Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPTragverhalten kombiniert beanspruchter Verbindungen mit Schließringbolzensystemen
Die Schließringbolzentechnologie stellt eine Alternative zu den klassischen im Stahl- und Maschinenbau eingesetzten Schraubverbindungen dar. Schließringbolzen (SRB) weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Hierzu zählen die äußerst geringen Streuungen beim bedienerunabhängigen Einbringen der Vorspannkraft, die höheren Tragwiderstände in Zug- und Scherverbindungen im Vergleich zu Schrauben mit gleichem Nenndurchmesser, die Verfügbarkeit von genormten Festigkeitsklassen sowie vor allem die wirksame Sicherung gegenüber dem selbsttätigen Lösen des Schließrings. Diese Vorteile ermöglichen u. a. Einsparungen in der Fertigung und Montage sowie Kostenreduzierungen für Wartung und Instandhaltung von Konstruktionen. Die zunehmende Verbreitung dieser Fügetechnologie hängt neben den genannten Vorteilen vor allem mit der sukzessiven Bereitstellung von Bemessungsregeln zusammen.
Problemstellung
Aufgrund mangelnder Kenntnisse über das Tragverhalten unter kombinierter Quer- und Axialkraftbeanspruchung wird dieser Beanspruchungsfall momentan im DVS-EFB Merkblatt 3435-2 mithilfe eines linearen Interaktionsnachweises sehr konservativ bemessen. Dahingegen gilt für Schraubenverbindungen im Stahlbau nach DIN EN 1993-1-8 ein bilinearer bzw. im Maschinenbau nach VDI 2230 - Blatt 1 eine Kreisgleichung als Interaktionsnachweis. Es ist davon auszugehen, dass die höheren Einzeltragfähigkeiten der Schließringbolzen bei reiner Axialkraftbelastung und reiner Querkraftbelastung gegenüber Schrauben in nicht hinreichender Form zum Tragen kommen.
Zielstellung
Im Rahmen des Forschungsvorhabens ist der Einfluss auf das Tragverhalten von Parametern wie der Ausführungsform des SRB-Systems, dem Nenndurchmesser, der Werkstoffpaarung, der Festigkeitsklasse sowie dem Lasteinleitungswinkel zu identifizieren. Damit wird der Einfluss des unterschiedlichen Konstruktionsprinzips des Schließringbolzens auf das Tragverhalten bei kombinierter Beanspruchung im Vergleich zur Schraube wissenschaftlich untersucht und interpretiert. Ein weiteres Ziel besteht darin, über numerische Simulation (FEM) zusätzliche Einflussgrößen zu untersuchen, die im Versuch nicht oder nur mit sehr hohem experimentellem Aufwand abgebildet werden können. Durch die Zusammenführung der experimentellen und numerischen Analysen ist ein wissenschaftliches Nachweiskonzept für den Einsatz von SRB-Systemen unter kombiniert Zug- und Scherbeanspruchung zu ermitteln.
Nutzen
Die Erarbeitung eines Interaktionsnachweises für SRB-Systeme dient einerseits der Verbesserung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bei der Auslegung. Damit sollen Vorbehalte, die bei den Anwendern aufgrund mangelnder Bemessungsregeln auftreten und den Einsatz von SRB-Systemen trotz der offensichtlichen Vorteile gegenüber Schraubverbindungen hemmen, beseitigt werden. Andererseits werden die Anwendungsgrenzen des betrachteten Fügeverfahrens erweitert. Es profitieren sowohl Unternehmen aus dem Bauwesen als auch aus dem Nutz- und Schienenfahrzeugbar.