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Die Erfindung betrifft einen nichtmetallischen Stab aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) im Verbund mit einer metallischen Hülse zum Einsatz bei Baukonstruktionen, insbesondere im Betonbau. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Verbunds mit einem solchen Bewehrungsstab. Die Erfindung dient insbesondere der Schaffung einer zug- und schubfesten Verbindungsstelle, an der zusätzliche Bauelemente befestigt werden können.
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Bewehrungen, wie Bewehrungsstäbe, -gitter oder - matten, dienen in Betonbauteilen dazu, Zug- und Schubkräfte aufzunehmen und Rissbildungen zu vermeiden. Üblicherweise kommen hierfür Stahlbewehrungen wie Stahlstäbe oder -matten zum Einsatz. Das alkalische Milieu des Betons sorgt dafür, dass die Korrosion von Stahlbauteilen zuverlässsig verhindert wird. Wird der Beton jedoch beschädigt oder verliert durch Karbonatisierung seine Alkalität, kann diese Schutzwirkung aufgehoben werden, was zur Korrosion des Stahls führt. Durch die Korrosion wird die Tragfähigkeit des Bauteils beeinträchtigt, sodass es die vorgesehenen Zug- und Schubkräfte nicht mehr aufnehmen kann. Aus diesem Grund gewinnen alternative, nichtmetallische Werkstoffe mit höherer Korrosionsbeständigkeit zunehmend an Bedeutung für Bewehrungszwecke.
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Als alternative nichtmetallische Werkstoffe kommen faserverstärkte Kunststoffe, wie glasfaserverstärkte, carbonfaserverstärkte oder basaltfaserverstärkte Kunststoffe infrage. Diese Materialien bestehen aus hochfesten Filamenten, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Kunststoffbewehrungen zeichnen sich durch ihre hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Zudem sind sie elektrisch nicht leitfähig und haben in der Regel eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Stahl, was zusätzliche Vorteile in bauphysikalischen Anwendungen bieten kann.
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DE 10 2007 011 987 A1 betrifft ein Zugstabsystem für Gebäude- und Hallentragwerke sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der dort beschriebene Zugstab ist aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere auf Basis von Glasfasern, ausgebildet und weist an beiden Enden Metallhülsen auf, die kraft-, form- und stoffschlüssig mit dem Zugstab verbunden sind.
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WO 2005 / 035 892 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Stab aus faserverstärktem Kunststoff, der eine Wärmedämmschicht durchdringt und Lasten durch diese hindurch überträgt. An beiden Enden des Stabs sind Gewindehülsen vorgesehen, die jeweils auf einen mit Außengewinde versehenen Stab aufgeschraubt sind, wobei der Zwischenraum zwischen Stab und Gewindehülse zumindest teilweise mit einem ausgehärteten Füll- oder Klebematerial ausgefüllt ist.
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Die
DE 10 2019 112 608 A1 beschreibt eine Betonfertigplatte mit einer textilen Bewehrung, die an den Rändern über einen speziell angeordneten Stützbereich für die Montage auf einem Träger verfügt. Dieser Stützbereich umfasst eine im Beton eingegossene Gewindehülse, die eine sichere Schraubverbindung zwischen der Platte und dem Träger ermöglicht. Die Gewindehülse ist dabei von einer Schlinge oder Masche der Textilbewehrung umschlossen.
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In bestimmten Anwendungen, wie z.B. bei Spannbetonanwendungen, kann es jedoch erforderlich sein, Zugkräfte auf die Bewehrungen zu übertragen. Bei Faserverbundbewehrungen bleibt dies weiterhin eine Herausforderung.
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Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten Bewehrungsstab aus einem nichtmetallischen Verbundwerkstoff bereitzustellen, der mit anderen Bauteilen, insbesondere zug- und/oder schubfest, verbindbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Bewehrungsstab für eine Baukonstruktion nach Anspruch 1, ein Bauteil nach Anspruch 11 und das Verfahren zum Herstellen eines Bewehrungsstabs nach Anspruch 14 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Bewehrungsstab umfasst einen nichtmetallischen Stab und eine metallische Hülse. Der Stab besteht aus einem nichtmetallischen Verbundwerkstoff, der aus einem Filamentbündel aus Basaltfasern besteht, das in eine Kunststoffmatrix aus duroplastischem Harz eingebettet ist.
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Die metallische Hülse erstreckt sich länglich zwischen zwei Enden und weist ein Verbindungsmittel auf, welches zum Anschluss weiterer Elemente eingerichtet ist, wie z.B. weiterer Bewehrungsstäbe oder Bau-, Anker-, Transport- oder Spannelemente. Das Verbindungsmittel kann z.B. an einem der beiden Enden ausgebildet sein. Es kann als Außen- oder Innengewinde ausgeführt sein. Alternativ kann das Verbindungsmittel auch eine Bohrung für einen Bolzen oder ein anderes Verbindungsmittel sein, oder eine Hülse mit aufgeschweißter Endverankerung. Die Hülse besteht insbesondere aus rostfreiem Stahl.
