FOSTA-Newsletter 01-2020

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Herzlich willkommen zum FOSTA-Newsletter. Heute möchten wir Sie über folgende Aktivitäten informieren:

Neue Forschungsberichte:

Darüber hinaus finden Sie alle FOSTA-Berichte hier: www.stahldaten.de

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P 960 – Kleben stückverzinkter Bauteile

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Ziel des Forschungsprojektes war die Erarbeitung eines Anwendungskonzeptes für ein verlässliches klebtechnisches Fügen verzinkter Halbzeuge mit Anwendungsschwerpunkten im Nutzfahrzeugbau und im Bauwesen. Im Fokus standen insbesondere die Ermittlung der Haftfestigkeit der Zinkschicht im Sinne einer mechanischen Tragfähigkeit sowie die Definition geeigneter Oberflächenvorbehandlungsverfahren. Anhand von Vorversuchen konnte der Einfluss von Stahllegierung und Verzinkungsmethode auf die Klebbarkeit stückverzinkter Oberflächen untersucht werden. Es wurde eine Auswahl von drei höherfesten und hochmoduligen Klebstoffen für die speziellen Anforderungen des Bauwesens und der Nutzfahrzeugindustrie getroffen. Unter Berücksichtigung von Stahllegierung und Verzinkungsmethode wurden klebtechnische Oberflächenvorbehandlungen hinsichtlich ihres Schichtabtrags auf stückverzinkten Oberflächen untersucht und klassifiziert. weiterlesen

P 967 – Bewehrungselemente für Brücken in Verbundbauweise

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Brücken sind ein integraler und wichtiger Bestandteil des europäischen Verkehrssystems und gewährleisten die Mobilität im gesamten europäischen Binnenmarkt und darüber hinaus. Externe Bewehrungselemente können vorteilhaft eingesetzt werden, um
leistungsfähige Verbundkonstruktionen für Straßen- und Eisenbahnbrücken bereitzustellen und dabei die Beeinträchtigungen des Verkehrs durch eine modulare Bauweise so kurz wie möglich zu halten. Sie werden durch einen speziellen Brennschnitt aus Walzprofilen hergestellt und sind durch Verbunddübel mit dem Konstruktionsbeton schubfest verbunden. Der Anwendungsbereich der bisher entwickelten Bemessungskonzepte beschränkt sich aber auf Einfeldträger und muss notwendigerweise durch neue Untersuchungen für den erweiterten Einsatzbereich validiert werden. weiterlesen

P 1014 – Entwicklung eines Konzeptes zur Bewertung der Sprödbruchneigung von hochfesten Schrauben großer Abmessungen beim Einsatz bei tiefen Temperaturen

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Hochfeste Schraubengarnituren des Systems HV werden vermehrt auch in großen Abmessungen bis zu M72 in hoch beanspruchten Stahltragwerken als vorgespannte Garnituren eingesetzt. Neben statischen und zyklischen Beanspruchungen sind die Verbindungen auch tiefen Temperaturen ausgesetzt. Bekannt ist, dass mit zunehmender Dicke von Stahlbauteilen bei Tieftemperatureinsatz die Gefahr von Sprödbruch steigt – dies gilt im Prinzip auch für größere Schraubendurchmesser. weiterlesen

P 1062 – Tragfähigkeit von Mischverbindungen normalfester und höherfester Stähle im Stahlbau

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Die Anforderung filigraner Konstruktionen mit hohen Beanspruchungen führen konsequenterweise zum Einsatz von höherfesten Stählen. Maßgebend für den Einsatz sind neben Fragen der Stabilität und der Ermüdung in erster Linie auch die Anschlussund Verbindungsmöglichkeiten. Offen ist dabei das Vorgehen für Mischverbindungen, wenn also höherfeste Stähle S690 z. B. an normalfeste Stähle S355 angeschlossen werden. Eine Situation, die in der Praxis standardmäßig auftritt, weil die Wahl des
Stahls in der Regel an die Ausnutzung angepasst wird und es immer auch Anbauteile mit geringeren Beanspruchungen gibt. weiterlesen

P 1067 – Festlegung von Zähigkeitshochlagenanforderungen an Stahl mit Hilfe hybrider schädigungsmechanischer Methoden

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Neben dem Sicherheitsnachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit, der mit der Grundannahme duktilen Werkstoffverhaltens geführt wird, erfordert der Tragfähigkeitsnachweis für Stahlbauten in Eurocode 3 zusätzlich die Stahlsortenwahl nach DIN EN 1993-1-10 bzw. DASt-RiLi 009, um Sprödbruch zu vermeiden. Die Stahlsortenwahl wird zusammen mit den Anforderungen aus dem Zugversuch auch als Gewährleistung für duktiles Werkstoffverhalten angesehen. weiterlesen

