Die Kombination von Faser-Kunststoff-Verbunden und Klebtechnik als Fügeverfahren gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Dissertation von Dr.-Ing. Stefan Schmidt variiert zur optimierten Gestaltung der Faserverbundsubstrate für das klebtechnische Fügen systematisch verschiedene konstruktive und materialseitige Parameter der Fügeteilwerkstoffe und untersucht experimentell den Einfluss auf die Verbundfestigkeit und das Versagensverhalten.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Experimentelle Ergebnisse zeigen die Anwendungsmöglichkeit umformtechnisch gefügter Pressbolzen als hochfest vorspannbare Verbindungselemente für Verschraubungen. Sie stellen alternativ zum Schweißbolzen ein tragfähiges Gewinde bereit. Anhand der vorliegenden Kerbfälle und Dauerfestigkeiten sowie der Nennspannungswöhlerlinien sind umformtechnisch gefügte Pressbolzenverbindungen nach dem Nennspannungskonzept bewertbar.
Die aus numerischen Untersuchungen entwickelten Volumen- und Schalenmodelle bilden die Basis für Untersuchungen zum Strukturspannungskonzept.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-589.html
Aktualisiert: 2023-05-04
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Bei der Herstellung von Blechbaugruppen ergeben sich für jeden Prozessschritt Abweichungen, die sich störend auf nachfolgende Fertigungsschritte auswirken. Aus den bei jedem Fertigungsschritt (Scherschneiden, Umformen, Spannen und Fügen) anfallenden Daten werden prozessübergreifende Zusammenhänge abgleitet und dadurch die Fügepunktqualität verbessert, indem ein prozessübergreifender Datenaustausch sowie die Inline- Simulation der Prozesskette entwickelt werden.
Ein speziell erarbeitetes Datenformat ermöglicht die automatisierte Verarbeitung der Prozessdaten, mit denen die Werkzeuggeometrie optimiert und die Parameter im Fügeprozess angepasst werden. Basis dafür ist die Akquirierung, Sicherung und Auswertung der Daten in einer datentechnisch gekoppelten Fertigungsumgebung. Das Datenmanagement stellt daher eine zentrale Rolle im Fertigungsprozess dar.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-578.html
Aktualisiert: 2022-06-23
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Umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen an Verbindungen mit Bauteilen aus hochfesten Stählen führen zu neuen Erkenntnissen zum Tragverhalten. Sie beziehen sich sowohl auf den statischen als auch auf den Ermüdungsfestigkeitsnachweis von Verbindungen mit Blindbefestigern.
Ausgangsbasis sind die normativen Vorgaben zur Bemessung von Verbindungen mit Schrauben und Vollnieten gemäß der DIN EN 1993-1-8 im Bereich des Stahlbaus. Die Ergebnisse werden in entsprechende Bemessungsregeln überführt, die auch die Festigkeit des Grundmaterials im Nachweis erfassen.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-571.html
Aktualisiert: 2022-12-22
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Gittermasttürme von Windenergieanlagen als Stahlbaukonstruktionen mit Schließringbolzenverbindungen sind direkt den atmosphärischen Belastungen sowie auch dynamisch mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Mit der Kombination einer Schwingprüfmaschine und einer Kondensationskammer erweitert um eine Elektrolytdosiereinheit werden gefügte feuerverzinkte Stahlbau-Proben einer gleichzeitigen kombinierten mechanischen und medialen Belastung ausgesetzt.
Diese Testmethode offenbart, dass die Haftung der Zinkstaubschicht und der Zustand der freiliegenden Oberflächenabschnitte stark von der Vorbereitung der Oberflächen und der Applikation der Beschichtung abhängen und auch die Art der Auslagerung der Proben großen Einfluss auf die Gleitkraft hat.
Der Eintritt des Elektrolyts in den Zwischenraum der Bleche sowie Risse in den Beschichtungen können zum Angriff auf die metallischen Oberflächen führen. Es empfiehlt sich, Bauwerke so zu konstruieren, dass Regenwasser gezielt abläuft und an bestimmten Stellen Proben entnommen werden können.
Hierdurch lässt sich die Inspektion, verbunden mit der Stilllegung der Anlage im Zeitraum der Wartung deutlich kostengünstiger gestalten.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-569.html
Aktualisiert: 2022-01-20
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Eine vorgespannte Hybridverbindung kombiniert elementare Klebverbindungen und gleitfest vorgespannte Schraubenverbindungen. Mit der Auswahl oberflächenoptimierter Klebstoffe für die branchenüblichen Oberflächen Stückverzinkung (Stahlbau) und Grundierung (Schienenfahrzeugbau) werden Gebrauchslaststeigerungen auf bis zu 400% gegenüber elementaren Fügeverfahren verzeichnet.
