und Hegel, der Baumeister Schinkel und Künstler wie Schadow und Rauch haben das kulturelle Leben geprägt, …“*

Das Gutshaus hat eine wechselvolle Vergangenheit. Es hat große Geschichte und vielfache Nutzung - als Wohn-haus, Hotel- und Restaurationsbetrieb und von 1945-48 als Offiziersclub der US-Militärregierung - erlebt. 1958 wurde es vom Land Berlin erworben und 1989 bis 1995 denkmal-gerecht renoviert. Hierbei wurden alle Anbauten zurück-gebaut, sodass sich das Gutshaus heute wieder in seinem ursprünglichen Zustand befindet. Seit 1995 nutzt der Bezirk Berlin Steglitz-Zehlendorf das bereits seit 1923 unter Denk-malschutz stehende Gutshaus als Begegnungsstätte. Diese soll, so der damalige Regierende Bürgermeister Eberhard Diepgen anlässlich der Eröffnung, „dem Dialog und der Kommunikation, insbesondere der Kultur, der Wirtschaft und der Politik dienen“.*

In den Räumlichkeiten des Erdgeschosses finden Aus-stellungen, Veranstaltungen und Konzerte statt. Die Ge-schäftsstelle freut sich, dass nun kleinere DVM-Sitzungen und Veranstaltungen direkt im Haus mit kurzen Wegen ausgerichtet werden können. Im ersten Stock residieren gemeinnützige Verbände: der Schullandheim-Verband, das Regionalmanagement Berlin Süd-West und nun auch der DVM!

Der Bezirksbürgermeisters Steglitz-Zehlendorf, Norbert Kopp, hat jüngst eine Initiative gestartet, die wirtschaftliche

Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. DVM-N 58 • Frühjahr 2013

DVM- NachrichtenMitteilungen für DVM-Mitglieder

www.dvm-berlin.de

Inhalt

Vorstellung des DVM-Arbeitskreises „Thermomechanische Ermüdung“ . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Veranstaltungen des DVM-Arbeitskreises „Bruchvorgänge“ . . . . . . . . . . . . . . 5

Serie DVM-Ehrungen: DVM-Juniorpreis. . . . . . . . . . . . . . 5

DVM-Juniorpreis für Victoria Brinnel. . . . . . . . . . . . . . . . 5

Workshop des DVM-Arbeitskreises „Zuverlässigkeit mechatronischer und adaptronischer Systeme“ . . . . . . . . 6

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

„Prüfmethodik für Betriebsfestigkeitsversuche in der Fahrzeugindustrie“ - Vorausschau . . . . . . . . . . . . . 8

Museumsbericht: Oberharzer Bergwerksmuseum . . . . . . 9

Nachruf: Prof. Dr.-Ing. Erwin Eugen Haibach . . . . . . . . . 10

DVM-Veranstaltungen / Mitglieder . . . . . . . . . . . . . . 12

Beilage

Betriebsfestigkeitsbewertung von Leichtbauklebeverbindungen

Voraussetzungen für die sichere Anwendung dehnungsbasierter Schädigungskriterien in der Druckbehälterauslegung

Der DVM im Gutshaus Steglitz BerlinWir sind umgezogen! Anfang dieses Jahres ist der DVM in neue Räumlichkeiten im Gutshaus Steglitz umgezogen. Im Volksmund wird das Haus aufgrund seiner schönen Er-scheinung auch „Wrangelschlößchen“ genannt. Direkt am Rathaus Steglitz gelegen, hat es hervorragende Verkehrsan-bindungen und auch zwei Hotels befinden sich in direkter Nachbarschaft.

Dem benachbarten „Schloßparktheater“ von Dieter Haller-vorden und der zentralen Steglitzer Shoppingmeile „Schloß-straße“ gab das würdige kleine Gutshaus die Namen.

Erbaut wurde es im Stil des preußischen Frühklassizis-mus um 1800, damals umgeben von einer weitläufigen Landschaftsparkanlage mit angrenzenden Nutzflächen. Zu dieser Zeit war Berlin das intellektuelle Zentrum Deutsch-lands: „Die Brüder Humboldt, Philosophen wie Schelling

Gutshaus Steglitz

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Bericht DVM-N 58 • Frühjahr 2013

Bedeutung „Süd-Berlins“ zu stärken. In diesem Rahmen wurde der Umzug des DVM in das Gutshaus Steglitz ermög-licht und von beiden Seiten sehr begrüßt, da die Aufgaben und Ziele unseres Verbandes per Satzung dieser Initiative voll entsprechen. Der DVM, mit seinem über 100jährigen national und international gemeinnützigen Wirken im tech-nisch-wissenschaftlichen Aufgabenbereich, wird ab nun den

Geist des Hauses und die großzügige regionale Idee einer Stätte für den lebendigen Dialog nut-zen und publik machen.

