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In diesem Artikel werden zwei Lösungen für die Befestigung von Elementen an Stahl verglichen: Bolzen und Trägerklammern (siehe Abbildung 1). Diese Lösungen sind praktikable Alternativen zu traditionellen Methoden wie Schweißen und Schrauben. Der Vergleich wurde nur für Bolzen- und Trägerklemmenlösungen aus dem Hilti-Portfolio durchgeführt und umfasst eine technische Analyse sowie eine Studie zu den Gesamtkosten der Installation (einschließlich Werkzeug- und Arbeitskosten). 

Abbildung1 - Einige der verglichenen Lösungen: S-BT HL (links), MQT-21-41 R (Mitte) und MAB (rechts). Der durchgeführte Vergleich und die dargestellten Ergebnisse schließen auch andere Lösungen ein (weitere Informationen finden Sie in der Vollversion des Whitepapers).

Technischer Vergleich

Im folgendem vergleichen wir beide Technologien aus technischer Sicht, einschließlich Grundmaterial, Belastbarkeit, korrosive Umgebungen, Zulassungen, Vibrationen, Ermüdung, Erdbeben- und Feuerfestigkeit.

Wenn es um die Anforderungen an das Grundmaterial geht, bieten Bolzen eine insgesamt breitere Kompatibilität, einschließlich lackiertem Stahl (ohne Nacharbeit), passiv feuergeschütztem Stahl, erfordern keinen Zugang zu beiden Seiten des Grundmaterials und können auf Stahlprofilen ohne Flansch (der für die Befestigung von Trägerklemmen erforderlich ist) angebracht werden. Trägerklammern können jedoch eine gute Lösung sein, wenn die Befestigung nicht senkrecht zum Grundmaterial erfolgt, sowie größere Durchmesser (> M16) erforderlich sind.

Bei Querbelastungen kann die Leistung beider Technologien ähnlich sein, bei Zugbelastungen bieten Trägerklammern jedoch einen höheren Widerstand. Trotzdem ist es wichtig zu beachten, dass für die Lasten von Trägerklammern einige Abminderungsfaktoren gelten können, nämlich zur Vermeidung von Beschichtungsschäden (Abminderungsfaktor von bis zu 50 % [1] aufgrund der Reibung auf der lackierten Stahloberfläche) und aufgrund des Verlusts der Vorspannung im Laufe der Zeit.

Was die Korrosion betrifft, so werden Trägerklammern in der Regel in Umgebungen mit geringerer Korrosion (bis C4) [2] verwendet, während Bolzen in aggressiveren Umgebungen (bis C5 oder sogar CX) eingesetzt werden können. Überdies bieten Bolzen in diesen Umgebungen eine längere Lebenserwartung, wobei bestimmte Typen eine Korrosionsbeständigkeit von bis zu 40 Jahren ermöglichen. Weiter verfügen Bolzen  auch über eine insgesamt breitere Palette von Zulassungen. Trägerklemmen sind zwar in ihren Zertifizierungen eingeschränkter, verfügen aber über Zulassungen, die für Sprinkleranwendungen (wie die FM-Zulassung) [3] oder die Automobilindustrie (wie die PWIS/LABS-Bestätigung) [4] relevant sind.

Bei Anwendungen, die Vibrationen ausgesetzt sind, haben die Bolzen in von Hilti entwickelten Tests eine robuste Leistung gezeigt, bei der kein Lösen oder Drehen der Mutter/Schraube beobachtet wurde. Für Trägerklammern sollte bei Anwendungen in vibrationsbelasteten Umgebungen ein Engineering Judgement (EJ) von Hilti durchgeführt werden. Für Ermüdungsbelastungen sollten Bolzen durch ein EJ bewertet werden, während Trägerklammern nicht empfohlen werden.

