Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erweiterung der Anwendungsgrenzen von Blindbefestigern zum Verbinden höherfester Stähle

Höherfeste Baustähle (S500…S960) verdrängen mehr und mehr normalfeste Stähle. Zur Herstellung der Verbindungen werden konstruktionsbedingt zunehmend Blindbefestiger (Schraubniet, Blindniet, Blindbolzen) nachgefragt. Die praktische Umsetzung scheitert jedoch oft am Mangel eines geeigneten Bemessungskonzepts. Alternativ kann die Tragfähigkeit nur durch sehr kosten- und zeitaufwändige Untersuchungen nachgewiesen werden. Dies ist insbesondere für KMU problematisch.

Derzeitige Bemessungskonzepte berücksichtigen die positiven Effekte der höheren Werkstofffestigkeit und deren Leistungsfähigkeit nicht. Besonderes Potential wird in der nachweislich höheren Ermüdungsfestigkeit gesehen. Durch experimentelle und numerische Untersuchungen soll daher zunächst systematisch das Last-Verformungs-Verhalten von Verbindungen mit höherfesten Stählen charakterisiert werden. Hintergrund ist die abnehmende Verformungsfähigkeit, die sich mit zunehmender Bauteilfestigkeit einstellt und Auswirkungen auf das Trag- und Verformungsverhalten nimmt. Zum anderen soll der höheren Ermüdungsfestigkeit Rechnung getragen werden. Im Ergebnis stehen dem Endanwender Bemessungsparameter für statische und schwingende Beanspruchung zur Verfügung.

Die Bemessungsparameter sollen dazu in das derzeit noch im Entwurf befindliche DVS/EFB-Merkblatt 3430-2 „Bemessung von Blindnietverbindungen“ einfließen, welches Werkstoffe bis S420 berücksichtigt. Über das Merkblatt werden die Projektergebnisse einem breiten Anwenderkreis zugänglich gemacht. Langfristig ist zudem die Überführung in das europäische Normenwerk geplant (Eurocode 3).

Vom Bemessungskonzept profitieren besonders KMU, die als Zulieferer, Stahlbau-, Montagefirmen sowie Ingenieurbüros tätig sind, da diese oft über keine F&E-Kapazitäten verfügen. Eine beanspruchungsgerechte Bemessung der Verbindung ermöglicht zudem eine höhere Ausnutzung der Werkstoffe führt zu schlankeren und wirtschaftlicheren Konstruktionen und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit von KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konnten, in Anlehnung an den Eurocode 3 Teil 1-8, Bemessungsregeln für Verbindungen mit Blindbefestigern und hochfesten Stählen erarbeitet werden. Die Basis dafür bildeten umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen an Verbindungen mit Bauteilen aus hochfesten Stählen, welche sowohl in quasi-statischen Versuchen als auch Schwingfestigkeitsversuchen geprüft wurden. Die umfangreichen experimentellen Untersuchungen dienten dabei in einem ersten Schritt dem Erkenntnisgewinn zum Tragverhalten von Verbindungen mit Blindbefestigern und Bauteilen aus hochfesten Stählen. Auf Basis dieser Erkenntnisse konnte das Ziel einer Erweiterung der Anwendungsgrenzen erzielt werden, welches verbunden ist mit einer Reduzierung der derzeit erforderlichen und kostspieligen Versuchsaufwände (gerade für KMU) durch die erarbeiteten analytischen Nachweisformate.

Die Aufbereitung der im Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse erfolgte bereits während der Projektlaufzeit durch Veröffentlichungen in branchenrelevanten Zeitschriften und Beiträgen auf Konferenzen. Durch das erweiterte Bemessungskonzept wird es dem KMU Endanwender ( Bemessungs- und Konstruktionsingenieur) ermöglicht, fortan auch Verbindungen, in denen hochfeste Stähle zum Einsatz kommen, wirtschaftlich bemessen zu können und nicht oder nur im geringen Umfang auf kosten- und zeitintensive Einzelfalluntersuchungen zurückgreifen zu müssen.

Darüber hinaus erfolgt eine Überführung der Ergebnisse in das DVS/EFB-Merkblatt 3430-2 „Bemessung von Blindnietverbindungen“. In einem weiterführenden Schritt sollen diese Bemessungsregeln in entsprechende DIN-Normen Anwendung finden, sodass sie als Bemessungsgrundlage für die infrage kommenden Industriezweige (Fahrzeugbau, Maschinen- und Anlagenbau, Bauwesen) verfügbar sind.