[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen
zwei durch eine Fuge abgetrennte Beton-Bauteile angeordnet und aus einer senkrecht
stehenden, festen, formstabilen und biegesteifen Scheibe zur Übertragung von Moment,
Zug-, Druck- und Querkräften besteht, welche aus einer mittleren Platte und einem
oben und einem unten angeordneten Körper aufgebaut ist, wobei Platte und Körper fest,
formstabil und biegesteif miteinander verbunden sind
[0002] Beton-Bauteile werden aus verschiedenen Gründen nicht direkt aneinander gefügt, sondern
durch Fugen getrennt, miteinander verbunden.
[0003] Zum einen sind verschiedene Bauteile in der Praxis meist verschiedenen Temperatureinflüssen
ausgesetzt. Sie werden verschieden erwärmt und dehnen sich dementsprechend unterschiedlich
aus. Um diese Nachteile vermeiden zu können, werden Fugen zur Aufnahme der horizontalen
Verschiebungen vorgesehen. Bei von Gebäuden auskragenden Platten, wie sie z.B. im
Balkonbau zu finden sind, verlängert sich die auskragende Platte durch die Erwärmung
in der horizontalen Richtung der Hausfassade entlang. Um dies in der Fuge zu ermöglichen,
werden spezielle Bewehrungelemente verwendet, welche durch ihre Elastizität die horizontale
Verschiebung in der Fuge mit den kleinstmöglichen auswirkungen in der vertikalen Richtung
zulassen.
[0004] Zum andern ist gerade im Balkonbau die Übertragung der Temperatur und Witterungseinflüsse
von der Kragplatte auf die Deckenplatte im Innern des Gebäudes unerwünscht. Der Grund
ist im physikalische Phänomen zu suchen, dass in einem beheizten Raum ein Teil, dessen
Temperatur unter den Taupunkt liegt, Kondenswasser anzieht. Viele Schäden entstehen
dadurch, dass solche Deckenplatten im Bereich der Kragplatte im Winter kalt sind,
durch Kondenswasser grossen Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt sind und die im Innenraum
verwendeten Materialien wie Gips und Tapeten etc. dadurch Schaden nehmen, wie z.B.
durch Schimmelpilzbildung.
[0005] Verbindungselemente zur Kraftübertragung zwischen zwei Gebäudeteilen unter möglichst
guten Bedingungen für die Isolation zwischen zwei Gebäudeteilen, sind bekannt. Verschiedene
Anordnungen der einfacheren Art sind z.B. in EP 0 121 685 und DE 35 09 890 beschrieben.
Allen bisher bekannten Systemen liegt die Idee zugrunde, mit dem herkömmlichen Baustahl
Elemente zu bilden, welche durch eine Vielzahl von in den Gebäudeteilen zu verankernden
Stäben gebildet werden. Allenfalls sind noch zusätzliche Stäbe zur Aufnahme der Druck-,
Zug- oder Querkräfte vorgesehen. Es handelt sich dabei durchwegs um die Zusammensetzung
aus bekannten Elementen wie Bewehrungsstäbe und Beton als Druckelemente zur Übertragung
der Kräfte und Isolationsmaterial zwischen den Bauteilen, um die Funktion als Wärmebrücke,
die ein kraftübertragendes Element zwischen zwei Bauteilen immer ausübt, zu vermindern.
[0006] Aus oben beschriebenen Gründen beschreibt EP 0 121 685 einen schlanken Stab, der
aufgrund seiner Schlankheit in der Lage ist, temperaturbedingten Längsbewegungen des
vorkragenden Gebäudeteils gegenüber dem Gebäude elastisch zu folgen. Die Erfindung
in EP 0 121 685 stellt sich zur Aufgabe, ein Druckelement zu schaffen, das trotz hoher
Druckfestigkeit und langer Lebensdauer die mechanischen Spannungen bei der Bewegung
des auskragenden Gebäudeteiles gegenüber dem Gebäude aufzunehmen vermag, ohne dass
auf den Beton Beanspruchungen entstehen, die zu Schäden führen.
[0007] Der Nachteil dieser Anordnung ist offensichtlich: Zwar bietet ein schlanker Stab
wie verlangt geringe Wärmeleitfähigkeit und grosse Elastizität, er ist aber in einer
Fuge bestimmt nicht das richtige Element, um hohe Druckkräfte aufzunehmen. Innerhalb
der Fuge unterliegt ein schlanker Stab im Gegenteil der erhöhten Gefahr der Knickung.