Die Bolzen wurden auch für seismische Anwendungen getestet und zeigten eine robuste Leistung, die eine seismische Auslegung ermöglicht. Für Trägerklemmen bietet Hilti mit dem MQS-IB eine seismisch zugelassene Aussteifungslösung für Sprinkleranwendungen.

Schließlich wurden die Hilti Bolzen auf ihre Feuerbeständigkeit und auf feuerbeständige Begrenzungen getestet, mit vielversprechenden Ergebnissen.

Analyse der installierten Gesamtkosten

Neben dem technischen Vergleich zwischen den beiden Technologien hat Hilti auch eine Analyse der Gesamtkosten für die Installation durchgeführt, d.h. unter Berücksichtigung der Gesamtkosten der Anwendung (Kosten für Befestigungslösung Bolzen oder Trägerklemmen, sowie Kosten für die benötigten Werkzeuge und Lohnkosten).

Auch hier ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass diese Analyse nur Lösungen aus dem Portfolio von Hilti vergleicht. Sowohl für die Arbeitskosten als auch für die Produkte (im Folgenden als Hardware bezeichnet) wurden Durchschnittswerte für den deutschen Markt angenommen. Für die Werkzeuge wurden die Kosten pro Befestigungspunkt auf der Grundlage der Lebensdauer des Werkzeugs geschätzt. Um die für die Installation benötigte Zeit zu quantifizieren, wurde ein Benutzer in der Hilti Zentrale geschult und führte vier verschiedene Konfigurationen durch: (i) Deckenschienenanwendung, (ii) Trapez mit Gewindestangen, (iii) U-Joch und (iv) eine Konsole - siehe Abbildung 2.




Abbildung 2 - Unterschiedliche Konfigurationen: Deckenschiene (oben links), U-Joch (oben rechts), schweres Trapez (unten links) und Konsole (unten rechts).

Es hat sich gezeigt, dass die Hilti Trägerklammern die wirtschaftlichste Lösung für die Anwendung von Trapezen sind. Dahingegen sind Bolzen für Deckenschienen- und Kragarmanwendungen in der Gesamtbetrachtung die wirtschaftlichste Lösung. Bei der schweren Trapezanwendung sind die Kosten für beide Technologien ausgeglichen. In Abbildung 3 sind die Ergebnisse für die verschiedenen Anwendungen dargestellt, wobei die Kosten nach den Kriterien „Werkzeug, Material und Lohn“ aufgeteilt sind - diese Ergebnisse gelten für die genannten Annahmen, was bedeutet, dass unterschiedliche Marktbedingungen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

Zusammenfassung

Dieses Dokument soll dem Leser bei der Auswahl der besten Technologie für die Befestigung von Elementen auf Stahl, zwischen Bolzen und Trägerklammern, helfen. Die Auswahl hängt von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere von den technischen Gegebenheiten (Basismaterial, Lasten, Korrosion, Zulassungen...) sowie der Wirtschaftlichkeit. Bolzen sind im Allgemeinen die vielseitigere Option, insbesondere für schwierige Umgebungen und beschichteten Stahl. Trägerklammern bieten jedoch bei einigen Anwendungen Vorteile, insbesondere bei Trapezanwendungen und nicht senkrechten Anbindungen.

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[1] CEN (Europäisches Komitee für Normung), "NP-EN 1993-1-8:2005 Eurocode 3: Bemessung von Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung von Verbindungen", 2005.

[2] ISO (International Organization for Standardization), "ISO 12944-9:2018 Farben und Lacke - Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Schutzanstrichsysteme - Teil 9: Schutzanstrichsysteme und Laborprüfverfahren für Offshore- und verwandte Bauwerke", 2018.

[3] FM Global, "Über uns", abgerufen von der FM Global Website, [Zugriff: 8. Juli 2024].
 
[4] VDMA (Verband Deutscher Maschinen - und Anlagenbau), "VDMA 24364 - 2018-05 Hydraulic Fluid Power - Fluids - Method for coding the level of contamination by solid particles", 2018.