P 1078 – Bestimmung der effektiven Schubsteifigkeit von Ständerrahmen zur Sicherung von Stabilität und Gebrauchstauglichkeit von Regalsystemen

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Für den Bau von Hochregallagern kommen in aller Regel fachwerkartige Ständerrahmen aus dünnwandigen, kaltgeformten Stahlprofilen zur Ausführung. Konstruktionsbedingt weisen die Ständerrahmen eine im Vergleich zur Schubtheorie von Engesser signifikant reduzierte Schubsteifigkeit auf. Bisher sind die Grundlagen zur analytischen Berechnung der Schubsteifigkeit nicht gegeben und es ist gängige Praxis die Schubsteifigkeit der Ständerrahmen auf experimentellem Weg zu bestimmen. Diese Herangehensweise ist sehr kostenintensiv und verhindert eine gezielte Optimierung der hoch beanspruchten Regaltragwerke. weiterlesen

P 1099 – Dynamische Auslegung von Verbundbrücken mit integralen Widerlagern

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Die rechnerische Prognose des Verhaltens von Eisenbahnbrücken ist oftmals nicht zufriedenstellend. Messungen können in vielen Fällen zeigen, dass sich das betreffende Brückenbauwerk in der Realität deutlich günstiger verhält als in der Berechnung. Da Eisenbahnbrücken durch die regelmäßigen Achsabstände der überfahrenden Züge z.T. sehr hohen dynamischen Lasten ausgesetzt werden, gilt es, die Eigenfrequenzen und zugehörigen Modalformen, die durch Vertikallasten angeregt werden können, möglichst genau vorherzusagen. Ebenso von Interesse sind die Dämpfungseigenschaften des Bauwerks. Zurückführen lassen sich die Unterschiede zwischen berechneten und gemessenen Eigenfrequenzen zumindest teilweise darauf, dass sich die Beiträge bestimmter Ausbauelemente zur Systemsteifigkeit und -dämpfung nach derzeitiger Normenlage nicht bei der Bauwerksmodellierung berücksichtigen lassen. weiterlesen

P 1108 – Gefüge- und Eigenschaftsvorhersage für das Schweißen hochmanganhaltiger Stähle in Mischverbindung

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Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand primär in der Verbesserung der schweiß-
technischen Verarbeitung von hochmanganhaltigen Stählen in Mischverbindung durch eine Gefüge- und Eigenschaftsvorhersage der Mischschweißgüter mithilfe eines neu entwickelten Konstitutionsschaubildes.
Als Versuchswerkstoffe wurden drei wirtschaftlich relevante Fe-Mn-Stähle unterschiedlichen Legierungskonzeptes herangezogen. Als Fügepartner dienten die im Karosseriebau weit verbreiteten Stähle HC340LA (1.0548) und 22MnB5 (1.5528). Es standen außerdem verschiedene hochmanganhaltige Metallpulver-Fülldrahtelektroden zur Verfügung. weiterlesen

P 1055 – Entwicklung von höchstfesten Stählen für alternative Wärmebehandlungen und für die Kaltmassiv-umformung von Bauteilen im Kfz-Antriebsstrang

Die steigenden Anforderungen im Pkw-Bereich an Sicherheit, Komfort und Fahrleistung haben in den vergangenen Jahren zu einer kontinuierlichen Zunahme des Fahrzeuggewichts geführt. Damit zukünftig eine weitere Entwicklung im Bereich der Fahrdynamik bei gleichzeitiger Reduzierung von CO2-Emissionen und Verbrauch erzielt werden kann, muss diesem Trend durch neue Leichtbau-Maßnahmen begegnet werden. Dafür werden ausgehend vom heutigen Stand der Technik Ansätze im Bereich des stofflichen und konstruktiven Leichtbaus sowie des Fertigungs- und Konzeptleichtbaus verfolgt. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurden neue Stähle und/oder eine angepasste Wärmbehandlung für Bauteile entwickelt, die im Antriebstrang eingesetzt werden. Der Schwerpunkt lag dabei im Bereich des stofflichen Leichtbaus.

