VERSTÄRKUNGSELEMENT, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES DERARTIGEN VERSTÄRKUNGSELEMENTES UND BAUTEIL, AUSGESTATTET MIT EINEM VERSTÄRKUNGSELEMENT

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verstärkungselement, wie es vorzugsweise zur Stabilisierung und Verstärkung von Bauteilen an Bauten zum Einsatz kommen kann, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verstärkungselementes sowie ein mit einem Verstärkungselement ausgestattetes Bauteil.

Stand der Technik

[0002] Verstärkungselemente der hier in Rede stehenden Art sind einerseits bei einem Neubau von erheblicher Bedeutung, um beispielsweise die Erdbebensicherheit des Gebäudes zu gewährleisten. Andererseits können auch ältere Bauten nachträglich mit derartigen Verstärkungselementen ausgestattet werden, weil ein zu verstärkendes Bauteil zum Beispiel durch übergemässe Beanspruchungen Schäden aufweist, die behoben werden müssen. Dabei ist es im Baubereich bekannt, zur Verstärkung von Bauteilen Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit einzusetzen. Hierfür sind insbesondere faserverstärkte Kunststoffe geeignet. Diese weisen neben der genannten hohen Zugfestigkeit auch ein sehr geringes Eigengewicht auf und sind problemlos zu handhaben. Darüber hinaus lassen sich faserverstärkte Kunststoffe sehr einfach verarbeiten. Ein nachträgliches Verstärken von Stahlbeton ist damit ohne Schwierigkeiten möglich. Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK-Werkstoffe) können zum Beispiel in Lamellenform zur Querverstärkung von Brücken, zur Nutzlasterhöhung von Decken und zum Versteifen von Holzkonstruktionen dienen. Auch Stützen und Pfeiler werden mit derartigen, nur wenige Millimeter dicken CFK-Lamellen gesichert.

[0003] Bekannt sind bei der Verarbeitung dieser kohlefaserverstärkten Kunststoffe sowohl kreuzweise ausgerichtete Faserrichtungen als auch unidirektional, also gleichsinnig ausgerichtete Faserverläufe. Neben einem einschichtigen Auftrag auf das zu verstärkende Bauteil sind mehrlagige Anordnungen derartiger faserverstärkter Kunststofflamellen bereits in Anwendung.
Andere Verstärkungselemente, wie Stahllaschen sowie Gewebe aus Kohle- oder Glasfasern werden ebenfalls eingesetzt, um eine Stabilisierung oder Schubverstärkung der zu stabilisierenden Bauteile zu erreichen. Allerdings weisen sämtliche bislang bekannten Systeme Nachteile auf.

[0004] So ist die nachträgliche Stahlverstärkung von Bauteilen im Baubereich durch eine sehr aufwändige Herstellung gekennzeichnet. Ferner ergeben sich hierbei zum Teil erhebliche Korrosionsprobleme. Infolge des relativ hohen Gewichtes einer Stahlverstärkung sind die Applikationen schwierig, das heisst, die Anpassung am Bauteil ist nicht ohne weiteres möglich. Zudem ergeben sich optische Beeinträchtigungen durch derartige Stahlverstärkungen, die bei bestimmten Bauteilen an Gebäuden unerwünscht sind.

[0005] Bei der Verwendung von CFK-Schubwinkeln zur Bauteilverstärkung hat sich herausgestellt, dass dieses rohstoff- und energieintensive Material durch die bisher bekannten Methoden nicht optimal eingesetzt werden kann. Ähnlich verhält es sich bei im Einsatz befindlichen Gewebematerialien. Zudem müssen diese Materialien vielfach unter erheblichem Aufwand nachträglich an dem Bauteil verankert werden. Eine derartige Verankerung wird zumeist mittels zusätzlicher Stahlprofile vorgenommen, die an dem Bauteil befestigt werden müssen und somit zusätzliche Arbeitsgänge erfordern.

[0006] Ein Verstärkungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird in WO 01/51736 A beschrieben.

Darstellung der Erfindung

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verstärkungselemente zur Verstärkung von Bauteilen bereitzustellen, welche die Nachteile bisheriger Verstärkungselemente vermeiden. Darüber hinaus ist ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung eines derartigen Verstärkungselementes ermöglicht.

[0008] Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich jeweils anschliessenden Unteransprüchen angegeben.

[0009] Die Fasern des Verstärkungselementes wird durch den Umformprozess kaum belastet und gestreckt, so dass Vorschädigungen innerhalb des Verstärkungselementes wirksam vermieden werden können. Das Verstärkungselement wirkt wie ein freies Zugglied ohne Verbund. Es kann sowohl zur Vermeidung von Brüchen an Bauteilen im Baubereich eingesetzt werden, als auch, um diese Bauteile vorsorglich vor Beschädigungen aufgrund sich einstellender Alterungsprozesse zu schützen. Zudem ermöglicht das erfindungsgemässe Verstärkungselement eine Erhöhung der Belastbarkeit der mit diesem Verstärkungselement ausgestatteten Bauteile. Das Verstärkungselement ist flexibel einsetzbar und kann ohne grossen Aufwand an den zu verstärkenden Bauteilen vorgesehen werden.

