[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Querkraftdornes
bestehend aus einem Stahlkern und einem Mantel aus rostfreiem Stahl, sowie einen Querkraftdorn
hergestellt nach diesem Verfahren.
[0002] Querkraftdorne dienen der horizontalen Verbindung und Kraftübertragung zwischen zwei
Bauelementen. Insbesondere werden sie eingesetzt im Dehnfugenbereich zweier benachbarter
Bodendeckenplatten sowie zur Auflage von Treppenpodestplatten mit anschliessenden
Bauelementen. Die Querkraftdorne lagern beidseitig der Dehnfuge in entsprechenden
Lagerhülsen. Während die horizontale Dehnbewegung zugelassen werden muss, soll die
relative vertikale Bewegung unterbunden werden.
[0003] Die Querkraftdorne sind im Dehnfugenbereich unweigerlich Umweltbedingungen unterworfen
und können daher korrodieren. Entsprechend sind viele Anbieter dazu übergegangen,
Querkraftdorne vollständig aus hochwertigem rostfreiem Stahl zu fertigen. Vorzugsweise
sind solche Querkraftdorne aus Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl gefertigt. Dies ist ausserordentlich
teuer und vermag trotzdem in gewissen Anwendungsbereichen den Sicherheitsvorstellungen
nicht zu entsprechen. Gemäss neueren Erkenntnissen neigen vollständig aus rostfreiem
Stahl gefertigte Stäbe zur Wasserstoffversprödung, welche die Festigkeit des Materials
reduziert.
[0004] Aufgrund obiger Ueberlegungen ging man dazu über, Zug- oder Druckstäbe aus korrodierendem
Stahl zur Verbindung zweier Betonelemente so zu gestalten, dass zumindest im Fugenbereich
der Stab von einer Hülse aus korrosionsbeständigem Material umschlossen war und der
Zwischenraum zwischen Hülse und Stahl mit einer aushärtenden Masse ausgegossen wurde.
Während sich diese Lösung gemäss der DE-A-38 01 121 für Verankerungsstäbe bewährt
hat, konnte sich dieses System für Querkraftdorne aus verschiedenen Gründen nicht
durchsetzen.
[0005] Die wesentlichsten Probleme stellten sich bei der exakten Einbettung des Kernes in
der Hülse und andererseits in der Fertigung solcher Querkraftdorne ein. Die Anmelderin
ging daher dazu über, Hülsen aus rostfreiem Stahl abzulängen, diese als Mantel zu
verwenden, in die kürzere korrodierende Stahlstäbe als Kern eingeschoben werden, und
die offenen Enden mit einem Kunststoffstopfen zu verschliessen. Diese Lösung ergab
Querkraftdorne, die sich bezüglich den Materialeigenschaften ausgezeichnet bewährt
haben.
[0006] Wie bereits eingangs erwähnt, sollte die Verbindung zwischen zwei horizontalen Bauelementen,
die mittels den Querkraftdornen hergestellt wird, Bewegungen in der vertikalen Richtung
relativ zueinander praktisch unterbinden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bezüglich
der materiellen Zusammensetzung optimalen Querkraftdorne der letztgenannten Art diese
Bedingung nicht genügend zu erfüllen vermögen. Das Einschieben eines Stahlkerns in
einen Mantel aus rostfreiem Stahl bedingt ein gewisses Spiel. Aus wirtschaftlichen
Gründen ist es nicht möglich, sämtliche Komponenten einer Querkraftdornverbindung
aus kalibrierten Bestandteilen zu fertigen. Und auch dann ist ein spielfreies Einschieben
eines Kerns in einen Mantel rein technisch nicht möglich. Bei der bekannten Lösung
ergeben sich aus fertigungstechnischen Gründen daher mehrere Toleranzfelder, die sich
im ungünstigsten Fall summieren können. Zum einen weist das Aussenmass des Kernes
sowie das Innenmass des Mantels ein Toleranzfeld auf. Zum andern weist das Aussenmass
des Mantels ein Toleranzfeld auf und ein solches Toleranzfeld weist auch das Innenmass
der Lagerhülse auf, in welcher der Querkraftdorn lagert. Wie bereits erwähnt, können
sich all diese Toleranzen summieren. Das so erhaltene Spiel ergibt somit eine gewisse
Bewegungsfreiheit in vertikaler Richtung zwischen zwei horizontalen Bauelementen,
die mittels Querkraftdornverbindungen miteinander verbunden sind. Die auftretenden
Schwingungen im Baukörper führen daher zu Vertikalbewegungen, die zu entsprechender
Rissbildung im Bereich der Querkraftdornverbindungen führen.