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Die Hülse weist eine Bohrung auf, in der ein Stababschnitt des Stabs angeordnet ist. In einem Pressabschnitt der Hülse ist sie samt dem in der Bohrung befindlichen Stababschnitt radial nach innen verpresst, wodurch eine zuverlässige zug- und schubfeste Verbindung zwischen dem nichtmetallischen Stab und der metallischen Hülse hergestellt wird. Zwischen dem Stab und der Hülse kann so eine formschlüssige Verbindung hergestellt werden.
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Über das Verbindungsmittel kann der Bewehrungsstab mit weiteren Elementen wie anderen Bewehrungsstäben oder Bau-, Anker-, Transport- oder Spannelementen verbunden werden. Basaltfaserverstärkte Kunststoffe sind für Bewehrungszwecke im Betonbau aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit, ihrer geringen Wärmeleitfähikeit und ihrer Beständigkeit im alkalischen Milieu grundsätzlich vorteilhaft. Gleichzeitig können beim Herstellen einer Anschlussstelle mittels radialen Verpressens einer metallischen Hülse lokal hohe Quer- und Druckspannungen auftreten, die insbesondere bei filamentbasierten Verbundwerkstoffen zu Filamentbeschädigungen und damit zu einer Reduktion der Tragfähigkeit führen können. Basaltfasern reagieren hierbei in besonderem Maße empfindlich auf lokal auftretende Quer- und Druckspannungen, wie sie insbesondere beim radialen Verpressen einer metallischen Hülse auftreten, sodass bereits geringe lokale Überlastungen zu Filamentbrüchen und einer signifikanten Reduktion der Zugtragfähigkeit führen können.
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Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Kunststoffmatrix des Stabes auf einem duroplastischen Harz basiert, wie beispielsweise Polyester-, Vinylester- und/oder Epoxidharz. Die Kunststoffmatrix kann auch aus einem Hybridharz bestehen, das mindestens zwei dieser Komponenten kombiniert. Ein mögliches Beispiel eines Hybridharzes ist eine Kombination aus Vinylesterharz und Epoxidharz.
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Dem Harz kann mindestens ein Reaktivverdünner zugesetzt sein, der die Viskosität des Harzes vor der Aushärtung reduziert und während der Aushärtung in das Polymernetzwerk eingebunden wird. Der Reaktivverdünner ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er während der Aushärtung des Harzes zumindest teilweise in das Polymernetzwerk eingebunden wird und nach der Aushärtung keinen flüchtigen oder migrierenden Anteil bildet. Das Harz liegt vor der Aushärtung als Reaktionsharz mit einer dynamischen Viskosität von weniger als 5 000 mPa·s, gemessen bei 23 °C, vor. Vorzugsweise beträgt die dynamische Viskosität weniger als 2 000 mPa·s, besonders bevorzugt zwischen 200 mPa·s und 1 000 mPa·s. Insbesondere bei Fasergehalten von mehr als 60 Vol.-% ist eine dynamische Viskosität von weniger als 500 mPa·s bevorzugt, um eine vollständige Imprägnierung der Basaltfasern sicherzustellen.
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Die Basaltfasern des Stabes sind vorzugsweise vollständig von der Kunststoffmatrix durchdrungen, sodass der Stab, insbesondere zumindest im Wesentlichen, frei von trockenliegenden Filament- oder Faserbereichen ist.
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Die Viskosität des Harzes vor der Aushärtung und der Elastizitätsmodul der ausgehärteten Kunststoffmatrix sind insbesondere derart aufeinander abgestimmt, dass bei einem Fasergehalt von mehr als 60 Vol.-% eine vollständige Imprägnierung der Basaltfasern durch das Harz erzielbar ist und der Stab nach der Aushärtung eine für das radiale Verpressen der Hülse ausreichende Quer- und Radialfestigkeit aufweist.
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Um eine möglichst formschlüssige Verbindung zwischen Stab und Hülse zu erhalten, ist es beim Aufpressen der Hülse erforderlich, eine gewisse Presskraft auf die Hülse aufzubringen. Das aus Basaltfasern bestehende Filamentbündel des Verbundwerkstoffs reagiert jedoch besonders empfindlich auf Querkräfte, die beim Verpressen auftreten. Wenn es beim Aufpressen der Hülse zu Filamentbrüchen kommt, verliert der Stab seine Zugfestigkeit.
