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Ganz schön knapp

30.10.2015

Tücken der Technik

Jede Bauweise kennt so ihre Tücken, die weniger erfahrenen Kollegen viel Kummer bereiten können. Eine ganz besonders üble Falle ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Sandwichelementen und Betonbauteilen, wenn eine Bohrschraube zur Befestigung an einer Ankerschiene verwendet wird.

Ankerschiene

Die Ankerschiene besteht aus einem bandverzinktem Stahlblech, dem durch Kaltwalzen die Form einer Rinne aufgezwungen wurde. Es wird im Beton mit angeschweißten Laschen aus Draht verankert. Innenseitig verhindert ein eingeklebter Streifen aus Polystyrol, dass das Profil beim Betonieren gefüllt wird.

Die Ankerschiene muss in die Betondeckung des Stahlbetonteils passen und ist daher gedrungen. Bei dem dargestellten Beispiel, einem vielfach verwendeten handelsüblichen Produkt, verbleibt nach Abzug der Blechdicke ein betonfreier Arbeitsraum von nicht mehr als 19 mm Tiefe. Die minimal erforderliche Betondeckung der Bügelbewehrung beträgt unter Berücksichtigung der Rippen etwa 25 mm, wenn die Ankerschiene nicht aus dem Bauteil herausragen soll.

Bohrschraube

Vorzugsweise werden für die Befestigung von Sandwichelementen Bohrschrauben verwendet.

Diese können in einem Arbeitsgang gesetzt werden:

Die Bohrspitze und -schneide legt das Durchgangsloch in den Deckblechen des Sandwichelementes an und das Kernloch im Steg der Ankerschiene. Der gewindefurchende Teil formt das Gegengewinde im Kernloch und führt das Gewinde im edlen Teil der Schraube in das Gegengewinde. Die Bohrspitze und der Gewindeformer bestehen aus Kohlenstoffstahl, die restliche Schraube aus Edelstahl.

Erst, wenn das Schraubengewinde aus Edelstahl vollständig in das Muttergewinde eingeschraubt worden ist, werden die volle Tragfähigkeit und der erforderliche Korrosionsschutz erreicht. Dementsprechend müssen in dem durch Polystyrol freigehaltenen Arbeitsraum die Bohrspitze und -schneide sowie der Gewindefurcher in seiner vollen Länge untergebracht werden.

Bei der dargestellten Bohrschraube, der Refabo Plus Bimetall RP-K Ø6,3 der Fa. Reisser Schraubentechnik, beträgt die Gesamtlänge des Werkzeuges aus Kohlenstoffstahl 16 mm.

Zu lang

Ist die Schraube zu lang, so stößt die Bohrspitze gegen Beton und der Vortrieb kommt zum Erliegen. Die Schraube verspannt sich zwischen dem Beton und der Ankerschiene.

Vorwiegend werden die Verschraubungen für Sandwichelemente mit einem Anschlagsbegrenzer gesetzt. Dieser greift in diesem Fall nicht oder sehr spät, nämlich erst dann, wenn der Steg der Ankerschiene nach außen gedrückt wurde. Es kommt dann zu einer Überbeanspruchung der Schraube durch das aufgebrachte Schraubmoment und zu Anrissen.

Das Foto des mit Gewalt gebrochenen Gewindes wurde bei der Begutachtung eines derartig gelagerten Schadens aufgenommen. Das übermäßige Drehmoment hat zu Anrissen im Bereich des Gewindes am Einschraubpunkt geführt. Bei einem späteren Starkwindereignis hatte die vermeintlich feste Verbindung versagt, so dass sich Sandwichelemente lösten und aus der Wand herausfielen.

 

Zu kurz 

Ist die Schraube zu kurz, so wird das Gewinde nicht oder nur in Teilen ausgebildet.

Der Anschlagsbegrenzer verhindert, dass die Schraube weiter hineingedreht wird. Dementsprechend werden die vollen Auszugswerte nicht erreicht und es steht zu befürchten, dass die Verbindung durch Abstreifen versagt.