Diese Gefahr erhöht sich noch, wenn sich der schlanke Stab (wie gewünscht) elastisch
verformt und nicht mehr als reiner Knickstab, sondern unter Verformung belastet wird.
Verformt unterliegt ein Knickstab einer exzentrischen Belastung, welche bei gleichen
Dimensionen zu einem Abfall der Tragfähigkeit führt. In der Folge müssen für solche
Konstruktionen mehrere schlanke Stäbe eingesetzt werden, was den erstrebten Zielen
bezüglich Druckübertragung und Wirtschaftlichkeit zuwider läuft. Aus diesen Gründen
würde ein Fachmann in dieser Anordnung kaum einen schlanken Stab als druckaufnehmendes
Element einsetzen.
[0008] Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist es, dass diese Elastizität auch Flexibilität,
d.h. eine Verformung δ in der vertikalen Richtung bewirkt.

[0009] Um einer zu grossen Verformung δ entgegenzuwirken, werden wie in DE 37 00 295 aufgezeigt
Querstäbe eingebaut. Man erhält damit ein sogenanntes Fachwerk.

[0010] Diese Aufbauweise ist bereits steifer, d.h. δ ist bereits deutlich kleiner, jedoch
ist noch immer eine relativ grosse Deformation festzustellen. Um aufzuzeigen, welchen
Einfluss die Wahl der Konstruktion auf die Verformung ausübt und wie eng die Möglichkeiten
sind, mit konventionellen Baustählen die gewünschten Steifigkeiten zu erreichen, werden
im folgenden durch Rechenmodelle untersuchte Modelle aufgezeigt. Die verschiedenen
Aufbauweisen geben die Deformationen bei gleicher Fugenbreite, gleicher Querkraft
Q, gleichem Elastizitätsmodul und gleicher Masse der eingesetzten Materialien an:

[0011] Diese Aufstellung zeigt deutlich, wie eng die Möglichkeiten sind, durch den Einsatz
von konventionellen Bewehrungsstäben die erwünschten Steifigkeiten in vertikaler Richtung
zu erreichen. Dies bestätigt auch das auf dem Markt erhältliche Angebot an Kragplattenanschlusselementen.
[0012] Man findet in Verbindungselementen verschiedene, das ganze Element in vertikaler
Richtung versteifende Elemente wie Druckplatten und schräg verlaufende oder gekrümmte
Armierungsstäbe. Das zeigt, dass man mit dem schlanken Stab das erstrebte Ziel zwar
erreichen kann. Die Nachteile sind, dass vergleichbar komplizierte Systeme mit einer
Vielzahl von speziell angeordneten Stäben, Platten und/oder gekrümmten Eisen eingesetzt
werden müssen.
[0013] Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, ein Verbindungselement
der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die zu Bauschäden führenden
horizontalen Kräfte durch entsprechende Elastizitäten in der Fuge aufnimmt, in vertikaler
Richtung weitgehend steif bleibt, wie dies praktisch auch direkt und ohne Fuge verbundene
Gebäudeteile sind, und die Wärmedurchflussmenge reduziert.
[0014] Diese Aufgabe löst ein Verbindungselement mit den Merkmalen des Patentanspruches
1. Weitere erfindungsgemässe Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und
deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
[0015] In der Zeichnung zeigt:
- Fig 1:
- Verbindungselement in der Perspektive
- Fig 2:
- Verbindungselement eingebaut zwischen Gebäudeteilen.
- Fig 3:
- Verschiedene Verankerungen in der Ansicht
- Fig 4
- Verschiedene Verankerungen in der Ansicht
- Fig 5
- Verschiedene Verankerungen in der Ansicht
- Fig 6
- Verschiedene Verankerungen in der Ansicht
- Fig 7
- Ansicht eines kompletten, vormontierten Kragplattenanschlusselementes
[0016] Das erfindungsgemässe Verbindungselement 1 kann sowohl während der Erstellung der
beiden Betonteile 21,22 wie für Bewehrungseisen üblich in den Beton-Bauteilen einbetoniert
werden. Das Verbindungselement 1 kann aber auch später in dafür vorgesehene Aussparungen
eingepasst werden. Es handelt sich bei diesem Verbindungselement um ein Teil, das
sowohl in Kragplattenanschlusselementen als auch für andere Verbindungszwecke zwischen
zwei Beton-Bauteilen 21,22 in der Fuge zur Übertragung von Moment, Zug-, Druck- und
Querkräften eingesetzt wird. Fig.1 zeigt das Verbindungselement 1 in seinem Grundsätzlichen
Aufbau. Die Figur 2 zeigt das Verbindungselement 1 im Einbau zwischen zwei Beton-Bauteilen
21,22.
