Im nachfolgenden Artikel werden Ihnen die herkömmlichen Methoden, sowie anschließend die Produktlösungen von Hilti für Befestigung auf Stahl vorgestellt.

Lesedauer ca. 10 Minuten

Wenn Sie jemals an der Planung oder dem Management eines Energie- und Industrieprojekts (E&I) beteiligt waren, standen Sie wahrscheinlich schon einmal vor der Herausforderung, Elemente auf beschichtetem Stahl zu befestigen. Einige der am häufigsten vorkommenden Elemente sind (siehe Abbildung 1):

• Ausrüstungen;
• Plattformen;
• Kabeltrassen für Dienstleistungen, insbesondere für Elektro- und Telekommunikation;
• Rohrleitungshalterungen;
• Multidisziplinäre Unterstützung, einschließlich mechanischer, elektrischer und HLK-Gewerke.

Abbildung 1: Befestigung von Kabelrinnen (links) und Rohrleitungsstützen (rechts) an Stahl.

Traditionell gibt es zwei Möglichkeiten, die oben genannten Elemente an der Stahlkonstruktion zu befestigen, beispielsweise (i) Schweißen und (ii) Verschrauben (siehe Abbildung 2).


Abbildung 2: Traditionelle Arten der Befestigung von Elementen auf Stahl: Schweißen (links) und Verschrauben (rechts).


Traditionelle Methoden für die Befestigung auf Stahl
Das Schweißen ist ein sehr zuverlässiges und robustes Verfahren, weshalb es seit Jahrzehnten eingesetzt wird. Allerdings gibt es beim traditionellen Schweißen einige Herausforderungen, nämlich:
 

• Er benötigt eine Stromversorgung in der Nähe, die auf einer Baustelle schwer zu finden ist;
• Funkenflug ist ein potenzielles Risiko für die Arbeitssicherheit;
• Es ist Zeitintensiv;
• Sie erfordert einen qualifizierten Schweißer;
• Bei beschichtetem Stahl ist nach dem Schweißen eine gewisse Nacharbeit erforderlich.

Eine Alternative, die Verschraubung, besteht darin, Löcher in die Stahlkonstruktion zu bohren, durch die Schrauben geführt werden, die auf beiden Seiten zugänglich sein sollten, um eine ordnungsgemäße Befestigung zu gewährleisten. Aus der Sicht des Werkzeugs stellt dies eine geringe Investition dar, aber es gibt einige Herausforderungen, die mit dieser Methode verbunden sind, insbesondere:

• Langsamer und anstrengender Prozess für den Bediener;
• Nicht ergonomisch, da die Ausführung an einigen Stellen/Richtungen schwierig sein kann;
• Es erfordert einen Korrosionsschutz vor dem Verschrauben;
• Wenn es einen Magnetbohrer zur Unterstützung braucht, kann dieser nicht überall angebracht werden.

Hilti's Lösungen für Befestigungen auf Stahl
Um eine Antwort auf die oben erwähnten Herausforderungen bei den traditionellen Methoden der Befestigung auf Stahl zu geben, hat Hilti an der Entwicklung neuer Bolzenlösungen gearbeitet und verfügt über eine lange Geschichte und umfassende Erfahrung in diesem Bereich. Hier können wir vier verschiedene Produktlösungen von Hilti hervorheben: (i) X-ST GR, (ii) X-BT, (iii) S-BT HL und (iv) F-BT. Eine schematische Darstellung der 4 Lösungen finden Sie in Abbildung 3.

Die erste von Hilti 1994 eingeführte Lösung war X-ST GR. Dabei handelt es sich um einen Gewindebolzen aus rostfreiem Stahl, der mit einem pulverbetriebenem Bolzensetzgerät direkt auf dem Stahl befestigt wird und somit eine sehr schnelle Lösung darstellt.

