Querschnitt auch keilförmig sein.
Die Figur 8 zeigt eine Ansicht einer Spezialmutter mit einem darin eingefrästen Kanal zum Befüllen des Zwischenraums 37 mit einer Füllmassen. Damit der Kanal bei ineinander geschraubten Gewinden durchgängig ist, schneidet er tiefer als der jeweilige Gewindegrund 51 in das Material des Gewindes ein.
Um einen FRP-Gewindestab 30 verlässlich zugfest an eine Mutter 11 anzubinden wird der Gewindestab 30 in die Mutter 11 eingeschraubt und der Zwischenraum zwischen dem Aussengewinde des Gewindestabs 30 und dem Innengewinde der Mutter 11 mit.einer flüssigen und hochfest aushärtenden Füll- und Klebemasse gefüllt. Damit der später unter Last auftretendes Schlupf möglichst gering ist, wird die Füll- und Klebemasse ausgehärtet oder lässt man die Füll- und Klebemasse aushärten, während eine Vorspannung auf die Verbindung von Gewindestab und Mutter gegeben wird. Das Befüllen des Zwischenraums geschieht, bevor eine Vorspannung aufgebracht wird, oder auch wenn die Vorspannung schon vorliegt.
Zum Befüllen hat es sich bewährt, einen Kanal in den Gewindestab zu schneiden, der den Gewindekamm wiederholt durchschneidet. Dadurch sind die einzelnen Windungen des wendelförmigen Zwischenraums leichter zu befüllen.
Wenn der Gewindestab in der Spezialmutter eingegossen ist und die Füll- und Klebemasse hart ist, kann an einem zweiten Ende der Spezialmutter eine Zugstange, z.B. einer Bewehrung einer Stahlbetonplatte, angebunden werden. Die Zugstange kann in einen an der Spezialmutter ausgebildeten Haken eingehängt, durch eine Bohrung an der Spezialmutter hindurchgestossen, oder an die Spezialmutter angeschraubt werden. Die bevorzugte Verbindung dieser Zugstange und der Spezialmutter geschieht über zusammenwirkende Normalgewinde an der Zugstange und an der Spezialmutter.
Aus Figur 9 und 10 sind nochmals alle beschriebenen Merkmale eines Kragplattenanschlusselements ersichtlich, zum Beispiel:

Die dünne Wärmedämmschicht 41 zwischen den zwei Stahlplatten 31,
die Abstandkörper 33, welche die Vorspannung zwischen den beiden, einander gegenüberliegenden oberen Grobgewindemuttern 11 und unteren kurzen Grobgewindemuttern 35 aufrechterhalten,
diese Muttern 11 und 35 selber, und deren in die Platte 13 hineinreichenden Kragen 36,
die beiden Gewindestäbe 30 und 32 mit der Füll- und Klebemasse 40 im Zwischenraum zwischen den zusammenwirkenden Gewinden,
der unten angeordnete Druckkörper 33',
die Innengewinde 19 an den Muttern 11 zum Anschliessen eines Bewehrungseisens.

Aus Figur 9 ist zudem ersichtlich, dass der mit Füll- und Klebemasse zu füllende Raum dank dem ringförmigen Abstandkörper 33 durchgehend von einer Mutter 11 zur anderen Mutter 11 ausgebildet ist, und daher auch in einem Arbeitsgang von einem Mutternende her zu füllen ist.
Die Figur 10 zeigt ferner in einem Längsschnitt durch die Wärmedämmschicht, dass diese zusammengesetzt ist aus Vakuum-Platten 41' und hochdämmenden Schaumstoffplatten 41". Im Bereich der Kraft übertragenden Elemente ist eine Platte 41" aus Phenolharzschaum eingesetzt ist. Dies erlaubt, die Vakuum-Platten 41' mit diesen Elementen nicht durchdringen zu müssen. Zusammenfassend gesagt wird in einer Spezialmutter ein erstes, auf einen FRP-Gewindestab angepasstes Gewinde ausgebildet, das einen stumpfen Flankenwinkel besitzt. An der gleichen Spezialmutter wird vorteilhaft auch ein Normalgewinde mit einem spitzten Flankenwinkel vorgesehen. Die beiden Gewinde sind von entgegengesetzten Enden der Spezialmutter her zugänglich. Der Gewindestab wird, bzw. ist zweckmässigerweise unter Vorspannung in die Spezialmutter eingegossen, so dass ein Schlupf zwischen dem Gewindestab und dem Gewinde der Spezialmutter minimiert oder gar ausgeschlossen ist.

