Kopfbolzen im Brücken- und Verbundbau: Typ SD, Maße, Werkstoff, Zeugnis

Was ist ein Kopfbolzen?

ISO 13918 regelt Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen. Der Kopfbolzen heißt dort „shear connector“ und trägt das Kurzzeichen SD. Er gehört zur Hubzündung mit Keramikring oder Schutzgas; als Keramikringe sind ihm die Reihen UF und DF zugeordnet (Tabelle 1).

Ein Kopfbolzen besteht aus dem Schaft mit dem Durchmesser d₁, dem Kopf mit Durchmesser d₅ und Höhe h₃ und dem Schweißende. Die Form der Bolzenspitze darf der Hersteller wählen; die Spitze muss mit Flussmittel versehen sein, als eingepresste Aluminiumkugel oder als Aluminium-Spritzschicht (Abschnitt 8.2). Nach dem Schweißen umschließt ein Schweißwulst den Bolzenfuß.

Diese Seite bezieht sich auf ISO 13918:2017 mit Änderung A1:2021 (DIN EN ISO 13918:2021-12) und auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 2 „Stahlverbundbau“, Stand 2023/12 (Gesamtfassung 2026/01). Wie die Kopfbolzen aufgeschweißt, geprüft und dokumentiert werden, steht auf der Seite Bolzenschweißen.

Welche Durchmesser gibt es?

Tabelle 10 von ISO 13918 nennt für Kopfbolzen diese Schaftdurchmesser d₁ mit Kopfdurchmesser d₅ und Kopfhöhe h₃ (Maße in mm):

• d₁ = 10 und 9,5: Kopf 19, Kopfhöhe 7
• d₁ = 13 und 12,7: Kopf 25, Kopfhöhe 8
• d₁ = 16: Kopf 32, Kopfhöhe 8 — der Kopf darf für Scheranwendungen auf 29 mm reduziert werden
• d₁ = 19: Kopf 32, Kopfhöhe 10
• d₁ = 22: Kopf 35, Kopfhöhe 10
• d₁ = 25 und 25,4: Kopf 40 (bei 25,4: 41), Kopfhöhe 12

Die Toleranzen: Schaft ± 0,4 mm, Kopfdurchmesser ± 0,3 mm, Kopfhöhe +1/−0,5 mm. Zu den Zeilen d₁ und d₅ vermerkt die Norm, dass die Verwendung der optionalen Abmessung von nationalen Regelungen abhängt. Die Maße des Schweißwulstes (d₃, h₄) gibt Tabelle 10 nur als Richtwerte an; für Brücken setzt die ZTV-ING eigene Mindestmaße, die auf der Seite zum Bolzenschweißen stehen.

Risse im Kopf sind nach Abschnitt 8.2 zulässig, ihre Tiefe c_d darf aber 0,25 × (d₅ − d₁) nicht überschreiten (Bild 15).

Welche Länge haben Kopfbolzen?

Eine Längenreihe gibt ISO 13918 für Kopfbolzen nicht vor. Die Norm unterscheidet zwei Längen:

• l₂, Länge nach dem Schweißen: ein Bemessungswert (Abschnitt 6.1). Die Toleranz auf l₂ beträgt +1,5/−2 mm; das Minimum von l₂ liegt bei etwa dem Dreifachen von d₁.
• l₁, Länge vor dem Schweißen: l₂ plus Abbrand, nach Durchmesser gestaffelt — l₂ + 3 mm bei d₁ bis 13, l₂ + 4 mm bei 16, l₂ + 4,5 mm bei 19, l₂ + 5 mm bei 22 und l₂ + 5,5 mm bei 25; Toleranz ± 1,5 mm.

Andere Bolzenlängen dürfen nach Vereinbarung zwischen den Vertragspartnern verwendet werden (Abschnitt 6.1). Bei Sonderbedingungen wie dem Durchschweißen durch ein Blech gelten die Längen- und Wulstmaße der Tabelle 10 samt Toleranzen nicht. Welche Länge im Bauwerk sitzt, kommt aus der Ausführungsplanung.

Werkstoff: SD1, SD2, SD3

ISO 13918 beschreibt die Werkstoffe der Kopfbolzen in Tabelle 2 für SD1 und SD2 über Grenzwerte, für SD3 über Stahlsorten:

• SD1: Werkstoffgruppe 1 nach ISO/TR 15608 mit C ≤ 0,2 %, CE ≤ 0,38 und Al ≥ 0,02 % (Schmelzenanalyse); am fertigen Bolzen R_m ≥ 450 N/mm², R_eH ≥ 350 N/mm², A₅ ≥ 15 %.
• SD2: Werkstoffgruppe 1 mit C ≤ 0,2 %, CE ≤ 0,35 und Al ≥ 0,02 %; R_m 400 bis 550 N/mm², R_eH ≥ 235 N/mm², A₅ ≥ 20 %.
• SD3: nichtrostend, X5CrNi18-10 oder X6CrNi18-12; R_m 500 bis 780 N/mm².