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Der erfindungsgemäße Bewehrungsstab ist insbesondere für eine industrielle, serienmäßige Herstellung vorgesehen, bei der die Verbindung zwischen dem nichtmetallischen Stab und der metallischen Hülse unter kontrollierten Bedingungen, beispielsweise hinsichtlich Presskraft oder Presstiefe, reproduzierbar hergestellt wird. Dadurch kann eine gleichbleibende Qualität der Pressverbindung erreicht werden, unabhängig von späteren Montagebedingungen auf der Baustelle.
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Durch den Einsatz eines duroplastischen Harzes als Kunststoffmatrix kann die Widerstandsfähigkeit des Stabs gegenüber Querkräften verbessert werden, wodurch das Aufpressen der Hülse möglich ist, ohne die Filamentbündel zu beschädigen. Es kann so eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Stab erreicht werden, ohne die Zugfestigkeit des Stabs beim Aufpressen der Hülse zu verlieren. Allen genannten Harzsystemen ist gemeinsam, dass sie nach dem Aushärten eine hohe Formstabilität und Druckfestigkeit aufgrund exzellenter Verbundhaftung aufweisen und dadurch geeignet sind, die beim radialen Verpressen auftretenden Querkräfte aufzunehmen und auf das Filamentbündel zu verteilen. Basaltfasern weisen hierbei eine ausgeprägte Empfindlichkeit gegenüber lokal konzentrierten Quer- und Druckspannungen auf, wie sie beim radialen Verpressen einer metallischen Hülse auftreten, sodass ohne eine geeignete Auslegung der Kunststoffmatrix frühzeitig Filamentbrüche und eine Reduktion der Zugtragfähigkeit auftreten können.
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Hierdurch werden lokale Spannungsspitzen an den Filamenten reduziert und eine formschlüssige Pressverbindung zwischen Hülse und Stab ermöglicht, ohne die Zugtragfähigkeit des Stabs wesentlich zu beeinträchtigen. Hybridharze erlauben dabei eine gezielte Anpassung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Querfestigkeit und Zähigkeit, an die Anforderungen der Pressverbindung.
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Zusätzlich kann beim Verpressen sorgfältig darauf geachtet werden, dass eine bestimmte Presskraft nicht überschritten wird, um Brüche im Filamentbündel sowie eine Zerstörung des Bindemittels zu verhindern. Durch die Begrenzung bzw. Regelung der Presskraft oder Presstiefe wird zusätzlich sichergestellt, dass die Pressverbindung reproduzierbar hergestellt wird, ohne die Filamentbündel oder die Kunststoffmatrix strukturell zu schädigen.
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Die Bohrungsinnenfläche der Hülse und/oder die Außenumfang des Stababschnitts können eine erhöhte Rauheit aufweisen, im Vergleich zur Außenumfangsfläche der Hülse. Diese erhöhte Rauheit bewirkt, dass durch das Verpressen der Hülse mit dem Stab eine zuverlässige und dauerhafte, zug- und schubfeste Verbindung entsteht. Die erhöhte Rauheit der Oberflächen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Oberflächen, also die Bohrungsinnenfläche, besonders bearbeitet sind.
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Die Rauheit der Kontaktflächen kann die mechanische Verzahnung und die Haftreibungskraft zwischen dem Außenumfang des Stababschnitts und der Bohrungsinnenfläche der Hülse erhöhen. Dadurch kann eine effizientere Kraftübertragung ermöglicht werden, sodass die Verbindung höhere Zug- und Schubbelastungen aufnehmen kann. Beispielsweise kann mit einem solchen Stab eine Zugkraft von mehr als 20 kN, vorzugsweise mehr als 30 kN und besonders bevorzugt mehr als 60 kN übertragen werden. Der Stab kann einen Durchmesser von 8,0 mm oder mehr aufweisen.
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Die Filamente bestehen aus Basaltfasern, da sie eine hohe Zugfestigkeit und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Chemikalien sowie Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Salzwasser aufweisen, sodass der daraus gebildete Bewehrungsstab insbesondere auch in einem alkalischen Milieu, wie es beispielsweise in Beton vorliegt, dauerhaft eingesetzt werden kann, ohne dass es zu einer Korrosion des Bewehrungsstabs kommt.
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Durch die Verwendung eines nichtmetallischen Verbundstabs mit korrosionsbeständigen Fasern kann auf einen zusätzlichen Korrosionsschutz des Stabs, insbesondere auf Beschichtungen, verzichtet werden. Dadurch wird vermieden, dass ein solcher Korrosionsschutz beim radialen Verpressen der Hülse beschädigt wird und im Bereich der Pressverbindung, insbesondere innerhalb der Hülse, lokale Korrosionsstellen entstehen.