[0010] Durch dieses Verstärkungselement mit einem Umformbereich in einem spitzen Winkel α werden die Fasern des Verstärkungselementes weniger geknickt respektive gestreckt als bei der Herstellung herkömmlicher Schubwinkel welche mit einem Winkel α = 90° hergestellt werden. Dadurch werden die Fasern, insbesondere hochmodulige Kohlenstoff-Fasern, nicht vorgeschädigt. Der Unformprozess ist zudem einfacher als wenn die Profile mit einem Winkel α = 90° hergestellt würden. Somit wird durch die erfindungsgemässen Verstärkungselemente die Effizienz verbessert und ein System zur Verfügung gestellt, welche alle Vorteile bezüglich Kosten und Materialeinsatz kombiniert.

[0011] Das erfindungsgemässe Verstärkungselement kann durch einen Umformprozess in die gewünschte Form gebracht werden, bevor es an einem Bauteil befestigt wird. Somit steht ein Verstärkungselement zur Verfügung, das unmittelbar auf das zu verstärkende Bauteil aufgelegt und mit diesem verbunden werden kann.

[0012] Da das Verstärkungselement vorgefertigt werden kann, entsteht der Herstellungsaufwand nicht in der Bauphase, also nicht vor Ort am Bauwerk, so dass sich hieraus in der Bauphase erhebliche Zeit- und damit Kostenvorteile ergeben.

[0013] Das Profil kann gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ein Flachprofil, ein U-Profil, ein T-Profil oder ein L-Profil sein. Massgeblich für die Wahl des Profils ist dabei ausschliesslich die mittels des Verstärkungselementes zu erreichende Festigkeit sowie die Anpassbarkeit an das zu verstärkende Bauteil.

[0014] In jedem Fall ist das Verstärkungselement unter einem Winkel α in Bezug auf die Längserstreckung anbringbar und erfüllt damit den allgemeinen Erfindungsgedanken.

[0015] Als Bauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei insbesondere Tragwerke, Teile von Tragwerken oder Unterzüge als Teile von Gebäuden im Baubereich zu verstehen. Die genannten Unterzüge werden an Stahlbetondecken, Brückenträgern, beispielsweise in Längs- und/oder Querrichtung vorgesehen und dienen zum Beispiel auch der Verstärkung von Wandausbrüchen oder Wandöffnungen. Ebenso kann ein erfindungsgemässes Verstärkungselement beim Versetzen von Stürzen, wie Fenster- oder Türstürzen, zum Einsatz kommen.
Die Vielfältigkeit der vorliegenden Anwendungsbereiche zeigt auch die Möglichkeiten der Wahl unterschiedlicher Querschnitte eines derartigen Bauteils. So kann es einen polygonalen oder zykloiden Querschnitte aufweisen.

[0016] Zur Verbesserung der Verbindung zwischen Verstärkungselement und zu verstärkendem Bauteil, im Sinne einer hohen Dauerfestigkeit, kann das Verstärkungselement zumindest an einem seiner Enden ein Verankerungsteil aufweisen. Dieses Verankerungsteil dient einer zusätzlichen Befestigung des Verstärkungselementes an dem zu verstärkenden Bauteil.

[0017] Gemäss einer Ausgestaltung dieser Erfindung kann das Verankerungsteil von dem Querschnitt des Profils ausgehend in einen polygonalen oder zykloiden Querschnitt übergehen. Somit weist nicht nur das Profil selbst, sondern auch das Verankerungsteil einen polygonalen oder zykloiden Querschnitt auf.

[0018] Zur weiteren Verbesserung der Verbindungsmöglichkeit zwischen dem Verstärkungselement und dem zu verstärkenden Bauteil ist es darüber hinaus sinnvoll, wenn das Verankerungsteil mehrgliedrig ausgeführt wird. Mehrgliedrig bedeutet hierbei, dass das Ende des Verankerungsteiles in einzelne Segmente oder Abschnitte unterteilt wird oder im einfachsten Fall zumindest eine Ausnehmung aufweist. Dies kann genutzt werden, um beispielsweise ein Befestigungselement aufzunehmen oder ein solches Befestigungselement durch die somit gebildeten Öffnungen oder Ausnehmungen hindurch zu führen.

[0019] Dementsprechend wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Verankerungsteil eine zu der Aufnahme oder Durchführung eines Befestigungselementes geeignete Geometrie aufweist. Im Sinne der Erfindung kann ein Befestigungselement ein Dübel, eine Schraube, ein Niet oder ein ähnliches Mittel darstellen. Dieses muss lediglich geeignet sein, eine lösbare oder dauerhaft feste Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem zu verstärkenden Bauteil im Bereich des Verankerungsteiles zu erzeugen.

