Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermittlung von Setzbeträgen organischer Beschichtungen im Kraftfluss von Schraubenverbindungen unter besonderer Berücksichtigung von Einzelschichtstärken, sowie des Temperatureinflusses

Der Stand der Technik ist in Bezug auf den Verbleib von organischen Lackschichten in Schraubenverbindungen nicht eindeutig geregelt. So sind in der Richtlinie VDI 2230 zur Berechnung von hochfesten Schraubenverbindungen organische Lackschichten im Kraftfluss nicht berücksichtigt, was eine signifikante Einschränkung der Übertragbarkeit der Richtlinie auf Verbindungen mit beschichteten Oberflächen darstellt. Dies führt in der Praxis dazu, dass Beschichtungen in den Kontaktflächen der Schraubenverbindung vermieden werden, wodurch die Kosten der Lackierarbeiten steigen und der Korrosionsschutz der Verbindung leidet.

Verschiedene Forschungsarbeiten zeigen, dass hochvernetzende organische Beschichtungssysteme bei Raumtemperatur nicht zu einem erhöhten Vorspannkraftverlust der Verbindung im Vergleich zu metallischen Beschichtungen führen. Die Beschichtungen sind demnach grundsätzlich in der Lage, den hohen Beanspruchungen im Kraftfluss einer Schraubenverbindung dauerhaft standzuhalten. Jedoch wurde der Einfluss von erhöhten Temperaturen in diesen Forschungsarbeiten nicht berücksichtigt. Ebenso ist der Einfluss der Einzelschichtstärke einer mehrschichtigen Beschichtung bisher nicht untersucht.

In dem vorliegenden Antrag soll durch Versuche zum Vorspannkraftverlust an beschichteten Prüfblechen, Setzbetragstabellen für organische Beschichtungen erstellt werden. Diese Setzbetragstabellen ermöglichen die rechnerische Vorhersage des zu erwartenden Vorspannkraftverlustes für organische Beschichtungen über die Berechnungsmethodik der VDI 2230. Hierdurch wird eine vollständige Beschichtung der Kontaktflächen von Schraubenverbindungen ohne zeit- und kostenintensive Einzelnachweise der Betriebssicherheit ermöglicht, welche vor allem für KMU häufig nicht wirtschaftlich realisierbar sind.

Die Umsetzbarkeit der FuE-Ergebnisse ist hierdurch unmittelbar nach Projektende gegeben.

Ergebniszusammenfassung:

1) Für die untersuchten organischen Korrosionsschutzbeschichtungen konnten durch Versuche an einseitig beschichteten Prüfblechen, Setzbetragstabellen im Vorbild der VDI 2230 Blatt 1 erstellt werden. Insbesondere die in der Praxis sehr verbreitete 2k-HighSolid-Epoxidharzgrundierung zeigt selbst bei hohen Flächenpressungen von bis zu 350 MPa und einer Umgebungstemperatur von bis zu 80°C, im Vergleich zu metallisch blanken Verbindungen nur geringfügig höhere Setzbeträge.

2) Durch die eingeführte Versuchsmethodik mit Fokus auf die in der Kontaktstelle wirkenden Flächenpressung unter definierten Versuchsbedingungen, ist die Ermittlung auch für anwenderbezogene Systeme ressourcenschonend zu realisieren.

3) Es konnte gezeigt werden, dass der auf die Verbindung wirkende Temperatureinfluss das Vorspannkraftverhalten maßgeblich bestimmt. Die Höhe der wirkenden Flächenpressung auf die Kontaktfläche ist diesem treibenden Faktor zwar untergeordnet, aber auf keinen Fall zu vernachlässigen wie bei metallisch blanken Verbindungen. Dies muss bei experimentellen Versuchen zur Bestimmung von Vorspannkraftverlusten (wie z.B. in DIN EN 1090-2 Anhang I) zwingend berücksichtigt werden.

4) Der Aushärtegrad einer reaktiv härtenden organischen Beschichtung (vorliegende Vernetzungsdichte des Duromers) bestimmt das thermo-mechanische Verhalten entscheidend. Es muss somit eine ausreichende Aushärtezeit (abhängig von dem eingesetzten System und Umgebungsbedingungen) nach dem Beschichtungsvorgang eingehalten werden. Die benötigte Aushärtezeit zu quantifizieren war noch nicht Bestandteil der systematischen Untersuchungen des abgeschlossenen Projektes und soll in einem nachfolgenden Forschungsprojekt untersucht werden.