P 323 - Laserstrahlschweißen von Leichtbaurädern aus dem Stahl DP600

P 322: Untersuchungen zum Thixoforming als Alternative zur Herstellung komplex geformter Stahlschmiedeteile Thixoforming als Möglichkeit zur Formgebung von Metallen innerhalb des Temperaturbereichs zwischen festem und flüssigem Zustand bedeutet eine Kombination der verfahrensspezifischen Vorteile des Gießens zur Darstellung komplexer Geometrien und des Schmiedens zum Erzielen ausgezeichneter mechanischer Eigenschaften. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes war die Anwendung dieses für Aluminium bereits industriell genutzten Verarbeitungsverfahrens auf die bei deutlich höheren  Temperaturen schmelzenden Stahlwerkstoffe. Neben werkstofftechnischen Fragen waren auch grundsätzliche prozeßtechnische Fragen zu klären. An drei exemplarisch ausgewählten Standardstahlsorten - Vergütungsstahl (C45R und 41Cr4) sowie einem Pleuelwerkstoff (C70S6, gewalzt und gereckt) wurde gezeigt daß ein homogenes, globulares Gefüge als zu fordernder Verarbeitungszustand eingestellt werden kann. Dabei sind die vielversprechenden Möglichkeiten der Entwicklung verfahrensoptimierter Legierungen noch nicht genutzt. Weiterführende Formgebungsversuche erfolgten an einem Sinterpleuel als Beispiel für hohe Formkomplexität eines mit verhältnismäßig niedrigem Werkzeugaufwand hergestellten Massenprodukts. An diesem Bauteil konnte eindrucksvoll die hohe Fließfähigkeit des gewählten Werkstoffes C70S6 und die sehr gute Konturwiedergabe aufgezeigt werden. Durch geeignete  Maßnahmen im Werkzeugbau wurde das Einschleppen von Zunder vermieden. Die an den Musterbauteilen teilweise festgestellten Inhomoginitäten sind durch Optimierung von Ausgangsgefüge sowie Formgebungs- und Abkühlbedingungen zu vermeiden. Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten sind insgesamt so ermutigend, daß eine industrielle Realisierbarkeit des Verfahrens zu erkennen ist. Ein hoher Gestaltungsspielraum, verbunden mit einem geringen Bauteilgewicht sind das technisch-wirtschaftliche Potential für eine innovative Verfahrenstechnik zur industriellen Herstellung endabmessungsnaher Rohteile. STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V. Veröffentlichung: 1999 Autoren: Dipl.-Ing. D. Koesling, Dipl.-Ing. Ch.n Tinius, Dr.-lng. R. Cremer, Dipl.-Ing. U. Morjan, Dipl.-Ing. B. Nohn, Dipl.-Ing. T. Wittstamm, Dr.-lng. T. Witulski

P 321: Bestimmung der maßgebenden statischen und dynamischen Windlastverteilung an Hallentragwerken aus Stahl unter Ausnutzung des plastischen Tragverhaltens Bei der Bemessung von Tragwerken im Bauwesen geht man von der Grenzbelastung unter max. möglichen Beanspruchungen aus. Hinsichtlich der einzusetzenden Einwirkungen, z.B. durch Wetterereignisse, wird mit bestimmten Normgrößen gerechnet. Die hierbei anzusetzende maßgebende Windbelastung bezieht sich z.Zt. noch auf elastisches Tragverhalten. Moderne Vorschriften erlauben jedoch die Bemessung am plastizierten System, was eine Umlagerung der inneren Kräfte gegenüber der elastischen Berechnung zur Folge hat. Für die plastische Bemessung ist aus den aktuellen Normen keine bemessungsrelevante Windbelastung zu entnehmen. Hier setzt das Forschungsziel des Vorhabens an: Durch Untersuchungen insbesondere des Zusammenwirkens zwischen dem Zeitverlauf der Windeinwirkungen und den elastisch-plastischen Bauwerksreaktionen von Hallenbauten üblicher Abmessungen waren wirklichkeitsgetreue Versagensgrenzen zu ermitteln, um die Genauigkeit der Bemessung zu verbessern. In einem Windkanal wurden an Modellen von Hallenbauwerken die Zeitverläufe der Winddruckverteilungen, luv-, lee- und dachseitig ermittelt. Hieraus wurden in Zeitschrittberechnungen die statischen und dynamischen  Reaktionen eines Hallenrahmens bis zum Versagen bestimmt. Als Versagenskriterien wurden übermäßige seitliche Verformungen oder Werkstoffermüdung durch wiederholte plastische Verformungen angesetzt. Die Ergebnisse zeigen, daß die bisherigen Bemessungen auf der sicheren Seite liegen, wenn man nur mit den Windlastannahmen (vgl. EUROCODE 1 - Teil 2.4) rechnet. Die Beanspruchungsumlagerungen in den Stahltragwerken bilden eine Traglastreserve von bis zu 9 %. Geht man allerdings von den Kombinationsfaktoren für Wind plus Schnee aus, dann ist die Traglastreserve durch Verringerung der Lastannahmen noch höher, und damit eine Normenänderung (EUROCODE 1 - Teil 2.3 Schnee / 2.4 Wind) angezeigt. Es wurde außerdem nachgewiesen, daß keine Erhöhung der Sicherheitsfaktoren wegen angeblich zu geringer Reserven in leichten Stahlbauten erforderlich ist. Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit einer Auswertung von Daten des Deutschen Wetterdienstes über die Wahrscheinlichkeit des Zusammenwirkens von Schnee und Wind für einige wenige Standorte und Beispiele ergab, daß stets mit zu hohen Kombinationsbeiwerten gerechnet worden war. Derzeit laufende, weiterführende Untersuchungen sollen die Allgemeingültigkeit dieser Feststellungen beantworten. Eine Anpassung der Berechnung an die realen Einwirkungen der Lastkombinationen wird zu wirtschaftlicheren Tragwerkskonstruktionen führen. STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V. Veröffentlichung: 1999 Autoren: Prof. Dr.-lng. G. Sedlacek, Dr.-Ing. W. Zillinger, Dipl.-Ing. O. Krau