[0007] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Querkraftdornes bestehend aus einem Stahlkern und einem Mantel aus rostfreiem
Stahl zu schaffen, bei dem die derart hergestellten Querkraftdorne die vorgenannten
Nachteile weitgehend nicht mehr aufweisen.
[0008] Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
[0009] Führt man während des Einziehens des Stahlkerns in den Mantel eine Kalibrierung des
Aussenmasses des Mantels durch, so wird auch das Toleranzfeld zwischen Querkraftdorn
und Lagerhülse, in der der Querkraftdorn lagert, reduziert.
[0010] Je nach Anwendungsbereich und entsprechenden Anforderungen kann der nach dem obgenannten
Verfahren hergestellte Querkraftdorn entweder mit einem Kunststoffpfropfen verschlossen
werden oder man kann in die offenen Mantelenden Rondellen aus rostfreiem Stahl einschieben
und darin verschweissen.
[0011] In der anliegenden Zeichnung ist schematisch der Herstellungsablauf des erfindungsgemässen
Verfahrens dargestellt sowie zwei Ausführungsbeispiele des nach diesem Herstellungsverfahren
hergestellten Querkraftdornes. Es zeigt:
- Figur 1 -
- die verschiedenen Schritte der Herstellung von a) bis h) und
- Figur 2 -
- einen fertigen nach oben gezeigtem Verfahren hergestellten Querkraftdorn mit zwei
verschiedenen Ausfertigungen des Endverschlusses.
[0012] Ausgangsmaterial für die Herstellung eines Querkraftdornes nach dem erfindungsgemässen
Verfahren ist einerseits ein Kern 1 bestehend aus einem Stahlstab und andererseits
ein Mantel 2 bestehend aus einem Rohr aus rostfreiem Stahl. Der Kern 1 kann dabei
aus einem herkömmlichen Baustahl gefertigt sein. Während die nachfolgend zu beschreibenden
Schritte a) bis c) meist in entsprechend ausgerüsteten Stahlwerken erfolgen, können
die nachfolgenden Schritte d) bis h) in jeder Firma, die technische Bauprodukte herstellt,
durchgeführt werden. In den Schritten a) bis c) wird sozusagen das Halbfabrikat gefertigt,
während die nachfolgenden Schritte d) bis h) die auftragsspezifische Konfektionierung
betreffen.
[0013] In einem ersten Schritt a) wird der erwähnte Mantel aus rostfreiem Stahlrohr gemäss
bekannter Technologie auf einen entsprechend dimensionierten Stahlstab 1 aufgezogen,
so dass der Stahlstab dann den Kern 1 bildet. Beim Enziehverfahren wirkt der Kern
1 selber als Kalibrierdorn, wodurch die angestrebte annähernde Spielfreiheit gewährleistet
ist. Je nach Herstellungswerk kann gleichzeitig oder direkt anschliessend das Aussenmass
des Mantels aus rostfreiem Stahl kalibriert werden. Rein schematisch ist in Schritt
b) mit 20 ein entsprechendes Kalibrierwerkzeug dargestellt. Das Einziehen des Kerns
1 in den Mantel 2 erfolgt mit handelsüblichem Stangenmaterial von mehreren Metern
Länge. Das ausserordentlich massgenaue und mindestens annähernd spielfreie Einziehen
des Stahlkernes erfolgt mittels Beigabe eines hierzu besonders geeigneten Oeles. Das
so erhaltene, in c) dargestellte Halbfabrikat wird an ein Werk für die Fertigung von
technischen Bauprodukten geliefert.
[0014] Der Empfängerbetrieb des Halbfabrikates längt das Stangenmaterial 3 in entsprechende
Stababschnitte 4 ab-Schritt d). Dies wird symbolisch dargestellt durch das Sägeblatt
30. Wie unter e) schematisch angedeutet, wird nunmehr der Kern 1 um eine Distanz a
aus dem Mantel 2 hinausgepresst. Dieser vorstehende Abschnitt 5 wird danach bündig
dem Mantelende abgetrennt, wie dies f) zeigt. Dank dem beim Einziehen verwendeten
Oel lässt sich der Kern 1 mittels entsprechenden hydraulischen Maschinen aus dem Mantel
2 hinauspressen, ohne dass verbleibende Verformungen festgestellt wurden.
[0015] Manche Stahlwerken arbeiten beim Einziehen jedoch ohne Beigabe eines Oeles. In diesen
Fällen wird man die abgelangten Stababschnitte 4 vor dem Auspressen von aussen kurzzeitig
erwärmen, wodurch der Mantel 2 sich mehr aufwärmt als der Kern 1. Dies führt zu minimen
Dehnungsdifferenzen, die das Auspressen des Kernes aus dem Mantel erleichtern.