Schmaler Grat

Die Funktion der Befestigung kann nur dann sichergestellt werden, wenn Bohrschraube und Sandwichelement genau aufeinander abgestimmt werden. Besonderheiten wie eine verdeckte Befestigung, die Verwendung von Lastverteilern und Dichtbändern dürfen keinesfalls vernachlässigt werden.

Es bietet sich an, Probemontagen durchzuführen, bei denen die tatsächliche Klemmlänge festgestellt wird. Die festgestellte Klemmlänge lässt Rückschlüsse darauf zu, ob sich die Verbindungen innerhalb der zulässigen Abweichungen liegt. Es kommt immer wieder vor, dass für gegebene Kombinationen von Paneel, Lastverteilung und Dichtband keine Bohrschraube geeigneter Länge gefunden werden kann.

Fehlerabschätzung

Wenn Wohl und Wehe einer im Sinne der Standsicherheit relevanten Verbindung von einigen wenigen Millimetern abhängen, können die möglichen Abweichungen vom Ideal nicht vernachlässigt werden.

Dicke des Sandwichelements

Der Industrieverband für die Bauweise (IFBS Internationaler Verband für den Metallleichtbau) gibt in Schrift IFBS 1.05:2003-11 "Leitfaden zur Beurteilung von Abweichungen bei Bauelementen aus Stahlblech" für Sandwichelemente von nicht mehr als hundert Millimetern Dicke eine zulässige Abweichung von der Nenndicke von zwei Millimetern nach oben wie nach unten vor. Dickere Elemente dürfen drei Millimeter vom Sollmaß abweichen.

Die mittlerweile recht betagte Schrift geht auf verdeckt zu befestigende Elemente nicht ein. Da diese Befestigungen nur randnah - also in den aus Sicht der Produktionstechnik benachteiligten Zonen - angeordnet werden können, würden größere Abweichungen keinesfalls überraschen.

Querwölbung des Sandwichelements

Die bereits angesprochene Leitlinie des IFBS nennt auch Grenzen für das Aufschüsseln der Sandwichelemente in Querrichtung. Für Elemente mit ebenen und mäßig profilierten Deckblechen wird ein Abheben aus der gedachten Lagerlinie von 0,85% der innenseitigen Baubreite zugelassen. Das entspricht bei einem Element von einem Meter Breite einem Stich von 8,5 mm.

In der Praxis weisen Sandwichelemente derartig massive Aufschüsselungen kaum auf. Sie mögen zwar zulässig sein, sind aber kaum akzeptabel im Hinblick auf die Dichtheit und das Erscheinungsbild. Aufgeschüsselte Sandwichelemente lassen sich von geschultem Personal unschwer erkennen und können im Zuge der Bauüberwachung ausgesondert werden.

Länge der Schraube

Die Zulassungen für die Schrauben teilen nur mit, dass die zulässigen Abweichungen der Istlänge von der Sollänge beim Deutschen Institut für Bautechnik hinterlegt seien. Das entspricht der Regelung des DIBt in „Grundsätze für den Übereinstimmungsnachweis für Verbindungselemente im Metalleichtbau (Fassung August 1999)“.

Aus den anlässlich der Zulassungsverfahren durchgeführten Versuchsreihen liegen Protokolle vor, die Schwankungen der Bohrschraubenlängen von einem Millimeter und mehr ausweisen. Die Zahl für große Serien wird dieses Maß übertreffen.

Dicke der Dichtbänder

Prinzipiell lassen sich Dichtbänder auf ein vom Herstellers mitgeteiltes Mindestmaß komprimieren. In der Praxis ist eine volle Komprimierung weder erforderlich noch immer möglich. Eine hinreichende Dichtwirkung wird oft schon bei einer Verminderung der entspannten Dicke um 40% erreicht. Ausgehend von der nach den Zulassungen maximal zulässigen Dicke des Dichtbandes von drei Millimetern, liegen Abweichungen von einem Millimeter im Bereich des Möglichen.

