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Deutscher Ausschuss für Stahlbau -DASt-, Düsseldorf (Herausgeber); Bundesministerium für Wirtschaft und Energie -BMWi-, Berlin (Förderer); Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. -AiF-, Köln (Auftraggeber); Univ. Stuttgart, Institut für Konstruktion und Entwurf (Ausführende Stelle)

Schweißen von kaltumgeformten Bauteilen - Kriterien für die Werkstoffauswahl


Kuhlmann, Ulrike
Quelle: Forschungsbericht - Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt
Düsseldorf (Deutschland)
Stahlbau Verlags- und Service GmbH
2021, 152 S., Abb., Tab., Lit.
Serie: Forschungsbericht - Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Nr.5/2014

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: https://dast.deutscherstahlbau.de]

[Link zum kostenlosen Volltext funktioniert nicht?]

Im Stahlbau und im Anlagenbau ist es gängige Praxis, dass Stahlprofile jeglicher Art durch Kaltumformen hergestellt werden. Das Kaltumformen kann z.B. an Blechen durch Schwenk oder Gesenkbiegen ausgeführt werden. Eine der häufigsten Fügemethode im Stahlbau ist das Lichtbogenschweißen. Somit ist es häufig unumgänglich, dass kaltumgeformte Bauteile im Bereich der Kaltumformung verschweißt werden. Durch das Forschungsvorhaben sollten die vorhandenen Regeln für das Schweißen im kaltumgeformten Bereich in Bezug auf die heute verfügbaren Stähle überprüft und vereinheitlicht werden. Dazu wurden zuerst die aktuelle Normungssituation und die Grundlagen der Problemstellung erarbeitet. Hierbei wurde besonders die theoretische Berechnung des Kaltumformgrades bei Blechen betrachtet. In einem nächsten Schritt wurde eine sinnvolle Materialauswahl getroffen, bei der ein besonderes Augenmerk auf der Kerbschlagarbeit lag. Entsprechend den heutigen Anwendungsfällen, wurde dann ein Versuchskonzept zur Durchführung von Sprödbruchversuchen entwickelt. Experimentell wurde das Verhalten von kaltumgeformten und geschweißten Bauteilen bei tiefen Einsatztemperaturen erprobt. - Es wurden 20 Sprödbruchversuche an kaltumgeformten und geschweißten Blechen aus S355J2 durchgeführt. Bei den Versuchskörpern wurden die Umformradien variiert und somit sehr große und kleine Umformgrade untersucht. - Die Versuche zeigen, dass mit zunehmendem Kaltumformgrad die Sprödbruchgefahr bei tiefen Temperaturen zunimmt. Parallel zu der Fertigung der Versuchskörper wurde eine Reihe von Prozessparametern an Referenzproben ermittelt. Diese Parameter sind in die Simulation der einzelnen Prozessschritte eingeflossen und dienten zur Verifikation der FE-Modelle. Ein durchgängiger Simulationsansatz hat dazu geführt, dass es möglich war, die Verschiebungen am FE-Netz aus der Umformsimulation in die Schweißsimulationsumgebung zu übergeben. Auf Grundlage weiterer FE-Simulationen wurden bruchmechanische Berechnungen durchgeführt, um die Ergebnisse der Sprödbruchversuche zu bewerten. Schließlich wurden parallel zu den einzelnen Fertigungs- und Simulationsschritten metallurgische Untersuchungen an den verwendeten Stählen durchgeführt. Diese Erkenntnisse sind wiederum in die Simulation zum Sprödbruchversagen der Bauteile eingeflossen. Zusammenfassend lässt sich sagen: mit Hilfe ausführlicher experimenteller und numerischer Untersuchungen wurde das Schweißen im kaltumgeformten Bereich umfassend analysiert. Es wurden ausführliche Bewertungen zum Sprödbruchverhalten von kaltumgeformten und geschweißten Bauteilen durchgeführt.