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Zwischen dem Stab und der Hülse besteht vorzugsweise eine kraftschlüssige Verbindung, die durch das Verpressen der Hülse auf den Stababschnitt des Bewehrungsstabs hergestellt wird. Diese Verbindung bietet eine einfache und effiziente Lösung, da keine zusätzlichen Materialien erforderlich sind.
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Darüber hinaus kann zwischen dem Stab und der Hülse eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet werden, wodurch die Zugfestigkeit der Verbindung weiter erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine kombinierte kraft- und stoffschlüssige Verbindung realisiert werden, um die Zugfestigkeit zwischen Stab und Hülse weiter zu verbessern.
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Bevorzugt wird, dass der Durchmesser der Öffnung im Querschnitt im verpressten Zustand um einen vorbestimmten Faktor kleiner ist als im unverpressten Zustand, der vorzugsweise zwischen 5% und 20% liegt, insbesondere zwischen 10% und 15%.
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Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Öffnung des Abschnitts und der axialen Länge des Pressabschnitts zwischen 1:6 und 1:14, vorzugsweise zwischen 1:8 und 1:12 und besonders bevorzugt zwischen 1:9 und 1:11.
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Es wird bevorzugt, dass der Rauheitswert der Innenoberfläche der Hülse größer ist als der der Außenumfang. Unter Rauheit versteht man feine, unregelmäßige Unebenheiten der Oberfläche, die beispielsweise durch den Fertigungsprozess oder gezielt durch eine Oberflächenbehandlung entstehen können. Ein erhöhter Rauheitswert an der Innenoberfläche der Hülse verbessert die kraftschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Stab. Dies führt zu einer höheren Haftreibung und ermöglicht es der Verbindung, größere Zugkräfte aufzunehmen und zu widerstehen.
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Alternativ oder zusätzlich kann zumindest in einem Stababschnitt zwischen der Außenumfang des Stabs und der Innenoberfläche der Hülsenöffnung eine Klebstoffschicht ausgebildet sein. Das Klebstoffmaterial der Klebstoffschicht kann auf einem duroplastischen Harz, wie beispielsweise Epoxidharz oder einem Vinylester basieren. Die Klebstoffschicht führt dazu, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Hülse und dem Bewehrungsstab zusätzlich zu der kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet ist. Alternativ kann die Klebstoffschicht aus einem Hybridharz bestehen.
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Das Klebstoffmaterial kann Zusatzstoffe enthalten, wie zum Beispiel Sand oder andere feinkörnige Stoffe, um die Verbindung zwischen Hülse und Stab zusätzlich zu verbessern.
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Die Hülse besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, bevorzugt aus austenitischem rostfreiem Stahl, beispielsweise Werkstoff-Nr. 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2). Diese Eigenschaft ermöglicht es, den Bewehrungsstab samt der Hülse so in das Betonbauteil einzubetten, dass die Hülse teilweise oder ganz aus dem Beton herausragt. Durch die hohe Korrosionsbeständigkeit wird verhindert, dass die Hülse korrodiert und die Funktionalität des Bewehrungsstabs beeinträchtigt wird, auch wenn er äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit oder Salzwasser ausgesetzt ist.
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Das erfindungsgemäße Bauteil, insbesondere Betonbauteil, weist zumindest einen Bewehrungsstab der obigen Art auf. Der Bewehrungsstab ist zumindest teilweise in dem Material des Bauteils, z.B. im Beton, eingebettet. Die Hülse des Bewehrungsstabs kann zumindest teilweise freiliegen. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die zuvor in Bezug auf den Bewehrungsstab, insbesondere auf die Verbindung zwischen Bewehrungsstab und Hülse beschrieben wurden, sind ebenso auf das erfindungsgemäße Betonbauteil anzuwenden.
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Vorzugsweise ist die Hülse des Bewehrungsstabs derart freiliegend angeordnet, dass daran weitere Elemente, wie Spannvorrichtungen, Ankervorrichtungen oder Verbindungsmittel (z. B. Schrauben, Muttern, Scheiben oder Bolzen) angebracht werden können.
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Alternativ kann die Hülse vollständig im Beton eingebettet sein. Dies ermöglicht es, den Bewehrungsstab vor dem Gießen des Betons sicher mit Spannvorrichtungen, Ankervorrichtungen oder anderen Bewehrungsstäben zu verbinden. Diese Anordnung verhindert ein Verrutschen des Bewehrungsstabs vom Auflager.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bewehrungsstabs gemäß der obigen Art umfasst:
- Bereitstellen eines Stabs, der aus einem nichtmetallischen Verbundwerkstoff aus einem Filamentbündel besteht, das in einer Kunststoffmatrix eingebettet ist;
- Bereitstellen einer metallischen Hülse, die sich länglich zwischen zwei Enden erstreckt;
- Aufstecken der Hülse auf einen Stababschnitt des Stabs sowie radiales (nach innen gerichtetes) Verpressen der Hülse auf den Stab.
