Beschreibung

Befestigungselement

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Zur Befestigung von Bauteilen an einem Untergrund, beispielsweise aus Beton, werden häufig bekannte Befestigungselemente aus Metall und Kunststoff, wie beispielsweise Bolzenanker, Hülsenanker, Betonschrauben oder Rahmendübel eingesetzt, die in dem Untergrund in einem Bohrloch befestigt werden. Derartige Befestigungsmittel zeigen beispielsweise die Druckschriften DE 10 2004 053 255 A1 , DE 10 2006 053 226 A1 , DE 10 2005 058 391 A1 und DE 101 29 733 A1. Zudem sind Anker mit Klebermasse bekannt, die in einem Bohrloch durch die Klebermasse mit dem Untergrund verbunden sind. Darüber hinaus werden Einbetoniersysteme verwendet, bei denen die Befestigungselemente vor dem Einbringen von Beton in eine Schalung eingesetzt und durch Umgießen mit Beton mit dem Untergrund verbunden werden. Diese Befestigungselemente sind dafür ausgelegt, möglichst große Kräfte von einem Anbauteil in den Untergrund zu übertragen. Bei den Kräften handelt es sich um parallel zur Achse des Befestigungselements wirkende Kräfte, also um Zug- und Druckkräfte, die teilweise zentrisch in Achsrichtung der Befestigungselemente wirken, aber auch um Kräfte, die senkrecht zu dieser Achse wirken. Typischerweise werden die genannten Befestigungselemente auch zur Befestigung von Fassadenkonstruktionen verwendet. Hierbei kommt es häufig vor, dass Teile der Fassade, die vor einer thermischen Dämmschicht im Außenbereich angeordnet sind, mit den Befestigungselementen im Untergrund befestigt werden, der hinter der Dämmschicht liegt. Dabei durchdringen die

Anbauteile und/oder die Befestigungselemente die Dämmschicht, wodurch Wärme- bzw. Kältebrücken mit einem relativ großen Wärmedurchgang entstehen, die bei einer ansonsten gut gedämmten Fassade zu signifikanten Wärme Verlusten führen können.

Um die Wärmeverluste durch die Befestigungselemente zu reduzieren, schlägt beispielsweise die Druckschrift DE 298 06 817 U1 ein Befestigungselement mit guter

thermischer Isolationswirkung, also mit geringem Wärmedurchgang, vor. Das Befestigungselement ist ein Einbetonieranker, der aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Als ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit wird nach dieser Druckschrift ein Kunststoff, insbesondere ein Polyamid angesehen, der durch Fasern verstärkt sein kann. Der Einbetonieranker besteht aus einer Hülse mit einem

Innengewinde als Lastangriffsmittel, in dem eine Schraube befestigbar ist. Die in den Einbetonieranker eingedrehte Schraube ist durch eine dicke Schicht aus Kunststoff umschlossen, wodurch der Wärmedurchgang und somit der mögliche Wärmeverlust durch das Befestigungselement reduziert ist.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 017 459 A1 ist ein System bekannt, bei dem das Befestigungselement ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und stabförmig ausgebildet ist. Es weist an einem Ende eine in Achsrichtung verlaufende Bohrung als Lastangriffsmittel zur Aufnahme eines Befestigungsmittels auf, beispielsweise eines Bolzenankers, einer Schraube oder eines in das

Befestigungselement eingeklebten Ankers. Das Befestigungselement selbst ist in einem Bohrloch im Untergrund mit einer Klebermasse befestigt. Es durchdringt die Dämmschicht vollständig. Um die Wärmeverluste durch das Befestigungselement möglichst klein zu halten, endet die Bohrung zur Aufnahme des Befestigungsmittels in der Dämmschicht und reicht nicht bis zum Untergrund. Somit ist auch hier das

Befestigungsmittel durch eine dicke Schicht aus Kunststoff umschlossen und der Wärmedurchgang ist reduziert.