Publikationslisten zum Thema:
Kaltverformung, Baustahl, Stahl(kaltverformt), Werkstoffauswahl, Schweißeignung, Schweißverbindung, Schweißnaht, Zähigkeit, Kaltprofil, DIN 18800, Teil 1, Bedingung, Kerbschlagzähigkeit, Abstand, cold forming, engineering steel, steel (cold formed), material selection, weldability, welded connection, weld, toughness, cold-formed section, condition, toughness,



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Untersuchungen und Bewertungen von Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen sind oft mit einem hohen Aufwand verbunden. Umso wichtiger ist eine einheitliche Herangehensweise bei der Wahl der Untersuchungsmethode, die eine Vergleichbarkeit von Untersuchungsergebnissen, aussagekräftige Bewertungen sowie deren Übertragbarkeit auf andere Standorte und Sachverhalte ermöglicht. Der Themenband schafft die Grundlagen für eine objektive Evaluierung der Schädigung von Fischen und der Effizienz von Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. Die erarbeiteten Planungs-, Untersuchungs- und Auswertungsabläufe ermöglichen reproduzierbare Ergebnisse, um den wissenschaftlichen Kenntnisstand zu verbessern und standörtliche Lösungen zu evaluieren.


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Auf den Gebäudesektor entfallen rund 35 Prozent des derzeitigen Gesamtenergiebedarfs in unserem Land: Energieoptimierte Gebäude, intelligente Steuerung und Vernetzung sowie eine wirtschaftliche und klimafreundliche Energieversorgung der Gebäude und Quartiere sind daher zentraler Bestandteil für eine erfolgreiche Energie- und Wärmewende. Die Energieforschung als strategisches Element der Energiewende trägt wesentlich dazu bei, die energie- und klimapolitischen Ziele im Gebäudesektor durch innovative Technologien und Konzepte zu erreichen. Dazu entwickeln Forscherinnen und Forscher neue Materialien und Baustoffe und arbeiten an Innovationen für eine hocheffiziente Gebäude- und Versorgungstechnik. Denn bei der Forschung für energieoptimiertes Bauen werden neben einzelnen Gebäuden auch ihre Schnittstellen zum lokalen Energiesystem betrachtet, da sie als Energiesenke, Energiequelle oder Energiespeicher dienen können. Bei der Entwicklung solcher Systemlösungen spielt die Digitalisierung eine wesentliche Rolle: Durch intelligente Vernetzung und Steuerung können Gebäude und Quartiere flexibel und bedarfsgerecht mit dem Energieversorgungsystem interagieren. Um Nah- und Fernwärme energieeffizient bereitstellen zu können, sind Leitungsnetze und eine geeignete Infrastruktur für das Energiemanagement erforderlich. Dabei können Synergieeffekte durch die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr genutzt werden, um die Effizienz weiter zu erhöhen, mehr erneuerbare Energien zu integrieren und die Dekarbonisierung des Energiesystems voran zu bringen. All dies sind wichtige Forschungsthemen, um heute schon Lösungen vorzubereiten, die zur Erreichung der nationalen und europäischen Ziele beitragen. Damit dies gelingen kann, ist die Übertragung der Forschungsergebnisse in die Praxis ein wichtiger Erfolgsfaktor. Darum hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) die Forschungsinitiative Energiewendebauen und das gleichnamige Forschungsnetzwerk im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms ins Leben gerufen und seine