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Das Verpressen der Hülse auf den Stababschnitt des Bewehrungsstabs kann entweder kraftgeregelt oder weggeregelt sein, um eine optimale Verbindung herzustellen. Bei der kraftgeregelten Verpressung wird eine vorbestimmte Presskraft aufgebracht, die sicherstellt, dass die Hülse ausreichend mit dem Stababschnitt verbunden wird, ohne die Filamente des nichtmetallischen Verbundwerkstoffs zu beschädigen. Dies ist insbesondere wichtig, um Filamentbrüche oder andere strukturelle Schwächungen im Verbundwerkstoff zu vermeiden. Das Verpressen wird insbesondere unter vorbestimmten Prozessparametern durchgeführt, vorzugsweise bei vorgegebener Presskraft und/oder vorgegebener Presstiefe. Das Verfahren ist insbesondere für eine industrielle, serienmäßige Herstellung einer Mehrzahl gleichartiger Bewehrungsstäbe ausgelegt, wobei durch die vorbestimmten Prozessparameter eine reproduzierbare Qualität der Pressverbindung erzielt wird.
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Alternativ kann die Verpressung presstiefengeregelt durchgeführt werden, wobei die Hülse radial nach innen verpresst wird, bis eine bestimmte Verformungstiefe erreicht ist. Diese Methode gewährleistet eine gleichmäßige und reproduzierbare Pressverbindung unabhängig von Materialschwankungen. Beide Verfahren sind darauf ausgelegt, eine zuverlässige, zug- und schubfeste Verbindung zwischen der Hülse und dem Bewehrungsstab zu gewährleisten.
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Zusätzlich kann das Verpressen so gestaltet werden, dass spezifische Anforderungen an die Lastübertragung oder die Oberflächenrauheit erfüllt werden. Beispielsweise kann durch eine abgestimmte Kombination von Verpressdruck und Materialeigenschaften der Kontaktflächen eine maximale Haftreibung erzielt werden, was die Tragfähigkeit der Verbindung weiter erhöht.
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Vorzugsweise wird vor dem Verpressen Klebstoff auf die Außenumfangsfläche des Stababschnitts und/oder auf die Innenoberfläche der Hülse aufgetragen, um die Haftung und Stabilität der Verbindung zusätzlich zu verbessern.
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Sämtliche Vorteile und Merkmale, die zuvor in Bezug auf den Bewehrungsstab und das Betonbauteil beschrieben wurden, sind ebenso auf das Verfahren zum Herstellen eines solchen Bewehrungsstabs anwendbar.
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Weitere Einzelheiten, vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung, ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen oder aus der Beschreibung. Es zeigen:
- Figur 1 Ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Bewehrungsstab im unverpressten Zustand;
- Figur 2 Das in Figur 1 gezeigte Beispiel des erfindungsgemäßen Bewehrungsstabs im verpressten Zustand;
- Figur 3 Ein weiteres Beispiel für den erfindungsgemäßen Bewehrungsstab im unverpressten Zustand;
- Figur 4 Das in Figur 3 gezeigte Beispiel des erfindungsgemäßen Bewehrungsstabs im verpressten Zustand;
- Figur 5 Ein Beispiel für die Koppelung von zwei erfindungsgemäßen Bewehrungsstäben miteinander;
- Figur 6 Ein weiteres Beispiel für die Koppelung von zwei erfindungsgemäßen Bewehrungsstäben miteinander;
- Figur 7 Ein Beispiel der Hülse mit der Bohrungsinnenfläche in einer Detailansicht;
- Figur 8 Ein weiteres Beispiel der Bohrungsinnenfläche in einer Detailansicht;
- Figur 9 Ein weiteres Beispiel der Bohrungsinnenfläche in einer Detailansicht;
- Figur 10 Ein Beispiel für die metallische Hülse mit einem darin angeordneten Stab im verpressten Zustand;
- Figur 11 Ein erstes Beispiel für das erfindungsgemäße Betonbauteil;
- Figur 12 Ein zweites Beispiel für das erfindungsgemäße Betonbauteil;
- Figur 13 Ein drittes Beispiel für das erfindungsgemäße Betonbauteil; sowie
- Figur 14 Ein viertes Beispiel für eine erfindungsgemäße Baukonstruktion.
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In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bewehrungsstabs 10 in einer seitlichen Ansicht schematisch dargestellt. Der Bewehrungsstab 10 umfasst einen Stab 11 aus einem nichtmetallischen Verbundwerkstoff, der mindestens ein Filamentbündel 12 enthält. Das Filamentbündel 12 besteht aus mehreren Filamenten, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind.