Claims

Vorrichtung mit
- wenigstens einem Stab (30) aus faserverstärktem Kunststoff zur Übertragung einer Last durch eine Wärmedämmschicht (41) hindurch,

- bei welcher Vorrichtung beide Enden des Stabs (30) jeweils in ein erstes Ende (13) einer Gewindehülse (11,12) hineinreichen, welches Ende ein erstes Lastangriffsmittel (15) bildet, und ein Zwischenraum (37) zwischen der Gewindehülse (11,12) und dem Stab (30) mit einer ausgehärteten Füll- und Klebemasse (40) wenigstens teilweise ausgefüllt ist,

- und an den gegenüberliegenden zweiten Enden (17) der Gewindehülsen (11,12) jeweils ein zweites Lastangriffsmittel (19) zur Aufnahme von auf den Stab zu übertragenden Kräften ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Vorrichtung eine Wärmedämmschicht (41) umfasst,

- dass der Stab durch einen Gewindestab (30) mit einem Aussengewinde (39) gebildet ist, welcher sich durch die Wärmedämmschicht (41) hindurch erstreckt,

- dass die Gewindehülsen (11,12) als erste Lastangriffsmittel jeweils ein vom ersten Ende der Gewindehülse her zugängliches, dem Aussengewinde (39) des Gewindestabes (30) entsprechendes Innengewinde (15) aufweisen,

- und dass auf beiden Seiten der Wärmedämmschicht jeweils eine der Gewindehülsen (11,12) entlang einer gemeinsamen Längsachse (20) auf den Gewindestab (30) aufgeschraubt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (41) im Wesentlichen aus Vakuum-Wärmedämmmaterial besteht, dessen Lambda-Wert höchstens zwischen 0,0045 und 0,0050 W/mK liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Gewindestäbe (30) als parallele Zugstäbe nebeneinander angeordnet sind, dass als Wärmedämmschicht eine Vakuum-Dämmplatte vorgesehen ist, und dass alle Zugstäbe (30) und gegebenenfalls zusätzliche Querkraft- und Druckstäbe (32) dieselbe Wärmedämmschicht (41) durchdringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lastangriffsmittel (19) ein Aussengewinde (23) aufweist, dessen Achse parallel zur Längsachse (20) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lastangriffsmittel (19) ein Innengewinde (21) aufweist, dessen Achse parallel zur Längsachse (20) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lastangriffsmittel (19) einen Haken oder eine Öse aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Enden der Gewindehülsen (11, 12) in einem Abstand von einander angeordnet sind, der in einem Bereich von 15 bis 40 mm liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 35 mm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallele Platten (31) zwischen den beiden ersten Enden (13) der Gewindehülsen (11, 12) vorliegen und die ersten Enden (13) der Gewindehülsen (11, 12) in Anschlag sind mit den von einander abgewandten Oberflächen der beiden Platten (31) und die Wärmedämmschicht (41) zwischen den Platten (31) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandmittel (33), insbesondere ein faserverstärkter Kunststoffkörper, zwischen den ersten Enden (13) der Gewindehülsen (11, 12), insbesondere zwischen den Platten (31) vorliegt, welche Abstandmittel (33) einen minimalen Abstand zwischen den Gewindehülsen (11, 12) sichern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abstand zur Längsachse (20) des Gewindestabes (30) ein Querkraft- und Druckstab (32) angeordnet ist, der die Platten (31) durchdringt und in den Platten (31) verankert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abstand zur Längsachse (20) des Gewindestabes (30) ein Druckkörper (33') zwischen den Platten angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper (33') rings um den Querkraftstab (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper (33') und/ oder der Abstandkörper (33) ein faserverstärktes Kunststoffteil ist, dessen Faserrichtung im Wesentlichen senkrecht zu den Platten (31) gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern im Gewindestab (30), im Querkraftstab (32), im Abstandmittel (33) und/oder im Druckkörper (33') Glasfasern sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindestab (30) und die Gewindehülse (11, 12) gegeneinander vorgespannt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung des Gewindes im Gewindestab (30) und/oder in der Gewindehülse (11, 12) ein vorzugsweise geradliniger Kanal (49) ausgebildet ist, der wenigstens einen Umgang des gewendelten Zwischenraumes (37) mit einem Aussenraum ausserhalb der Gewindehülse (11, 12) verbindet, vorteilhaft alle Umgänge des gewendelten Zwischenraumes (37) miteinander und mit einem Aussenraum ausserhalb der Gewindehülse (11,12) verbindet.