P 764 - EUROBUILD in Steel Aktuelle Entwicklungen im Gewerbebau

P 762 - Mechanisches Fügen pressgehärteter Vergütungsstähle Im Fahrzeugbau können die Anforderungen an größtmögliche Gewichtsreduktion bei gleichzeitig höchster Festigkeit durch den Einsatz pressgehärteter borlegierter Stähle erfüllt werden. Bisher werden diese Werkstoffe vorwiegend durch Punktschweißen gefügt. Da dieses Fügeverfahren einerseits zu thermischen Belastungen führt und andererseits keine Mischbauweise mit Aluminium zulässt, ist es das Ziel der folgenden Arbeit, andersartige Verfahren zum Fügen dieser Stähle zu qualifizieren und das Potential von Funktionselementen in Kombination mit höchstfesten Stahlfeinblechen zu erfassen. Involvierte Forschungsstellen: Technische Universität Dresden - Professur Fügetechnik und Montage Universität Paderborn - Laboratorium für Werkstoff und Fügetechnik Veröffentlichung: 2021

P 766 - Technologie und Sicherheitsgewinnung beim Feuerverzinken zum Ausbau der Marktposition des verzinkten Stahlbaus Im Stahlhochbau sind Konstruktionen besonders wirtschaftlich und nachhaltig, wenn siefeuerverzinkt werden. Um den wachsenden Anforderungen des Marktes gerecht zu werden, wurden Weiterentwicklungen und   Wirtschaftlichkeitsmaßnahmen in den Industriebereichen der Stahlerzeugung, des Stahlbaus und der Verzinkung durchgeführt. Davon sind insbesondere zu nennen: - die Entwicklung moderner hochfester Feinkornstähle im Blech und Profilbereich, - die Realisierung komplexer Bauteilgeometrien in architektonisch herausragenden Gebäuden und Bauinwerken mit großen Spannweiten, - der Einsatz von größeren Kesselabmessungen und verbesserten Verfahrensabläufen in der Prozesskette des Verzinkens, - die Anwendung neuer Zinkschmelzen mit veränderter Zusammensetzung zur besseren Kontrolle der Schichtdicke und Schichtoptik. In Folge dieser Weiterentwicklungen musste die Stahlbau- und die Verzinkungsindustrie Rückschläge hinnehmen, denn insbesondere an Bauwerken, die mit o.g. neuen Zinkschmelzen verzinkt und zumeist aus Baustählen mit Festigkeiten ab 355 MPa gefertigt wurden, sind ab dem Jahr 2000 erhebliche Rissschäden festgestellt worden. Untersuchungen von geschädigten Konstruktionen zeigten, dass für die Entstehung der Risse der Mechanismus der flüssigmetallinduzierten  Spannungsrisskorrosion ursächlich ist. Obwohl Rissbildung durch flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion seit vielen Jahrzehnten bekannt ist, bedurfte es weiterer Forschungsaktivitäten, um die anstehenden Probleme zu klären.Die Vielzahl und der Umfang von Schäden, die seit dem Jahr 2000 beobachtet wurden, machten daher neue interdisziplinäre  Untersuchungen notwendig. Insbesondere, weil festgestellt wurde, dass fachübergreifende Richtlinien für rissfreie  Verzinkungen nicht existent waren oder sich noch in der Entwicklung befanden. Vor diesem Hintergrund wurde dieses Forschungsvorhaben initiiert. Dabei waren die zu klärenden Fragestellungen besonders der Einfluss der Vorbehandlung (Beizen), des Werkstoffs (Zähigkeit, Festigkeit), der Verarbeitung (Schweißen, Kaltverformen, Bohren, Schneiden), der Zinklegierung und der Tauchgeschwindigkeit auf die Rissbildung sowie Fragen zur konstruktiven Ausbildung der Konstruktion (z.B.  Zinkdurchlauföffnungen). Die Ergebnisse trugen zur Entstehung neuer Richtlinien des Deutschen Ausschuß für Stahlbau DASt und des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) für rissfreies Feuerverzinken bzw. zur Schadensanalyse bei. Als Ergebnis sind zudem für die praktische Umsetzung der zuvor genannten Richtlinien Weiterentwicklungen von Laborversuchen zur Ermittlung der Kritikalität von Schmelzen, die Schaffung von Eingangswerten für die numerische Simulation des Verzinkens sowie für neue metallographische Präparationsmethoden entstanden. Zudem wurde die Magnetpulverprüfung für Konstruktionen, bei denen Risse nicht auszuschließen sind, weiterentwickelt. Das IGF-Vorhaben 265 ZBG der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.  Das Vorhaben wurde an der RWTH Aachen vom Lehrstuhl und Institut für Stahlbau und Leichtmetallbau und vom Institut für Eisenhüttenkunde, an der Ruhr- Universität Bochum, Institut für Werkstoffe, Lehrgebiet Werkstoffprüfung, an dem Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH, an der Technischen Universität Darmstadt, Institut für Stahlbau und Werkstofftechnik, Fachgebiet Werkstoffmechanik und an der Staatlichen Materialprüfungsanstalt Darmstadt, Fachgebiet und Institut für Werkstoffkunde sowie von der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Duisburg GmbH durchgeführt. Autoren: M. Feldmann, D. Schäfer, W. Bleck, A. Durst, M. Pohl, A. Luithle, A. Schütz, J. Triebert, M. Vormwald, C. Versch, C. Berger, R. Landgrebe, J. Adelmann, D. Körber, S. Keitel, H. Schmeink Veröffentlichung: 2010