P 327 - Vergleichsbeurteilung des Brandverhaltens verschiedener Baustähle zur Feststellung brandsicherer Stahlbauweisen ohne zusätzliche Feuerschutzmaßnahmen Autoren: G. Sedlacek, C. Heinemeyer Veröffentlichung: 2003 Die Wahl einer Bauweise, ob in Stahl, Beton oder Holz, wird wesentlich von den Erfahrungen des Planers mit dem jeweiligen Werkstoff und der geforderten Planungssicherheit in einem frühen Planungsstadium bestimmt. Einen Aspekt bei der Werkstoffwahl stellt die Brandsicherheit der Bauteile dar. Üblicherweise wird geprüft, ob die Standardanforderungen an Bauteile nach den jeweiligen Bauordnungen und Richtlinien eingehalten werden. Bei den Standardanforderungen an die Tragfähigkeit handelt es sich um ein Klassifizierungssystem der Bauteile unter Normbrandbeanspruchung. Die unterste Widerstandsklasse unter Normbrandbeanspruchung kann in der Regel nur mit einer Brandschutzverkleidung der Konstruktion erreicht werden. Die Anordnung einer Brandschutzverkleidung führt jedoch zu ernormen wirtschaftlichen Nachteilen für die Stahlbauweise und verhindert sichtbaren Stahl als architektonisches Ausdrucksmittel. Eine Möglichkeit, brandsichere und wirtschaftliche unverkleidete Stahlkonstruktionen zu erstellen ist die globale Betrachtung der Brandsicherheit, wobei tatsächlich zu erwartende Brände (Naturbrände) ermittelt werden und die Tragfähigkeit der Stahlkonstruktion unter diesen Erwartungsbränden überprüft wird (Sichtbarer Stahl durch unsichtbaren Brandschutz). Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass ihre Anwendung erst in einem relativ späten Planungsstadium erfolgen kann, da alle Randbedingung für einen Brand bekannt sein müssen.

P 328: Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften von Stahl nach hydrostatischer Streckumformung Das Umformen mit hydraulischen Wirkmedien ist für Stahl ein noch wenig verbreitetes innovatives Verarbeitungsverfahren. Für eine Bestimmung der Werkstoffeignung gibt es bisher kein allgemeines auf diese besonderen Umformbedingungen zugeschnittenes Prüfverfahren. Ziel des Vorhabens war deshalb die Untersuchung des Verhaltens verschiedener ferritischer und austenitischer Stähle unter den Bedingungen der hydrostatischen Umformung zu Höckerblechen und die anschließ ende Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften. Die dabei gewonnen Hinweise sollen für die Entwicklung eines geeigneten Verfahrens zur Ermittlung der Werkstoffeignung und der Verformbarkeitsgrenzen dienen. Die Versuche wurden an den ferritischen Tiefziehstählen St 14, StE 180BH und DB 500 sowie an den austenitischen Stählen 1.4318 und 1.4301 durchgeführt. Für die  Untersuchungen wurden Blechen der Dicke 0,5 bis 1,25 mm auf dem Wege der hydrostatischen Streckumformung in einem zweistufigen Prozeß Höcker aufgeprägt. Das Umformergebnis wurde hinsichtlich Dickenveränderung und Härteverlauf sowie metallurgrafisch untersucht. Parallel dazu wurden zur Analyse und Erklärung der Umformergebnisse vergleichende Computersimulationen durchgeführt. Die Befunde wurden den Ergebnissen ergänzender Bulge-Testprüfungen gegenübergestellt. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß mit Hilfe der Grenzumformgrade und dem Einsatz eines Simulationsprogramms die Wandstärkenverteilung der verformenten Bleche vorausberechnet werden kann. Die Untersuchungsergebnisse geben Hinweise auf die Herstellbarkeit von Produkten beliebiger Geometrie auf dem Wege des Umformens mit hydraulischen Wirkmedien. Auf Basis des direkten Zusammenhangs zwischen Umformgrad und Härte kann die Verfestigung an jeder beliebigen Stelle eines geplanten Produktes vorausgesagt werden. Die Forschungsergebnisse zeigen, daß die gewählte Umformung zu Höckern als allgemeine Prüfmethode nicht geeignet ist. Demgegenüber bietet ein entsprechend modifizierter Bulge-Test wahrscheinlich gute Voraussetzungen für das Umformverhalten gegenüber hydraulischen Wirkmedien. STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V. Veröffentlichung: 1996 Autoren: Dipl.-Ing. W. Bausch, Prof. Dr.-Ing. H. Nowack