Ein Bauwerk lebt mit seinen Bewohnern. Der DVM ist stolz darauf, hier wirken zu können und sieht sich der großen Tradition des Guts-hauses verpflichtet.

Das Gutshaus Steglitz ist zudem nicht weit vom alten Standort bei der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) ent-fernt. Ein Umzug war erforderlich geworden, da wegen Eigenbedarfs selbst mittelfristig keine ausreichende Raumkapazität in der BAM verfügbar war. Seit 1973 war die DVM-Geschäftsstelle auf dem Gelände der BAM angesiedelt und der DVM bedankt sich aus-drücklich sehr herzlich für diese 40-jährige Unterstützung! Über vielfältige fachliche The-men und personelle Funktionen ist die traditi-onelle Verbindung und enge Zusammenarbeit mit der BAM auch weiterhin garantiert.

* Quelle: „Gutshaus Steglitz“ Eine Dokumentation aus Anlass der Restaurierung, Bezirksamt Steglitz von Berlin, 1995. Auf Anfrage bei der DVM-Geschäftsstelle erhältlich.

Susanne Bachofer, MA DVM-Geschäftsstelle

Abb. 1: Vernetzung des DVM-Arbeitskreises „Thermomechanische Ermüdung“ innerhalb des DVM

DVM-Vorstand- und -Beirat im März 2013 im Gutshaus Steglitz

Erste Reihe (v.l.n.r.): H. Fuchs, H. Frenz, M. Brune Zweite Reihe (v.l.n.r.): J. Nuffer, M. Oechsner, B. Seufert, C. Fleck, L. Jung, L. Krüger, E. Roos Dritte Reihe (v.l.n.r.): P. Hübner, H. Hanselka, M. Bacher-Höchst, K. Leers, P. Heuler, K. Mädler, P. Portel-la, P. P. Klose, V. Treichel (Gast)

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DVM-N 58 • Frühjahr 2013 Profil

Prof. Dr.-Ing. Tilmann Beck, Forschungszentrum Jülich Obmann des DVM-Arbeitskreises „Thermomechanische Ermüdung“

Vorstellung des DVM-Arbeitskreises „Thermomechanische Ermüdung“

Für viele Hochtemperaturbauteile in der Energie-, Mo-toren- und Anlagentechnik, aber auch bei Werkzeugen zur Materialbearbeitung sowie in Komponenten der Mikro- und Leis-tungselektronik sind thermisch- mechanische Ermüdungsprozesse versagensbestimmend. Sie entstehen im Wesentlichen durch zyklische Temperaturänderungen in Verbin-dung mit Temperaturgradienten und / oder äußerem Zwang, der die durch den örtlichen Temperaturverlauf be-stimmte lokale thermische Dehnung ganz oder teilweise einschränkt. Hierdurch wird eine in der Regel niederzyklische Ermü-dungsbelastung mit hohen Dehnungsamplituden bei im Lastzyklus variabler Temperatur verursacht. Die Phasen-lage zwischen Temperatur und mechanischer Beanspru-chung hängt zudem von der Position im Bauteil ab, was die Komplexität der Lastsituation weiter erhöht. So liegen auf der Brennraumseite gekühlter Zylinderköpfe bei ho-hen Temperaturen Druck- und bei niedrigen Temperaturen Zugspannungen vor, während auf der Kühlwasserseite bei hohen Temperaturen Zug- und bei niedrigen Temperatu-ren Druckspannungen auftreten.

Wegen dieser komplexen Wechselwirkung von variabler Temperatur und mechanischer Beanspruchung ist eine zuverlässige Auslegung thermomechanisch ermüdungs-beanspruchter Bauteile mit Werkstoffdaten aus isothermen Ermüdungsversuchen häufig nicht oder nur mit erhebli-chen Unsicherheiten möglich. Daher haben thermisch-mechanische Ermüdungsversuche in den vergangenen Jahrzehnten sowohl bei der wissenschaftlichen Analyse der auftretenden Verformungs- und Versagensmechanismen als auch für die Bauteilauslegung kontinuierlich an Bedeu-tung gewonnen. Parallel wurden erhebliche Fortschritte in der FEM-Simulation der zyklischen Spannungs- und Dehnungsfelder in thermomechanisch beanspruchten Bauteilen als auch bei deren Lebensdauerbewertung erzielt.