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Der Bewehrungsstab 10 weist zudem eine metallische Hülse 13 auf, die sich entlang einer Längsachse L zwischen zwei Enden 14 und 15 erstreckt. Am ersten Ende 14 ist die Hülse mit einem Verbindungsmittel 16 ausgestattet, das zum Anschluss weiterer Elemente dient. Im dargestellten Beispiel ist das Verbindungsmittel 16 als Außengewinde ausgeführt. Alternativ kann es jedoch auch andere Formen annehmen, wie ein Innengewinde, eine Bohrung für einen Bolzen, eine Endverankerungsplatte oder ähnliche Verbindungselemente.
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Die Hülse 13 verfügt über eine Bohrung 17, die in Figur 1 als Sacklochbohrung dargestellt ist, jedoch auch als Durchgangsbohrung ausgeführt sein kann. In der Bohrung 17 ist ein Stababschnitt 18 des Stabs 11 angeordnet. Die Bohrungsinnenfläche 19 kann eine größere Rauheit als die Außenumfangsfläche 20 der Hülse 13 besitzen, um die Haftung zwischen Stab und Hülse zu verbessern.
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Die in Figur 1 gezeigte Hülse 13 befindet sich noch in einem unverpressten Zustand. Der Durchmesser 35 der Bohrung 17 in der Hülse 13 ist im unverpressten Zustand größer als im verpressten Zustand, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
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Figur 2 zeigt den Bewehrungsstab 10 aus Figur 1 im verpressten Zustand. Die Hülse 13 ist dabei im Pressabschnitt 21 radial nach innen verpresst, sodass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Bohrungsinnenfläche 19 und dem Stababschnitt 18 entsteht. Die zuvor beschriebenen Merkmale aus Figur 1 gelten entsprechend auch für den in Figur 2 dargestellten Bewehrungsstab 10.
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In Figur 2 weist der Stab 11 zudem Spiralwindungen 25 auf, die beim Verpressen der Hülse 13 im Pressabschnitt 21 teilweise zerdrückt werden. Es ist jedoch entscheidend, dass die Spiralwindungen 25 beim Verpressen nicht durch die einwirkenden Querkräfte beschädigt werden.
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In den Figuren 3 und 4 wird ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Bewehrungsstabs 10 dargestellt. Die Erklärungen und Bezugszeichen, die für die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Bewehrungsstäbe gelten, sind entsprechend auch auf die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Stäbe anwendbar. Das Besondere an dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Bewehrungsstab 11 ist, dass er glatt ist und keine Spiralwindungen 25 aufweist.
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Figur 5 zeigt zwei erfindungsgemäße Bewehrungsstäbe 10, die unterschiedliche Verbindungsmittel 16 aufweisen. Der linke Bewehrungsstab 10 weist ein Innengewinde als Verbindungsmittel 16 auf, während der rechte Bewehrungsstab 10 ein Außengewinde als Verbindungsmittel 16 aufweist. Die Gewinde der beiden Bewehrungsstäbe 10 sind derart aneinander angepasst, dass die beiden Bewehrungsstäbe 10 miteinander verbindbar sind. In dem in Figur 5 gezeigten Beispiel ist der linke Bewehrungsstab 10 beispielsweise frei drehbar, sodass er auf den rechten Bewehrungsstab 10 aufgeschraubt werden kann.
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Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel, bei welchem zwei erfindungsgemäße Bewehrungsstäbe 10 miteinander über die Verbindungsmittel 16 verbunden werden können. Die Koppelung der beiden Bewehrungsstäbe 10 ist insbesondere dann möglich, wenn die Bewehrungsstäbe 10 zueinander drehfest angeordnet sind. In Figur 6 wird dies über eine Verbindungshülse 40 erreicht. Die Verbindungshülse 40 weist zwei Innengewinde auf, die an die Außengewinde der Bewehrungsstäbe 10 angepasst sind. Bei dem in Figur 6 gezeigten Beispiel weisen der linke Bewehrungsstab 10 und das linke Gewinde der Verbindungshülse 40 beispielsweise linksdrehende Gewinde auf, während der rechte Bewehrungsstab 10 und das rechte Gewinde der Verbindungshülse 40 rechtsdrehende Gewinde aufweisen. Ebenso kann auch der linke Bewehrungsstab 10 und das linke Gewinde der Verbindungshülse 40 rechtsdrehende Gewinde aufweisen, während der rechte Bewehrungsstab 10 und das rechte Gewinde der Verbindungshülse 40 rechtsdrehende Gewinde aufweisen. Die Koppelung mittels der Verbindungshülse 40 dient dem Zusammenziehen der Bewehrungsstäbe 10, insbesondere wenn diese drehfest verankert sind.