Für die Praxis bedeutet dies eine mögliche Einsparung an Verbindungselementen, kleinere Bauteilabmessungen und den Verzicht auf aufwendige Reibflächenvorbehandlungen. Außerdem kann auf das Nachspannen, bzw. Warten der Verbindungen über die Lebensdauer verzichtet werden.
Generell verhält sich die Verbindung robust gegenüber Extremtemperaturen, Kantenversätzen und Variationen in der Zinktauchbadzusammensetzung. Mithilfe eines numerischen Modells ist eine rechnerische Traglastvorhersage der Hybridverbindungen für feuerverzinkte und beschichtete Oberflächen möglich.
https://ble-x.de/mydocs/1659
Aktualisiert: 2021-09-23
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Die Kombination von Faser-Kunststoff-Verbunden und Klebtechnik als Fügeverfahren gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Dissertation von Dr.-Ing. Stefan Schmidt variiert zur optimierten Gestaltung der Faserverbundsubstrate für das klebtechnische Fügen systematisch verschiedene konstruktive und materialseitige Parameter der Fügeteilwerkstoffe und untersucht experimentell den Einfluss auf die Verbundfestigkeit und das Versagensverhalten.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Blindniete eignen sich im besonderen Maße zum Fügen von Mischverbindungen, da sie kein Verformungsvermögen der Bauteile voraussetzen und nur eine einseitige Zugänglichkeit zur Fügestelle erfordern.
Es werden geeignete hülsenfaltende Blindnietsysteme an Fügekombinationen, bestehend aus CFK- und Aluminiumfügeteilen untersucht. Viele setzprozessinduzierte Schädigungen am Fügeelement und in der CFK Verbundstruktur reduzieren die Festigkeitseigenschaften des CFK sowie die Tragfähigkeit der Nietverbindungen.
Für die praxisgerechte Auslegung der Blindnietverbindungen ist bedeutsam, dass die Ausnutzung des zulässigen Blindniet-Klemmbereichs durch dickere Bauteile mit großen Veränderungen in der geometrischen Fügepunktausbildung einhergeht, wodurch die Tragfähigkeit der Nietverbindung nachweislich signifi kant reduziert wird.
https://ble-x.de/mydocs/1643
Aktualisiert: 2021-10-21
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Die Qualifizierung stanzend hergestellter Verbindungen aus Aluminium und Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) setzt Kenntnisse werkstofflicher Potenziale der FKV-Werkstoffe voraus, die über die Verbindungsbemusterung bis hin zu den resultierenden mechanischen Verbindungseigenschaften reichen.
Auch die medialen Einflussfaktoren, wie beispielsweise Temperatur und Feuchte beeinflussen die Werkstoffeigenschaften des FKV.
Durch den Einsatz optischer Messtechnik auf Basis der digitalen Bildkorrelation kann erstmalig das Schädigungsverhalten für Halbhohlstanzniet- Verbindungen auf Basis der Nietschrägstellung über den sowohl quasistatischen als auch zyklischen Scherzugversuch hinweg beurteilt werden.
https://ble-x.de/mydocs/1644
Aktualisiert: 2021-10-21
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Die axialen Tragfähigkeiten für selbstschneidende Gewindeeinsätze (SSG, DGE) in den Abmessungen M20 und M24 werden für den Einsatz in Leichtmetallen systematisch experimentell ermittelt. Ergebnisse über die Konstruktionsparameter wie Randabstand, Einschraubtiefe, Durchgangslochdurchmesser sowie Werkstofffestigkeit bestätigen das Konstruktionsprinzip der abgestimmten Tragfähigkeiten auch für SSG.
Außerdem werden keine signifikanten Vorspannkraftverluste oder –änderungen infolge Setzen oder Relaxation im Vergleich zu Verschraubungen in geschnittenen metrischen ISO-Gewinden beobachtet, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten der SSG auf den Einsatz in Aluminiumlegierungen erweitert werden können.
Für die Mehrfachverschraubung mit SSG zum Zweck der Reparatur und Instandhaltung werden praxisgerechte Vorgaben im Sinne aktueller Regelwerke zum Anziehen abgeleitet, um z.B. ein Mit- oder Herausdrehen der SSG auszuschließen.
https://ble-x.de/mydocs/1622
Aktualisiert: 2021-02-25
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Zur Beschreibung des Tragverhaltens und zur Ableitung eines Bemessungskonzeptes werden systematische experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt, die die Bemessungsregeln von reibschlüssigen Verbindungen mit Langlöchern in Anlehnung an die VDI 2230 - Blatt 1 für maschinenbauliche Anwendungen und in Anlehnung an den Eurocode 3 für stahlbauliche Anwendungen erweitern.