Die in der Regel niederfrequente thermomechanische Ermüdungsbeanspruchung von Hochtemperaturbautei-len wird häufig durch hochfrequente, rein mechanische Ermüdungsbelastungen überlagert, die z.B. bei Verbren-nungsmotoren durch den Zünddruck und die Kolbenbewe-gung verursacht werden. Da hierbei eine starke Synergie zwischen den durch beide Beanspruchungskomponenten verursachten Werkstoffschädigungen auftreten kann, be-steht zunehmendes Interesse an der Analyse des Verfor-mungs- und Versagensverhaltens unter derart überlagerten Belastungen sowie an der Entwicklung entsprechender Le-bensdauerkonzepte.

Vor diesem Hintergrund konstituierte sich Anfang 2012 der DVM-Arbeitskreis „Thermomechanische Ermüdung“

und widmet sich seither den folgen-den Themenschwerpunkten:

• Experimentelle Analyse und wis-senschaftliche Durchdringung des Verformungs- und Versagensverhal-tens metallischer und keramischer Hochtemperaturwerkstoffe sowie von intermetallischen Verbindungen, Verbundwerkstoffen und Werkstoffver-bunden bei thermisch-mechanischen Ermüdungsbeanspruchungen

• Einf luss überlagerter, höherfrequenter mechanischer Ermüdungsbeanspruchungen auf das thermisch- mechanische Ermüdungsverhalten dieser Werkstoffe

• Experimentelle Methoden zur Darstellung bauteilnaher thermisch-mechanischer Ermüdungsbeanspruchungen - auch mit überlagerter höherfrequenter mechanischer Ermüdung - an Werkstoffproben

• Numerische Methoden zur Modellierung und Vorhersa-ge des Wechselverformungs-, Schädigungs- und Lebens-dauerverhaltens

• Implementierung von Verformungs- und Schädigungs-modellen in FEM - Programme

Mit dieser fachlichen Ausrichtung ist der Arbeitskreis mit den übrigen Aktivitäten des DVM intensiv vernetzt (vgl. Abb. 1). Der Arbeitskreis unterstützt Initiativen zu anwendungsnahen Forschungsvorhaben und dient der Vernetzung von Industrie und Forschung sowie der kom-petenten Vertretung des Fachgebietes auf nationaler und internationaler Ebene. Der Arbeitskreis richtet sich an For-schungsinstitute, Universitäten, Prüfmaschinenhersteller sowie Industrieunternehmen aus allen Bereichen, in de-nen thermomechanische Beanspruchungen relevant für die Bauteilauslegung sind.

Die Treffen des Arbeitskreises finden in der Regel jähr-lich statt. Ab dem Frühjahr 2014 bietet der Arbeitskreis ein ebenfalls jährlich stattfindendes, 2-tägiges Fortbildungs- seminar zu grundlegenden Aspekten der thermomecha-nischen Ermüdung, dem aktuellen Stand der Normung, Simulation und Lebensdauerbewertung sowie Anwen-dungsbeispielen an.

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Bericht DVM-N 58 • Frühjahr 2013

Bericht über das Fortbildungsseminar

Am Vortag zur 45. Tagung des DVM-Arbeitskreises „Bruchvorgänge“ fand am 18.02.2013 in der BAM Berlin das erste DVM-Fortbildungsseminar für Anwender der Bruchmechanik mit dem Rahmenthema „Bruchmecha-nische Bewertung rissbehafteter Strukturen“ statt. Das diesjährige Schwerpunktthema lautete „Bruchmechani-sche Kennwerte“.