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Figur 7 zeigt eine Detailansicht des Pressabschnitts 18 der Hülse 13. Die Bohrungsinnenfläche 19 dieser Hülse weist eine erhöhte Rauheit auf, verglichen mit der Außenumfangsfläche 20. Wie dargestellt, besitzt die Bohrungsinnenfläche 19 einen vorbestimmten Rauheitswert, der höher ist als der der Außenumfangsfläche 20. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Außenumfang 26 des Stabs 11 eine größere Rauheit aufweisen als die Außenumfangsfläche 20 oder die Bohrungsinnenfläche 19 der Hülse 13. Der Stab 11 besteht aus mindestens einem Filamentbündel 12 mit mehreren Filamenten 23, die in eine Kunststoffmatrix 24 eingebettet sind.
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Zusätzlich oder alternativ kann zwischen der Außenumfang 26 des Stabs 11 und der Bohrungsinnenfläche 19 der Hülse 13 eine Klebstoffschicht 27 ausgebildet sein.
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Figur 8 illustriert eine weitere Detailansicht des Pressabschnitts 18. Im Gegensatz zu Figur 7 ist hier die Rauheit der Bohrungsinnenfläche 19 nicht erhöht, stattdessen ist eine Klebstoffschicht 27 zwischen der Bohrungsinnenfläche 19 und dem Außenumfang 26 des Stabs 11 aufgetragen. Die Beispiele aus den Figuren 7 und 8 können kombiniert werden, sodass sowohl eine erhöhte Rauheit der Bohrungsinnenfläche 19 als auch eine Klebstoffschicht 27 vorhanden sein können.
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Figur 9 präsentiert ein weiteres Beispiel, bei dem weder die Rauheit der Bohrungsinnenfläche 19 zusätzlich erhöht wurde, noch eine Klebstoffschicht 27 aufgetragen wurde.
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Figur 10 zeigt einen radialen Querschnitt durch den Pressabschnitt 21 des Bewehrungsstabs 10 im verpressten Zustand. Dabei sind die Verpresselemente 28 dargestellt, die zum radialen Verpressen der Hülse 13 auf den Stababschnitt 18 verwendet werden. Die Verpresselemente 28 erzeugen Pressabdrücke 29 auf der Außenumfangsfläche 20 der Hülse 13. Im gezeigten Beispiel sind zwölf Verpresselemente 28 äquidistant entlang des Umfangs angeordnet, die synchron radial zur Längsachse L bewegbar sind. Alternativ können auch mindestens vier, vorzugsweise fünf oder sechs Verpresselemente verwendet werden. Eine größere Anzahl von Verpresselementen sorgt für eine gleichmäßigere Verteilung der Presskraft F auf die Hülse 13, was die Verbindung zwischen der Bohrungsinnenfläche 19 und der Außenumfang 26 des Stabs 11 weiter verbessert.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Bewehrungsstabs 10 wird in den Figuren 11, 12 und 13 in Beton veranschaulicht. Die erfindungsgemäßen Bewehrungsstäbe 10 können jedoch auf in jedem anderen Baustoff, wie beispielsweise in Mauerwerk, in Holz, in Ziegel oder dergleichen verwendet werden.
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Figur 11 zeigt ein Betonbauteil 30, bei dem der Bewehrungsstab 10 vollständig in Beton 31 eingebettet ist. Über das Verbindungsmittel 16, hier ein Außengewinde, ist die Hülse 13 mit einem Ankerelement verbunden. Das Ankerelement besteht aus einer Scheibe 33, die mit einer Mutter 34 auf dem Außengewinde 16 gesichert ist. In Figur 11 dient die Scheibe 33 als Endverankerung, die über einem schmalen Auflager 32 angeordnet ist. Durch das Ankerelement kann die erforderliche Länge des Stabs 11 reduziert werden. Die ohne Ankerelement erforderliche Länge des Stabs 11 ist in Figur 11 gestrichelt abgebildet.
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Figuren 12 und 13 zeigen weitere Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bewehrungsstabs 10.
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In Figur 12 ist der Bewehrungsstab 10 derart in einem Betonbauteil 30 angeordnet, dass die Hülse 13 teilweise frei liegt, sodass weitere Elemente daran angeschlossen werden können. Der Bewehrungsstab 10 ist in einer Bohrung des Betonbauteils 30 mit einer Zusatzbohrung 36 zum Versenken des Hülsenschafts im Beton 31 verklebt, sodass die Hülse 13 teilweise aus dem Betonbauteil 30 herausragt. Durch das Versenken des Hülsenschafts im Beton können größere Querlasten eingeleitet werden. In diesem Beispiel dient der Bewehrungsstab 10 als Anker. Das Betonbauteil 30 ist hier ein Wandelement, bei dem der Bewehrungsstab 10 im Wesentlichen horizontal angeordnet ist.