[0016] Anschliessend an die Abtrennung des ausgestossenen Teiles 5 des Kernes 1 wird mittels
derselben hydraulischen Presse von der Seite des abgetrennten Kernes her der Stahlkern
1 diesmal um die halbe Länge des abgetrennten Teiles 5, also um a/2, zurück in den
Mantel 1 hineingepresst. Diese Situation ist in der Figur 1 g) dargestellt. Auf diese
Weise erhält man einen Stab mit einem Stahlkern 1 und einem Mantel 2, wobei die offenen
Mantelenden 6 den Stahlkern 1 beidseitig überragen. Im letzten Arbeitsgang gemäss
Figur 1 h) werden nunmehr die offenen Mantelenden 6 verschlossen. So erhält man schliesslich
den fertigen Querkraftdorn 10.
[0017] In der Figur 2 ist ein erfindungsgemäss hergestellter Querkraftdorn 10 dargestellt.
Während die eine Hälfte des Querkraftdornes 10 mit einem Kunststoffpfropfen 7 verschlossen
ist, ist das andere Ende mit einer in das offene Mantelende 6 eingelegten Rondelle
aus rostfreiem Stahl verschlossen. Für gewisse Anwendungen, insbesondere im Gebäudeinnern,
eignen sich Kunststoffpfropfen 7 sehr gut. Die erforderliche Dichtigkeit wird erreicht
durch entsprechende Dichtlippen 8 am Kunststoffpfropfen 7. Für Anwendungen mit besonders
hoher Tragkraft wird man in das offene Mantelende 6 eine möglichst massgenaue Rondelle
9 aus rostfreiem Stahl einlegen und diese schliesslich mit dem Mantel 2 verschweissen.
Je nach gewünschter Dichtigkeit kann die Verschweissung nur punktweise oder als umlaufende
Schweissnaht 11 gestaltet sein. Die hierbei etwas erhöhte Festigkeit ergibt sich nicht
so sehr durch eine tragende Wirkung der Rondelle 9, sondern vielmehr durch den absolut
fixierten Kern 1 im Mantel 2. Dies ergibt eine hochfeste Sandwichkonstruktion.
[0018] Wie die Messresultate erster Versuche gezeigt haben, ist die Festigkeit einer solchen
Sandwichkonstruktion höher als bei einem einstückigen Querkraftdorn aus einem Vollstab.
Entsprechend kann bei der Dimensionierung auf Querkraftdorne mit kleinerem Durchmesser
zurückgegriffen werden. Dies ist nicht nur ein finanzieller Vorteil, sondern führt
ebenso zu einer Massreduktion bei der Lagerhülse des Querkraftdornes und damit folglich
zu einer erhöhten Betonüberdeckung der Lagerhülse, was abermals baustatische Vorteile
hat.
[0019] Prinzipiell wird man die Wandstärke des Mantels 2 in einer gewissen Relation zum
Durchmesser des Stahlkerns 1 wählen. Generell kann dabei jedoch auf erstaunlich geringe
Wandstärken des Mantels zurückgegangen werden. Uebliche Dimensionen der Wandstärke
des rostfreien Stahlrohres, aus dem der Mantel 2 gefertigt ist, liegen zwischen 0,4
und 5,0 mm. Die relativ geringe Wandstärke des Mantels 2 aus rostfreiem Stahl bringt
selbstverständlich nochmals finanzielle Vorteile.
1. Verfahren zur Herstellung eines Querkraftdornes bestehend aus einem Stahlkern (1)
und einem Mantel (2) aus rostfreiem Stahl, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- massgenaues, spielfreies Einziehen eines Stahlkerns (1) bestehend aus einem Stahlstab
aus nichtrostfreiem Stahl in einem als Mantel (2) dienenden Rohr aus rostfreiem Stahl;
- Ablängung des so gebildeten Stabes in den gewünschten Querkraftdorngrössen;
- teilweises Ausstossen des Kernes aus dem Mantel und Abtrennen des ausgestossenen
Teiles des Kernes;
- Rückstossen des Kernes um die halbe Distanz des ausgestossenen und abgetrennten
Teiles;
- Verschliessen der offenen Mantelenden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Mantelenden (6)
mit einem Kunststoffpfropfen (7) verschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Mantelenden (6)
mit in die offenen Enden hineingeschobenen Rondellen (9) aus rostfreiem Stahl verschlossen
und verschweisst werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einziehens das
Aussenmass des Mantels (2) kalibriert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem teilweisen Ausstossen
des Kernes aus dem Mantel die abgelangten Stäbe kurzzeitig von aussen erwärmt werden.
6. Querkraftdorn hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kern (1) kürzer als der Mantel (2) ist.
7. Querkraftdorn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Mantels
(2) aus rostfreiem Stahl zwischen 0,4 und 5,0 mm beträgt.