Tragverhalten von zugkraftbeanspruchten Lockstud-Systemen zur Herstellung wartungsfreier Verbindungen

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Kernthesen

  • Das wartungsfreie Lockstud-System verspricht die Vorteile eines Schließringbolzens und einer Schraube zu vereinen.
  • Der Versagensort eines Lockstud-Systems unter zyklischer Axialbelastung ist vorwiegend im ersten tragenden Gewindegang zu erwarten.
  • Die Schwingfestigkeit eines nicht vorgespannten Lockstud-Systems ist vergleichbar einer schlussvergüteten und unbeschichteten Schraubengarnitur.

Zusammenfassung

Das Forschungsthema zielt darauf ab, das Vorspannkraft-Zeit- sowie das Tragverhalten von Lockstud-Systemen wissenschaftlich zu untersuchen. Der Schaftbolzen eines Lockstud-Systems ist charakterisiert durch ein genormtes metrisches ISO-Gewinde nach DIN 13-1 (Einschraubseite) und einer Rillengeometrie i. A. an die Ausführungsformen Typ A, B oder C von Schließringbolzen nach dem DVS-EFB Merkblatt 3435-2 (Montageseite).

Diese Charakteristik bietet Potential für mechanisch wartungsfreie Verbindungen. Aufgrund der torsionsfreien Montage und dem sich damit einstellenden Vorspannkraftniveau im Lockstud-System mit geringen Streuungen können durch den eingeformten Schließring mechanisch gefügte Verbindungen gegen selbsttätiges Losdrehen im Betrieb gesichert werden, sodass die Dauerhaltbarkeit von Konstruktionen über die Lebensdauer gewährleistet werden kann. Dazu werden Lockstud-Systeme mithilfe experimenteller und numerischer Untersuchungen geprüft.

Aufbauend auf den Untersuchungen werden die ermittelten Vorspannkraft-Zeit-Verläufe und Tragfähigkeiten interpretiert, um eine wirtschaftlichere Montage und Bemessung zu ermöglichen. Im Zuge des Forschungsvorhabens werden Empfehlungen für die Bemessung und Ausführung von Lockstud-Systemen erarbeitet sowie Grundlagen für normative Regelungen zur Implementierung in das EFB/DVS Merkblatt 3435-2 aufgestellt.

Hieraus resultiert u.a. für Ingenieurbüros (KMUs) eine einfachere Nachweisführung nach VDI 2230 und EC3-konformen Bemessungsregeln, wobei ausführende Unternehmen des Maschinen- und Stahlbaus somit kosten- und zeitintensive Einzelfalluntersuchungen umgehen können.


Darstellung des Nutzens für KMU

Der Mangel an geeigneten Regelwerken für die Auslegung und Montage von wartungsfreien Verbindungen mit Lockstud-Systemen führt bei den Anwendern zu Vorbehalten bzw. Unsicherheiten, wodurch bei vielen prinzipiell möglichen und vor allem wirtschaftlichen Einsatzfällen bisher keine oder alternative mechanische Fügeverfahren, trotz bekannter Nachteile, wie bspw. das selbsttätige Losdrehen, zum Einsatz kommen.

Die aufwendige Durchführung von Einzelfallprüfungen für spezielle Verbindungskonfigurationen ist insbesondere für KMU problematisch, da hierfür zeit- und kostenintensive Untersuchungen angestellt und z. T. langwierige bauaufsichtliche Verwendbarkeitsnachweise erwirkt werden müssen. Oft sind in den KMU dafür weder geeignete technische noch personelle Ressourcen vorhanden. Es werden insbesondere für die untersuchten Lockstud-Systeme neue Anwendungsgebiete erschlossen, die ansonsten z. B. durch Überdimensionierungen oder aufwendigere Fügeverfahren realisiert werden müssten.

Somit können KMU, die in Form von Fügeelementherstellern, Konstruktionsbüros, planende und ausführende Unternehmen am Markt auftreten, ihre Wettbewerbsfähigkeit erhöhen, indem sie leistungsfähigere Produkte zu geringeren Kosten anbieten können und gleichzeitig die Umwelt und Ressourcen schonen. Dies kann für die KMU ohne nennenswerten finanziellen Aufwand erfolgen, da die Projektergebnisse nach Abschluss des Vorhabens kurzfristig in einem Merkblatt sowie mittel- bis langfristig in den einschlägigen Normen für jeden Interessierten zugänglich sein werden.


Projekt

EFB 05/120, IGF 21540BR - Laufzeit 01.05.2021 - 31.10.2023

Referent: M. Eng. Melanie Hagemann, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Bereich Maschinenbau, Verfahrens- und Umwelttechnik, Hochschule Wismar


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