[0020] In einer anderen Verbindungsart ist das Verankerungsteil in eine Ausnehmung des Bauteils einsetzbar. Diese zwar mit einem geringfügigen Mehraufwand verbundene Verbindungsvariante zwischen Verstärkungselement und zu verstärkendem Bauteil ermöglicht eine sehr stabile und dauerhaft feste Verbindung der genannten Bauteile. Allerdings ist es hierfür erforderlich, in dem zu verstärkenden Bauteil eine entsprechende Ausnehmung vorzusehen, in die das Verankerungsteil eingreifen kann.

[0021] Um eine den auftretenden Belastungen gerecht werdende Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem zu verstärkenden Bauteil zu erzeugen, ist es von besonderem Vorteil, zwischen diesen Elementen eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Eine stoffschlüssige Verbindung kann dabei beispielsweise eine Klebeverbindung sein. Wird das Verstärkungselement aus thermoplastischem oder duroplastischem Matrixharz erzeugt, so ist dieses im Rohzustand flüssig und verfestigt sich bei oder nach der Verarbeitung. Das Matrixharz wird auf das zu verstärkende Bauteil aufgetragen und verbindet sich stoffschlüssig mit diesem, indem es aushärtet. Die so geschaffene Verbindung ist witterungsbeständig und entspricht den an das zu verstärkende Bauteil gestellten Anforderungen.

[0022] Bevorzugt wird das Verstärkungselement durch hochmodulige Kohlenstofffasern gebildet, wobei die Faserrichtung des Verstärkungselementes unidirektional ausgerichtet sein kann.

[0023] Als Verstärkungselement kann ein FRP-Element (Fibre-Reinforced-Polymer-Element) zum Einsatz kommen. Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung ist das Verstärkungselement ein FRP-Zugelement oder ein FRP-Schubwinkel. Diese vorgenannten Ausführungsvarianten des Verstärkungselementes ermöglichen die eingangs bereits beschriebenen Vorteile, dass das Verstärkungselement vor Aufbringung auf das zu verstärkende Bauteil gefertigt werden kann und nicht erst an der Baustelle beziehungsweise am Bauteil erzeugt werden muss.

[0024] Um die an das zu verstärkende Bauteil gestellten Anforderungen optimal erfüllen zu können, besteht das Verstärkungselement insbesondere aus Kohle-, Glas-, Aramit- oder Basaltfasermaterial mit einem hohen Exa-Wert und hoher Zugfestigkeit.

[0025] Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

1. Herstellung eines faserverstärkten Profils, vorzugsweise eines Flachprofils,

2. Umformung des Profils, so dass dieses mindestens einen Umformbereich aufweist, wobei die Umformung des Umformbereiches mittels partieller thermischer Erhitzung des Umformbereiches erfolgt und wobei der Umformbereich in einem Schnitt der Profilebene mit einer gedachten senkrecht auf der Profilebene stehenden Ebene liegt, wobei diese senkrecht auf der Profilebene stehende Ebene in einem spitzen Winkel α gegen die Längsrichtung des Profils verdreht ist.

[0026] Die Vorfertigung des Verstärkungselementes im Sinne des vorgenannten Verfahrens weist die Vorteile auf, dass eine faserschonende Bearbeitung des Faserverbundwerkstoffes möglich wird. Somit stellen sich keine Beschädigungen des Profils ein und dieses erfüllt im Vergleich mit bekannten Lösungen wesentlich höhere Festigkeitsanforderungen. Damit sind folglich höhere Stabilisierungswirkungen des zu verstärkenden Bauteils erreichbar, als dies bei bekannten Ausführungen der Fall ist.

[0027] Gemäss einem weiteren Vorschlag wird darüber hinaus davon ausgegangen, dass wenigstens ein Verankerungsteil an zumindest einem Ende des Verstärkungselementes angeformt wird. Die Anformung kann dabei in einem oder in mehreren aufeinander folgenden Arbeitsschritten erfolgen. Somit wird das Verankerungsteil unmittelbar aus dem Verstärkungselement herausgearbeitet. Es ergibt sich eine einheitliche Stoffstruktur, was sich insgesamt positiv auf die Festigkeitswerte des Verstärkungselementes auswirkt.

[0028] Als Umformprozesse für die Erzeugung des Umformbereiches des Verstärkungselementes kommen Handlaminieren, Vakuum-Back-Molding, Heisspressen, Thermoformen, Pressformen, Wickeln oder ein Tape-Legeverfahren zum Einsatz.