22 Teilnehmer aus Industrie und Forschung wurden un-ter Leitung von Wolfram Baer von der BAM von anerkann-ten Fachleuten umfassend zum Themenkreis Grundla-gen, Definition, Ermittlung, Bauteilübertragbarkeit und Anwendung bruchmechanischer Kennwerte unterrich-tet. Nach einer Einführung in die Bruchmechanik wurde ein breites Spektrum der Beanspruchungs-Zeit-Funktion

Veranstaltungen des DVM-Arbeitskreises „Bruchvorgänge“Bericht über die Tagung

Die diesjährige Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgän-ge fand am 19. und 20. Februar 2013 an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) statt. Insgesamt 61 Teilnehmer hatten sich in Berlin eingefunden, um zum Thema „Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Bean-

spruchungsanalyse, Prüfme-thoden und Anwendungen“ zu diskutieren. Beim Vorabend-treffen im Restaurant „Hoppe- garten“ konnten dazu bereits erste Kontakte geknüpft wer-den. Ebenfalls am Vortag fand das DVM-Fortbildungssemi-nar „Ermittlung bruchmecha-nischer Kennwerte“ unter der Leitung von Peter Hübner und Wolfram Baer statt.

Nach der Eröffnung der Tagung am Dienstag durch Obmann Peter Hübner von der Hochschule Mittweida

berichtete Peter Langenberg vom IWT Aachen in seinem Hauptvortrag über Zähigkeitsanforderungen an Windener-gieanlagen. Im Folgenden wurden zwei interessante Round-Robin-Projekte vorgestellt: Hans-Werner Viehrig vom Helm-holtz-Zentrum Dresden-Rossendorf stellte die Ergebnisse von Bruchzähigkeitsmessungen an Reaktordruckbehälter-stählen von vier Projektteilnehmern gegenüber und Jens Lebahn von der Universität Rostock präsentierte die Ergeb-nisse eines Benchmarks zur numerischen Bestimmung von Spannungsintensitätsfaktoren in einer Radsatzwelle. Beide Projekte zeigten, dass ein kritisches Überprüfen der eigenen Methoden und Ergebnisse auch und gerade im Austausch mit anderen Arbeitsgruppen von enormer Wichtigkeit ist.

Nach dem Ende der Vorträge am ersten Tag ging es für die Tagungsteilnehmer auf eine interessante und unterhaltsame Stadtrundfahrt durch Berlin mit dem Fokus auf die vier Uni-versitäten. Das anschließende gemeinsame Abendessen im Panoramarestaurant des Berliner Funkturms in 55 m Höhe

bot dann die Gelegenheit für Expertengespräche und persön-lichen Erfahrungsaustausch.

Als Schwerpunkte der diesjährigen Tagung kristallisierten sich nach dem zweiten Tag die experimentelle und nume-rische Ermittlung des Rissschließens, die experimentelle

Ermittlung von Risswiderstandskurven, die Anwendung von schädigungsmechanischen Modellen im Rahmen der Bruchmechanik und die 3D-Risssimulation heraus. Ein sehr interessanter Vortrag beschäftigte sich außerdem mit der bruchmechanischen Charakterisierung von „geHIPten“ SLM-Bauteilen, also aus metallischen Pulverwerkstoffen im 3D-Druck hergestellten und anschließend wärmebehandelten Bauteilen.

Leider fehlten bei der diesjährigen Tagung einige Erfah-rungsträger. Dadurch fielen die Diskussion und die kritischen Hinweise oder auch Anregungen von erfahrenen Kollegen, also genau das, was junge Wissenschaftler in ihrer Arbeit voranbringt, an einigen Stellen etwas zu kurz aus.

Den diesjährigen DVM-Juniorpreis erhielt Victoria Brinnel vom Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen. Sie hatte sich mit ihrem ausgezeichneten Vortrag über dehnungs-basierte Schädigungskriterien in der Druckbehälterauslegung knapp gegen ihre sechs Mitbewerber durchgesetzt. Zum Ab-schluss der Tagung bot sich am Mittwochnachmittag noch für alle Teilnehmer die Gelegenheit, die Prüflabore der BAM zu besichtigen.

Lutz Zybell TU Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanik und Fluiddynamik

P. Hübner

Tagungsteilnehmer

Dr.-Ing. Wolfram Baer BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin

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DVM-N 58 • Frühjahr 2013 Bericht / Serie: DVM-ehrungen

DVM-Juniorpreis

Der DVM-Juniorpreis wird seit 2011 an Nachwuchswissen-schaftler bis zum 30. Lebensjahr vergeben bzw. der Studien- abschluss sollte nicht länger als drei Jahre zurückliegen. Er wird an einen Jungwissenschaftler verliehen, der einen he-rausragenden Vortrag bei einer DVM-Arbeitskreistagung präsentiert. Intendiert ist, dass der Geehrte motiviert wird, in diesem Sinne weiterzuarbeiten.