[0017] Um das Verbindungselement in die der Erfindung zugrunde liegende Form zu bringen,
ist eine Platte 2 oben und unten mit den Körpern 3 und 4 versehen. Die Dicken B,B'
der Körper 3,4 sind gleich oder grösser als die Dicke D der Platte 2. Die Platte 2
wird also maximal die Dicke von B oder B' erreichen. Sollte die Dicke B des Körpers
3 eine andere Dimension aufweisen als die Dicke B' des Körpers 4, entspricht die Dicke
D der Platte 2 maximal der Dicke von B oder B', die das kleiner Mass hat.
[0018] Die Länge L der Platte 2 entspricht im Maximum der Breite E der Fuge. Die Platte
2 soll nicht in das Material der Beton-Bauteile 21,22 ragen. Die Beton-Bauteile sollen
durch die Platte 2 nicht

verschnitten" oder

angeschnitten" werden. Dies wäre eine festigkeitsmässige Einbusse in der ganzen Konstruktion,
die man durch den Einsatz vom Verbindungselement 1 gerade vermeidet.
[0019] Dadurch, dass die Platte 2 nicht in das Material der Beton-Bauteile 21,22 ragt, wird
dieselbe auch sicher nicht zur Wärmebrücke über deren ganze Höhe.
[0020] Um mit dem Verbindungselement 1 die Querkräfte Q aufnehmen zu können, werden die
Körper 3,4 mit Verlängerungen 3',4' versehen. Wie Fig 2 zeigt, reicht für die Übertragung
der Querkräfte Q pro Seite eine dem Kraftangriff der Querkraft Q entgegengesetzten
Körper 3,4 jeweils eine Verlängerung 3',4'. In der Praxis wird man in der Regel beide
Körper 3,4 mit beidseitigen Verlängerungen 3',4' versehen. Für reine Auflager kann
die in Fig 2 gezeigte Form aber durchaus ihre Berechtigung haben.
[0021] Um die Körper 3,4 über die Verlängerungen 3',4' in den Beton-Bauteilen 21,22 verankern
zu können werden die Verlängerungen 3',4' mit Verankerungen 5,6 ausgerüstet. Die Form
dieser Verankerungen 5,6 sind von der durch die zu verbindenden Beton-Bauteile vorgegebenen
Aufgaben bestimmt. Prinzipiell können sie alle möglichen Formen aufweisen. Es liegt
auf der Hand, dass die Körper 3,4 und die Verlängerungen 3',4' sowie die Verankerungen
5,6 aus einem Stück, (z.B. Bewehrungsstahl) gefertigt, respektive aus einem Stück
sind.
[0022] Die Körper 3,4 können aus beliebigen Profilen gefertigt sein. Eine Möglichkeit ist
z.B. Stabmaterial d.h. Rundstahl, wie er für Bewehrungen eingesetzt wird. In diesem
Falle bietet sich an, dass Körper 3,4 , Verlängerungen 3',4' und Verankerungen 5,6
aus einem Stück gefertigt werden. Die auf Bewehrungsstäben normal angebrachten Rippen
8 dienen dann gleichzeitig als Verankerungen 5,6 im Beton. Es kann aber auch sein,
dass man die Körper 3,4 mit deren Verlängerungen 3',4' als Rohre ausbildet, in deren
Innendurchmesser Verankerungen 5,6 erst auf der Baustelle befestigt werden. Andere
Arten von Profilen können sich anbieten, um spezielle Baukastensysteme zu entwickeln
oder um für spezielle Fälle notwendige Aufnahme von Kräften zu gewährleisten. Dabei
ist es für das Verbindungselement 1 unerheblich, ob die Körper 3,4 und die Verlängerungen
3',4' sowie die Verankerungen 5,6 dasselbe Profil haben oder nicht.
[0023] Der Art, wie das Verbindungselement 1 in den Beton-Bauteilen 21,22 verankert ist,
wird grosse Bedeutung zugemessen. Mit dem erfindungsgemässen Verbindungselement 1
müssen die Verankerungen 5,6 nur für die Aufnahme von Zugkräften Z,Z' ausgebildet
sein. Schub- oder Scherkräfte S,S' werden direkt an den Querschnitten A der Verlängerungen
3',4', unmittelbar beim Eintritt derselben in die Beton-Bauteile 21,22 aufgenommen.
Druckkräfte P,P' werden direkt über die Länge L beim unteren Körper 4 aufgenommen.
