P 690 - Zur Stabilität von biegebeanspruchten I-Trägern mit und ohne Voute - Entwicklung von Bemessungshilfen für den vereinfachten Stabilitätsnachweis

P 694 - Ermittlung von Messverfahren und Kennwerten zur objektiven Bewertung der Qualität polierter Stahloberflächen Die Polierbarkeit als eine anwendungsrelevante Eigenschaft von Stahl ist vor allem im Hinblick auf den Einsatz als Formenstahl eine wesentliche Anforderung mit wachsender Bedeutung. Die Anforderungen an die Qualität der Produkte und daraus resultierend an die Oberflächenqualität der Werkzeuge sind erheblich gestiegen. Eine Bewertung der Polierbarkeit bzw. des Polierergebnisses ist derzeit extrem schwierig, weil diese bisher nur subjektiv und somit visuell erfolgt. Es ist bis heute nicht gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das allgemein gültige, objektive Kriterien zur Beurteilung der  Polierqualität liefert. Im Rahmen der dargestellten Arbeiten wurden auf der Basis von maschinen- und handpolierten Kunststoffformenstählen messtechnisch zugängliche Kennzeichnungsgrößen für eine objektive Bewertung des  Polierergebnisses entwickelt und überprüft. Diese weisen eine gute Wiedergabe der Ergebnisse von durchgeführten visuellen Bewertungen und der Erfahrungen über die Polierbarkeit unterschiedlicher Stahlsorten auf. Aufgrund der erforderlichen Messgenauigkeit und der damit verbundenen Häufigkeit von Messfehlern kann das dargestellte Verfahren noch nicht als standardisiertes  Messverfahren empfohlen werden. Einzelprüfungen unter Berücksichtigung vorliegender Unzulänglichkeiten sind jedoch möglich. Hiermit sind wesentliche Erkenntnisse erarbeitet worden, die es bei einer Erhöhung der reproduzierbaren Genauigkeit von Oberflächenprofil-Messsystemen sowie deren Überprüfung, den Stahlherstellern und vor allem den Stahlanwendern eine Basis bieten, die Polierbarkeit von Stählen einheitlich zu definieren, Stahlwerkstoffe entsprechend den erforderlichen Einsatzbereichen vorzuschlagen bzw. auszuwählen, sowie erzielte Polierergebnisse bezüglich der Werkstoffeigenschaften und des Polierverfahrens objektiv zu bewerten. Weiterhin bieten das Messverfahren und die Kenngrößen eine Möglichkeit, Zusammenhänge zwischen Werkstoffeigenschaften und Polierbarkeit zu untersuchen und damit die Werkstoffe zu optimieren. Das Forschungsvorhaben wurde am VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: O. Deutscher, H. J. Wieland Veröffentlichung: 2009

P 662 - Experimentelle Untersuchung von werkzeuggeometrischen Maßnahmen zur Kompensation der Rückfederung Die Forderungen nach größerer Genauigkeit von Karosserieteilen werden begleitet von zunehmender geometrischer und werkstofflicher Kompliziertheit der Bauteile. Die Komplexität der Werkstücke und das Verhalten der hochfesten  Mehrphasenstähle (z. B. TRIP-Stähle) erschweren die numerische Voraussagbarkeit und die prozesssichere Beherrschung der Rückfederung. Durch gezielte geometrische Gestaltung der Werkzeugaktivteile und der Bauteilgeometrie beim Hauptumformprozess soll eine Reduzierung und Kompensation der Rückfederung erreicht werden. Schwerpunkt der Untersuchungen in diesem Forschungsvorhaben war der hochfeste Blechwerkstoff HCT690T, der von drei unterschiedlichen Herstellern zur Verfügung gestellt wurde. Das Verhalten wurde anhand von realitätsnahen Modellversuchen unter Berücksichtigung der Einflussgrößen untersucht, bewertet sowie an realen Demonstratorbauteilen validiert. Ausgehend von einer Analyse des Standes der Technik wurde eine Bewertung der werkstückund werkzeuggeometrischen Maßnahmen vorgenommen und daraus gezielt in den Modellversuchen relevante Geometrien untersucht. Für die Modellversuche wurden 2 Versuchswerkzeuge mit strukturträgerartigen Geometriemerkmalen eingesetzt. Dabei handelt es sich einmal um ein geradliniges U-Profil und um ein gekrümmtes Hutprofil. Als relevante Geometrien wurden Matrizenstufen, Matrizenradien, Bodenfelder/Bombierungen und Ziehstäbe untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss der Niederhalterkraft, der Schmierung und der Platinengeometrie