Das Konzept soll mittelfristig in eine DIN-Norm bzw. VDI-Richtlinie überführt werden, die als Bemessungsgrundlage für Konstruktionen im Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau sowie im Bauwesen dient.
https://ble-x.de/mydocs/1621
Aktualisiert: 2021-05-06
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Mit dem Einsatz eines kollaborierenden Roboters wird die Fehlererkennbarkeit manueller Setzprozesse wie Clinchen und Blindnieten verbessert.
Dazu wird zunächst auf Basis zuvor festgelegter Montageszenarien die Ergonomie für verschiedene Anwendungsfälle bewertet und eine Handführungseinrichtung mit einem Algorithmus entwickelt.
Das Gesamtsystem, bestehend aus einem Handsetzgerät, einem Kraft-Momenten-Sensor und einem kollaborierenden Roboter wird derart optimiert, dass Setzprozessfehler bereits vor dem Prozess detektiert und ausgebessert werden konnten.
So wird bei der manuellen und automatisierten Montage, wie z. B. im Rohbau und der Endmontage sowie im Bereich der Montage oder Reparatur von individuellen Baugruppen die Ergonomie der mechanischen Fügeprozesse verbessert.
https://ble-x.de/mydocs/1623
Aktualisiert: 2021-05-27
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Die dynamische Belastung von Strukturen, die mittels Schraubverbindung gefügt wurden, ruft Dämpfungseffekte in den Fügestellen hervor. Diese Fügestellendämpfung kann gezielt dazu genutzt werden, gefügte Tragwerksstrukturen hinsichtlich der Belastbarkeit zu verbessern.
Das nichtlineare Übertragungsverhalten durch Kräfte und Verschiebungen hängt beispielsweise ab von der Haftreibungszahl in den Kontaktflächen, der Klemmlänge des Klemmpakets oder auch der Anzahl der Verbindungselemente einer Fügestelle und kann die Dämpfungscharakteristik spezifischer Verbindungskonfigurationen, wie etwa die Vorspannkraft einer Schraubenverbindung überlagern.
Das entwickelte Prüf- und Mess-Konzept verwendet LVDT-Wegsensoren, um das dynamische Verhalten von HV-Schraubverbindungen zu untersuchen und wird ergänzt durch die FE-die Simulation des dynamischen Verhaltens an einem elastischen Mehrkörpermodell.
https://ble-x.de/mydocs/1598
Aktualisiert: 2020-07-01
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In mehreren Versuchsserien: analytisch (Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, sowie Elektrochemie), sowie im Laborbelastungstest (Kondenswasser-Wechseltest und der neutrale Salzsprühnebeltest) und der Freibewitterung (Helgoland, Rostock, Dresden) werden korrosionskritische Bereiche an Schließringbolzenverbindungen identifiziert und kritische Faktoren aus der Herstellung ermittelt.
Die Fügeelement- und die Fügeteilbeschichtung erweisen sich als maßgebliche Faktoren für das Korrosionsverhalten. Außerdem werden verschiedene Prüfverfahren als Hilfsmittel zur Wareneingangskontrolle der Korrosionsschutzsysteme der Schließringbolzen bewertet.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Ausgehend von den existierenden Nachweiskonzepten mit deren analytischen Berechnungsmodellen werden vergleichende experimentelle Untersuchungen zum Vorspannkraftverlust und zur Gleitlast bei kleinen Klemmlängen-Durchmesser-Verhältnissen durchgeführt.
In diesem Zusammenhang widmet sich das Projekt auch der Fragestellung eines zuverlässigen Gleitkriteriums zur Auswertung vorliegender Gleitlastverschiebungskurven.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Um die Vorteile einer Schraubenverbindung als gleitfest vorgespannte Verbindung zu ermöglichen und damit eine deutliche Steigerung des Tragfähigkeitspotenzials bei zyklischer Beanspruchung zu erschließen, werden Z-Pins in das Laminat bei gleichzeitig minimalen Eigenschaftsänderungen der Laminatstruktur (Oberflächengüte, statische Festigkeit) eingebracht.
Die Wahl des Vorlochverfahrens insbesondere bei schwingender Belastung beeinflusst das Ermüdungsverhalten der FKV-Werkstoffe. Die betrachteten Vorlochoperationen (Bohren, Wasserstrahlschneiden) zeigen keinen signifikanten Einfluss auf die statische Tragfähigkeit der FKV-Bauteile.