P 1056 – Intelligenter Leichtbau durch Mehrkomponentenverfahren

Das Gewicht von Antriebsstrangbauteilen wurde kontinuierlich durch eine beanspruchungsgerechte Konstruktion und die dadurch ermöglichte Einsparung von Material in niedrig belasteten Bereichen reduziert. Mit konsequenter Erhöhung der Leistungsdichte und der damit verbundenen Gewichtsreduktion besteht für den intelligenten Leichtbau von Antriebsstrangkomponenten in der Zukunft weiteres Potenzial. Besonderes Potential bietet dabei eine ganzheitliche Betrachtung der konstruktiven Ausführung des Bauteils, des Werkstoffs, der Wärmebehandlung sowie der eingesetzten Fertigungs- und Fügeverfahren. Durch Kombination verschiedener Fertigungsverfahren und Werkstoffe werden die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Bauteilbereiche gezielt erfüllt. Damit wird ein belastungsgerechter und kostengünstiger Leichtbau ermöglicht.

P 1057 – Leichtbau durch gezielte Einstellung lokaler Bauteileigenschaften mit optimierten Umform- und Zerspanprozessen

Das Projekt zielt auf die Schließung der bestehenden Lücke zwischen Anforderungsdefinition lokaler Bauteileigenschaften, insbesondere hinsichtlich Kaltverfestigung, Eigenspannungen und beanspruchungsgerechtem Faserverlauf, und der Sicherstellung dieser Eigenschaften durch optimierte Umform- und Zerspanprozesse ab. Ebenso wird die Entwicklung von Stahlwerkstoffen mit prozessgerechten Eigenschaften (Kaltumformbarkeit, Fließspannung, Verfestigung, Zerspanbarkeit) mit betrachtet. Ein weiteres Ziel dieses Teilprojektes bildete die Eintwicklung einer effizienten Methodik zur virtuellen Auslegung robuster Umform- und Zerspanprozesse zur Erreichung optimaler lokaler Bauteileigenschaften.

P 1058 – Erweiterung technologischer Grenzen bei der Massivumformung in unterschiedlichen Temperaturbereichen

Als Element des Forschungsverbundes massiver Leichtbau wurden im Teilprojekt 4 „Erweiterung technologischer Grenzen bei der Massivumformung in unterschiedlichen Temperaturbereichen“ drei Demonstratorbauteile untersucht, die in unterschiedlichen Temperaturbereichen durch grundlegend verschiedene Verfahren der Massivumformung hergestellt wurden. Dieses Teilprojekt ist in Arbeitspakete gegliedert, die sich mich unterschiedlichen Verfahren und Demonstratorbauteilen befassen. Der Inhalt des ersten Arbeitspaketes bestand in der Untersuchung der Herstellbarkeit eines Kolbenbolzens durch Abstreckgleitziehen sowie der steifigkeitsbezogenen Optimierung durch eine spiralförmigen Innenkontur im Hinblick auf dessen Leichtbaupotential verglichen mit einer konventionellen zylindrischen Innenkontur. Im zweiten Arbeitspaket des Teilprojektes lag der Fokus auf der Herstellung einer skalierten Getriebewelle, ebenfalls durch ein Verfahren der Kaltmassivumformung, dem Voll-Vorwärts-Fließpressen.

P 1059 – Innovationstransfer, technische Potenzialbewertung und Lebenszyklusanalyse

Der vorliegende Bericht fasst die Ergebnisse des Teilprojekts 5 im Forschungsverbund „Massiver Leichtbau“ zusammen, das im Gesamtprojekt eine „Klammerfunktion“ übernimmt, indem es die der wissenschaftlich-technologischen Entwicklung der Bauteile nachgelagerten Prozesse in Hinblick auf wirtschaftliche Umsetzung und Nachhaltigkeit in das Untersuchungsprogramm einbezieht. Im Projekt wurde die Funktionsweise des sektoralen Innovationssystems untersucht und auf dieser Basis wurden Innovationshemmnisse identifiziert. Diese bestehen beispielsweise in Form von eingefahrenen Routinen. Bei den Systemzulieferern und OEMs ist derzeit noch kein ausreichendes Wissen über die Möglichkeiten neuer Materialien und Bauteildesigns vorhanden.

P 1059 – Untersuchungen zum Verbundschmieden artfremder und artgleicher Materialkombinationen

Als Element des Forschungsverbundes massiver Leichtbau wurden im Teilprojekt 6 „Verbundschmieden unterschiedlicher artfremder und artgleicher Materialkombinationen“ zwei hybride Radnaben aus einer Stahl-Aluminium und einer Kombination verschiedener Stähle mittels Verbundschmieden hergestellt. Hierbei ist die zentrale Fragestellung, inwiefern zwei Materialien durch Anwendung des Verbundschmiedens gleichzeitig miteinander umgeformt und zu hybriden Bauteile gefügt werden können, um damit einhergehend materialspezifische Vorteile zu Zwecken wie Leichtbau oder Performancesteigerung nutzbar zu machen.