[0024] Die Aufnahme von Zugkräften Z,Z' wird über die Verankerungen 5,6 gewährleistet. In
Fig 4, Fig 5 und Fig 6 sind verschiedene Arten der Verankerungen 5,6 dargestellt.
[0025] Fig 4 zeigt eine der am meisten verbreiteten Methode, die Verankerung 5,6 mittels
Rippen 8, welche am Bewehrungsstahl bereits angewalzt wurden. Gute Verankerung 5,6
wird auch durch gespreizte Enden 10 erreicht, wie ebenfalls auf Fig 4 gezeigt.
[0026] Fig 5 zeigt eine beliebte und übliche Methode: An den Verlängerungen 3'4' werden
Querstäbe 7 angeschweisst. Auf diese Weise hat man die Möglichkeit, verschiedene Verbindungselemente
1, bestehend aus Platte 2, Körper 3,4 mit Verlängerungen 3'4', Verankerungen 5,6 und
allenfalls für in die Fuge 20 vorgesehenes Isolationsmaterial 18 zu einem ganzen Kragplattenanschlusselement
19 zusammenzubauen die als Einheit komplett auf die Baustelle geliefert werden kann.
In Fig 7 ist ein Kragplattenanschlusselement der genannten Art abgebildet. Weil wie
festgestellt, die Verankerungen 5,6 in den Beton-Bauteilen nur auf Zug und Druck beansprucht
werden, können an den Enden der Verlängerungen 3',4' plattenförmige Teile 9 befestigt
werden.
[0027] Eine weitere, traditionelle Methode der Verankerungen 5,6 in den Beton-Bauteilen
ist in Fig 6 gezeigt. Man verbindet die Enden der Verlängerungen 3',4' mit gebogenen
Verankerungen 11. Ob die Enden der Verlängerungen 3',4' miteinander verbunden werden,
wie in der Zeichnung gezeigt, oder ob beide Endpartien der Verlängerungen 3' und 4',
mit der andern Verlängerung nicht verbundenen Verankerungen 11 versehen werden, spielt
für das Prinzip an sich keine Rolle.
[0028] Der Art der Fertigung des Verbindungselementes 1 kommt die allergrösste Bedeutung
zu. Die einfachste Art der Herstellung kann mittels einer Schweisskonstruktion realisiert
werden. Wie in Fig 3 gezeigt werden zwei Körper 3,4 an eine Platte 2 angeschweisst.
Mit Vorteil wählt man als Körper 3,4 längere Profile, z.B. die auf dem Markt erhältlichen
Bewehrungsstählen, welche gerippt sind. Die Teile: Körper 3,4, Verlängerungen 3',4'
und die Verankerungen 5,6 werden auf diese Weise in einem Arbeitsgang mit der Platte
2 zum Verbindungselement 1 zusammengefügt.
[0029] Um das Verbindungselement 1 in möglichst vielen verschiedenen Anordnungen verwenden
zu können, kann es aber auch wie in Fig 1 gezeigt aus einem Stück gegossen, gewalzt
oder geschmiedet werden. Die Verlängerung 3' oben auf der einen und die Verlängerung
4' unten auf der andern Seite werden in einem Stück gefertigt. Die andern Verlängerungen
3',4' und die Verankerungen 5,6 werden, falls sie für den Einsatz notwendig sind an
den stumpfen Enden der Körper 3,4 respektive der Verlängerungen 3',4' angeschweisst.
In der Regel werden die angeschweissten Teile aus demselben Material sein, wie das
in einem Stück gefertigte Verbindungselement mit mindestens je einer Verlängerung
3' und einer Verlängerung 4'. Durch die Verwendung desselben Materials vermeidet man
Korrosionsprobleme an den Schweissstellen.
[0030] In speziellen Fällen kann auch in Betracht gezogen werden, die Platte 2 auf der Baustelle
oder in der Werkstatt mit mechanischen Mitteln zu verbinden. Fig 3 zeigt eine Möglichkeit,
wie die Körper 3,4 mittels Schrauben auf der Platte 2 befestigt werden. Vorteil dieser
Art der Konstruktion ist die Freiheit in der Wahl des Profils, die für die Körper
3,4 gewählt wird. Bis zum Einsatz auf der Baustelle, kann offen bleiben, welche Profile
für Körper 3,4, Verlängerungen 3',4' und Verankerungen 5,6 eingesetzt werden sollen.
Dies kann im Zusammenhang mit Renovationsarbeiten in Altbauten von grossem Vorteil
sein.