Die Stahlsorte nennt erst die ZTV-ING: Für Verbundbrücken sind Kopfbolzen der Stahlsorte S235J2+C450 oder höherwertig vom Typ SD1 nach DIN EN ISO 13918 zu verwenden (Teil 4 Abschnitt 2 Nr. 3.2 (1)). Für die Bemessung ist dabei maximal eine Zugfestigkeit f_uk von 450 N/mm² (Nennfestigkeit) anzusetzen — auch wenn der gelieferte Bolzen höherwertig ist. Die Bemessung selbst richtet sich nach DIN EN 1994-2 (Nr. 2 (3)); sie ist Sache der Tragwerksplanung, nicht des Wareneingangs.

Bezeichnung, Bestellung und Zeugnis

Die Bezeichnung eines Kopfbolzens enthält nach Abschnitt 11.1 Norm, Typ, Durchmesser, Länge l₂ und Spitzenform. Das Beispiel der Norm für einen Kopfbolzen SD1 mit d₁ = 16 mm, l₂ = 75 mm und Spitzenform A: „Stud ISO 13918:2017 – SD1 – 16×75 – A“.

Art, Umfang und Verantwortung der Prüfung legt ISO 13918 nicht selbst fest — sie sind bei der Bestellung zu vereinbaren (Abschnitt 9.1). Wird ein spezifisches Prüfdokument verlangt, etwa ein 3.1 nach EN 10204, sind die Prüfungen nach 9.2 und 9.3 durchzuführen:

• Chemische Analyse: an der Liefereinheit oder am Vormaterial, über alle verwendeten Schmelzen (9.2).
• Mechanische Eigenschaften: am fertigen Bolzen nach Tabelle 2, für jedes Prüflos, soweit die Abmessungen es zulassen (9.3).
• Stichprobe: 2 Bolzen bei bis zu 8 000 Stück je Prüflos, 3 bei über 8 000 bis 35 000, 5 bei über 35 000; alle Proben müssen Tabelle 2 erfüllen (Tabelle 18).

Für Verbundbrücken legt die ZTV-ING das Zeugnis fest: Vor Beginn der Fertigung sind dem Auftraggeber für die Kopfbolzen Abnahmeprüfzeugnisse 3.1 nach DIN EN 10204 vorzulegen, mindestens mit den Prüfungen nach DIN EN ISO 13918 (ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 2 Nr. 3.2 (2)). Was ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 enthält und wer es bestätigt, ist dort erklärt.

Zu den Kopfbolzen gehören die Keramikringe. Ihr Durchmesser muss zur Schweißaufgabe passen; Bolzen und Keramikring sind laut Norm in der Regel ein aufeinander abgestimmtes System desselben Herstellers (Abschnitt 7). Für das Durchschweißen durch Trapezblech führt Tabelle 17 die Ringe DF 16, DF 19 und DF 22.

Wareneingang: was der Betrieb abgleicht

ISO 13918 verlangt, dass Kopfbolzen identifizierbar und auf ihre Herstellung rückverfolgbar sind; Kopfbolzen tragen das Herstellerzeichen (Abschnitt 10.1). Auf der Verpackungseinheit ist dauerhaft anzugeben (10.2):

• der Verweis auf ISO 13918,
• das Kurzzeichen des Bolzens,
• Nenndurchmesser und Länge, l₁ oder l₂ — welche Länge gemeint ist, muss gekennzeichnet sein,
• der Werkstoff,
• die Oberfläche, falls erforderlich,
• die Angabe zur Rückverfolgbarkeit.

Daraus ergibt sich der Abgleich beim Wareneingang: Bezeichnung und Werkstoff auf der Verpackung gegen Bestellung und Ausführungsplanung, die angegebene Länge (l₁ oder l₂) gegen die geplante Länge nach dem Schweißen, die Rückverfolgbarkeitsangabe gegen das Zeugnis 3.1 und das Zeugnis gegen die Werte für SD1. Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 lassen sich in BrückenNorm der Charge und Position zuordnen.

Was im Einzelfall gilt, steht in den Vertragsunterlagen des Bauvorhabens. Über Bemessung und Abnahme entscheidet die zuständige Stelle.

BrückenNorm läuft auf StahlNorm.