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Materialaufwand von Nichtwohngebäuden - Teil II
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Der Gebäudebestand ist ein gewaltiges Materiallager, das sich durch Neubautätigkeit und Abbruchaktivitäten stetig weiterentwickelt. Jährlich fließen Baumaterialien in das Gebäudemateriallager ein und Bauschuttmassen verlassen es. Um diese stetigen Materialflüsse ressourceneffizient zu gestalten, sind Kreislaufführungen sinnvoll. Abbruchmaterialien sollten soweit wie möglich recycelt und in Neubaumaterialien integriert werden. Durch gezieltes Recycling sind erhebliche Primärrohstoffeinsparungen möglich. Das Recyclingpotenzial ist jedoch materialabhängig. Jedes Baumaterial hat spezielle Sammel- und Aufbereitungstechnologien, und es ist wichtig zu wissen, wie das Gebäudemateriallager und seine Abbruchmassen zusammengesetzt sind. Solche Informationen liegen für Wohngebäude bereits vor, bei den Nichtwohngebäuden steht der Aufbau einer entsprechenden Datenbasis noch am Anfang. Im Band 45 der "Reihe Wissenschaft" wurden bereits für acht verschieden genutzte Nichtwohngebäudearten Materialkennwerte erarbeitet und dokumentiert. Die Veröffentlichung ergänzt die Nichtwohngebäudedokumentation um weitere fünf Nutzungsarten, die mit insgesamt 100 Repräsentanten bzw. Bauobjekten hinterlegt sind.


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Anlass: Seit der Einführung des Teilsicherheitskonzeptes werden die bei der Bemessung zu berücksichtigenden Sicherheitsbeiwerte auf die Einwirkung und den Widerstand verteilt, wobei hinsichtlich der anzusetzenden Teilsicherheitsbeiwerte zwischen ständigen und veränderlichen Einwirkungen unterschieden werden muss. Dies führt bei der Bemessung von größeren Tragsystemen aufgrund der nichtlinearen Momenten-Normalkraft Interaktion in der Regel zu einer Vielzahl von zu untersuchenden Einwirkungskombinationen. Die Anzahl der Kombinationen steigt dabei mit der Anzahl der vorhandenen Einwirkungen überproportional an. Zusätzlich ist zu beachten, dass für verschiedene Nachweisstellen eines Bauteils unterschiedliche Einwirkungskombinationen maßgebend werden können. Die Berücksichtigung von verschiedenen Einwirkungskombinationen führt in der Bemessungspraxis zu einer zeitaufwändigen Aufgabe, die mit einer einfachen Handrechnung kaum noch zu bearbeiten ist. Darüber hinaus kann es leicht zu fehlerhaften Bemessungen kommen, wenn aufgrund des steigenden Zeit- und Kostendrucks eine maßgebende Einwirkungskombination vergessen wird. Dies kann die Zuverlässigkeit von Tragstrukturen signifikant beeinflussen, da die normativ definierten Teilsicherheitsfaktoren den Einfluss von menschlichem Fehlverhalten bei der Planung und Ausführung nicht abdecken. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Anzahl der theoretisch möglichen Einwirkungskombinationen für praxisübliche Fälle wissenschaftlich zu analysieren und hinsichtlich ihrer Bemessungsrelevanz zu clustern, um die bemessungsmaßgebenden Kombinationen identifizieren zu können. Dies kann zu einer deutlichen Reduzierung der zu berücksichtigenden Einwirkungskombinationen genutzt werden. Somit kann ein Beitrag zur Rationalisierung und Kostensenkung in der Planung geleistet, die Übersichtlichkeit bei der Berechnung erhöht und eine Verringerung der Fehleranfälligkeit bei der Bemessung von Bauteilen im üblichen Hochbau erreicht werden. - Arbeitsplan und Durchführung: Parameteridentifikation