Lage der Ankerschiene

Die Befestigung von Sandwichelementen an Ankerschienen kommt zum Beispiel für Sockelelemente und Stützen, die vorgefertigt werden, in Betracht. Sie werden nahezu immer auf der Einfüllseite nach dem Betonieren eingesetzt, also in den Beton hineingedrückt. Hier hängt es vom Geschick und der Sorgfalt der Ausführenden ab, inwieweit eine Flucht mit der abgeriebenen Betonfläche erreicht wird. Auch eine Verdrehung um die Längsrichtung kann nicht ausgeschlossen werden. Dass sich bei Ausführung in Ortbeton größere Ungenauigkeiten einstellen, entspricht der Erfahrung.

Die anzutreffenden Abweichungen der Lage der Ankerschienen vom Geplanten sind oft erheblich. Gelegentlich werden die Schienen deutlich zu tief eingebaut. Das ist wesentlich ungünstiger als ein Herausragen und birgt die bereits angesprochene Gefahr einer ungenügenden Einschraubtiefe.

Besser nicht

Die Addition aller ungünstigen Annahmen führt zu dem Ergebnis, dass von einer Verwendung von Bohrschrauben zur Befestigung von Sandwichelementen an in Stahlbeton eingelassenen Ankerschienen nur abgeraten werden kann. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung nicht im engen Bereich des Tolerierbaren landet, ist größer als umgekehrt.

Alternative

Selbst bei der Verwendung von Zapfenschrauben – Durchgangslöcher und Kernloch werden in einem gesonderten Arbeitsgang angelegt und die Schraube formt nur noch ihr Gegengewinde – ist Sorgfalt geboten. Auch dieses Verbindungsmittel benötigt ein wenig des Innenraumes der Ankerschiene. Der IFBS teilt dazu in seiner Veröffentlichung „Befestigungstechnik für Sandwichelemente” mit:

Befestigungsmittel mit einem Durchmesser von 6,3 mm sind für Stahlunterkonstruktionen von 1,25 mm bis 6,0 mm und >6,0 mm geeignet. Die spiralförmig umlaufenden Kerben im Gewinde reduzieren die Eindrehmomente in dickere Unterkonstruktionen. Bei Unterkonstruktionsdicken bis 6 mm muss der zylindrische Gewindeteil der Schraube voll eingeschraubt sein und bei dickeren Unterkonstruktionen mindestens 6 mm.

Immerhin besteht, wenn Zapfenschrauben verwendet werden, die Möglichkeit, beim Vorbohren sicherzustellen, dass die Schraube nicht den Beton hinter der Ankerschiene berühren wird.

In der gutachterlichen Praxis treten Schäden im Zusammenhang mit Zapfenschrauben nur selten auf. Das kann allerdings auch dem Umstand geschuldet sein, dass diese Verbinder, die ein Vorbohren erfordern, weniger häufig verwendet werden.

Aussichten

Die Problematik ist in der Branche durchaus bekannt und es wird nach Lösungen gesucht. Fa. Reisser Schraubentechnik arbeitet an einer Bohrschraube mit besonders kurzem Schneid- und Formapparat. Sobald hier Ergebnisse vorliegen, werden wir diesen Beitrag aktualisieren. Interessierte Leser können sich unter "Abonnement" eintragen und werden unter anderem dazu benachrichtigt werden.

Quellen

IFBS 1.05:2003-11 "Leitfaden zur Beurteilung von Abweichungen bei Bauelementen aus Stahlblech" IFBS-Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau, November 2003

IFBS 8.01:2009-04 "Richtlinie für die Planung und Ausführung von Dach-, Wand- und Deckenkonstruktionen aus Metallprofiltafeln" IFBS-Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau, April 2009

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