Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermüdungsfestigkeit der Radlasteinleitung über unterbrochene Schienenschweißnähte

Forschungsgegenstand

Die Befestigung von Flach- und Vierkantschienen über unterbrochen ausgeführte Schienenschweißnähte auf den Obergurten von Kranbahnträgern ist eine seit vielen Jahrzehnten praktizierte Bauweise bei leichtem bis mittelschwerem Kranbetrieb. Zwar werden die unterbrochenen Schienenschweißnähte in Fachbüchern und Regelwerken genannt, aber an sich ist ihre Bemessung und Ausführung durch die geltende Stahlbaunormung nicht geregelt. Entsprechend kommt es immer wieder in der Praxis zu Konflikten.

Lösungsweg/Ergebnisse

Es ist Ziel des Forschungsvorhabens, diese unbefriedigende Situation zu lösen und aufgrund von experimentellen und theoretischen Untersuchungen einen Vorschlag für eine Kerbfalleinordnung der unterbrochenen Schienenschweißnähte mit Radlasteinleitung zu erarbeiten. In Zukunft soll damit die Möglichkeit für eine rechnerische Ermüdungsbeurteilung möglich sein.

Nutzen für KMU

Bauingenieurbüros: Die Kranbahnen für Brückenlaufkrane zählen zu wichtigen Ausrüstungen von Hallen. Üblicherweise werden Kranbahnen zusammen mit der Hallenkonstruktion von mittelständischen Ingenieurbüros bemessen. Durch eine Klassifizierung der unterbrochenen Schienenschweißnähte werden die Grundlagen für einen Ermüdungsnachweis geschaffen. Die Ingenieurbüros erhalten rechtliche Sicherheit.

Stahlbaufirmen: Zu einem großen Teil werden die Kranbahnen von KMU gefertigt. Durch die Kerbfallklassifizierung würde für die seit Jahrzehnten praktizierte Bauweise der Weg für eine adäquate Verankerung in das Normenwerk geebnet. Die Stahlbauer könnten damit an dieser wirtschaftlich günstigen Ausführungspraxis festhalten.

Maschinenbaufirmen: Unterbrochene Schienenschweißnähte treten nicht nur bei Kranbahnträgern auf, sondern auch beim Kran. Die Flachschienen für die Führung der Laufkatzen von Zweiträgerbrückenkranen werden häufig mit unterbrochenen Schweißnähten auf der Kranbrücke befestigt. Somit besitzt das Forschungsergebnis auch für den Maschinenbau eine Relevanz.

Ergebniszusammenfassung:

Der Forschungsantrag konzentrierte sich auf drei Kernfragen. Zunächst war es unklar, welcher Kontakt zwischen Schiene und Flansch vorhanden ist, um eine mögliche Entlastung der Nähte zu berücksichtigen. Ein technischer, jedoch nicht vollständiger Kontakt konnte ermittelt werden und eine entsprechende Fertigungsempfehlung zur Sicherstellung dieses Kontaktes wurde formuliert. Des Weiteren war es unklar, in welche Kerbfälle die Spannungen einzustufen waren (Sigma⊥,Sigma ∥, tau ∥), hierfür wurde durch Ermüdungsversuche eine Festlegung getroffen. Schließlich war die Überlagerung der Beanspruchungen unklar. Hierfür konnte aus den Ergebnissen der beiden Forschungseinrichtungen eine Kerbfallzuordnung und ingenieurmäßige Formeln entwickelt werden, die eine einfache Berechnung der Nennspannung in Abhängigkeit der Schweißnahtdicke und der Schienenparameter ermöglicht. Zuletzt fehlte nicht nur eine Kerbfalleinstufung der Spannungen σ_⊥,σ_∥ und τ_∥ , es war zudem die Frage zu klären, in wieweit sich diese Spannungen überlagern und ein Zusammenwirken berücksichtigt werden muss. Durch die unterschiedliche Ausführung der Versuche der beiden Forschungseinrichtungen war es möglich, die Spannungsanteile einzeln zu untersuchen und jeweils einen Kerbfall zu ermitteln. Dabei konnte festgestellt werden, dass es keine maßgebliche Überlagerung der Spannungen gibt und damit auch keine Interaktion berücksichtigt werden muss.