Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz des Lichtbogenlötens zum Fügen von Anbauteilen an schwingend hoch beanspruchten Stahlkonstruktionen

In vielen Branchen des KMU dominierten Stahlbaus, besteht die Notwendigkeit, Anbauteile ohne primär tragende Funktion an schwingend beanspruchte Konstruktionen anzuschweißen. Dazu zählen z.B. Buchsen zur Anbringung von Kabelführungen bei Türmen für Windkraftanlagen, Halterungen für Hydraulikleitungen bei Kranen und im Anlagenbau, Entwässerungen und Kabelrinnen im Brückenbau oder Dopplungen im Schiffbau. Die daraus resultierenden geometrischen und metallurgischen Kerben verringern die Lebensdauer und limitieren die Beanspruchbarkeit sowie den Einsatz hochfester Stähle bei der Bemessung. Vorversuche und Literatur zeigen, dass mittels Lichtbogenlöten gefügte Anbauteile eine vergleichsweise deutlich reduzierte Kerbwirkung aufweisen und damit großes Potential für Bemessung und Materialauswahl eröffnen. In Handhabung dem Lichtbogenschweißen sehr ähnlich, existieren außerhalb der Feinblechverarbeitung für t ≥ 3mm keine bekannten Anwendungsfelder. Das ist in erster Linie auf das Fehlen systematischer Untersuchungen in diesem Bereich und dem daraus resultierenden unzureichenden Stand der Normung zurückzuführen.

Ziel dieses Projektes ist es, das Lichtbogenlöten für gering belastete Anbauteile an schwingend hoch beanspruchten Stahlkonstruktionen als Alternative zum Schweißen zugänglich zu machen. Dazu sollen an aufgelöteten Prüflingen, die typische Schweißdetails bei verschiedenen stahlbaulichen Anwendungen repräsentieren, umfangreiche Schwingfestigkeitsuntersuchungen am Grundmaterial durchgeführt und die Kerbfallklasse bestimmt werden. Numerische Untersuchungen sollen dazu beitragen, das Schwingfestigkeitsverhalten umfangreicher Geometrien zu untersuchen. Zug-, Schub- und Resttragfähigkeitsuntersuchungen liefern Aussagen zur statischen Beanspruchbarkeit der Lotnähte. Basierend auf Versuchen sollen Anleitungen zur Ausführung von Lötnähten sowie Empfehlungen zur Bemessung in Vorbereitung auf eine normative Einarbeitung in Zusammenarbeit mit Zulassungsstellen erarbeitet

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde nachgewiesen, dass die Substitution konventioneller Schweißprozesse durch das Lichtbogenlöten von Anbauteilen an schwingend beanspruchten Konstruktionen zu einer signifikanten Erhöhung der Schwingfestigkeit führt. Dadurch kann der Einsatz hochfester Stähle sowie Materialeinsparungen an stahlbaulichen Konstruktionen realisiert werden oder aber die Lebensdauer der Konstruktionen durch die reduzierte Kerbwirkung, je nach Beanspruchung, um Faktor 2 - 3 erhöht werden. Ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu konkurrierenden Methoden ist der gänzliche Wegfall von Nacharbeiten, was das Verfahren in der Fertigung konkurrenzlos günstig macht.

Die Technologie kann in sämtlichen stahlbaulichen Branchen (Schiffbau, Windenergie, Anlagenbau, Maschinenbau, Brückenbau,...) eingesetzt werden.

Die Ergebnisse sind derart eindeutig, dass im Projekt eine konkrete Kerbfallempfehlung gegeben werden konnte, welche nach Rücksprache mit den beteiligten Zertifizierungsgesellschaften auch kurzfristig in entsprechende Anwendungsnormen überführt werden kann.

Es konnte zudem nachgewiesen werden, dass keine negativen geometrischen Einflüsse hinsichtlich Größe und Dicke des Anbauteils sowie der Grundmaterialblechdicke zu erwarten sind. Die Ergebnisse konnten auch an hochfesten Stählen bestätigt werden. Begleitend zu dem Projekt konnte eine bauaufsichtliche Zulassung für das Lichtbogenlöten im Stahlbau erwirkt werden. Neben der normativen Einführung haben sich zahlreiche Interessenten, insbesondere aus dem Bereich Windenergie, zur Umsetzung der Technologie gemeldet, so dass mit einer verbreiteten zeitnahen Umsetzung gerechnet wird.