P 782 - Wirtschaftliches Profilieren im Automobilbau

P 783 - Entwicklung eines Kleinladungsträgers unter Verwendung von hybriden Materialstrukturen Schärfer werdende Regularien zur Arbeitsergonomie, steigende Transportkosten sowie die generellen Bemühungen Logistikkosten zu reduzieren führen insgesamt dazu, dass im Ladungsträgerbau leichte Materialien eingesetzt werden müssen. Zielsetzung des Projektes war es daher, herkömmli-che Ladungsträger, die hohe Anforderungen an Leichtbau und Stabilität aufweisen, mit Hilfe der neuen Wabenplatten aus Stahlblechen zu kombinieren, welches die beiden i.d.R. divergenten Anforderungen (Gewichtsreduktion und Stabilität) erfüllt. In einem weiteren Schritt wurde aber auch der Einsatz von Wabenplatten im allgemeinen Anwendungsbereich der Logistik untersucht, um auch dort etwaige Optimierungsansätze durch Leichtbaumaterialien zu eruieren. Folgende Kriterien konnten im Projekt identifiziert werden, die für die Verwendung von Wabenplatten im Ladungsträgerbau erforderlich sind. So besteht das Zielsystem aus maximaler Flexibilität bei Handling, Bearbeitung und Größe bei gleichzeitig minimalen Kosten. Insbesondere die limitierte Plattengröße stellt augenblicklich das größte Hemmnis dar, Optimierungsansätze in der Logistik durch den Einsatz von Wabenplatten weiterzuführen. Durch die im Projekt durchgeführte Konstruktion eines modellhaften Prototyps konnte eindeutig gezeigt werden, dass Wabenplatten insbesondere durch Hybridlösungen die Schwachstellen von derzeitigen Materialien bei Leichtbau-Ladungsträger physisch kompensieren und somit eindeutig zu einer Optimierung führen kann. Auch durch den Einsatz von Wabenplatten bei bereits bestehenden Standard-Ladungsträgern - ohne physische Schwächen - könnte es zu Optimierungen bei diesen kommen, indem stabile aber schwere Lösungen insofern optimiert werden können, als dass sie bei gleicher Stabilität um ein Wesentliches „erleichtert“ werden könnten (Beispiel Gitterbox, Stahl GLT des Instituts für Fördertechnik und Logistik, etc.). Darüber hinaus kann der Einsatz von Wabenplatten als Apitong-Holzboden-Ersatz im Containerbau erhebliche Potentiale bieten, sofern Wabenplatten den Stabilitätsanforderungen der ISO-Container standhalten. Weitere Einsatzfelder könnten die beiden Logistikbereiche Luftfrachtbehälter und Wechselbrücken bereithalten. Bei all den dargestellten Optimierungspotentialen ist im Einzelfall jeweils anhand einer Wirtschaftlichkeitsrechnung zu ermitteln, inwiefern ein etwaiger Einsatz von Wabenplatten anstelle der bisherigen Lösung zu einer Kostenverbesserung für den Anwender führt. Höhere Materialkosten des Werkstoffes der Wabenplatten könnten in vielen Fällen durch Einsparungen beispielsweise durch eine Gewichtsreduktion (im Luft- und Landverkehr, wo die Transportpreise in der Regel an dem Gewicht der Sendung orientiert sind) oder zum Beispiel durch eine Erhöhung der Stabilität (Senkung der Wartungskosten, Senkung der Reparaturkosten, Erhöhung der Prozesssicherheit – weniger kostspielige Sicher-heitsinfrastruktur notwendig) aufgefangen werden bzw. sogar einen positiven ROI gegenüber bisherigen Lösungen erbringen. Somit lässt sich abschließend festhalten, dass die praktische Einsatzfähigkeit – insbesondere die eingeschränkten Dimensionen der Plattengröße - von Wabenplatten weiter vorangetrieben werden muss, um Optimierungspotentiale in der Logistik – letztendlich auch durch Wirtschaftlichkeitsrechnungen nachge-wiesen - erschließen zu können. Das Forschungsvorhaben wurde am Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, durchgeführt. Autoren: D. Neuhäuser, R. Salomon Veröffentlichung: 2011

P 784 - Optimierung von Verzug und Eigenspannungen beim Schweißen dickwandiger Bauteile Die Schweißsimulation dickwandiger Bauteile stellt aufgrund der erhöhten Komplexität der thermophysikalischen und thermomechanischen Vorgänge beim Mehrlagenschweißen hohe Anforderungen an kommerziell verfügbare Schweißsimulationssoftware. Das umfasst die während des Fügeprozesses induzierten Verzüge und Eigenspannungen in das gefertigte Bauteil, welche zur Beurteilung der Fertigungsqualität von großer Bedeutung sind. Gerade in dickwandigen Bauteilen ist der Spannungszustand sowohl bedingt durch die konstruktive Steifigkeit der einzelnen Bauteile sowie der gesamten Baugruppe als auch aufgrund zusätzlicher externer Einspannvorrichtungen bei der Fertigung überaus komplex. Hinzu kommen bei Werkstoffen mit