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EFB-Forschungsbericht Nr. 377

Tragverhalten vorgespannter mechanischer Fügeverbindungen in Strukturbauteilen aus Faserverbund-Werkstoffen

efb377

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dipl.-Wirt.-Ing. Normen Fuchs, Dipl.-Ing. Christian Denkert, Fraunhofer Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock

150 Seiten (sw, 38 teils farbige Abb., 49 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-420-9

Preis (Digital) EUR 62,94

Preis (Print) EUR 79,00

Zusammenfassung

Aufgrund seiner bedienerunabhängigen Montage besitzt der Schließringbolzen in Bezug auf das planmäßige Vorspannen einen wesentlichen Vorteil gegenüber der konventionellen Schraubverbindung. Im industriellen Umfeld eines andauernden Bestrebens nach Leichtbau und der daraus resultierenden Zuwendung zu Faser-Kunststoff-Verbunden, sieht sich der Einsatz des Schließringbolzens vor unterschiedlichste Herausforderungen gestellt.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird hierfür zunächst ein Vakuum-Injektionsverfahren etabliert, welches eine flexible und kostengünstige Herstellung von Versuchslaminaten ermöglicht. Die Qualität der hergestellten Laminate wird mittels statistischer Verfahren bewertet.
In Anlehnung an die von der Schraubverbindung bekannten und die für den Schließringbolzen bereits erarbeiteten Bemessungsnormen und Richtlinien, greift dieser Forschungsbericht die Fragestellung nach der Übertragbarkeit der Bemessung auf die Faser-Kunststoff-Verbund auf. Das grundsätzliche Interesse gilt in diesem Zusammenhang der durch Querzugkräfte belasteten Schließringbolzenverbindung und der ingenieurmäßigen Bestimmung der Nachgiebigkeit in Laminatdickenrichtung.

Für die auf Querzugkraft belastete Schließringbolzenverbindung werden die möglichen Versagen und die zugehörigen rechnerischen Nachweise aufgeführt. Angesichts der Vielfalt an Faser-Kunststoff-Verbunden, die sich u.a. nach Art und Höhe der Belastung richtet, werden im Sinne einer versuchsgestützten Bemessung Versuche entwickelt und Beanspruchbarkeiten bestimmt. Im Fokus stehen dabei die Versuche zur Ermittlung der Nachgiebigkeit und der Grenzflächenpressung, die Scher-/Lochleibungsversuche zur experimentellen Bestimmung der Lochleibungsbeiwerte und der Einsatz der statischen Versuchsplanung und Auswertung in Bezug auf einen Einsatz der gleitfest vorgespannten Schließringbolzenverbindung.

Abschließend werden die experimentell bestimmten Beanspruchbarkeiten (Grenzflächenpressung, Grenzlochleibungskraft, Gleitwiderstand) den rechnerischen Beanspruchbarkeiten gegenübergestellt bzw. mit Literaturwerten verglichen.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Tragverhalten vorgespannter mechanischer Fügeverbindungen in Strukturbauteilen aus Faserverbund-Werkstoffen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16838BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (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. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 377 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungs- und Formelverzeichnis
Abkürzungen
Lateinisches Formelzeichen
Griechische Formelzeichen
Zusammenfassung
1    Einleitung
2    Problemstellung
3    Stand der Technik
3.1    Verarbeitung des Schließringbolzens
3.2    Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV)
3.3    Bemessungsgrundlagen
3.3.1    Nachweis gegen Überschreiten der Flächenpressung
3.3.2    Scher-/Lochleibungsverbindungen
3.3.2.1    Nachweis Abscheren je Scherfuge
3.3.2.2    Nachweis gegen Lochleibungsversagen
3.3.3    Gleitfeste Verbindungen
3.3.3.1    Vorspannkraftänderung
3.3.3.2    Nachweis gleitfester Verbindungen
3.3.4    Versagen im Nettoquerschnitt
4    Probenherstellung
4.1    Versuchslaminate
4.2    Vakuuminjektionsverfahren
4.3    Qualitätsbeurteilung
5    Experimentelle Untersuchungen
5.1    Druckversuche
5.1.1    Ermittlung der Nachgiebigkeit
5.1.1.1    Messprinzip quasistatischer Druckversuche
5.1.1.2    Versuchsprogramm
5.1.1.3    Versuchsergebnisse
5.1.2    Stufendruckversuche
5.1.2.1    Versuchsergebnisse
5.1.3    Ermittlung der Grenzflächenpressung
5.1.3.1    Versuchsaufbau und Messprinzip
5.1.3.2    Versuchsergebnisse
5.1.4    Bestimmung der Retardation
5.1.4.1    Versuchsaufbau und Messprinzip
5.1.4.2    Versuchsprogramm
5.1.4.3    Versuchsergebnisse
5.2    Scher-/Lochleibungsverbindungen (SL-Verbindungen)
5.2.1    Versuchsprogramm
5.2.1.1    Zugversuche am Grundwerkstoff der Innenlasche
5.2.1.2    Scher- und Zugversuche an Schließringbolzen
5.2.1.3    Tragversuche an zweischnittigen SL-Verbindungen
5.3    Gleitfest vorgespannte Verbindung
5.3.1    Statistische Versuchsplanung
5.3.2    Versuchsprogramm
5.3.2.1    Vorspannkraftmessung
5.3.2.2    Ermittlung der Gleitlast nach DIN EN 1090-2
5.3.2.3    Versuchsergebnisse
6    Auswertung
6.1    Druckversuche
6.2    Scher-/Lochleibungsverbindungen
6.2.1    Nachweis gegen Abscheren je Scherfuge
6.2.2    Nachweis gegen Lochleibungsversagen
6.2.3    Nachweis gegen Versagen im Nettoquerschnitt
6.3    Gleitfest vorgespannte Verbindungen
7    Ausblick
8    Literaturverzeichnis
9    Abbildungsverzeichnis
10    Tabellenverzeichnis
11    Anlagenverzeichnis
12    Anlagen