Der DVM-Juniorpreis soll herrausragende Jungwissen-schaftler an den DVM binden. Er ist dotiert mit einem Scheck über EUR 200, einer Urkunde und einer einjährigen DVM-Mitgliedschaft.

Die Juniorpreis-Kommission setzt sich aus dem Obmann und zwei Mitgliedern des jeweiligen Programmausschus-ses zusammen. Der Juniorpreisträger wird vor der Zusam-menfassung am letzten Veranstaltungstag bekannt gegeben. Die Verleihung wird in der Regel durch den Obmann des Arbeitskreises vorgenommen.

Die bisherigen Preisträger sind:

• Dipl.-Ing. Christian Schruff, 2011, AK Bruchvorgänge

• Dipl.-Math. Karsten Hinkel-mann, 2011, AK Betriebsfestigkeit

• Dipl.-Ing. Britta Schramm, 2012, AK Bruchvorgänge

• Dipl.-Ing. Victoria Brinnel, 2013, AK Bruchvorgänge

DVM-Juniorpreis für Victoria Brinnel

Frau Dipl.-Ing. Victoria Brinnel vom Institut für Eisenhüt-tenkunde der RWTH Aachen erhielt den DVM-Juniorpreis im Rahmen der 45. Tagung des DVM-Arbeitskreises „Bruch-vorgänge“ am 20.02.2013 in Berlin für den herausragenden Vortrag zum Thema „Voraussetzungen für die sichere An-wendung dehnungsbasierter Schädigungskriterien in der Druckbehälterauslegung“. Wir gratulieren!

--> Lesen Sie die Kurzfassung dieses DVM-Juniorpreis-Beitrages in der Beilage dieser Ausgabe!

Für den herausragenden Vortrag eines jungen Wissenschaftlers

im Rahmen der 45. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge

verleiht der

Deutsche Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. den

DVMDVM--JUNIORPREISJUNIORPREIS

Der Preis ist mit EUR 200 dotiert und

umfasst zusätzlich eine einjährige kostenlose Mitgliedschaft im DVM.

Ort, Datum

Der Vorsitzende

V. Brinnel

(quasi-statisch, schlagartig, zyklisch) wie auch der Werk-stoffzähigkeit (Hochlage, Übergangsbereich, Tieflage)

erfasst. Ergänzt wurde dies durch die Behandlung spezi-eller Probleme wie dem Einfluss korrosiver Medien. Eine Übersicht über die praktische Anwendung der Kennwerte rundete die Veranstaltung ab. Die Teilnehmer profitierten besonders von den durchgehend anwenderorientierten Vortragsinhalten, vielfachen Bezügen zu Normen und Regelwerken wie auch der Beantwortung ihrer spezifi-schen Fragen.

Im Gelben Saal der BAM

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Bericht DVM-N 58 • Frühjahr 2013

Workshop des DVM-Arbeitskreises „Zuverlässigkeit mechatronischer und adaptronischer Systeme“

Workshop-Bericht

Am 27. und 28. Februar 2013 fand in Berlin der erste Work-shop des DVM-Arbeitskreises „Zuverlässigkeit mechatro-nischer und adaptronischer Systeme“ statt. Ziel des Work-shops war es, die insgesamt 20 Teilnehmer aus Industrie und Wissenschaft zusammen zu bringen und aktuelle Frage-stellungen aus Forschung und Anwendung zu diskutieren.

Der Workshop begann mittags im Logenhaus mit ein-führenden Worten von Jürgen Nuffer, dem Obmann des Arbeitskreises. Anschließend stellten die Vortragenden ihre Arbeiten rund um das Thema „komplexe Systeme“ vor, bei denen an verschiedenen Beispielen die Beherr-

schung von Unsicherheiten, die Anwendung verschie-dener Lastkollektive oder Einf lüsse der Prüf linge auf die Prüfumgebung erörtert wurden. An die Vorträge

schlossen sich stets lebhafte Diskussionen an, welche auch während der Pausen und dem kommunikativen Abend im Berliner Funkturm fortgeführt wurden.

Am folgenden Tag trafen sich die Teilnehmer erneut im Logenhaus, um vormittags elektronische Komponen-ten, deren Materialien und neue Entwicklungen auf dem

Gebiet der Prüftechnik, wie beispielweise Stress-Mess-chips zu diskutieren. Hier zeigte sich, dass es oftmals die kleinen, unscheinbaren Elemente wie z.B. Steckver-binder sind, denen besonderes Augenmerk geschenkt werden muss.