P 761 - Analyse und Beschreibung des Umformverhaltens und Restformgebungsvermögens von hochfesten, mehrphasigen Stahlwerkstoffen Zielsetzung des Forschungsvorhabens war es, das Umformverhalten und das Restformgebungsvermögen hochfester, mehrphasiger Stahlwerkstoffe im Hinblick auf die umformtechnische Herstellung sicherheitsrelevanter Strukturbauteile im Automobilbereich grundlegend zu untersuchen. Aufgrund des hohen Anwendungspotenzials wurden hierzu die Complexphasenstähle HCT780C (CP-K60/80), 1.0954, und HDT780C (CP-W800), 1.0957, sowie der Restaustenitstahl HCT690T (TRIP700), 1.0947, ausgewählt. Das Hauptaugenmerk lag auf der Analyse des dehnungspfadabhängigen Formänderungsvermögens und der Formgebungsgrenzen. Zunächst wurde das plastische Verhalten der Versuchswerkstoffe im Rahmen der Werkstoffcharakterisierung in Abhängigkeit des bei der Umformung wirkenden Spannungszustands untersucht. Auf Basis der experimentellen Daten bezüglich des Fließ- und Verfestigungsverhaltens sowie der  Grenzformänderungskurve bei gleichmäßiger Belastung wird einenumerische Abbildung der erzielbaren Grenzformänderung unter Berücksichtigung komplexer Lastpfade mit der Software CrachLAB (Fa. MATFEM, München) realisiert. Im zweiten Schritt wurden in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern ausgehend von Realbauteilen mit komplexer Geometrie bestimmte Umformsequenzen und Dehnungspfade definiert. Diese wurden zunächst im Labormaßstab im Hinblick auf die während der Umformung auftretenden Dehnungspfade analysiert. Hierzu wurde ein Versuchsplan erarbeitet, mit dessen Hilfe in Modellversuchen den Realprozessen vergleichbare Bedingungen nachgestellt werden können. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen werden die Umformsequenzen und das resultierende  Restformgebungsvermögen mit CrachLAB rechnerisch ermittelt und vergleichend gegenübergestellt. Alle Werkstoffe zeigen bei den durchgeführten Untersuchungen im zweiten Umformschritt unter ebener Beanspruchung ein duktiles Versagensverhalten mit beachtlichem Restformgebungsvermögen, unabhängig von der gewählten Umformgeschichte, was als positiv zu bewerten ist. Abschließend wurde die Übertragbarkeit der Erkenntnisse aus Werkstoffcharakterisierung und Modellversuchen anhand eines Realbauteiles in Form eines Kreuznapfes untersucht. Das Umformvermögen und das Versagensverhalten wurden numerisch in der FE-Umformsimulation abgebildet und der Einfluss von  Werkzeugparametern und Platinengeometrie im Kontext der örtlich vorliegenden Umformgeschichte analysiert. Auf Grundlage der numerischen Untersuchungen ist zur prozesssicheren Auslegung der Bauteile ein konservativer Ansatz zu empfehlen. Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen deuteten darauf hin, dass in den kritischen Bereichen eine Auslegung nach zeitlich ausgewerteter FLC anwendbar ist und somit eine verbesserte Formgebung und eine Reduzierung des Restformgebungsvermögens realisierbar sind. Sowohl einstufige Umformversuche am Demonstratorbauteil, als auch mehrstufige Umformungen mit der Ausbildung nicht-linearer Dehnpfade zeigten bezüglich der Umformhistorie und des entsprechenden Versagensverhaltens Analogien zu den Modellversuchen. Das Forschungsvorhaben führte insgesamt zu einer Vertiefung des Prozessverständnisses für Umformprozesse an den mehrphasigen Werkstoffen. Damit wird eine grundlegende Bewertung der Versagensmechanismen derartiger Werkstoffe in der Finite-Elemente Simulation und damit eine werkstoff- und prozessgerechte Auslegung von Umformvorgängen möglich. Das Forschungsprojekt wurde am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie der Universität Erlangen-Nürnberg mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: M. Merklein, T. Gnibl, M. Kaupper, A. Kuppert, R. Lupino Veröffentlichung: 2012

