Weiterentwicklung der vorgespannten Hybridverbindung mit Schließringbolzen und hochfesten Schrauben
Verfasser:
M.Sc. Thomas Gerke, Dr.-Ing. Christian Denkert, Dipl.-Ing. Maik Dörre, Prof. Dr.-Ing. Ralf Glienke, Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock - Dr.-Ing. Till Vallee, Dr.-Ing. Holger Fricke, Prof. Dr. rer. nat. Bernd Mayer, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Bremen
212 Seiten - 134,00 EUR (sw, 103 teils farbige Abb., 37 Tab.)
ISBN 978-3-86776-615-9
Zusammenfassung
Die Wahl des geeigneten Fügeverfahrens ist von maßgebender Bedeutung für die Leis-tungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit tragender Anschlüsse in jeder stahlbaulichen Anwendung und in weiteren Industriezweigen wie z. B. dem Schienenfahrzeugbau.
Neben mechanischen Fügeverbindungen durch hochfeste Schrauben oder Schließringbolzen sowie dem Schweißen wird das Kleben vermehrt als ernstzunehmendes Verfahren betrachtet. Gerade zur Steigerung der Tragfähigkeit sowie zur Verminderung der Verformungen stehen dabei hybride Verbindungen im Fokus der Forschung.
Dieses Vorhaben zielt speziell auf die Kombination von elementaren Klebverbindungen und gleitfest vorgespannten Schraubenverbindungen zur sogenannten vorgespannten Hybridverbindung (kurz vHv) ab. Durch die vHv werden die spezifischen Vorteile beider elementarer Fügeverfahren optimal kombiniert und dadurch ein leistungsfähiger Bauteilanschluss realisiert.
Dies Forschungsprojekt greift die Erkenntnisse eines Vorgängervorhabens auf und legt den Fokus auf die Charakterisierung der vHv im Hinblick auf den Einsatz in der Praxis. Hierzu wird sowohl ein groß angelegtes, experimentelles Versuchsprogramm durchgeführt sowie ein numerisches Modell zur rechnerischen Traglastvorhersage generiert.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Weiterentwicklung der vorgespannten Hybridverbindung mit Schließringbolzen und hochfesten Schrauben" der Forschungsvereinigungen EFB e.V. und FOSTA e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20036BG über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 558 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The choice of a suitable joining method is of major importance for the performance and durability of structural connections in any type of construction and in other branches of industry, such as the manufacturing of sliding vehicles.
In addition to mechanical joints using high-strength bolts as well as welding, adhesive bonding is more and more being considered as a serious alternative. Hybrid joints are the focus of the research, especially to increase load-bearing capacity and reduce deformation.
This project specifically aims at the combination of elementary bonded joints and High Strength Friction Grip Bolts to form the so-called pre-loaded hybrid joint. The pre-loaded hybrid joint optimally combines the specific advantages of both elementary joining methods and thus creates an efficient structural joint.
This research takes up the findings of a previous project and focuses on the characterisation of the pre-loaded hybrid joint with regard to its application in the field. For this purpose, a comprehensive experimental test programme is carried out and a numerical model is generated for the computational load prediction.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungs- und Formelverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Motivation
1.3 Zielsetzung
2 Stand der Technik
2.1 Mechanische Verbindungstechnik
2.1.1 Mechanisches Fügen im Stahlbau
2.1.2 Mechanisches Fügen im Maschinen- und Schienenfahrzeugbau
2.2 Klebtechnik
2.2.1 Fügeverfahren Kleben
2.2.2 Oberflächenvorbehandlung
2.2.3 Bemessung geklebter Verbindungen
2.2.4 Nachweiskonzepte
2.2.5 Probabilistische Ansätze
2.3 Stand der Forschungsarbeiten zur vorgespannten Hybridverbindung
3 Material und Methoden
3.1 Methodische Vorgehensweise/Projektablauf
3.2 Verwendete Komponenten
3.2.1 Mechanische Verbindungselemente
3.2.2 Klebstoffe
3.2.3 Substratwerkstoffe
3.2.4 Substratoberflächen
3.3 Versuchsvorbereitung
3.3.1 Oberflächenvorbehandlungen
3.3.2 Vorspannkraftmessung
3.3.3 Versuchskörperherstellung
3.4 Versuchsaufbau- und Durchführung der experimentellen Untersuchungen
3.4.1 Hybridanschlüsse
4 Ergebnisse und Diskussion
4.1 VKI – Klebstoffauswahl
4.1.1 Klebstoffcharakterisierung
4.1.2 Ergänzende Untersuchungen zu den Klebstoffen
4.1.3 Experimentelle Untersuchungen zum Bruchkriterium
4.2 VKII – Experimentelle Untersuchungen an mittelskaligen vorgespannten Hybridverbindung
4.2.1 Verhalten bei Raumtemperatur
4.2.2 Verhalten bei hohen Temperaturen
4.2.3 Verhalten bei tiefen Temperaturen
4.2.4 Vergleich der Gebrauchslasten
4.3 VKIII – Großskalige zweischnittige Anschlüsse
4.3.1 Vorspannkraft-Zeit-Verhalten
4.3.2 Last-Verschiebungsverhalten
4.3.3 Einfluss der Vorspannkraft auf die Gebrauchslast
4.3.4 Einfluss von Kantenversätzen auf die Gebrauchslast
4.3.5 Einfluss von Alterungseffekten auf die Gebrauchslast
4.3.6 Dauerstandverhalten
4.4 VK IV - FE-Modellierung
4.4.1 Experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung eines Bruchkriteriums
4.4.2 Modellierung des Bruchkriteriums
4.4.3 Rechnerische Traglastvorhersage
5 Ergebnisse und Ausblick
5.1 Darstellung des wissenschaftlichen-technischen und wirtschaftlichen Nutzens der Ergebnisse
6 Literatur
7 Anhang
7.1 Ergebnisse der Grundmaterialversuche
7.2 Mittelskalige zweischnittige Anschlüsse
7.3 Großskalige zweischnittige Anschlüsse