[0029] Besondere Vorteile hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften ergeben sich gemäss einer Weiterentwicklung des zuvor genannten Verfahrens auch dadurch, dass die einzelnen Schichten des insgesamt mehrschichtig ausgeführten Verstärkungselementes diskontinuierlich oder kontinuierlich übereinander geschichtet und unter Einfluss von Temperatur und Druck miteinander verpresst beziehungsweise gemeinsam geformt werden, um anschliessend durch einen Abkühlungsvorgang das fertige Verstärkungselement zu erzeugen.

[0030] Eine besonders vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit eines erfindungsgemässen Verstärkungselementes, wie es zuvor eingehend näher beschrieben wurde, lässt sich für ein Tragwerk, ein Tragwerksteil oder einen Unterzug eines Bauwerkes angeben.

[0031] Demgemäss ist auch ein Bauteil mit einem erfindungsgemässen Verstärkungselement Gegenstand der Erfindung, wobei das Verstärkungselement bezogen auf die Längserstreckung des Bauteils unter einem Winkel α an dem Bauteil befestigt ist. Verstärkungselement und Bauteil sind gemäss einer Ausgestaltung dieses Bauteils stoffschlüssig miteinander verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann durch die dem faserverstärkten Kunststoff inhärente Klebewirkung oder einen separaten Klebewerkstoff erzeugt werden.

[0032] Ein erfindungsgemässes Bauteil mit einem Verstärkungselement ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement zumindest ein an dem Verstärkungselement vorhandenes Verankerungsteil aufweist und über dieses Verankerungsteil mittels eines Befestigungselementes eine Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem Bauteil gebildet wird. Diese Verbindung kann eine lösbare oder eine dauerhaft feste Verbindung sein.

[0033] Ebenso ist es entsprechend einer Ausgestaltung möglich, dass das Bauteil mit dem Verstärkungselement zumindest ein an dem Verstärkungselement vorhandenes Verankerungsteil aufweist, das in eine Ausnehmung des Bauteils einsetzbar ist.

[0034] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine mechanische Umkehr der Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente der Verbindung zu bewirken.

[0035] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0036] Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0037] Es zeigen:

FIG 1A:

Ein erfindungsgemässes Verstärkungselement in Form eines Flachprofils als Rohteil;

FIG 1B:

Ein erfindungsgemässes Verstärkungselement in Form eines Flachprofils als Roh- und Fertigteil;

FIG 2:

Einen Stadienplan zur Herstellung eines anderen erfindungsgemässen Verstärkungselementes aus einem Rundprofil;

FIG 3:

Die Erzeugung eines weiteren erfindungsgemässen Verstärkungselementes, das aus zwei Rundprofilen hergestellt wird;

FIG 4:

Ein weiteres Verstärkungselement mit einem speziell geformten Verankerungsteil;

FIG 5:

Ein Bauteil, ausgestattet mit einem erfindungsgemässen Verstärkungselement.

[0038] Es sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0039] In der Figur 1A ist ein Verstärkungselement als Rohteil schematisch dargestellt. Das Rohteil ist ein Flachprofil 1 aus einem sogenannten Prepreg auf Basis von thermoplastischen oder duroplastischen Matrizes erzeugt. Der Faserverlauf ist bei einem derartigen Bauteil bevorzugt unidirektional. Das gezeigte Profil 1 weist einen Umformbereich 2 auf. Dieser Umformbereich ist in einem Winkel α gegenüber der Längsrichtung des Profiles 1 verdreht. Der Umformbereich 2 ist dabei so definiert, dass er der Schnitt der Profilebene mit einer gedachten, senkrecht auf der durch das Profil gebildeten Profilebene stehenden Ebene ist, wobei diese senkrecht auf der Profilebene stehende Ebene im Winkel α gegen die Längsrichtung des Profils und somit der allfälligen unidirektionalen Fasern verdreht ist. Der Winkel α ist dabei ein spitzer Winkel und liegt im Bereich von 20 bis 70°, bevorzugt im Bereich von 30 bis 60°, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 50°, meist bevorzugt 45°.

[0040] In der Figur 1B ist ein Stadienplan zur Herstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verstärkungselementes dargestellt. Zunächst wird ein als Flachprofil erzeugtes Profil 1 aus einem sogenannten Prepreg auf Basis von thermoplastischen oder duroplastischen Matrizes erzeugt. Der Faserverlauf ist bei einem derartigen Bauteil bevorzugt unidirektional. Das gezeigte Profil 1 weist einen Umformbereich 2 auf, der durch eine lokale kurzzeitige Erhitzung entsteht. Somit kann ein lokal begrenzter Abschnitt in seinen Materialeigenschaften geändert werden, um dadurch das um α geneigte FRP-Profil zu erzeugen. Die einzelnen Schichten des Prepregs können diskontinuierlich oder kontinuierlich übereinander geschichtet und unter dem Einfluss von Temperatur und Druck miteinander verpresst beziehungsweise zu einem einteiligen Bauteil geformt werden. Sofern eine Erwärmung stattgefunden hat, ist eine abschliessende Abkühlung erforderlich.