Ein ebenfalls stabförmiges Befestigungselement zeigt die Druckschrift DE 10 2006 052 648 A1. Es handelt sich um einen Anker aus Stahl, der mit einer

Klebermasse in einem Bohrloch im Untergrund befestigt ist. Der Anker ist zumindest teilweise durch einem Kunststoff, beispielsweise einem Polyethylenterephtalat (PETP), umhüllt, das einen großflächigen Isoliermantel bildet.

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass durch den Einsatz von Kunststoffen ein

Kompromiss zwischen reduziertem Wärmedurchgang und übertragbaren Kräften eingegangen werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Befestigungselement vorzuschlagen, das bei einer signifikanten Verringerung des Wärmedurchgangs weiterhin große Kräfte von einem

Anbauteil in den Untergrund übertragen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Befestigungselement zur übertragung von zentrischen Zugkräften mit einem Lastangriffsmittel weist einen Verankerungsbereich mit einem Lastabtragungsbereich und einem Dämmbereich auf. Der Lastabtragungsbereich zur

übertragung der Kräfte von dem Befestigungselement in den Untergrund besteht aus einem Material mit einer Druckfestigkeit die größer als 0,5 N/mm ² ist. Dadurch ist gewährleistet, dass relativ große Kräfte von dem Befestigungselement aufgenommen und über den Lastabtragungsbereich des Verankerungsbereichs in den Untergrund übertragen werden können. Ausgehend von der Erkenntnis, dass nicht alle Bereiche des

Verankerungsbereichs zur Lastabtragung notwendig sind, weist der Verankerungsbereich zudem einen Dämmbereich auf, der aus einem Dämmstoff besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,20 W/(mK), insbesondere kleiner als 0,15 W/(mK) ist. Durch den Dämmbereich wird der Wärmedurchgang von einem mit dem Befestigungselement befestigten Anbauteil durch das Befestigungselement in den

Untergrund und in umgekehrter Richtung stark reduziert. Der Dämmstoff kann eine Druckfestigkeit aufweisen, die geringer ist als die Druckfestigkeit des Materials im Lastabtragungsbereich. Dabei ist es unerheblich, ob der Dämmstoff mit dem Befestigungselement oder nachträglich in den Untergrund eingebracht wird. Der Dämmstoff kann direkt am Befestigungselement angeordnet sein, oder nach dem

Einbringen des Befestigungselements, beispielsweise durch Ausschäumen, an das Befestigungselement angebracht werden.

Die Wärmeleitfähigkeit, das Vermögen eines Stoffes Energie in Form von Wärme zu transportieren, ist in diesem Zusammenhang definiert als der Wärmestrom der einen

Körper bestimmter Geometrie pro Zeiteinheit bei einem definierten Temperaturgefälle durchfließt. Die Einheit, in der die Wärmeleitfähigkeit angegeben wird, ist Watt pro Meter und Kelvin, W/(mK). So wird im Allgemeinen die Wärmeleitfähigkeit von Stahl mit circa

50 W/(mK) und die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl mit circa 15 W/(mK) angegeben. Kunststoffe liegen in Regelfall bei einer Wärmeleitfähigkeit von circa 0,25 W/(mK). Für

PETP liegt die Wärmeleitfähigkeit laut Herstellerangaben bei circa 0,24 W/(mK) und für einen faserverstärkten Kunststoff bei circa 0,35 W/(mK). Typische Dämmstoffe wie

Polystyroldämmplatten oder Mineralwolle liegen beispielsweise in einem Bereich mit

Werten für die Wärmeleitfähigkeit von kleiner 0,1 W/(mK).

Die Druckfestigkeit ist in diesem Zusammenhang die Kraft pro Fläche in Newton pro Quadratmillimeter (N/mm ² ), die ein druckfestes Material praktisch stauchungsfrei aufnehmen kann. So liegt die Druckfestigkeit von Stahl bei circa 250- 1000 N/mm ² , wohingegen Hartschaumdämmplatten eine Druckfestigkeit aufweisen, die kleiner als 0,1 N/mm ² ist.