Phasenumwandlung noch die metallurgisch verursachten Spannungszustände und bei mehrlagig ausgeführten Schweißverbindungen die wiederholte thermische und umwandlungsbedingte Spannungsausbildung, so dass eine überschlägige Abschätzung des gesamten Verformungs- und Spannungszustandes auch für Experten in der Regel nicht mehr möglich ist. Die vorherrschenden Verformungen und Spannungen bestimmen jedoch maßgeblich die Eigenbeanspruchung der Schweißkonstruktion und damit deren Belastbarkeit im Betrieb. Eine genaue Kenntnis dieser Daten würde wertvolle Informationen zur Qualitätsoptimierung des Endproduktes liefern. Ziel des Vorhabens war die Untersuchung, Bewertung und Vorhersage schweißbedingter Verzüge und Eigenspannungen bei Mehrlagenschweißungen am unlegierten Baustahl S355J2+N. Dabei stellten die Aspekte Phasenumwandlung und Anlassverhalten einen Kernpunkt der numerischen Untersuchungen dar. Die Ergebnisse der durchgeführten Analysen sollten für die Optimierung von Verzug und Eigenspannungen beim Schweißen dickwandiger Bauteile genutzt werden. Weiterhin stand die Praktikabilität bzw. Anwendbarkeit der verwendeten Finite-Element-Software in Hinblick auf realitätsnahe Abbildung der ablaufenden Prozesse, Rechenzeit und Nutzeranforderungen jederzeit im Fokus des Vorhabens. Die steigende Komplexität der Untersuchungen, von der einlagigen Schweißprobe bis zum vierlagig geschweißten Versuchsblech mit hoher Bauteilanalogie, gewährleistete die Analyse von geometrischen Einflüssen (Blechlänge, Heftstellen, An- und Auslaufblechen) und Phasenumwandlungen auf die numerische Berechnung von schweißbedingten Eigenspannungen und Verzügen. Potentiale zur Optimierung der Berechnung von Eigenspannungen und Verzügen im Zusammenhang mit dem Umwandlungsverhalten wurden aufgezeigt. Zusätzlich werden mit Hilfe eines Mehrlagenmodells die Möglichkeiten der Schweißsimulation zur Vorhersage von Eigenspannungen und Verzug sowie zur Sensitivitätsanalyse von relevanten Prozessgrößen, z.B. Vorwärm- oder Zwischenlagentemperatur, dargestellt. Das IGF-Vorhaben 15746 N der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) , Berlin, 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. Autoren: M. Rethmeier, C. Schwenk, C. Heinze, R. Salomon Veröffentlichung: 2011

P 785 - Einsatz der Schweißsimulation zur systematischen Entwicklung verbesserter Modelle für die Berechnung der Tragfähigkeit komplexer Stahlleichtbaustrukturen Leichtbau wird auch im Bauwesen zunehmend wichtiger. Ziel ist es, die Tragfunktionen ohne Gewichtszunahme zu verbessern. Eine verbesserte Tragfähigkeit kann vorrangig durch geschicktes Konstruieren von komplexen Stahlleichtbaustrukturen erreicht werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens war eine verbesserte Berechnung der Tragfähigkeit komplexer Stahlleichtbaustrukturen am Beispiel von Fachwerk- und Wellstegträgern. Hierfür wurden im Projekt umfangreiche geometrische und physikalisch nichtlineare FE-Tragfähigkeitsanalysen durchgeführt. Dabei stellten die Ableitung von Ingenieurmodellen und die Ausarbeitung von Vorschlägen zur praktischen Bemessung einen wesentlichen Kernpunkt der Untersuchungen dar. Weiterhin konnten Trag- und Verformungsanalysen sowie Optimierungsprozesse am virtuellen Bauteil durchgeführt werden, was Kosten für Bauteilversuche spart und zu deutlich verkürzten Entwicklungszeiten führt. Die Basis für einen verbesserten Tragfähigkeitsnachweis wird durch den Einsatz der Schweißsimulation und die hierdurch mögliche Berücksichtigung lokaler Bauteileigenschaften gebildet. Am Institut für Füge- und Schweißtechnik der TU Braunschweig wurden hierzu Schweißsimulationen der Nähte an den ausgewählten Bauteilen durchgeführt. Die Ergebnisse, wie Größe der Wärmeeinflusszone oder entstehende Eigenspannungen, wurden dem Lehrstuhl für Stahl- und Holzbau an der BTU Cottbus zur Integration in die numerische Traglastberechnung von Großbauteilstrukturen übergeben. Anhand der Ergebnisse konnten vereinfachte analytische Formelapparate, welche eine genauere Berechnung ermöglichen, abgeleitet werden. Das IGF-Vorhaben 287 ZBG der FOSTA –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 Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Institut für Füge- und Schweißtechnik der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, und am Lehrstuhl für Stahl- und Holzbau der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus, durchgeführt. Autoren: K. Dilger, M. Vogt, M. Umer, H. Pastemak, V. Bachmann, G. Kubieniec Veröffentlichung: 2013