Nach einer sehr kommunikativen Mittagspause stand der Nachmittag unter dem Motto: „Aktive Komponen-ten und deren Materialien“. In dieser Session wurden anhand verschiedener Beispiele, vom Bremsbelag für PKW bis zum Piezoaktuator zur Schwingungskontrol-le, Methoden und Ansätze zur Reduzierung von Versu-chen durch teilweise rechnergestützte mathematische Modelle und Methoden vorgestellt. Die anschließende Diskussionsrunde wurde wieder von allen Teilnehmern sehr intensiv genutzt, um den Bedarf der Industrie mit dem Stand der Forschung und den Möglichkeiten der Wissenschaft abzugleichen.

Die Teilnehmer signalisierten großes Interesse, am nächsten Workshop erneut teilzunehmen. Dieser wird am 18. und 19. Februar 2014 in Freiburg im Breisgau stattfinden.

Dipl.-Ing. David Flaschenträger Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

DVM-Arbeitskreis „ZmaS“

Logenhaus Berlin

Funkturm Berlin

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DVM-N 58 • Frühjahr 2013 Serie: VorStellung Von DVM-MitglieDSinStituten

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

www.lbf.fraunhofer.de

Wir schreiben das Jahr 1938: Konrad Zuse stellt sei-nen Z1 fertig, der sich der Boole’schen Logik bedient und als weltweit erste Rechenmaschine gilt. Im sel-ben Jahr patentiert DuPont den ersten vollsynthetisch hergestellten Kunststoff, nämlich Polyamid 6.6, und nennt dieses Produkt Nylon. Das sind zwei der Wis-senschaftsgeschichte entnommene Vorgänge, die sich um einen weiteren ergänzen lassen: die Gründung der Bautz-Bergmann-WerkstoffBer atungsgesell-schaft als Ausgangspunkt für das laBoratorium für BetrieBsfestigkeit – abgekürzt: LBF – ab 1950 mit seinem Leiter Ernst Gaßner.

Heute ist das LBF in Darmstadt mit seinem Insti-tutsleiter, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, und mehr als 500 Mitarbeitern, die in vier Forschungsbereichen arbeiten, eines der größeren Institute der Fraunhofer- Gesellschaft. Seit 75 Jahren »mit sicherheit inno-vativ« bedeutet auch: Längst werden am LBF sehr erfolgreich die Nachfolger des Z1-Rechners auch für Berechnungen in der Betriebsfestigkeit genutzt und nach der Integration des ehemaligen Deutschen Kunst-stoffinstituts (DKI) im Sommer 2012 verfügt das LBF über umfangreiche Expertisen im Bereich technischer Kunststoffe – nicht nur solche von DuPont übrigens ...

Ein Blick zurück in die Anfangsjahre des LBF ver-deutlicht Kompetenz und Fähigkeit von zwei Persön-lichkeiten, die die Betriebsfestigkeit maßgeblich präg-ten: Ernst Gaßner und Otto Svenson.

Ernst Gaßner beschrieb im Rahmen einer »vor- untersuchung zur BetrieBsfestigkeit von achs-schenkeln« bereits 1948: „Achsschenkel der Ausfüh-rung -1- mit R = 1 bis 2 mm können bei annähernder Richtigkeit des geschätzten Betriebslasten-Kollektivs keine 100.000 Fahrkilometer ohne Anriß bzw. ohne Bruch ertragen. […] Dagegen dürfte auch bei wesent-lichen Erhöhungen der angesetzten Betriebslasten die Ausführung -5- mit R = 4,5 mm und gerolltem Über-gang ausreichende Betriebsfestigkeit besitzen.“ Vier Jahre später führte Otto Svenson »Dehnungsmes-sungen an achsschenkeln eines lkW« durch und hielt die folgenden Ergebnisse fest: „Dehnungsmesser (elektrische Widerstandsgeber) kleinster Abmessun-gen […] ermöglichten eine unmittelbare Messung der Achsschenkel-Beanspruchungen im Bereich des Hohl-kehlüberganges. […] Die von den Seitenkräften allein herrührenden Biegespannungen überdecken alle im Fahrbetrieb vorkommenden Beanspruchungen. Die größte gemessene Seitenkraft beträgt […] 85 % der ru-henden Radlast des beladenen Fahrzeugs.“

Das LBF beschäftigt sich auch heute noch ausführlich mit der Betriebsfestigkeit von Fahrzeugen, Maschinen und An-lagen und ist ein gefragter Partner für Forschung und Ent-wicklung bei deutschen und internationalen Unternehmen.

