Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung des Scherschneidens zur Ausführung von Löchern in Stahlkonstruktionen

Die Vorlochfertigung durch Scherschneiden liefert einen signifikanten Beitrag zur Steigerung der Produktivität. Im Stahlbau nach DIN EN 1090-2 ist eine Vorlochfertigung durch Scherschneiden nur zulässig, sofern t < d ist. Diese Forderung gab es in anderen europäischen Ländern bisher nicht. In den Ausführungsklassen 3 und 4, gemäß DIN EN 1090-2, ist das Scherschneiden generell nicht zulässig. In der DIN EN 1090-2 wird beim Scherschneiden auf den Lochzustand und die fertigungstechnischen Randbedingungen des Lochens jedoch nicht eingegangen. Beim Einsatz des Scherschneidens, als kostengünstiges Vorlochverfahren, sind die Fertigungsparameter wie z. B. Schneidspalt oder Stempel- und Matrizengeometrie jedoch von entscheidendem Einfluss auf die Schnittflächenqualität und somit auch auf das Werkstoff- und Tragverhalten im Bereich des Loches bzw. des bezogenen Restquerschnittes des Bauteiles. Durch die Qualifizierung des Scherschneidens als Vorlochverfahren werden Fertigungsparameter für die Erzeugung von Vorlöchern definiert und ihre Eignung beim späteren Einsatz mit Schließringbolzen-Systemen, Blindnieten, Schrauben.- und Vollnietverbindungen nachgewiesen. Die Untersuchungen werden anhand folgender Hypothesen durchgeführt:

1.Blechdicke t > Lochdurchmesser d

2.Maximierung des Glattschnittanteiles

3.Qualifizierung des Scherschneidens und praxisgerechte Implementierung

4.Einfluss der Lochherstellung auf die Schwingfestigkeit von Bauteilen und mechanisch gefügten Verbindungen.

Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens sind durch die Erweiterung der Regeln zum Scherschneiden von Löchern in DIN EN 1090-2 unmittelbar anwendbar. Hierdurch werden bislang notwendige Einzelfallprüfungen gespart, die insbesondere für KMU problematisch, zeit- und kostenintensiv sind.

Die gewonnenen Erkenntnisse leisten für KMU einen signifikanten Beitrag zur Senkung von Kosten und Prozesszeiten, da die Fertigung der Vorlöcher in den Bereichen Werkstatt oder Baustelle erfolgen kann.

Ergebniszusammenfassung:

Die Vorlochfertigung durch Scherschneiden liefert einen signifikanten Beitrag zur Steigerung der Produktivität. Im Stahlbau ist nach DIN EN 1090-2 eine Vorlochfertigung durch Scherschneiden nur zulässig, sofern t < 1,4 · d ist. In Verbindungen unter zyklischen oder seismischen Beanspruchungen, Überlappverbindungen mit Schrauben oberhalb der Festigkeitsklasse 8.8 oder in gleitfesten Verbindungen ist das Scherschneiden des Nennlochdurchmessers generell nicht zulässig. In DIN EN 1090-2 wird beim Scherschneiden auf den Lochzustand sowie auf die fertigungstechnischen Randbedingungen des Lochens nur bedingt eingegangen. Beim Einsatz des Scherschneidens, als kostengünstiges Vorlochverfahren, sind die Fertigungsparameter wie z. B. Schneidspalt oder Stempel- und Matrizengeometrie von entscheidendem Einfluss auf die Schnittflächenqualität und somit auch auf das Werkstoff- und Tragverhalten im Bereich des Loches bzw. des bezogenen Restquerschnittes des Bauteiles. Durch die Anpassung der Schneidparameter und Anlagentechnik ist ein Erreichen von bis zu 100 % Glattschnittanteil bei Gratfreiheit möglich. Auf diese Weise gefertigte Löcher im Stahlwerkstoff S235JR erreichen ein besseres Schwingfestigkeitsverhalten als das gebohrte Loch bei den Bauteildicken t = 6 mm (DSt = 13 mm) und t = 10 mm (DSt = 9 mm und DSt = 13 mm). Ein Vergleich der „gestanzten Lochstäbe“ mit den „gebohrten Lochstäben“ lässt keinen schwingfestigkeitsmindernden Einfluss des Scherschneidens erkennen.

Neben dem Stahlwerkstoff S235JR wurden weitere Stahlwerkstoffe wie der S355J2+N, der S460MC, S250GD, S350GD und der HX420LAD in mehreren Bauteildicken eingesetzt. Auch hierbei ist zu erkennen, dass durch eine definierte Vorgabe von Schneidparametern (Verkleinerung des Schneidspaltes) das Ergebnis der Schwingfestigkeitsprüfung gegenüber dem Scherschneiden nach „Stand der Technik“ signifikant verbessert werden konnte.