P 1152 – Ansatz zur numerischen Bestimmung der Härteevolution in der Werkzeugrandschicht aufgrund von thermischen Belastungen beim Formhärten (IGF-Nr. 19518 N)

Beim Tailored Tempering handelt es sich, angelehnt an das Formhärten, um ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Durch den Einsatz von partiell vorerwärmten Werkzeugen (ca. 500 °C) wird lokal die kritische Abkühlrate des Platinenwerkstoffes 22MnB5 gezielt unterschritten und somit die Martensitbildung im Bauteil unterdrückt. Die erhöhte Werkzeugtemperatur und die auftretenden Pressenkräfte führen zu einer hohen thermischen Belastung der Werkzeuggravur und letztlich zu Verschleißerscheinungen, die abhängig von der Härteevolution und auftretenden Anlasseffekten sind. Dies beeinflusst die Maßhaltigkeit der Bauteile und die Werkzeuge müssen kosten- und zeitintensiv überarbeitet oder sogar erneuert werden. Genauere Kenntnisse der Vorgänge in der Werkzeugoberfläche und deren Berücksichtigung in der numerischen Prozessauslegung tragen zu einer deutlichen Erhöhung des Prozessverständnisses bei. In diesem Zusammenhang ist der Wärmeübergang zwischen Werkstück und -zeug ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der zur Berechnung der vorherrschenden Oberflächentemperaturen des Werkzeuges benötigt wird. weiterlesen

P 1195 – Zur Berücksichtigung von Reihenfolgeeffekten bei der Lebensdauerabschätzung von Hohlprofilkonstruktionen (IGF-Nr. 19410 N)

Die Verwendung von Hohlprofilen zur Ausbildung von Leichtbaukonstruktionen ist in den gängigen stahlverarbeitenden Branchen wie dem Kran-, Nutzfahrzeug-, Stahlbrücken und Landmaschinenbau weit verbreitet. Die Hohlprofile werden dabei vorwiegend als Fachwerk- oder Rahmenkonstruktion, teilweise unter Verwendung hoch- und höherfester Stähle, ausgeführt, um eine optimale Ausnutzung von Bauteil und Werkstoff zu erreichen. Jedoch unterliegen alle diese Tragkonstruktionen zyklischen veränderlichen Beanspruchungen und sind gegenüber diesen zu bemessen.
In den gängigen Normen und Richtlinien erfolgt die Bemessung hinsichtlich Werkstoffermüdung durch die Umrechnung der auftretenden variablen Spannungen auf ein schadensäquivalentes Rechteckkollektiv auf Grundlage der Palmgren-Miner-Regel. Die maximal ertragbare Schadenssumme variiert hierbei je nach angewandter Norm oder Bemessungsempfehlung zwischen D = 0,2 -1,0. Bei der Bestimmung der Schadenssumme werden dabei Einflussfaktoren wie die Kollektivform, der Einfluss von Überlasten, Schweißeigenspannungen und deren Abbau durch Betriebslasten sowie mögliche Reihenfolgeeffekte nur unzureichend berücksichtigt und weisen daher starke Streuungen auf, die mitunter zu unwirtschaftlichen Konstruktionen führen können. Gegenstand dieses Forschungsvorhabens war die Anwendung der linearen Schadensakkumulation anhand einer breiten Versuchsbasis zu überprüfen und Einflussfaktoren wie die Kollektivform, den Eigenspannungsabbau, das Auftreten von Überlasten sowie mögliche Reihenfolgeeffekte bei unterschiedlichen Betriebslastkollektiven bei Hohlprofilkonstruktionen zu berücksichtigen und anhand der Versuchsergebnisse modifizierte Bemessungsempfehlungen auf Basis bestehender Ansätze zu erarbeiten. weiterlesen

P 1203 – Bemessung von Kranstrukturen aus laserstrahl- und laserhybridgeschweißten höchst- und ultrahochfesten Stählen unter Berücksichtigung der metallurgischen Kerbe (IGF-Nr. 19272 N)

Motiviert durch die Ausnutzung höchster aktuell am Markt verfügbarer Werkstofffestigkeiten auch in Fügeverbindungen und vor dem Hintergrund der Anwendung in hochbeanspruchten Bereichen von Tragstrukturen, wie sie bspw. in zugbelasteten Bereichen des Teleskopauslegers von Mobilkranen auftreten, zielt das Forschungsprojekt auf den abgesicherten und betriebsfesten Einsatz von Laserstrahl- und Laserhybridschweißverbindungen aus höchst- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen ab. Vier Feinkornbaustähle unterschiedlicher Festigkeitsklasse, einen höchstfesten (S960) und drei ultrahochfeste (S1100 und S1300), die in unterschiedlichen Herstellverfahren (vergütet und thermomechanisch gewalzt) produziert werden, bilden die Grundlage für diese Untersuchung. weiterlesen