[0041] Darüber hinaus ist die Verwendung von unidirektional verstärkten thermoplastischen Flachprofilen als Ausgangsmaterialien zu erwähnen, die nur im vorgesehenen Krümmungsbereich erwärmt und entsprechend umgeformt werden. Die Höhe der Erwärmungstemperatur wird dabei so eingestellt, dass die Kunststoffmatrix lokal und zeitlich begrenzt aufweichen kann, wobei der Erweichungszustand bis in einen Verflüssigungsbereich erfolgen kann. Nach der Umformung des Flachprofils zu dem um α geneigten FRP-Schubwinkel erfolgt eine kurzzeitige Abkühlung, so dass das Profil 1 in seiner Endposition verbleibt und so unmittelbar auf das zu verstärkende Bauteil aufgebracht werden kann.

[0042] Durch den so erzeugten Schubwinkel mit einem spitzen Winkel α werden die Fasern des Verstärkungselementes weniger geknickt respektive gestreckt als bei der Herstellung herkömmlicher Schubwinkel welche mit einem Winkel α = 90° hergestellt werden. Dadurch werden die Fasern, insbesondere hochmodulige Kohlenstoff-Fasern, nicht vorgeschädigt. Der Unformprozess ist zudem einfacher als wenn die Profile mit einem Winkel α = 90° hergestellt würden. Somit wird durch die erfindungsgemässen Verstärkungselemente die Effizienz verbessert und ein System zur Verfügung gestellt, welche alle Vorteile bezüglich Kosten und Materialeinsatz kombiniert.

[0043] Eine andere Variante zur Erzeugung eines erfindungsgemässen Verstärkungselementes ist als Stadienplan in der Figur 2 detailliert gezeigt. Als Ausgangsmaterialien für diesen FRP-Schubwinkel mit spitzen Winkel α und mit einem umgeformten Verankerungsteil 4 dienen bevorzugt unidirektional verstärkte thermoplastische Rundprofile, welche die gleiche Querschnittsfläche wie das Endprodukt aufweisen. Derartige Rundprofile werden mit Ausnahme des Verankerungsteils nochmals erwärmt und zu einem Flachprofil gepresst. Das Profil 1 im linken Bildteil der Figur 2 stellt dabei das Rundprofil als Rohteil und das Profil 1 in der Mitte der Figur 2 das bereits gepresste Flachprofil mit dem noch unverformten Verankerungsteil 4 dar. Anschliessend wird nur in dem hierfür vorgesehenen Umformbereich 2 eine lokale Erwärmung für eine begrenzte Zeit vollzogen, so dass der Umformbereich 2, gemäss der dritten Darstellung auf der rechten Seite in Figur 2, auf das vorgegebene Winkelmass umgeformt werden kann. Die Temperatur sowie die Druckverhältnisse werden während der Umformung derartig eingestellt, dass sich die Kunststoffmatrix für einen begrenzten Zeitraum in dem Umformbereich 2 erweichen beziehungsweise verflüssigen lässt. Nach der Verformung des Umformbereiches 2 erfolgt die Abkühlung des Profils 1. Abschliessend wird das Verankerungsteil 4 in seine endgültige Form gebracht. Bei dem Beispiel der Figur 2 ist im letzten, unteren Bildteil der Ausschnitt A vergrössert gezeigt. Hier ist erkennbar, dass das zunächst einem zykloiden Querschnitt aufweisende Verankerungsteil 4 nunmehr in eine flache Form gepresst wurde.

[0044] Wie aus der Darstellung der Figur 3 ersichtlich ist, kann das erfindungsgemässe Verstärkungselement insgesamt auch aus zwei einzelnen Rundprofilen 1.1 und 1.2 erzeugt werden. Dabei bieten sich unterschiedliche Vorgehensweisen an.

[0045] So kann zunächst zwischen den Rundprofilen 1.1 und 1.2 ein schichtweises Auftragen von flachen Streifen des Faserverbundwerkstoffes erfolgen, so dass insgesamt das in der Mitte der Figur 3 gezeigte Flachprofil 1 erzeugt wird, das lediglich an seinen Enden zwei fingerartige Verankerungsteile 4.1 und 4.2 aufweist. Zwischen diesen fingerartigen Verankerungsteilen 4.1 und 4.2 ist eine für das Befestigungselement 5 vorgesehene Ausnehmung 6 vorhanden. Nachdem dieses Flachprofil 1 erzeugt wurde, erfolgt wie bereits bei den zuvor genannten Ausführungsvarianten eingehend beschrieben, eine lokale und zeitlich begrenzte Erwärmung des Umformbereiches 2, so dass das Profil 1 im Bereich dieses Umformbereiches 2 in seine Endlage gebracht werden kann. Das erfindungsgemässe Verstärkungselement ist mit wenigen Verfahrensschritten einfach und unkompliziert herstellbar.