untersucht. Die Untersuchung dieser Vielzahl an Einflussgrößen erforderte den Einsatz von statistischen Versuchsplanungsmethoden. Im Anschluss an die experimentellen Versuche wurden die Bauteile mit optischen Messmethoden geometrisch vermessen und daraus im Vergleich mit der Sollgeometrie der Einfluss auf das Rückfederungsverhalten ermittelt. Nach einer Bewertung der rückfederungsreduzierenden Maßnahmen erfolgte die Übertragung der Ergebnisse auf das Demonstratorbauteil, das hier ein Verstärkungsteil einer Federbeinstütze darstellte. Innerhalb dieses Bauteiles wurden verschiedene geometrische Varianten untersucht und hinsichtlich ihrer Rückfederung beurteilt. Mit den der Werkstoffuntersuchungen an dem HCT690T konnte gezeigt werden, welcher Veränderung der E-Modul mit steigender Vordehnung der Zugprobe unterliegt. Dies kann für die Mehrphasenwerkstoffe als eine Hauptursache für die steigende Rückfederungsproblematik gewertet werden. Innerhalb der Modellversuche stellten sich Matrizenstufen, Ziehstäbe und Bodenfelder als ein wirksames Mittel der Rückfederungsreduzierung bei geradlinigen Bauteilen heraus. Bei gekrümmten Profilen zeigten sich die Matrizenradien als wirksamste Möglichkeit der Rückfederungsreduzierung. In den Versuchen am Demonstratorbauteil konnte die bedingte Übertragbarkeit der Ergebnisse von den Modellversuchen nachgewiesen und somit eine Rückfederungsverbesserung erzielt werden. Autoren: R. Neugebauer, T. Lieber Veröffentlichung: 2008

P 652 - Wirtschaftliche Schweißverbindungen höherfester Baustähle Die Entwicklungen im Stahlbau tendieren zu immer schlankeren und leichteren Konstruktionen aus Baustählen mit höherer Festigkeit. Von der Stahlindustrie wurden hierfür Stähle entwickelt, die neben den höheren Festigkeiten auch gute Schweißeigenschaften und hohe Zähigkeiten aufweisen. Das Materialeinsparungspotential durch höherfeste Baustähle der Festigkeitsklassen S460 und S690 kann bei geschweißten Bauteilen jedoch aufgrund der aktuellen Normen nur ungenügend genutzt werden. Ziel des Forschungsvorhabens, war daher im Sinne eines wirtschaftlichen und zugleich Ressourcen schonenden Einsatzes von höherfesten Baustählen die Entwicklung von zeitgemäßen Konstruktions-, Bemessungs- und Verarbeitungsprinzipen für Schweißverbindungen höherfester Baustähle. Hierzu wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen zur Tragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit von nicht durchgeschweißten Laschen-, Kreuz- und Stumpfstoßverbindungen aus höherfesten Baustählen der  Stahlsorten S460M/ML und S690Q/QL mit Blechdicken von 15, 20 und 50 mm durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung des Einflusses der Kombination von unterschiedlichen Festigkeitsverhältnissen zwischen Grundwerkstoff und Schweißzusatzwerkstoff (so genannte Misch- und Mismatch- Verbindungen) von MAG geschweißten Verbindungen. Insgesamt wurden dabei 326 Versuche zur Tragfähigkeit bei Raumtemperatur und 41 Versuche zur Ermittlung einer eventuellen Sprödbruchgefahr bei tiefen Temperaturen (-40°C) durchgeführt. Numerische Schweißsimulationen und Eigenspannungsmessungen dienten der Ermittlung der beim Schweißen lokal entstehenden Festigkeitsunterschiede und Eigenspannungszustände. Diese Ergebnisse unterstützen die Bewertung des Trag- und Bruchverhaltens der Schweißverbindungen. Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen konnten Empfehlungen für die Bemessung von Schweißverbindungen aus höherfesten Baustählen im Hinblick auf die Tragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit abgeleitet werden, die z.B. für die Stahlsorte S460M zu einer Tragfähigkeitssteigerung von 20% führen, während für die Stahlsorte S690Q die bestehenden normativen Tragfähigkeiten im Wesentlichen bestätigt werden konnten. Ergänzt werden diese Empfehlungen durch Hinweise für Anforderungen an eine sachgerechte Fertigung, z. B. im Hinblick auf die Auswahl geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe und Schweißprozessparameter. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens tragen somit wesentlich zu einem optimierten Einsatz von höherfesten Baustählen in geschweißten Konstruktionen des Stahl- und Anlagenbaus bei, in dem neben Einsparungen im Materialverbrauch auch Vorteile durch eine schnellere Fertigung infolge reduzierten Schweißvolumens und geringer Montagegewichte erzielt werden können. Eine Umsetzung der Forschungsergebnisse findet im Rahmen der Überarbeitung der Bemessungsnormen für Stahlbauten statt. Autoren: U. Kuhlmann, H. P. Günter, C. Rasche, F. Werner, J. Hildebrand, I. Wudtke, M. Vormwald, T. Beier, C. Versch, G. Köhler, H. Heinemann Veröffentlichung: 2008