P 1262 – Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Versagens- und Verformungsverhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Crashbelastung (IGF-Nr. 20116 N)

Die mechanische Fügetechnik gewinnt bei der Herstellung moderner Fahrzeugkarosserien zunehmend an Bedeutung. Gegenüber den konventionellen thermischen Fügeverfahren wie dem Widerstandspunktschweißen ermöglicht die mechanische Fügetechnik das Fügen von Mischbaustrukturen. Die Fertigung in Mischbauweise stellt vor dem Hintergrund der zunehmenden Forderung nach ressourcensparenden Gesamtfahrzeugen eine effektive Möglichkeit zur Reduktion des Fahrzeuggesamtgewichts dar. Die mechanische Fügetechnik wird in der industriellen Anwendung meistens vollautomatisiert angewendet, wobei Toleranzen in der Ausprägung der Fügestelle auftreten können. Diese Toleranzen haben einen Einfluss auf das Trag- und Versagensverhalten der gefügten Verbindung.
Ziel dieses Projekts ist es, den Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Trag- und Versagensverhalten mechanisch gefügter Verbindungen experimentell und numerisch zu untersuchen. Es wurde eine Methodik entwickelt, mit der es möglich ist, die beobachteten Auswirkungen in der Crashsimulation von Fahrzeugstrukturen zu berücksichtigen. Für mehrere Fügeverfahren (Halbhohlstanznieten, Bolzensetzen und Fließlochformendesschrauben) wurden unterschiedliche Fertigungseinflüsse untersucht (Nietlänge, Nietkopfendlage, Orthogonalität, Lateralversatz und Flanschüberdeckung). Dazu wurden entsprechende Verbindungen unter Berücksichtigung der einzelnen Fertigungseinflüsse erstellt. weiterlesen

P 1279 – Konstruktionsempfehlungen für den materialeffizienten Einsatz höherfester Stahlrohre und -profile in landtechnischen Bodenbearbeitungsmaschinen (IGF-Nr. 19697 N)

Die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit moderner Landmaschinen und Geräte steigen stetig und der damit einhergehenden Entwicklung stehen enorme Herausforderungen gegenüber. Mit Blick auf diese Entwicklungstrends entsteht ein Zielkonflikt zwischen der geforderten Leistungsfähigkeit, den zulässigen Maschinengewichten und dem wirtschaftlich verfügbaren Kostenrahmen.
Diese Problematik wird im Projekt aufgegriffen und anhand von landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsmaschinen, zu denen z.B. Bodenfräsen, Grubber, Eggen und Pflüge zählen, untersucht. Diese Bodenbearbeitungsmaschinen bieten ein großes Potenzial zum leichtbauoptimierten und materialeffizienten Einsatz von höherfesten Stählen, da es sich um profilintensive Konstruktionen handelt, in denen traditionell Standardwerkstoffe (z.B. S355) eingesetzt werden. Die konstruktive Auslegung erfolgt üblicherweise noch erfahrungsbasiert ohne Kenntnis der genauen Belastungen, wodurch eine optimale und werkstoffgerechte Konstruktion erschwert wird. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird ein äquivalentes Prüfkollektiv für Bodenbearbeitungsgeräte erstellt. Die Grundlage dafür bilden realitätsnahe Messfahrten mit einem Bodenbearbeitungsgerät. Das Prüfkollektiv bildet die Grundlage für die betriebsfeste Auslegung von landtechnischen Bodenbearbeitungsgeräten. weiterlesen

P 1296 – Klebtechnische Ertüchtigung von Ermüdungsschäden für Konstruktionen des Stahlbaus (IGF-Nr. 19963 N)

Im Stahlbau können bei zyklisch beanspruchten Konstruktionen unvorhergesehene Ermüdungsschäden auftreten, die Instandsetzungsmaßnahmen notwendig machen. Die Klebtechnik stellt hierbei eine vielversprechende Alternative zu den klassischen Ertüchtigungsmethoden dar. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Entwicklung und Analyse von Konzepten zur klebtechnischen Ertüchtigung von Ermüdungsschäden durch den Einsatz aufgeklebter Stahlpflaster (Patches) für Konstruktionen des Stahlbaus unter Berücksichtigung definierter baustellenspezifischer Einsatzbedingungen. Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsprojektes StressPatches wurde die Ertüchtigung stahlbautypischer Kerbdetails durch aufgeklebte Stahlpflaster untersucht. weiterlesen

