Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weiterentwicklung der vorgespannten Hybridverbindung mit Schließringbolzen und hochfesten Schrauben

Das Vorhaben wird mit dem Forschungsziel verfolgt, eine Nachweisführung mithilfe der im Bauwesen üblichen Spannungsnachweise für die gegenüber den elementaren Fügeverbindungen postulierten Vorteile der vorgespannten Hybridverbindung zu schaffen. Im Rahmen des Vorgängerprojektes konnte für die vorgespannte Hybridverbindung gezeigt werden, dass durch die Klebung auf feuerverzinkten Oberflächen eine immense Steigerung der Traglasten erzielt werden kann. Im Lösungsweg sind im ersten Schritt daher geeignete beschichtete Substrate für den Schienenfahrzeugbau und den Stahlbau auszuwählen. Aufbauend hierauf erfolgt die Klebstoffauswahl und Charakterisierung, sodass eine Endauswahl an Klebstoffen getroffen werden kann. Die Eignung der ausgewählten Klebstoffsysteme ist an großmaßstäblichen Hybridanschlüssen zu verifizieren, wobei auch unterschiedliche Ansätze zur Ausbildung des Klebspaltes berücksichtigt werden. Des Weiteren werden die Hybridanschlüsse unter Berücksichtigung von Temperaturschwankungen und dem Einfluss von Blechdickentoleranzen untersucht. In Vorbereitung auf eine numerische Simulation erfolgt die mechanische und thermische Charakterisierung der Klebstoffsysteme. Anhand eines Bruchkriteriums erfolgt die numerische Ermittlung der Traglasten, welche sich durch die experimentellen Untersuchungsergebnisse validieren lassen. Im Rahmen des Projekts werden geeignete Bemessungsvorschläge als Ergebnis angestrebt. Durch die Schaffung von Bemessungsregeln für vorgespannte Hybridverbindungen werden die Kosten für bislang notwendige Einzelfallprüfungen gespart. Als Nutzen für KMU können Kosten bei der direkten Ausführung sowie durch den Entfall aufwendiger Reibflächenvorbehandlung einschließlich der damit verbundenen Transportwege reduziert werden. Die Zusammenarbeit mit den Fachverbänden und kooperierenden Forschungsvereinigungen sichert zudem den Ergebnistransfer.

Ergebniszusammenfassung:

1. Ein praxistauglicher Herstellungsprozess großmaßstäblicher Hybridprüfkörper wurde ausgearbeitet. Eine Wischentfettung mit Isopropanol oder Methylehtylketon als Oberflächenvorbehandlung ist ausreichend für die Erzielung hochtragender Verbindungen.2. Es wurde eine umfangreiche oberflächenoptimierte Klebstoffauswahl für die branchenüblichen Oberflächen Stückverzinkung (Stahlbau) und Grundierung (Schienenfahrzeugbau) durchgeführt. Die ausgewählten Klebstoff/Oberflächenkombinationen konnten an großmaßstäblichen Hybridprüfkörpern validiert werden. Es waren Gebrauchslaststeigerungen auf 200% … 400% gegenüber elementaren Fügeverfahren zu verzeichnen. Für die Praxis bedeutet dies eine mögliche Einsparung an Verbindungselementen, kleinere Bauteilabmessungen und der Verzicht auf aufwendige Reibflächenvorbehandlungen.

3. Das Vorspannkraftniveau- und die Vorspannkraftstreuung aus dem jeweiligen Anziehverfahren ist von untergeordneter Bedeutung. Es wurde herausgefunden dass die Vorspannkraft keinen Einfluss auf die mittlere Gebrauchslast im Bereich 50 % bis 125 % der nominellen Vorspannkraft hat. Diese Erkenntnis hat eine besondere Relevanz für den industriellen Einsatz. Es kann somit auf Anlagentechnik für aufwendige Anziehverfahren und Anziehgeräte sowie auf ein Nachspannen, bzw. Warten der Verbindungen über die Lebensdauer verzichtet werden.

4. In Kriechprüfungen zur Untersuchung der Dauerstandsfestigkeit wurde eine Ausnutzung von 70 % bis 75 % der Gebrauchslast der jeweiligen Versuchsklebstoffe über eine Messdauer von einem Jahr nachgewiesen.

5. Generell wurde ein robustes Verhalten gegenüber Extremtemperaturen, Kantenversätzen und Variationen in der Zinktauchbadzusammensetzung nachgewiesen.

6. Mithilfe ein numerischen Modells ist eine rechnerische Traglastvorhersage der Hybridverbindungen für feuerverzinkte und beschichtete Oberflächen möglich.