Es werden außerdem Stellgrößen bezüglich der Oberflächenvorbereitung sowie der Extrapolation von Vorspannkraftverlusten über die Lebensdauer für FKV-Halbzeuge im Allgemeinen identifiziert.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Systematische experimentelle und numerische Untersuchungen zur Beschreibung des Tragverhaltens und zur Ableitung eines Bemessungskonzeptes von Verbindungen mit exzentrisch axialkraftbeanspruchten Schließringbolzen für Anwendungen im Stahl- und Maschinenbau erweitern die Bemessung von Schließringbolzenverbindungen nach dem EFB-DVS-Merkblatt 3435-2 in Anlehnung an den Eurocode 3 für stahlbauliche Anwendungen und die VDI 2230 – Blatt 1 für maschinenbauliche Anwendungen.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Grundlegende und systematische experimentelle Untersuchungen führen zu einem deutlichen Erkenntnisgewinn zum Tragverhalten von dünnwandigen Bauteilen. Bestehende Anwendungsgrenzen werden wesentlich erweitert, so dass
bei Einhaltung von gewissen Randbedingungen ein getrennter Nachweis von Blindniet (BN) und Bauteil möglich ist.
Durch die umfangreichen Versuche und die hohe Qualität der numerischen Berechnungen wird ein allgemeines Bemessungskonzept für Blindniete entwickelt, das die erforderlichen und kostspieligen Versuchsaufwände zur Bemessung von BN-Verbindungen künftig nachhaltig reduziert.
Es ist in den Industriezweigen Bauwesen, Fahrzeugbau, Maschinen und Anlagenbau anwendbar.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Sowohl das Stanznieten mit Halbhohl- als auch das Stanznieten mit Vollniet sind geeignet zum Verbinden von Edelstahlen mit verzinkten Feinblechen.
Beim Stanznieten mit Vollniet konnte mit gezielter Anpassung der Nietlange und der Matrizengravur charakteristische Verbindungsausbildung erzielt werden. Die standardmäßig verfügbare Vollnietkontur erwies sich als geeignet zum Verbinden von Edelstahlblechen mit verzinkten Feinblechen. Die verfügbare Stufung der Nietlängen (0,3mm) ist ausreichend, um die Nietlänge der Gesamtfügeteildicke anzupassen. Eine kleinere Stufung und damit ein größeres Sortiment an Vollnieten erscheint nicht notwendig. Bei der Auswahl der Matrizengravur gilt prinzipiell je größer die Festigkeit des stempelseitigen Materiales um so kleiner ist die Wirkfläche der Matrize zu wählen bei gleichzeitiger Vergrößerung der Konturhöhe. Die Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur der Fügeteile während des Setzprozesses zur Verringerung der Martensitbildung des austenitischen Stahles zeigen im Setzkurvenverlauf eine Verringerung der zur Verbindungserzeugung notwendigen Stanzkraft und somit des sich einstellenden Schnittschlages, was mit einer geringeren Maschinenbelastung einhergeht. Im metallographischen Querschliff wurden keine Änderungen in der Verbindungsausbildung festgestellt. Jedoch konnten höhere erreichbare quasistatische Festigkeiten und Arbeitsaufnahmevermögen der Verbindungen festgestellt werden.
Beim Stanznieten mit Halbhohlniet wurden ebenfalls charakteristische und reproduzierbare Fügeergebnisse beim Verbinden von Edelstählen mit verzinkten Feinblechen erzielt. Auch hier ist eine gezielte Matrizen- und Nietanpassung entsprechend der Fügeaufgabe zur Optimierung der Verbindung notwendig, um eine optimale Verbindungstragfähigkeit zu erzielen. Dabei ist beim Einsatz der metastabilen austenitischen Stähle je Blechcharge eine Optimierung zu empfehlen. Eine Erhöhung der Niederhalterkraft bewirkt keine Verbesserung des Schneidverhaltens des Nietes bei der Verbindungsausbildung.
Die Temperatur der Fügeteile hat signifikanten Einfluss auf die Verformungsmartensitbildung während des Setzprozesses. Bei einer Temperatur der Fügeteile von 80°C wahrend des Setzprozesses ist der im Austenit entstehende Martensitgehalt auf rund 30% reduzierbar. Auf die Fügeelementausbildung und dessen Tragverhalten wurde für die betrachteten Verbindungsvarianten kein wesentlicher Einfluss erkannt.
Ein Geschwindigkeitseinfluß auf das Fügeergebnis bei der Verarbeitung von austenitischen Stählen konnte nicht nachgewiesen werden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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