P 1327 – Optimierte Auslegung von kombinierten Stahlspundwänden für den Einbringvorgang und den Endzustand (IGF-Nr. 19937 N)

Das Gesamtziel des Forschungsprojekts ist die Optimierung von Bemessungsverfahren von kombinierten Stahlspundwänden, die im Kaimauerbau zur Absicherung der Geländesprünge zum Einsatz kommen. Hierzu werden folgende Ziele definiert:

• Die Bemessung erfolgt dabei ohne Berücksichtigung des Einbringvorgangs. Der Einfluss auf die Endlage und damit auch auf die Bemessung ist zu überprüfen (Ziel 1).
• Weiterhin wird der umliegende Boden als Widerstand bei der kombinierten Nachweisführung gegen Knicken und Biegedrillknicken nicht berücksichtigt, so dass das Tragverhalten im Endzustand unterschätzt wird. Es sind Ansätze zur Berücksichtigung weicher Böden und geschichteter Baugrundaufbauten zu entwickeln. (Ziel 2).
• Bei den Flanschen der Tragbohlen werden derzeit globale Schnittgrößen und lokale Einflüsse aus der Flanschbiegung nur pauschal durch eine Reduktion der Streckgrenze berücksichtigt. Mögliche Traglastreserven bei getrennter Betrachtung sind zu prüfen (Ziel 3).
• Den Zwischenbohlen werden bei der Ermittlung der Beanspruchbarkeit entweder nur plastische oder nur elastische Widerstandsgrößen zugeordnet. Der Ansatz teilplastischer Widerstände ist zu untersuchen (Ziel 4).

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P 1328 – Zukunftsfähigkeit von kaltgeformten Stahlprofilen im Bauwesen (IGF-Nr. 19964 N)

Dünnwandig, kaltgeformte Stahlprofile werden in verschiedensten Bereichen von Stahlhallenbau bis hin zum Regalbau und Weinanbau eingesetzt. Durch die Vielzahl der Anwendungsgebiete ist das Spektrum an individuellen, anwenderspezifischen Profilformen zum Teil mit Perforationen sehr groß. Zur Bemessung steht zwar die DIN EN 1993-1-3 zur Verfügung. Jedoch wurde diese im Wesentlichen für C- und Z-förmige Pfetten und für typische Trapezprofilbleche entwickelt, sodass sie nur eingeschränkt für die Vielzahl der andersartigen Kaltprofile anwendbar ist. Bei Profilen mit Perforierungen ist eine Bemessung meist sogar gänzlich unmöglich. Zusätzlich ist die Anwendung der DIN EN 1993-1-3 selbst bei einfachen Querschnittsformen aufgrund der hochkomplexen, sich überlagernden Stabilitätsformen extrem aufwendig, kompliziert und liefert konservative Ergebnisse. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Erarbeitung eines neuen, eurocodekonformen Bemessungskonzepts unter Verzicht auf die aufwändige Methode der wirksamen Breite der DIN EN 1993-1-3 und unter Einbezug moderner FiniteStreifen-Software für die Eigenwertanalyse. weiterlesen

P 1392 – Selbsterrichtende Onshore Windenergieanlagen mit Nabenhöhe größer 120 m – Hybridturm mit Hebevorrichtung zum Selbstaufbau (IGF-Nr. 20604 N)

Ökonomische Krankonzepte zur Errichtung von Windenergieanlagen erreichen ihre Grenzen ab Nabenhöhen von 140 m, da ab dieser Höhe Spezialraupenkrane zum Einsatz kommen müssen, deren Mietkosten beträchtlich sind. Auch deren indirekte Kosten dürfen nicht vernachlässigt werden: so müssen z.B. Brücken und Straßen verstärkt werden, um die Durchfahrt der Kran-Transport-LKW zu ermöglichen und der Standort selbst muss möglicherweise aufwendig vorbereitet werden, um eine ebene Fläche zu schaffen, die groß genug für die große Kranstruktur ist. Aus diesem Grund wird bereits seit längerem nach intelligenten Lösungen gesucht, welche den Einsatz von großen Spezialkranen überflüssig machen. In diesem Forschungsprojekt wurde daher eine selbsterrichtende Windenergieanlage mit Stahl-Hybridturm entwickelt, welche ohne den Einsatz von Spezialraupenkranen auskommt. Der Turm der Beispielanlage besteht aus einem 80 m hohen Gittermastturm mit speziellem Übergangsstück, durch welches der 100 m hohe Stahlrohrturm inkl. Gondel und Rotor mit Hilfe eines Litzenhubsystems in seine Endposition angehoben wird. weiterlesen