P 767 - Wohn- und Geschäftshäuser in Systembauweise - Entwurfshilfen „Planen und Bauen im Bestand“ gehört zu den Tätigkeitsfeldern der Zukunft. Besonders der Umbau in der Stadt wird eine zentrale Aufgabe in den kommenden Jahren sein, denn die Alterung und der Rückgang der Bevölkerung in der Bundesrepublik Deutschland gehen mit Bedarfs- und Angebotsveränderungen in allen Lebensbereichen einher. Dies wird auch weitreichende Folgen für die Stadtentwicklung zeigen und eine noch nie da gewesene Herausforderung für den Städtebau bedeuten. Konzepte müssen gefunden werden, die es gestatten, die Revitalisierung und Reorganisation der Innenstädte als wesentliche Orte des gesellschaftlichen Lebens auf der Basis zukunftsweisender Ideen zu realisieren. Inzwi-schen gibt es eine wachsende Bewegung zurück in die Innenstadt. Ständig steigende Kosten für die Mobilität sowie die voranschreitende Ausdünnung der technischen und sozialen Infrastruktur auf dem Land leiten einen Paradigmenwechsel ein. Allerdings sind die Innenstädte vielfach nicht auf die vielschichtigen Anforderungen und Bedürfnisse der potenziellen Bewohner vorbereitet. Die Entwicklung innerstädtischer Gebiete erfordert in den meisten deutschen Städten neue Ansätze für die Nutzung vorhandener Grundstücke. An vielen Orten, insbesondere in Klein- und Mittelstädten, werden attraktive und interessante Plätze nicht mehr bebaut, weil die gegebenen Randbedingungen, wie Zugänglichkeit, Nachbarschaftssituation, Forderungen der Denkmalpflege u. ä. bei Einsatz üblicher Planungs- und Baumethoden kostengünstig kaum zu erfüllen sind. In der Verwaltung von Klein- und Mittelstädten ist nach wie vor die Ansicht weit verbreitet, dass die Altstädte wieder so zu ergänzen seien, wie sie vor 200 Jahren aussahen. Die Realität stellt sich indes anders dar. Die potenziellen Neu- oder Wiederbewohner dieser Quartiere verlangen wohnungsnahe Stellplätze, Licht, Luft und ein abgezontes Freiraumkonzept. Privaten Freiräumen, halböffentliche Bereiche bis hin zu öffentlichen Spielplätzen bzw. Aufenthaltsräumen sind zu schaffen. Verkehr und technische Infrastrukturen erfordern eine Optimierung. Die vorhandenen Potentiale der sozialen und Freiraumstrukturen, wie Kinderbetreuung, Kunst, Kultur, Gesundheitsversorgung, Gewerbe, Sport u. a. sind aufzuwerten. Innenstadtareale zu bebauen, heißt in erster Linie problemangepasst zu bauen. Dies erfordert eine ganzheitliche Betrachtung des Standortes mit seinen spezifischen Gegebenheiten, den strukturellen, gestalterischen und konstruktiven Möglichkeiten und eine nachhaltige Nutzung. Die Zukunft gehört dabei den flexiblen Systembauweisen, die eine industrielle Grundstruktur aufweisen und, ausgehend von konstruktiven Basissystemen, in der Lage sind, sehr individuell eingesetzt zu werden, ohne die Vorteile eines wiederverwendbaren erprobten Konzepts aufzugeben. Wurde noch vor Jahren darüber nachgedacht, typisierte Konstruktionen zu verwenden, weiß man heute, dass gerade auf dem Gebiet des innerstädtischen Bauens eine wirkliche Typisierung aufgrund der Vielfältigkeit der Situationen und der Wünsche der Nutzer nicht sinnvoll und technisch kaum möglich ist. Der vorliegende Forschungsbericht ist als Entwurfskatalog zu sehen, der ein ganzheitliches und durchgängiges Planungssystem zum für hochwertiger, zukunftsfähiger Gebäude im innerstädtischen Bereich bei komplizierten Randbedingungen demonstriert. Die Qualität des Produktes „Haus = Gebäude“ umfasst dabei den Gestaltwert unter Berücksichtigung der vorhandenen Bebauung, den Gebrauchswert als innerstädtische Immobilie und die Nachhaltigkeit des Gebäudes bei Nutzung zukunftsfähiger energieschonender Ausrüstungen. Der Fokus der Entwurfshilfe, liegt dabei weniger auf der Entwicklung innovativer Einzelaspekte als vielmehr auf dem Zusammenspiel unterschiedlicher Anforderungen aus den Disziplinen Gestaltung, Konstruktion und Technik, d. h. die integrative Entwicklung der Architektur, Tragkonstruktion, Gebäudetechnik und Bauklimatik. Fachleute finden hiermit eine Planungshilfe für eine rationelle und planerisch gesicherte Entwicklung zukunftsfähiger Wohn- und Geschäftshäuser – interessierte Bauherren können sich informieren, wie ihre Gestaltungswünsche flexibel realisiert werden können. Das IGF-Vorhaben 15446 BR der FOSTA, wurde am Institut Konstruktiver Ingenieurbau (Professur Stahl-bau), an der Fakultät Architektur (Professur Gebäudetechnik und Professur Bauklimatik) bearbeitet und über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert