Beschreibung
P 1121 – Entwicklung einer Methode zur Auslegung von Klebverbindungen in schwingbeanspruchten Konstruktionen des Landmaschinen- und Anlagenbaus
In Konstruktionen aus dickeren Stahlblechen (ca. 3-8 mm) des Landmaschinen- und Anlagenbaus findet die Klebtechnik bislang nur wenig Anwendung, obwohl sie in anderen Einsatzgebieten bereits ein etabliertes Fügeverfahren darstellt. Geklebte Verbindungen zeichnen sich allgemein durch hervorragendes Verhalten unter Schwingbelastung aus, was auch an dickeren Stahlblechen in einer vorangegangenen KMU-Studie der FOSTA e.V. in Stichprobenversuchen nachgewiesen werden konnte. Die wesentlichen Ziele des Vorhabens sind:
- Experimentelle Untersuchung des Festigkeitsverhaltens von Klebverbindungen aus
dickeren Blechen unter Verwendung von höherfesten Stählen.
Vergleich des Festigkeitsverhaltens von Kleb- und Schweißverbindungen, - Erarbeitung einer Vorgehensweise für die Auslegung von Klebverbindungen unter
zyklischer Belastung als Alternative für Schweißverbindungen.
Dazu werden die im Landmaschinen- und Anlagenbau üblichen Stoß- und Nahtformen geschweißter Konstruktionsdetails zu Beginn analysiert und hinsichtlich der Umsetzbarkeit auf klebtechnische Lösungen bewertet. Als geklebtes Musterbauteil wird ein Konsolenanschluss für nachfolgende Untersuchungen ausgewählt. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wird das Festigkeitsverhalten in quasistatischen, in Wöhler- und in Betriebsfestigkeitsversuchen am Beispiel eines für die Klebtechnik zweckmäßigen Überlappstoßes ohne und nach Medien- bzw. Korrosionsbelastung untersucht. Es zeigt sich, dass Klebverbindungen unter quasi-statischer Beanspruchung die Festigkeit der untersuchten Schweißverbindungen deutlich unterschreiten. Allerdings kann die Festigkeit der Klebverbindungen durch höherfeste Klebstoffe gesteigert werden.
Das Potential geklebter Verbindungen liegt im High-Cycle-Fatigue-Bereich. Aufgrund der deutlich geringeren Kerbwirkung ist das Ermüdungsverhalten oberhalb von ca. 105 bis 106 Lastwechseln verglichen mit Schweißverbindungen deutlich günstiger. Grundsätzlich muss der Einfluss von medialen bzw. von Korrosionseinflüssen beachtet werden, d.h., in diesbezüglich stärker beanspruchten Zonen sind Nahtabdichtungen erforderlich. Der am Überlappstoß identifizierte hohe Wiederstand gegen Ermüdung zeigt sich auch an den untersuchten Musterbauteilen, sofern die Fügezonen ausreichend steif dimensioniert sind. Das Leichtbaupotential geklebter höherfester Stähle wird dadurch deutlich, dass eine Blechdickenreduktion im Vergleich zu Schweißverbindungen deutlich geringere Auswirkungen auf die Lebensdauer aufweist.
Zur Gewährleistung der Handhabungsfestigkeit in der Fertigung werden ein- und zweiseitig zugängliche mechanische Verfahren (Blindnieten u.a.) untersucht und bewertet.
Abschließend werden Empfehlungen für das methodische Vorgehen zur Entwicklung von Strukturklebverbindungen für den Landmaschinen- und Anlagenbau aus den Projektergebnissen formuliert. Auf Basis der ermittelten Daten wird ein Konzept zur Ermittlung der Bauteil-Wöhlerlinie und der Bauteilbetriebsfestigkeit unter Verwendung von Nennschubspannungen nach der FKM-Richtlinie vorgestellt.
Veröffentlichung:
2019
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Kötting, Prof. Dr.-Ing. G. Meschut
