Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 500

Fügeverbindungen mit Schließringbolzen unter atmosphärischen Belastungen

efb500

Verfasser:
Dr.-Ing. Normen Fuchs, M.Sc. Karina Nowak, Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Fraunhofer-Einrichtung Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock - Dipl.-Ing. Peter Lebelt, Dr.-Ing. Jörg Gehrke, Dr. Susanne Friedrich, Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH

220 Seiten (sw, 351 Abb., 67 Tab., 9 Formeln)

ISBN: 978-3-86776-552-7

Preis (Print) EUR 116,00

Preis (Digital) EUR 103,00

Zusammenfassung

Hochfeste mechanische Fügeverbindungen, wie Schließringbolzenverbindungen, werden branchenübergreifend in einer Vielzahl von Konstruktionen eingesetzt. Dazu gehören unter anderem Gittermasttürme von Windenergieanlagen, Tragwerkstrukturen von Solaranlagen oder sicherheitsrelevante Bauteile im Fahrzeugbau. Besonders in der stahlbaulichen Anwendung sind Schließringbolzenverbindungen direkt den atmosphärischen Belastungen am Einsatzort ausgesetzt. Nach aktuellem Stand der Technik ist das Korrosionsverhalten von Schließringbolzenverbindungen in diesem Einsatzgebiet nicht hinreichend bekannt.

Die Fraunhofer-Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH in einem vierjährigen Forschungsvorhaben das Korrosionsverhalten von Schließringbolzenverbindungen untersucht.

Teilziele des Forschungsvorhabens waren zum einen, korrosionskritische Bereiche an Schließringbolzenverbindungen zu identifizieren. Zum anderen sollten Faktoren aus der Herstellung bestimmt werden, die einen Einfluss auf das Korrosionsverhalten von Schließringbolzenverbindungen haben.

Zur Ermittlung von Faktoren aus der Herstellung wurden zwei voneinander unabhängige Versuchsserien, eine für den Stahlbau und einen für den Fahrzeugbau, mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung konfiguriert und anschließend analytisch, sowie im Laborbelastungstest und der Freibewitterung geprüft. Als analytische Methoden wurden dazu die Lichtmikroskopie, die Rasterelektronenmikroskopie, sowie die Elektrochemie (reziproker Polarisationswiderstand, elektrochemisches Potentialrauschen) angewandt. Als Labortest kamen ein Kondenswasser-Wechseltest (VDA 621-415) und der neutrale Salzsprühnebeltest (DIN EN ISO 9227) zum Einsatz.

Die Freibewitterung erfolgte an drei unterschiedlichen Standorten (Helgoland, Rostock, Dresden). Als Ergebnis dieser Untersuchungen konnten die Fügeelement- und die Fügeteilbeschichtung als maßgebliche Faktoren für das Korrosionsverhalten der Schließringbolzenverbindung ermittelt werden. Weiterhin ist auf eine möglichst große Probenmaße d.h. maximale Rand- und Lochabstände zu achten.

Für den Anwender sind zudem Ergebnisse bezüglich der mechanischen Beschädigungen von Schließringbolzenbeschichtungen durch Transportprozesse und deren Auswirkung auf den Korrosionsschutz der Schließringbolzen relevant. Dazu wurden eine Vielzahl aktueller Korrosionsschutzsysteme berücksichtigt und die Analyse im Bericht erläutert.

Zudem sind Vor- und Nachteile für die Nutzung unterschiedlicher Prüfverfahren als Hilfsmittel zur Wareneingangskontrolle der Korrosionsschutzsysteme der Schließringbolzen aufgeführt. Ein Vergleich der Prüfverfahren zeigte zudem, dass Schwachstellen der Korrosionsschutzsysteme, welche durch die Lichtmikroskopie festgestellt wurden, auch durch die Ergebnisse in der Freibewitterung bestätigt wurden. Im Laborbelastungstests wurde dies nur im Einzelfall nachgewiesen werden.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Fügeverbindungen mit Schließringbolzen unter atmosphärischen Belastungen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18316BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 500 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

High-strength mechanical joints, such as lockbolt connections, are used in a wide variety of industries in a multitude of designs. These include, for example, lattice mast towers for wind turbines, support structures for solar systems or safety-relevant components in vehicle construction. Especially in steel structures, lockbolt connections are directly exposed to atmospheric loads. According to the current state of the art, the corrosion behavior of lockbolt connections is not sufficiently known in this field of application.

In a 4-jear research project the corrosion behavior of lockbolt connections was analyzed by the Fraunhofer Research Institution for Large Structures in Production Engineering IGP and in cooperation with the Institute for Corrosion Protection Dresden.

One objective of the project was the identification of corrosion-critical areas on lockbolt connections. In addition the influence of the production process on the corrosion behavior of lockbolt connections should be determined.

In order to determine the parameter of the lockbolt connection production, which affect the corrosion protection, 2 independent test series had been developed. One applies to steel construction and the other to vehicle construction. They were configured with the help of the statistical test planning. Afterwards they had been tested analytically, as well as in the laboratory load test and the outdoor weathering.

The analytical test consisted of light microscopy, scanning electron microscopy and electrochemistry (reciprocal polarization resistance, electrochemical potential noise).
A condensation water alternating test (VDA 621-415) and the neutral salt spray test (DIN EN ISO 9227) were used as laboratory tests. The outdoor weathering took place at three different locations (Helgoland, Rostock, Dresden). As a result of these investigations, the coating of the fasteners and the sheets could be determined as decisive factors for the corrosion behavior of the lockbolt connection. Furthermore, the largest possible specimen dimensions, i.e. maximum edge and hole distances, must be ensured.