In dieser Form wird die angewandte Forschung zu einem besonders abwechslungsreichen und attraktiven Arbeits-platz: Theoretisches Fundament, experimentelle Laborunter-suchungen und numerische Simulationen in den Gebäuden des LBF an den Standorten »Kranichstein« und »Schloßgar-tenstraße« sowie weltweit ansprechbar für Aufgaben in der BetrieBsfestigkeit und der aDaptronik, in der Welt der kunststoffe und der systemzuverlässigkeit.

Künftige Herausforderungen wie z.B. Leichtbau als Ent-wicklungsziel, resourceneffiziente Konstruktion und Ferti-gung, aber auch die Vermeidung unerwünschter Schwin-gungen und gesundheitsbelastender Lärmquellen sowie hohe Zuverlässigkeit und nutzungsangepasste Wartungsintervalle auch bei komplexen Systemen werden von den Wissenschaft-lern des LBF unmittelbar adressiert. Speziell die Ergebnisse aus der Forschung werden dabei immer auch auf Fachkonfe-renzen präsentiert – in diesem Kontext spielt der DVM und dessen Arbeitskreise bzw. Veranstaltungen eine herausra-gende Rolle: Das LBF ist seit 1999 korporatives Mitglied und der Leiter des Institutes, Prof. Hanselka, ist derzeit auch der stellvertretende Vorsitzende des Vorstands des DVM.

Das LBF ist speziell in den Arbeitskreisen BetrieBs-festigkeit, zuverlässigkeit mechatronischer unD aDaptronischer systeme, elastomerBauteile sowie kunststoffprüfung unD BauteilDiagnostik enga-giert. Letztgenannter AK wird durch Prof. Dr. Matthias Rehahn, Bereichsleiter »Kunststoffe« am LBF, als Obmann begleitet.

R. Heim Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

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MuSeuMSBericht DVM-N 58 • Frühjahr 2013

Zur Vorbereitung des DVM-Workshops

„Prüfmethodik für Betriebsfestigkeitsversuche in der Fahrzeugindustrie“

am 12. und 13. Juni 2013 in Hamburg

Das Fachprogramm und die Online-Anmeldung finden Sie unter www.dvm-berlin.de im Bereich „Veranstaltungen“. Was Sie ansonsten unbedingt wissen müssen über …

Die Hamburger SpeicherstadtDie Speicherstadt wurde zwischen 1885 und 1925 als mo-dernes Lagerhausviertel hinter mittelalterlich anmutenden Fassaden errichtet. So wurde nach langjährigen Verhand-lungen der politische Anschluss der Freien Hansestadt Hamburg an das deutsche Kaiserreich von 1871 ermöglicht. Die ursprüngliche politische und damit zollrechtliche Ei-genständigkeit Hamburgs mit hunderten über das Stadtge-biet verteilten Lagerhäusern stand dem im Wege. Mit den neuen Speicherbauten im Freihafenbereich wurde es den Kaufleuten ermöglicht, ihre Waren hier unverzollt zu lagern, zu bearbeiten oder zu verschiffen. Für den Bau der etwa 1,5 Kilometer langen und ca. 500 Meter breiten Speicherstadt wurden zwei malerische Innenstadtquartiere mit Barockvil-len und Gängevierteln abgerissen. Innerhalb weniger Jahre entstanden die ersten Bauabschnitte der neuen Stadt der Speicher und Kontore, die bis ins Jahr 2003 zollrechtliches Ausland war und noch immer als „größter zusammenhän-gender Lagerhauskomplex der Welt“ apostrophiert wird.

© Barkassenbetrieb Bülow GmbH

… Damals hochmoderne Errungenschaften wie z.B. hy-draulisch betriebene Winden oder elektrische Beleuchtung wurden mitsamt den nötigen Kraftwerken und Generatoren in die massive Backsteinkulisse integriert. Der gesamte Ge-bäudekomplex ruht auf zehntausenden von Eichenpfählen, die in den sandigen Untergrund gerammt wurden. Im Zwei-ten Weltkrieg wurde die Speicherstadt erheblich beschädigt, durch den Wiederaufbau … aber in ihrer Substanz erhalten.