Der X-BT ist ein Edelstahl-Gewindebolzen und arbeitet mit einer stumpfen Schweißtechnik. Die erste Generation des X-BT wurde 2003, also vor mehr als 20 Jahren, eingeführt. Beim Setzen des Bolzens wird ein Teil des Stahls in ein vorgebohrtes Loch gestanzt, wodurch eine hohe Temperatur entsteht und eine Reibschweißung verursacht wird. Der gesamte Umfang wird verschweißt, so dass keine Feuchtigkeit in das Vorbohrloch eindringen kann, was den Schutz vor Korrosion gewährleistet.

Die S-BT HL Gewindebolzen, die 2024 auf den Markt kommen, sind die zweite Generation von S-BT, die ursprünglich 2016 eingeführt wurde. Bei den Verbindungselementen handelt es sich um Gewindebolzen, die aus gehärtetem Kohlenstoffstahl 1038 und austenitisch-ferritischem (Duplex-) Edelstahl hergestellt werden. Die Befestigungstechnik wird als Selbstschweißen mit stumpfer Spitze bezeichnet, bei der ein Loch in den Untergrund gebohrt und dann ein Gewindebolzen in das Loch geschraubt wird. Der Durchmesser des Gewindebolzens ist etwas größer als der Durchmesser des Lochs, so dass für die Anwendung hohe Drehmomente erforderlich sind. Das erste Gewinde der Schraube ist das Schneidgewinde, das das Innengewinde im Grundmaterial bildet, in das der S-BT HL eingeschraubt wird. Dieses untere Gewinde ist nicht belastbar. Die Überschneidung der anderen Gewindegänge der Schraube mit den Gewindegängen des Grundmaterials sorgt dann für die Tragfähigkeit und eine stabile Befestigung.

Die F-BT Gewindebolzen sind Teil eines Systems, das als Cordless-Stud-Fusion (CSF) bezeichnet wird und ein Schweißverfahren ist. Es wird als Bolzenschweißen mit Hubzündung und Schutzgas klassifiziert. Beim Bolzenschweißen mit Hubzündung wird mit Hilfe einer Schweißstromquelle ein Lichtbogen entlang eines zwischen dem Bolzen und dem Grundwerkstoff geschaffenen Stromkreises erzeugt. Der Lichtbogen bewegt sich über einen Luftspalt zwischen den beiden Werkstoffen und erzeugt eine intensive, konzentrierte Hitze, die den Bolzengrund und einen kleinen Bereich des Grundwerkstoffs zum Schmelzen bringt. Sobald die Werkstoffe entsprechend geschmolzen sind, wird der Bolzen in den geschmolzenen Bereich eingetaucht und dort festgehalten, während die Metalle erstarren und die Schweißverbindung bilden. Abgesehen davon, dass es sich um ein Schweißverfahren handelt, benötigt dieses System keine externe Stromquelle und ist ein gleichmäßiger und praktisch funkenfreier Prozess.




Abbildung 3: Schematische Darstellung von Hilti's Lösungen für die Befestigung auf Stahl: X-ST GR (oben links), X-BT (oben rechts), S-BT HL (unten links) und F-BT (unten rechts).

Hinsichtlich der Belastungswerte und der anzuwendenden Lösung ist X-ST GR für leichte Anwendungen optimiert (empfohlener Zuglastwert von 1,8 kN), X-BT und S-BT sind für mittelschwere Anwendungen optimiert (empfohlener Zuglastwert von 3,6 kN pro Bolzen), während F-BT für schwere Anwendungen verwendet werden kann (empfohlene Zuglast von 8 kN). Unterschiede gibt es auch bei der Mindestdicke des Grundmaterials, da F-BT ab 4 mm, S-BT HL und X-ST GR ab 6 mm und X-BT ab 8 mm eingesetzt werden können.
Bitte beachten Sie, dass in den Fällen, in denen die Bolzen auf geringeren Materialstärken des Untergrundes angebracht werden, eine Lastreduzierung gemäß den technischen Handbüchern sowie die Möglichkeit einer rückseitigen Beschädigung des Untergrundes zu berücksichtigen ist.

Wenn Sie mehr über die statische Auslegung von Hilti's Befestigungslösungen auf Stahl erfahren möchten, lesen Sie den folgenden Artikel.

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