[0046] Eine weitere Variante besteht darüber hinaus darin, die ursprünglichen Rundprofile 1.1 und 1.2 durch einen entsprechend geeigneten Umformvorgang in ein Flachprofil 1 zu überführen. Dabei kann eine Erwärmung vorgesehen werden.

[0047] Die besondere Gestaltung des Verstärkungselementes gemäss Figur 4 besteht darin, dass das Verankerungsteil 4 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Darüber hinaus wurde dieses Verankerungsteil 4 in Bezug auf das Profil 1, welches in Figur 4 bereits im Bereich des Umformbereiches 2 umgeformt wurde, nochmals abgeknickt, sodass sich ein mehrfach gekrümmtes Profil 1 ergibt. Das heisst, hier weist das Profil 1 einen zweiten Umformbereich 2, der in der Figur 4 nicht näher bezeichnet wurde, auf.

[0048] Einen Anwendungsfall für die vorliegende Erfindung zeigt beispielhaft die Figur 5. Darin ist ein Bauteil 3, das vorliegend aus einem einfachen, im Querschnitt rechteckigen Balken besteht, mit einem erfindungsgemässen Verstärkungselement versehen. Das Verstärkungselement besteht aus dem Profil 1 und zwei Verankerungsteilen 4.1 und 4.2. Diese Verankerungsteile 4.1 und 4.2 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Ausnehmungen des Bauteils 3 eingebracht und darin verankert. Das Profil 1 weist jeweils in Bezug auf die Längserstreckung des zu verstärkenden Bauteils 3 den gleichen Winkel α auf wie der Umformbereich 2. Dieser genannte Winkel bezieht sich jeweils auf die Längserstreckung der mit dem Verstärkungselement versehenen Seitenfläche des zu verstärkenden Bauteils 3.

Bezugszeichenliste

[0049] 

α

Winkel

1, 1.1, 1.2

Profil

2

Umformbereich

3

Bauteil

4, 4.1, 4.2

Verankerungsteil

5

Befestigungselement

6

Ausnehmung

Ansprüche

1. Verstärkungselement, insbesondere Schubwinkel, bestehend aus einem Profil (1, 1.1, 1.2) aus faserverstärktem Material mit einem Umformbereich (2), wobei das Profil (1, 1.1, 1.2) eine Profilebene mit einer darin liegenden Längsrichtung definiert und wobei das Profil (1, 1.1, 1.2) in diesem Umformbereich (2) verformt ist und damit das Verstärkungselement dreidimensional ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Umformbereich (2) in einem Schnitt der Profilebene mit einer gedachten senkrecht auf der Profilebene stehenden Ebene liegt, wobei diese senkrecht auf der Profilebene stehende Ebene in einem spitzen Winkel(α)gegen die Längsrichtung des Profils (1, 1.1, 1.2) verdreht ist.

2. Verstärkungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das der Winkel (α) im Bereich von 20 bis 70°, bevorzugt im Bereich von 30 bis 60°, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 50°, liegt.

3. Verstärkungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Profil (1, 1.1, 1.2) ein Flachprofil, ein U-Profil, ein T-Profil oder ein L-Profil ist.

4. Verstärkungselement nach einem der zuvor genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement an zumindest einem seiner Enden ein Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) aufweist, wobei insbesondere das Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) von dem Querschnitt des Profils (1, 1.1, 1.2) in einen polygonalen oder cycloiden Querschnitt übergeht.

5. Verstärkungselement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) mehrgliedrig ist, und/oder dass das Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) eine zur Aufnahme oder Durchführung eines Befestigungselementes (5) insbesondere eines Dübels, einer Schraube oder eines Nietes, geeignete Geometrie aufweist.

6. Verstärkungselement nach einem der zuvor genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement aus thermoplastischem oder duroplastischem Matrixharz besteht.

7. Verstärkungselement nach einem der zuvor genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement durch hochmodulige Kohlenstoff-Fasern und/oder Kohle-, Glas-, Aramid- oder Basaltfasermaterial mit hohem ExA-Wert und hoher Zugfestigkeit gebildet wird.

8. Verstärkungselement nach einem der zuvor genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Faserrichtung des Verstärkungselementes unidirektional ausgerichtet ist.

9. Verstärkungselement nach einem der zuvor genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement ein Schubwinkel ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes nach einem der vorstehend genannten Ansprüche,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Herstellung eines Profils (1, 1.1, 1.2) aus faserverstärktem Material, vorzugsweise eines Flachprofils,

- Umformung des Profils (1, 1.1, 1.2), so dass dieses mindestens einen Umformbereich (2) aufweist, wobei die Umformung des Umformbereiches (2) mittels partieller thermischer Erhitzung des Umformbereiches (2) erfolgt und wobei der Umformbereich (2) in einem Schnitt der Profilebene mit einer gedachten senkrecht auf der Profilebene stehenden Ebene liegt, wobei diese senkrecht auf der Profilebene stehende Ebene in einem spitzen Winkel α gegen die Längsrichtung des Profils (1, 1.1, 1.2) verdreht ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) an zumindest einem Ende des Verstärkungselementes angeformt wird.