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In Figur 13 handelt es sich um ein Deckenbauteil, bei dem der Bewehrungsstab 10 im Wesentlichen vertikal positioniert ist.
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Figur 14 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Baukonstruktion, bei der der erfindungsgemäße Bewehrungsstab 10 verwendet wird. In Figur 14 ist eine Geländerkonstruktion abgebildet. Die Geländerkonstruktion umfasst mehrere Pfosten 37 und einen Endpfosten 38. Die Pfosten 37 und der Endpfosten 38 sind über einen Holm 39 miteinander verbunden, der gleichzeitig als Handlauf dient. Unter dem Holm 39 sind mehrere Bewehrungsstäbe 10 horizontal und einander beabstandet angeordnet. Die Hülsen 13 der Bewehrungsstäbe 10 sind derart ausgerichtet, dass diese gegen den Endpfosten 38 vorgespannt sind.
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Der insoweit beschriebene Bewehrungsstab arbeitet wie folgt:
Der Stab 11 und die Hülse 13 werden bereitgestellt. Die Hülse 13 weist eine Bohrung 17 auf, die etwas größer ist, als der Außenumfang des Stabs 11. Der Stab 11 wird in die Bohrung 17 der Hülse 13 spielbehaftet eingeschoben. Wenn die Bohrung 17 als eine Sacklochbohrung ausgebildet ist, kann der Stab 11 beispielsweise bis zum Anschlag in die Bohrung 17 geschoben werden. Vor oder nach dem Einführen des Stabs 11 in die Bohrung 17 können die Bohrung 17 und/oder der Stab 11 vorbereitet werden. Beispielsweise können die Oberflächen aufgeraut werden. Es kann auch eine Klebeschicht aufgetragen werden. Anschließend wird die Hülse 13 in einem Pressabschnitt 18 von außen mit dem in der Bohrung 17 befindlichen Stab 11 formschlüssig verpresst. Beim Verpressen wird darauf geachtet, dass die Filamentbündel 12 und das Bindemittel (die Kunststoffmatrix) nicht zerdrückt werden.
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Die Erfindung betrifft einen Bewehrungsstab 10, der für Betonbauteile 30 geeignet ist. Der Bewehrungsstab 10 weist einen nichtmetallischen Stab 11 und eine metallische Hülse 13 auf. Die Hülse 13 weist eine Bohrung 17 auf, in der ein Stababschnitt 18 der nichtmetallische Stab 11 zumindest teilweise angeordnet ist. In einem Abschnitt, in dem sich der Pressabschnitt 21 und der Stababschnitt 18 überlappen, ist die Hülse 13 mit dem Stab 11 verpresst, wodurch eine zuverlässige, zug- und schubfeste Verbindung entsteht. Die Rauheit der Bohrungsinnenfläche 19 und/oder der Außenfläche 26 des Stabs 11 ist zur Verbesserung der Haftreibung und mechanischen Verzahnung möglicherweise erhöht gegenüber der Rauheit der Außenumfangsfläche 20 der Hülse. Zusätzlich oder alternativ kann eine Klebstoffschicht 27 vorgesehen sein. Die Hülse 13 weist mindestens ein Verbindungsmittel 16 für den Anschluss an weitere Elemente auf, wie Anker- oder Spannvorrichtungen.
Bezugszeichenliste:
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- 10
- Bewehrungsstab
- 11
- Stab
- 12
- Filamentbündel
- 13
- metallische Hülse
- 14
- erstes Ende der Hülse
- 15
- zweites Ende der Hülse
- 16
- Verbindungsmittel (Außen- oder Innengewinde)
- 17
- Bohrung
- 18
- Stababschnitt
- 19
- Bohrungsinnenfläche
- 20
- Außenumfangsfläche
- 21
- Pressabschnitt
- 23
- Filamente
- 24
- Kunststoffmatrix
- 25
- Spiralwindung
- 26
- Außenumfang des Stabs
- 27
- Schicht aus Klebstoff
- 28
- Verpresselemente
- 29
- Pressabdruck
- 30
- Betonbauteil
- 31
- Beton
- 32
- Ankerelement
- 33
- Scheibe
- 34
- Mutter
- 35
- Durchmesser der Bohrung
- 36
- Zusatzbohrung
- 37
- Pfosten
- 38
- Endpfosten
- 39
- Holm
- 40
- Verbindungshülse
- F
- Presskraft
- L
- Längsachse
- R
- Radialrichtungsabsatz