P 620 - Effizienter Stahlbau aus höherfesten Stählen unter Ermüdungsbeanspruchung Die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen beschränkt sich in den derzeitigen Normen im Brückenbau lediglich auf den Kerbfall sowie die  Spannungsschwingbreite und ist unabhängig von der Streckgrenze. Die Anwendung von höherfesten Stählen in Schweißkonstruktionen bringt somit bei hohen  Ermüdungsbeanspruchungen vielfach keine Vorteile. Insbesondere durch die Anwendung der Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung besteht die Möglichkeit die  Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen, speziell aus höherfesten Stählen, wirkungsvoll zu verbessern. Im Bauwesen ist der Einsatz der Verfahren der  Schweißnahtnachbehandlung allerdings noch sehr begrenzt, da die gegenwärtig gültigen Normen sowie die zukünftigen europäischen Normen bisher keine Möglichkeit bieten, die Vorteile dieser Verfahren bei der Tragwerksbemessung auszunutzen. Der Schwerpunkt dieses Forschungsvorhabens liegt bei der Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen aus höherfesten Stählen durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren. Im Rahmen einer Parameterstudie im Straßenverbundbrückenbau konnte aufgezeigt werden, dass eine effektive Anwendung von höherfesten Stählen durch den lokal begrenzten Einsatz von Nachbehandlungsverfahren an kritischen Konstruktionsdetails erreicht werden kann. Im Rahme dieses Forschungsvorhabens kamen die Nachbehandlungsverfahren WIG Aufschmelzen sowie das bisher noch wenig bekannte Nachbehandlungsverfahren „Ultrasonic Impact Treatment" (UIT) zur Anwendung. Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Klein- und Großprüfkörpern konnte am Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Quersteife die Wirksamkeit beider Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit nachgewiesen werden. Dabei stellte sich bei der höherfesten Stahlsorte S690 das UIT-Verfahren als effektiver heraus. Die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit war dabei teilweise so hoch, dass sich die Bruchausgangsstellen ins Grundmaterial verlagerten. In experimentellen Untersuchungen an Trägern konnte im Weiteren die Effektivität der UIT-Behandlung auch in Bauteilen und bei hohen Mittelspannungen nachgewiesen werden. Auf Grundlage einer systematischen Auswertung bereits vorhandener Versuchsreihen konnten die bestehenden Regelungen zur Beurteilung der Ermüdungssicherheit für das im Schweißzustand belassene Konstruktionsdetail der Quersteife sowie die bestehenden Empfehlungen für die Anwendung des Nachbehandlungsverfahrens WIGAufschmelzen bestätigt werden. Darüber hinaus konnte auf Basis der eigenen experimentellen und numerischen Untersuchungen ein Bemessungsvorschlag nach dem Nennspannungskonzept für die Anwendung des UIT-Verfahrens am Konstruktionsdetail der Quersteife abgeleitet werden. Durch die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens besteht die Möglichkeit höherfeste Baustähle in ermüdungsbeanspruchten Schweißkonstruktionen mittels einer lokal begrenzten Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit an kritischen Konstruktionsdetails effektiv und wirtschaftlich einzusetzen. Dadurch ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Marktchancen des Stahlbaus gegenüber anderen Bauweisen. FORSCHUNGSVEREINIGUNG STAHLANWENDUNG e.V. Veröffentlichung: 2006 Autoren: Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann, Dr.-Ing. A. Dürr, Prof. Dr.-Ing. J. Bergmann