[0031] Den bis hierher beschriebenen Möglichkeiten wurde zugrunde gelegt, dass alle Teile
aus Metall, insbesondere Bau- und Armierungsstahl, aber auch rostfreiem Stahl gefertigt
werden. Wenn Baustahl verwendet wird, muss zumindest der im Bereich E der Fuge 20
liegende Teil gegen Korrosion geschützt werden. Die in den Beton-Bauteilen eingegossenen
Verlängerungen 3',4' und Verankerungen 5,6 werden vom Beton gegen Korrosion geschützt.
[0032] Solche Bewehrungsvorrichtungen können aber auch aus verstärktem Kunststoff, z.B.
Composites wie in der Flugzeugindustrie verwendet aufgebaut werden. Für solche Konstruktionen
eröffnet sich die Möglichkeit, Platte 2 und Körper 3,4 mittels Kleben zu verbinden.
Die Platte soll die in der Fuge 20 entstehenden Druckkräfte P aufnehmen. Eine Verbindung
der Materialien Metall und Kunststoff wäre wahrscheinlich für die Platte 2 und die
Körper 3,4 denkbar, während die auf Zug und Druck beanspruchten Verlängerungen 3',4'
und Verankerungen 5,6 aus mit Kohlen- oder Glasfaser verstärktem Kunststoff sein können.
1. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen zwei durch eine Fuge abgetrennte
Beton-Bauteile angeordnet und aus einer senkrecht stehenden, festen, formstabilen
und biegesteifen Scheibe zur Übertragung von Moment, Zug-, Druck- und Querkräften
besteht, welche aus einer mittleren Platte und einem oben und einem unten angeordneten
Körper aufgebaut ist, wobei Platte und Körper fest, formstabil und biegesteif miteinander
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass oben und unten an einer Platte (2) befindliche Körper (3,4) jeweils als Verdickung
mit den Dicken (B,B') ausgebildet sind und die Dicke (D) der Platte (2) max. den Dicken
(B,B') der Körper (3,4) entspricht, wobei die Länge (L) der Platte (2) maximal der
Fugenbreite (E) entspricht, wobei der obere Körper (3) mindestens auf einer Seite
der Platte (2) eine Verlängerung (3') über die Länge der Platte (2) hinaus aufweist
und der untere Körper (4) jeweils mindestens auf der anderen Seite der Platte (2)
ebenfalls eine Verlängerung (4') über die Länge der Platte (2) hinaus aufweist.
2. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verlängerungen (3',4') durch Verankerungen (5,6) fortsetzen.
3. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach den Ansprüchen 1 und
2, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3,4), die Velängerungen (3',4') und die Verankerungen (5,6) aus einem
Stück gefertigt sind.
4. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach den Ansprüchen 1,2
und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3,4), die Verlängerungen (3',4') und die Verankerungen (5,6) Profile
sind.
5. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3,4), die Verlängerungen (3',4') und die Verankerungen (5,6) aus demselben
Profil sind.
6. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3,4), die Verlängerungen (3',4') und die Verankerungen (5,6) verschiedene
Profile sind.
7. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach den Ansprüchen 1 bis
2, dadurch gekennzeichnet, dass die Velängerungen (3',4') mit Mitteln zur Verankerung im Beton ausgerüstet sind.
8. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verankerung im Beton Rippen auf der Oberfläche der Verlängerungen
(3',4'), wie sie bei gerippten Bewehrungsstählen gebräuchlich, sind.
9. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verankerung im Beton gespreizte Enden der Verlängerungen (3',4') sind.
10. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verankerung im Beton mit den Verlängerungen (3',4') verbundene Querstäbe
(7) sind.
11. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verankerung im Beton auf den Verlängerungen (3',4') befestigte, plattenförmige
Teile (9) sind.
12. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verankerung im Beton mit den Verlängerungen (3',4') gebogene Enden
der Profile sind.
13. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) und die Körper (3,4) aus einem Stück hergestellt sind.
14. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) und die Körper (3,4) mittels Schweissen verbunden sind.
15. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) und die Körper (3,4) mit mechanischen Mitteln verbunden sind.
16. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) und die Körper (3,4) mittels Kleben verbunden sind.
17. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Platte (2) Körper (3,4) und Verlängerungen (3',4') mindestens im Bereich der Fuge
(L) korrosionsgeschützt sind
18. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Platte (2) Körper (3,4) und Verlängerungen (3',4') aus Metall hergestellt sind.
19. Verbindungselement für den Kraftschluss zwischen Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Platte (2) Körper (3,4) und Verlängerungen (3',4') aus andern Materialien mit den
erforderlichen Festigkeiten hergestellt sind.