For the user, the results are also relevant with regard to the mechanical damage of lockbolt coatings caused by transport processes and their effect on the corrosion protection of the lockbolts. Therefore a large number of current corrosion protection systems were taken into account and the analysis explained in the report.

Furthermore, advantages and disadvantages of different test methods to inspect the corro-sion protection of lockbolts at the goods receiving are listed. A comparison of the test methods also showed that imperfections in the corrosion protection systems detected by light microscopy were also confirmed by the results in outdoor weathering. In laboratory tests this was proven only in individual cases.
The aim of the project was achieved.

Inhaltsverzeichnis   

Zusammenfassung
    Abbildungsverzeichnis
    Tabellen- und Formelverzeichnis
    Tabellen
    Formeln
    Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
    Abkürzungen
    Formelzeichen
1    Einleitung
1.1    Problemstellung
1.2    Lösungsansatz und Ziel des Forschungsvorhabens
2    Stand der Technik
2.1    Grundlagen Schließringbolzensystem
2.1.1    Grundbegriffe und Funktionsweise
2.1.2    Korrosionsschutz der Schließringbolzensysteme
2.2    Korrosionsprüfverfahren
2.3    Auswertungsmethoden
2.3.1    Bewertung von Schäden an Korrosionsschutzsystemen
2.3.2    Reziproker Polarisationswiderstand
2.3.3    Elektrochemische Rauschmessung
2.4    Gestaltungsregeln zum Korrosionsschutz im Stahlbau
3    Prüfkonzept zur Korrosionsuntersuchung von Schließringbolzenverbindungen
3.1    Atmosphärische Belastungen auf SRB-Verbindungen
3.2    Korrosionskritische Bereiche und Korrosionsarten
3.3    Potentielle Einflussfaktoren aus der Herstellung auf das Korrosionsverhalten von Schließringbolzenverbindungen
3.4    Statistische Versuchsplanung
3.4.1    Grundlage der statistischen Versuchsplanung
3.5    Anwendung der statistischen Versuchsplanung
3.5.1    Fahrzeugbauserie – Faktoren und Stufen
3.5.2    Fahrzeugbauserie – Probenkonfiguration
3.5.3    Stahlbauserie – Faktoren und Stufen
3.5.4    Stahlbauserie – Probenkonfiguration
3.6    Probenherstellung Fahrzeugbauserie
3.7    Probenherstellung Stahlbauserie
3.8    Korrosionstests
3.8.1    Freibewitterung
3.8.2    Ermittlung der Korrosivitätskategorie mit Standardmetallproben
3.8.3    Labortest: Neutrale Salzsprühnebelprüfung
3.8.4    Labortest - Zyklische Laborprüfungen nach VDA 621-415
3.9    Dokumentationsweise im Korrosionstest
4    Validierung des Prüfablaufes
4.1    Definierte Vorschädigung von Korrosionsschutzsystemen
4.1.1    Lichtmikroskopie und REM – EDX Untersuchungen zur Bestimmung des Ausgangszustandes von Schließringbolzensystemen (IKS)
4.1.2    Rüttel- Schlagstellen-Abriebtest für Schließringbolzen-systeme
4.2    Vergleich von Prüfverfahren zur Wareneingangskontrolle
4.2.1    Ergebnisse der Lichtmikroskopie (IKS)
4.2.2    Ergebnisse der elektrochemischen Messmethode (IKS)
4.2.3    Ergebnisse der neutralen Salzsprühnebelprüfung (IGP)
4.2.4    Zusammenfassung der Ergebnisse
4.2.5    Fazit
4.3    Vergleich der Korrosionsprüfverfahren
4.3.1    Analyse der Freibewitterung hinsichtlich des Standorteinflusses (IGP)
4.3.2    Vergleich zwischen Freibewitterung und Labortest (IGP)
4.3.3    Methode zur Früherkennung von Korrosion (IKS)
5    Korrosionsverhalten von SRB-Verbindungen
5.1    Überprüfung von Rotrostbildung im Inneren der Fügeverbindungen (IGP)
5.1.1    Stahlbauserie
5.1.2    Fahrzeugbauserie
5.1.3    Fazit
5.2    Faktoren aus der Herstellung (DoE) (IGP)
5.2.1    Fahrzeugbauserie
5.2.2    Stahlbauserie
6    Ergebnisse und Ausblick
6.1    Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
7    Literaturverzeichnis
8    Anhang
8.1    Schichtdickenvermessung – elektrolytisch verzinktes Feinblech
8.2    Schichtdickenvermessung – feuerverzinktes Feinblech
8.3    Exemplarisches Lackierprotokoll – Wefapox2K-Metallgrund
8.4    Exemplarisches Verzinkungsprotokoll
8.5    Exemplarische Proben Feuerverzinkung + Sweepen
8.6    Exemplarische Proben Feuerverzinkung + Sweepen + anorganisches Zinksilicat
8.7    Setzparameter
8.8    Prüfergebnis der Freibewitterung der Stahlbauserie
8.9    Prüfergebnis der Freibewitterung der Fahrzeugbauserie
8.10    Prüfergebnis des Labortests der Stahlbauserie
8.11    Probe 3-3 Überprüfung auf Rotrost im Inneren der Fügeverbindung - Stahlbauserie
8.12    Probe 9-2 Überprüfung auf Rotrost im Inneren der Fügeverbindung - Fahrzeugbauserie
8.13    Korrosionsverlauf in der forcierten Freibewitterung
8.14    Datenbasis für die statistische Versuchsauswertung