Unter einer „zentrischen Zugkraft" ist eine Kraft zu verstehen, die das Befestigungselement als gesamtes unter Zugspannungen setzt, ohne dabei ein zusätzliches, vom Befestigungselement aufzunehmendes Moment zu verursachen. Diese zentrische Zugkraft würde beispielsweise einen in ein Bohrloch eingeführten

Zylinderstift ohne Verkanten aus dem Bohrloch ziehen. Gerade dies soll bei dem erfindungsgemäßen Befestigungselement durch den Lastabtragungsbereich des Verankerungsbereichs verhindert werden. Dabei schließt die Erfindung jedoch nicht aus, dass zusätzlich zu zentrischen Zugkräften auch Druckkräfte und/oder Querkräfte wirken, was in der Regel der Fall ist. Mit der übertragbarkeit zentrischer Zugkräfte grenzt sich die Erfindung gegenüber einfachen Auflagern ab.

Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik, bei dem Kunststoff zur Wärmeisolation zwischen Befestigungselement und Untergrund vorgesehen ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Befestigungselement bewusst ein Dämmstoff verwendet, der eine weitaus geringere Wärmeleitfähigkeit als Kunststoff aufweist. Um möglichst große Kräfte zu übertragen, können Teilbereiche des Verankerungsbereichs ohne Dämmstoff ausgeführt sein, also keinen Dämmbereich bilden. Der Verankerungsbereich wird somit in Teilbereiche zur Lastübertragung und/oder Dämmung unterteilt, die je nach Aufgabe aus dem für die Aufgabe optimalen Material bestehen.

Um den Wärmedurchgang durch das Befestigungselement zu minimieren, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Dämmbereich mindestens so groß ausgebildet wie der Lastabtragungsbereich. Damit wird die Kontaktfläche zwischen Untergrund und Verankerungsbereich, die nicht Dämmbereich ist, möglichst gering gehalten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs kleiner als 0,1 W/(mK), insbesondere kleiner als 0,06 W/(mK). Der Dämmstoff ist somit ein Dämmstoff im üblichen Sinne, mit Eigenschaften wie sie von Dämmstoffen für Gebäude, wie beispielsweise von Dämmplatten aus Hartschaum oder

Mineralwolle, bekannt sind. Ein Dämmstoff kann in diesem Zusammenhang

beispielsweise auch ein nachträglich in den Verankerungsbereich eingebrachter Schaum sein, beispielsweise ein Polyurethanschaum.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Befestigungselements weist der Dämmstoff eine Druckfestigkeit auf, die größer als

0,5 N/mm ² , insbesondere größer 0,8 N/mm ² ist. Derartige Eigenschaften sind von druckfesten Dämmstoffen bekannt. Damit wird es möglich, dass der Dämmbereich auch

Kräfte an den Untergrund übertragen kann. Bevorzugt ist hierfür, dass die

Druckfestigkeit des Dämmstoffs größer als 1 ,0 N/mm ² , insbesondere größer als 1 ,3 N/mm ² ist. Diese Werte werden beispielsweise durch ein Schaumglas, dem Perinsul-

Dämmstein der Firma FOAMGLAS, erreicht, dessen Druckfestigkeit vom Hersteller mit

1 ,7 N/mm ² angegeben wird.

Durch den Einsatz entsprechender Dämmstoffe ist es möglich, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements der

Lastabtragungsbereich auch Dämmbereich ist. Ein Dämmstoff mit entsprechender

Druckfestigkeit kann große Kräfte aufnehmen und an den Untergrund übertragen. Dabei verhindert er durch seine geringe Wärmeleitfähigkeit, dass Wärme- beziehungsweise

Kältebrücken entstehen.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement kann in einem Bohrloch befestigbar sein.

