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Andreas Gericke* / Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Deutschland
Karl Drebenstedt / Universität Stuttgart, Institut für Konstruktion und Entwurf, Deutschland
Knuth-Michael Henkel/ Universität Rostock, Lehrstuhl Fügetechnik, Deutschland
Ulrike Kuhlmann/ Universität Stuttgart, Institut für Konstruktion und Entwurf, Deutschland
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Ungeachtet der Vorteile, einschließlich geringerer Wärmeeinbringung und der Verwendbarkeit bei verzinkten Materialien, wird das Lichtbogenlöten im schweren Stahlbau nicht eingesetzt. Ein Grund dafür ist, dass das Lichtbogenlöten im europäischen Normenwerk nicht geregelt ist, insbesondere für Blechdicken t e 3mm aufgrund mangelnder Kenntnisse über die mechanischen Eigenschaften der Verbindungen und wenig Erfahrung mit dem Langzeitverhalten von lichtbogengelöteten Grobblechkonstruktionen. Derzeit ist bei einer Vielzahl von Stahlkonstruktionen, darunter Stahlrohrtürmen für Windkraftanlagen, Brücken oder Kräne, die Verbesserung der Schwingfestigkeit ein wichtiges Anliegen in Hinblick auf erreichbare Lebensdauer, konstruktive Belange (z.B. notwendige Eigenfrequenzen) sowie Werkstoffauswahl, z.B. für hochfeste Stähle. Die Schwingfestigkeit dieser Strukturen wird oftmals durch bestimmte Schweißnahtdetails drastisch reduziert. Diese Details unterliegen häufig einer nur geringen statischen Beanspruchung, können aber aus konstruktiven Gründen nicht weggelassen werden, wie z.B. geschweißte Buchsen für Leitern, Kabelhalter, Dopplungen oder Rinnen und haben einen massiven Einfluss auf die Bemessung der Blechdicke des zyklisch beanspruchten Grundwerkstoffs, die Verwendbarkeit von hochfesten Stählen und die gesamte Konstruktion. Dieser Beitrag zeigt die Möglichkeit, bestimmte Schweißnähte durch lichtbogengelötete Nähte und Kupferbasiswerkstoffe zu ersetzen. Anhand umfangreicher Wöhlerversuche wird gezeigt, dass die Lebensdauer zyklisch belasteter Strukturen durch den Einsatz von Lichtbogenlöten für bestimmte Details um bis zu 500 % ohne den Einsatz von Nahtnachbehandlungsverfahren gesteigert werden kann. Dies erweitert die Möglichkeiten in Bemessung und Materialauswahl für zyklisch beanspruchte Stahlkonstruktionen. Die Gründe für die Verbesserung der Schwingfestigkeit werden anhand mechanisch-technologischer und metallografischer Untersuchungen sowie mittels numerischer Analysen erläutert. Der Einfluss von Blechdicke, Spannungsverhältnis, Dimension der Schweiß-/Lötdetails auf die Schwingfestigkeit an S355 und S690 werden präsentiert. Neben den Ergebnissen aus Wöhlerversuchen werden auch Untersuchungen zur statischen Tragfähigkeiten der Verbindungen, welche denen des Grundwerkstoffes entspricht, dargestellt und der Stand der Normung, einschließlich der Aktivitäten bestimmter Arbeitsgruppen diskutiert. Ein Konzept für die Bemessung lichtbogengelöteter Nähte wird vorgestellt. Abschließend werden die wirtschaftlichen Aspekte und ausgewählte Industriebeispiele vorgestellt.
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