12. Verwendung eines Verstärkungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für ein Tragwerk, ein Tragwerksteil oder einen Unterzug eines Bauwerkes.

13. Bauteil mit einem Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (3) einen polygonalen oder cycloiden Querschnitt aufweist.

14. Bauteil nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement bezogen auf die Längserstreckung des Bauteils (3) unter dem Winkel (α) an dem Bauteil (3) befestigt ist, wobei der Winkel (α) im Bereich von 20 bis 70°, bevorzugt im Bereich von 30 bis 60°, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 50°, liegt.

15. Bauteil nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement stoffschlüssig mit dem Bauteil (3) verbunden ist.

16. Bauteil nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungselement zumindest ein an dem Verstärkungselement vorhandenes Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) aufweist und über dieses Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) mittels eines Befestigungselementes (5) eine Verbindung zwischen Verstärkungselement und Bauteil (3) gebildet ist, wobei insbesondere das zumindest eine an dem Verstärkungselement vorhandene Verankerungsteil (4, 4.1, 4.2) in eine Ausnehmung (6) des Bauteiles (3) einsetzbar ist.

Claims

1. Reinforcing element, in particular a shear connector, comprising a profile (1, 1.1, 1.2) of fibre reinforced material, with a forming region (2), the profile (1, 1.1, 1.2) defining a profile plane with a longitudinal direction lying therein and the profile (1, 1.1, 1.2) being deformed in this forming region (2), and the reinforcing element consequently being of a three-dimensional form, characterized in that the forming region (2) lies in an intersection of the profile plane with an imaginary plane perpendicular to the profile plane, this plane that is perpendicular to the profile plane being rotated at an acute angle (α) with respect to the longitudinal direction of the profile (1, 1.1, 1.2).

2. Reinforcing element according to Claim 1, characterized in that the angle (α) lies in the range from 20 to 70°, preferably in the range from 30 to 60°, particularly preferably in the range from 40 to 50°.

3. Reinforcing element according to Claim 1 or 2, characterized in that the profile (1, 1.1, 1.2) is a flat profile, a U profile, a T profile or an L profile.

4. Reinforcing element according to one of the aforementioned claims, characterized in that the reinforcing element has an anchoring part (4, 4.1, 4.2) at at least one of its ends, the anchoring part (4, 4.1, 4.2) particularly graduating from the cross section of the profile (1, 1.1, 1.2) into a polygonal or cycloidal cross section.

5. Reinforcing element according to Claim 4, characterized in that the anchoring part (4, 4.1, 4.2) is multimembered, and/or in that the anchoring part (4, 4.1, 4.2) has a geometry suitable for receiving or passing through a fastening element (5), in particular a dowel, a screw or a rivet.

6. Reinforcing element according to one of the aforementioned claims, characterized in that the reinforcing element consists of a thermoplastic or thermosetting matrix resin.

7. Reinforcing element according to one of the aforementioned claims, characterized in that the reinforcing element is formed by high modulus carbon fibres and/or carbon, glass, aramid or basalt fibre material with a high ExA value and high tensile strength.

8. Reinforcing element according to one of the aforementioned claims, characterized in that the direction of the fibres of the reinforcing element is unidirectionally oriented.

9. Reinforcing element according to one of the aforementioned claims, characterized in that the reinforcing element is a channel shear connector.

10. Method for producing a reinforcing element according to one of the aforementioned claims, characterized by the following method steps:

- production of a profile (1, 1.1, 1.2) from fibre reinforced material, preferably a flat profile,

- forming of the profile (1, 1.1, 1.2), so that it has at least one forming region (2), the forming of the forming region (2) taking place by means of partial thermal heating of the forming region (2) and the forming region (2) lying in an intersection of the profile plane with an imaginary plane perpendicular to the profile plane, this plane that is perpendicular to the profile plane being rotated at an acute angle α with respect to the longitudinal direction of the profile (1, 1.1, 1.2).

11. Method for producing a reinforcing element according to Claim 10, characterized in that at least one anchoring part (4, 4.1, 4.2) is formed onto at least one end of the reinforcing element.

12. Use of a reinforcing element according to one of Claims 1 to 9 for a load-bearing structure, part of a load-bearing structure or a joist of a building.

13. Component with a reinforcing element according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the component (3) has a polygonal or cycloidal cross section.

14. Component according to Claim 13, characterized in that the reinforcing element is fastened to the component (3) at the angle (α) with respect to the longitudinal extent of the component (3), the angle (α) lying in the range from 20 to 70°, preferably in the range from 30 to 60°, particularly preferably in the range from 40 to 50°.