Grundsätzlich ist dabei jede aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltungsform von Befestigungselementen denkbar. Alternativ ist eine Ausführungsform als

Einbetonieranker möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein erstes erfindungsgemäßes Befestigungselement in einem Untergrund mit einem Anbauteil in einer Schnittdarstellung; und

Figur 2 ein zweites erfindungsgemäßes Befestigungselement in einem

Untergrund in einer Schnittdarstellung.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Befestigungselement 1 zur übertragung von zentrischen Zugkräften, das als Bolzenanker 2 in einem Bohrloch 3 in einem Untergrund 4 verankert ist. Mit dem Befestigungselement 1 ist ein Anbauteil 5 befestigt. Zwischen dem Anbauteil 5 und dem Untergrund 4 ist eine thermische Trennschicht 6 angeordnet, die eine übertragung von Wärme zwischen dem Anbauteil 5 und dem Untergrund 4 verhindert. Das Anbauteil 5 weist eine Durchgangsbohrung 12 auf, durch die das Befestigungselement 1 durchgesteckt ist. Das Befestigungselement 1 weist ein Lastangriffsmittel 7 und einen Verankerungsbereich 8 auf. Das Lastangriffsmittel 7 ist als Außengewinde 9 ausgebildet, auf das eine Mutter 10 aufgeschraubt ist, mit der eine Unterlegscheibe 11 gegen das Anbauteil 5 gedrückt und dieses somit gegen die thermische Trennschicht 6 und den Untergrund 4 verspannt wird. Der Verankerungsbereich 8 schließt sich in Einbringrichtung an das Lastangriffsmittel 7 an und weist einen Dämmbereich 13 mit einem Dämmstoff 14, einen ersten Lastabtragungsbereich 15 und einen zweiten Lastabtragungsbereich 16 auf. Im Dämmbereich 13 ist der Querschnitt des Befestigungselements 1 gegenüber dem

Durchmesser des Lastangriffsmittels 7 und der Lastabtragungsbereiche 15, 16 reduziert, um Raum für den in Dämmstoff 14 zu schaffen. Durch den mit Dämmstoff 14 ausgefüllten Dämmbereich 13, der mindestens so groß wie der Lastübertragungsbereich 15, 16 ist, wird die Kontaktfläche 17 zwischen den aus Stahl gefertigten lastabtragenden Bereichen 7, 15, 16 des Bolzenankers 2 und dem Bohrloch 3 verringert, wodurch auch der Wärmedurchgang zwischen Befestigungselement 1 und Untergrund 4 verringert ist. Als Dämmstoff kann hier ein geschäumtes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, die kleiner als 0,1 W/(mK), insbesondere kleiner als 0,06 W/(mK) ist. Die Kraftübertragung zwischen dem Befestigungselement 1 und dem Untergrund 4 erfolgt über die Lastabtragungsbereiche 15, 16, die aus Stahl oder Edelstahl gefertigt sind, die eine Druckfestigkeit aufweisen, die größer als 0,5 N/mm ² ist. Zur übertragung von Querkräften Q, die quer zur Längsachse des Befestigungselements 1 wirken, liegt im Bereich des ersten Lastabtragungsbereichs 15 ein Teil des Außengewindes 9 direkt an der Wand des Bohrlochs 3 im Bereich des Bohrlochmundes an. Der zweite Lastabtragungsbereich 16 am in Einsteckrichtung vorderen Ende 20 des Bolzenankers 2 weist einen für Bolzenanker typischen Spreizclip 18 auf, der beim Befestigen des Bolzenankers 2 über einen sich in Einsteckrichtung erweiternden Konus 19 gezogen wird. Der Konus 19 bildet das in Einsteckrichtung vordere Ende 20 des Bolzenankers 2. Der Spreizclip 18 ist derart gestaltet, dass eine an seinem vorderen Ende angebrachte Ringstufe 21 in direktem Kontakt mit der Wandung des Bohrlochs 3 steht, wodurch zentrische Zugkräfte Z von dem Befestigungselement 1 in den Untergrund 4 übertragen

werden können. Zur Verringerung des Wärmedurchgangs ist ein Teil des Spreizclips 18 durch ein Umhüllung 22 mit geringer Wärmeleitfähigkeit umhüllt, beispielsweise aus faserverstärkten Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von circa 0,35 W/(mK). Diese Umhüllung 22 mit geringer Wärmeleitfähigkeit kann auf Grund der relativ großen Druckfestigkeit von faserverstärktem Kunststoff, die größer als 0,5 N/mm ² ist, auch