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Bei der Verbesserung des baulichen Wärmeschutzes kommt den transparenten Bauelementen eine wichtige Rolle zu. Hat ein Zweischeiben-Wärmedämmglas mit einem Scheibenzwischenraum (SZR) von 16 mm, Argonfüllung und einer low-e-Beschichtung einen Wärmedurchgangskoeffizienten von Ug = 1,1 W/(qmK), so lässt sich mit einem optimierten Dreischeibenaufbau ein Wärmedurchgangskoeffizient von Ug = 0,5 W/(qmK) realisieren. Dazu sind allerdings Scheibenzwischenräume von 2 x 18 mm erforderlich. Konstruktionsbedingt (hermetische Versiegelung) führen Änderungen des Luftdrucks und/oder der Temperatur im Mehrscheiben-Isolierglas zu Druckunterschieden zwischen dem Scheibenzwischenraum und der Atmosphäre und somit zu Klimalasten auf Glas und Randverbund. Die Höhe dieser Klimalasten steigt mit der Größe des SZR und der Scheibendicke an. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, den Einfluss der Randlast auf die Dauerhaftigkeit von Dreifach-Wärmedämmglas zu untersuchen. Dabei sollte die Randlast über die Größe des Scheibenzwischenraumes und die Scheibendicke gezielt verändert werden. Da bekannt war, dass die Dauerhaftigkeit eines MIG ganz wesentlich von der Fertigungsqualität bestimmt wird, die von Hersteller zu Hersteller erheblich variieren kann, musste eine ausreichende Anzahl von Probekörpern geprüft werden, um statistisch belastbare Aussagen treffen zu können, die auch für "die Industrie" als Ganzes gültig sind. Zwanzig Hersteller lieferten Probekörper für drei unterschiedliche Aufbauten. Auf diese Weise sollte es möglich sein, einen Einfluss der Randlast auf die Feuchteaufnahme zu ermitteln und gleichzeitig einen Überblick über die Streuung von Ergebnissen innerhalb der Industrie zu erhalten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnten nur starre Randverbundsysteme (Hohlprofilabstandhalter) mit schüttbaren Trockenmitteln berücksichtigt werden. Darüber hinaus konnten die teilnehmenden Betriebe selber über die Systemparameter wie Abstandhaltertyp, Trockenmittelmenge, Butylauftrag, Sekundärdichtstoff (PU oder PS), Rückenüberdeckung etc.


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Nachhaltige Energiekonzepte, die Komfort, Effizienz und Wirtschaftlichkeit adressieren, werden im energieeffizienten Bauen zukünftig eine deutlich stärkere Rolle spielen. Eine Fokussierung auf den baulichen Wärmeschutz und die Reduzierung des Heizenergiebedarfs erscheint vor dem Hintergrund der ohnehin gesetzlich geforderten Niveaus für Dämmstärken nicht sinnvoll. Vielmehr ist eine ganzheitliche Betrachtung des Energiebedarfs unter der Berücksichtigung von Nutzerstrom und e-Mobilität erforderlich. Im Forschungsprojekt werden Optimierungsmaßnahmen zur Steigerung des Eigenstromanteils mittels numerischer Gebäude- und Anlagensimulationen am Einfamilienhaus in Leonberg-Warmbronn untersucht. In einer Parameterstudie werden die wesentlichen Auslegungsgrößen zur dezentralen Energieerzeugung und -speicherung sowie entsprechende Regelungsstrategien zur Erzielung eines hohen Eigenstromanteils erarbeitet. Die unterschiedlichen Lösungsansetze aus den Simulationen werden im Wohngebäude umgesetzt und können so auf die Praxisrelevanz unter realen Bedingungen bewertet werden. Die im Monitoring erfassten Messdaten, die Auswertung über vier Betriebsjahre, sowie die daraus ermittelte Gebäudeperformance, erlauben Optimierungen des Gebäudebetriebs hinsichtlich Energieeffizienz und Nutzerkomfort. Das EnergiePLUS-Wohngebäude in Leonberg Warmbronn erzielt bei höchstem Wohnkomfort einen 30 - 50 prozentigen solaren Deckungsanteil am Gesamtenergieverbrauch. Mit einer direkten Eigenstromnutzung von über 30 Prozent ist das EnergiePlus-Konzept ein wichtiger Baustein für eine dezentrale Energieversorgung auf der Basis erneuerbarer Energien. Der jährliche Gesamtstromverbrauch liegt zwischen 9.027 kWh/a und 12.244 kWh/a. Die Wärmepumpe ist der mit Abstand größte Stromverbraucher im Gebäude und hat mit der Deckung von Raumwärme und Trinkwarmwasser einen Anteil von rund einem Drittel am Gesamtstromverbrauch. 2014 erzielte die Wärmepumpe eine Jahresarbeitszahl von 4,62. Für 2015 wird eine Jahresarbeitszahl von über 5,0 erwartet. Die PV- Anlage wei


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