15. Component according to Claim 13 or 14, characterized in that the reinforcing element is integrally connected to the component (3).

16. Component according to one of Claims 13 to 15, characterized in that the reinforcing element has at least one anchoring part (4, 4.1, 4.2) present on the reinforcing element and this anchoring part (4, 4.1, 4.2) is used to form a connection between the reinforcing element and the component (3), by means of a fastening element (5), the at least one anchoring part (4, 4.1, 4.2) that is present on the reinforcing element particularly being insertable into a clearance (6) in the component (3).

Revendications

1. Elément de renforcement, en particulier cale de poussée, constitué d'un profilé (1, 1.1, 1.2) en matériau renforcé par des fibres, avec une zone de déformation (2), le profilé (1, 1.1, 1.2) définissant un plan de profilé avec une direction longitudinale dans celui-ci, et le profilé (1, 1.1, 1.2) étant déformé dans cette zone de déformation (2), et l'élément de renforcement étant réalisé de ce fait sous forme tridimensionnelle,
caractérisé en ce que
la zone de déformation (2) se situe dans une intersection du plan de profilé avec un plan imaginaire perpendiculaire au plan de profilé, ce plan perpendiculaire au plan de profilé étant tourné d'un angle aigu (α) par rapport à la direction longitudinale du profilé (1, 1.1, 1.2).

2. Elément de renforcement selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'angle (α) se trouve dans une plage de 20 à 70°, de préférence dans une plage de 30 à 60°, et particulièrement préférablement dans une plage de 40 à 50°.

3. Elément de renforcement selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
le profilé (1, 1.1, 1.2) est un profilé plat, un profilé en U, un profilé en T, ou un profilé en L.

4. Elément de renforcement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement présente au moins sur l'une de ses extrémités une partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2), la partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2) se prolongeant notamment depuis la section transversale du profilé (1, 1.1, 1.2) en une section transversale polygonale ou cycloïde.

5. Elément de renforcement selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
la partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2) est en plusieurs parties et/ou en ce que la partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2) présente une géométrie adaptée pour recevoir ou pour faire passer un élément de fixation (5), notamment une cheville, une vis ou un rivet.

6. Elément de renforcement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement se compose d'une résine matricielle thermoplastique ou duroplastique.

7. Elément de renforcement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement est formé par des fibres de carbone de module élevé et/ou par un matériau en fibres de carbone, de verre, d'aramide ou de basalte avec une valeur ExA élevée et une grande résistance à la traction.

8. Elément de renforcement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'orientation des fibres de l'élément de renforcement est unidirectionnelle.

9. Elément de renforcement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement est une cale de poussée.

10. Procédé de fabrication d'un élément de renforcement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par les étapes de procédé suivantes :

- fabrication d'un profilé (1, 1.1, 1.2) en matériau renforcé par des fibres, de préférence d'un profilé plat,

- déformation du profilé (1, 1.1, 1.2) de telle sorte que celui-ci présente au moins une zone de déformation (2), la déformation de la zone de déformation (2) s'effectuant au moyen d'un chauffage thermique partiel de la zone de déformation (2) et la zone de déformation (2) se trouvant dans une intersection du plan de profilé avec un plan imaginaire perpendiculaire au plan de profilé, ce plan perpendiculaire au plan de profilé étant tourné d'un angle aigu (α) par rapport à la direction longitudinale du profilé (1, 1.1, 1.2).

11. Procédé de fabrication d'un élément de renforcement selon la revendication 10,
caractérisé en ce
qu'au moins une partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2) est formée à au moins une extrémité de l'élément de renforcement.

12. Utilisation d'un élément de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 pour un bâti porteur, un poste porteur ou un entrait d'une maçonnerie.

13. Composant comprenant un élément de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que
le composant (3) présente une section transversale polygonale ou cycloïde.

14. Composant selon la revendication 13,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement est fixé au composant (3) par rapport à l'étendue longitudinale du composant (3), suivant un angle (α), l'angle (α) étant dans une plage de 20 à 70°, de préférence dans une plage de 30 à 60°, et particulièrement préférablement dans une plage de 40 à 50°.

15. Composant selon la revendication 13 ou 14,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement est connecté par liaison de matière au composant (3).

16. Composant selon l'une quelconque des revendications 13 à 15,
caractérisé en ce que
l'élément de renforcement présente au moins une partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2) prévue sur l'élément de renforcement, et par le biais de cette partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2), une connexion entre l'élément de renforcement et le composant (3) est établie au moyen d'un élément de fixation (5), l'au moins une partie d'ancrage (4, 4.1, 4.2) prévue sur l'élément de renforcement pouvant notamment être insérée dans un évidement (6) du composant (3).

Zeichnung