Kräfte übertragen. Durch diese spezielle Ausgestaltung kann der Bolzenanker 2 an den für die Kraftübertragung notwendigen Bereichen 7, 15, 16 große Kräfte übertragen, während der für die Kraftübertragung nicht unbedingt notwendige Dämmbereich 13 hinsichtlich eines möglichst geringen Wärmedurchgangs optimiert ist.

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungselements 1' dargestellt. Das Befestigungselement 1 ' ist als Einbetonieranker 23 ausgestaltet und besteht aus einer Einbetonierhülse 24 und einer Gewindestange 25 als Lastangriffsmittel 7', die in einem Bohrloch 3' mittels Klebermasse 26 in der Einbetonierhülse 24 befestigt ist. Die Einbetonierhülse 24 besteht aus einem druckfesten Dämmstoff 14' mit einer Druckfestigkeit die größer als 0,5 N/mm ² , insbesondere größer als 0,8N/mm ² , ist, beispielsweise aus einem geschäumten Dämmstoff. Wird ein besonders druckfestes Schaumglas verwendet, so sind Druckfestigkeiten des Dämmstoffs realisierbar, die größer als 1 ,0 N/mm ² , insbesondere größer als 1 ,3 N/mm ² , sind. Die Einbetonierhülse 24 erfüllt die Funktion des

Verankerungsbereichs 8', des Lastabtragungsbereichs 15', 16' und des Dämmbereichs 13'. Der Lastabtragungsbereich 15', 16' ist also auch Dämmbereich 13'. Die Einbetonierhülse 24 weist einen Bund 27 auf, der als Anlagefläche und thermische Trennschicht 6' zwischen Anbauteil 5' und Untergrund 4' dient. An den Bund 27 schließt sich ein konischer Bereich 28 der Einbetonierhülse 24 und daran ein zylindrischer

Bereich 29 an. Der Untergrund 4' besteht aus Beton. Die Einbetonierhülse 24 wird vor dem Einbringen des Betons in eine nicht dargestellte Schalung eingebracht, in der Schalung positioniert und von dem den Untergrund 4' bildenden Beton umgössen. Aufgrund ihrer konischen Form ist die Einbetonierhülse 24 formschlüssig im Untergrund 4' verankert. Nach dem Ausschalen wird in die Einbetonierhülse 24 ein Bohrloch 3' mit

Hinterschneidung 31 eingebracht. Das Bohrloch 3' wird dann mit einer Klebermasse 26 gefüllt und die Gewindestange 25 in die Klebermasse 26 eingeführt. Sie wird dabei mit einer zylindrischen Bundhülse 30 positioniert, so dass nach dem Aushärten der Klebermasse 26 Zugkräfte Z' und Querkräfte Q' aus dem Anbauteil 5' über die Gewindestange 25 und die Einbetonierhülse 24 in den Untergrund 4' übertragen werden können. Das Anbauteil 5' weist ebenfalls eine Durchgangsbohrung 12' auf, durch die die

Gewindestange 25 mit Außengewinde 9' durchgeführt ist, so dass das Anbauteil 5' mit einer Unterlegscheibe 11 und einer Mutter 10 gegen den Bund 27 der Einbetonierhülse 24 verspannt werden kann. Durch die Ausgestaltung des Befestiguπgselements V als Einbetonierhülse 24, die aus einem druckfesten Dämmstoff 14', nämlich Schaumglas, hergestellt ist, können bei minimalem Wärmedurchgang relativ hohe Kräfte in den Untergrund 4' übertragen werden.