P 778 - Bemessung von ermüdungsbeanspruchten Bauteilen aus hoch- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen im Kran- und Anlagenbau Da die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit im Kran- und Mobilkranbau durch die Anwendung hochfester Stähle erheblich gesteigert werden kann, hat sich das Praktikergespräch Kranbau in den vergangenen Jahren mit der systematischen Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit von typischen Kerbdetails aus hochfesten Stählen befasst. Innerhalb des hier vorgestellten Forschungsvorhabens wurden die bisherigen Untersuchungen ausgeweitet und ergänzt, sowie der theoretische Hintergrund anhand verschiedener Richtlinien zur Ermüdungsbemessung aufgearbeitet. Teil I des vorliegenden Berichtes befasst sich mit den Grundlagen der Nachweisführung bei ermüdungsbeanspruchten Stahlbauteilen, insbesondere von kranbauspezifischen Kerbdetails. Hierzu existieren umfangreiche Normen (z.B. Eurocode 3, DIN 15018-1, DIN EN 13001-3-1) und Regelwerke (IIW-Dokument und FKMRichtlinie), die auf einheitlichen mechanischen Grundlagen beruhen. Bei der praktischen Umsetzung sind jedoch teilweise grundlegende Unterschiede zwischen den verschiedenen Dokumenten hinsichtlich Methodik, Zeitaufwand und der erzielten Ergebnisse bei einem durchgeführten Ermüdungsnachweis festzustellen. Des Weiteren werden diegrundlegenden Charakteristika sowie die Vorgehensweise beim Ermüdungsnachweis erläutert und miteinander verglichen sowie die maßgeblichen Unterschiede hinsichtlich der Nachweisführung und der grundlegenden Annahmen herausgearbeitet. In Teil II werden die Ergebnisse umfangreicher Versuche zum Ermüdungsverhalten von verschiedenen im Kranbau üblicherweise eingesetzten Kerbdetails vorgestellt. Das Detail „aufgeschweißte Teller“ sowie die „aufgeschweißte Schienenklemme unter Druckbeanspruchung“ werden erstmalig untersucht. Für die bekannten und katalogisierten Details „aufgeschweißte Längssteife“ und „Stumpfnaht“ wird der Kurzzeitfestigkeitsbereich zwischen 10.000 und 40.000 Lastspielen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Werkstoffen S690QL, S960QL und S1100QL. Zusätzlich wird der thermomechanisch gewalzte Stahl DOMEX960 und der ultrahochfeste Stahl S1300QL in die Untersuchungen mit ein-bezogen. Zudem werden in Teil II des vorliegenden Berichtes die Grundlagen aus Teil I anhand numerischer Berechnungen ausgewählter Details verifiziert. Damit erfolgt eine genauere und realistischere Bewertung von im Kranbau typischen Kerbdetails aus hoch- und ultrahochfesten Stählen, was zu einem wirtschaftlicheren Einsatz dieser Stähle bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsfähigkeiten der Krane bei gleichem Gewicht führt. Teil III des Berichts zeigt, wie durch Messungen während des Betriebs auf der Baustelle an mehreren Turmdrehkranen realistische Beanspruchungskollektive ermittelt werden. Beim Betriebsfestigkeitsnachweis wie auch beim statischen Festigkeitsnachweis von Turmdrehkranen ist es wichtig, die Höhe der Belastungen so festzulegen, dass sie sichere Ergebnisse liefern und trotzdem der Realität entsprechen. Sie sollten dabei also nur geringfügig größer sein als die tatsächlich auftretenden Belastungen, um keine unwirtschaftlichen Produkte zu entwickeln, die im internationalen Wettbewerb nicht bestehen können. Daher sind bei der Bemessung genaue Kenntnisse der Einsatzbedingungen und des Betriebsverhaltens der Krane von großer Bedeutung. Die aufgezeichneten Nutzlast- und Lastmomentenkollektive geben dabei einen Einblick in die Beanspruchungssituation auf heutigen Baustellen. Die Auswertung der Messreihen ermöglicht einen ersten Vergleich mit der normativen Einstufung dieser Krane nach nationalen und internationalen Regelwerken, die in Teil I vorgestellt wurden. Dieses Vorhaben rundet damit die bisherigen Forschungsarbeiten ab und stellt damit eine sinnvolle und notwendige Ergänzung der zurückliegenden Forschungsprojekte dar. Das Forschungsvorhaben wurde an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institute für Technologie, dem Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau, RWTH Aachen, und dem Labor für Stahl- und Leichtmetallbau, Hochschule München, mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: T. Ummenhofer, S. Herfon, J. Hrabowski, M, Feldmann, B. Eichler, Ö. Bucak, J. Lorenz, B. Boos, C. Elwan, J. Stötzel Veröffentlichung: 2013