Die historischen Gebäude der Speicherstadt beherbergen heute hinter ihren trutzigen Mauern zwar zunehmend hoch-

wertig renovierte Büros, aber noch immer werden auch Ge-würze, Tees, Kakaobohnen, Rohkaffees, Nüsse und vor allem Orientteppiche gelagert …

© Nord Event Historischer Speicherboden Hamburg

BarkassenAls Barkasse bezeichnet man in der Marine ursprüng-

lich das größte Ruderboot eines Kriegsschiffes, das zur Be-förderung von Personen oder Gütern eingesetzt wurde. In Hamburg wird als „Barkasse“ ein Motorboot mit meist über-dachtem Fahrerstand benannt, das als Transportmittel z.B. bei Hafenrundfahrten oder beim Gütertransport sowie zum Schleppen von Schuten verwendet wird. Boote dieses Typs müssen robust und manövrierfähig sein, um im Tide- und Strömungsgewässer des Hamburger Hafens ihren Dienst verrichten zu können. Die heutigen, für Speicherstadt- und Hafenrundfahrten benutzten Barkassen basieren oft auf Schiffstypen, die schon Anfang des 20. Jahrhunderts zum Transport von Hafen- und Werftarbeitern eingesetzt wurden.

Sind Sie neugierig geworden und möchten Ihr theore-tisches Wissen jetzt überprüfen? Dann melden Sie sich schnell zum DVM-Workshop „Prüfmethodik für Betriebs-festigkeitsversuch in der Fahrzeugindustrie“ an unter www.dvm-berlin.de!

Alle Texte mit freundlicher Genehmigung von Barkassenbetrieb Bülow GmbH, Rellerstieg 6, 21079 Hamburg

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DVM-N 58 • Frühjahr 2013 hiStorie

Zur Vorbereitung des DVM-Fortbildungsseminares

„Werkstoff- und Bauteilprüfung“ am 18. und 19. Juni 2013 in Clausthal-Zellerfeld

Das Fachprogramm und die Online-Anmeldung finden Sie unter www.dvm-berlin.de im Bereich „Veranstaltungen“. Was Sie ansonsten unbedingt wissen müssen über …

Das Oberharzer Bergwerksmuseum Clausthal-ZellerfeldMuseum für Technik- und Kulturgeschichte

Der Oberharz zählt heute zu den bedeutendsten historischen Kulturlandschaften in Europa. Schon vor 3000 Jahren waren die reichen Silbervorkommen bekannt. Als Anfang des 16. Jahrhunderts die Landesherren Bergleute aus anderen Revie-ren anwarben, entstanden die Berg(bau)städte Clausthal und Zellerfeld, die 1924 vereinigt wurden.

Im Laufe der Jahrhunderte entwickelte sich der Oberharz zu einem der bedeutendsten Bergbaureviere in Europa. Erfin-dungen wie das Drahtseil, 1834 nach der systematischen Ma-terialprüfung der Förderketten – der ersten dynamischen Ma-terialprüfung weltweit – in Clausthal entwickelt, gingen von hier aus in die Welt. Das Energieversorgungssystem dieses Reviers, die Oberharzer Wasserwirtschaft, wurde als größtes und bedeutendes präindustrielles Energieversorgungssystem in die Liste des UNESCO-Welterbes aufgenommen.

Im Oberharzer Bergwerksmuseum und seinen Außen-stellen erfahren Sie, welcher Erfindungsreichtum aber auch welche Mühen notwendig waren, ehe die wertvollen Silbertaler in den Kassen der Herzöge klingen konnten. Es ist die Geschichte einer Region, deren nahezu ausschließ-liche Lebensgrundlage der Bergbau auf silberhaltige Erze darstellte.

Das Oberharzer BergwerksmuseumBereits 1892 gegründet verfügt das älteste Technikmuseum Deutschlands über die umfassendste Sammlung zur Technik- und Kulturgeschichte der Region. Ab 1930 wurde das Muse-um dann beträchtlich erweitert: es entstand das Freigelände und das Besucherbergwerk.

Doch Geschichte hat nicht im Museum stattgefunden. Da-her ist es auch das Ziel des Oberharzer Bergwerksmuseum, die Sachzeugnisse der Kulturlandschaft in sein Vermittlungs-konzept einzubinden. Ehemalige Schachtanlagen wurden zu Außenstellen des Museums ausgebaut und bieten spannen-de Einblicke in die Geschichte an authentischen Orten. Zu den übertägigen Anlagen des UNESCO-Welterbes Ottiliae-Schacht mit dem ältesten erhaltenen eisernen Fördergerüst Europas gelangt man mit einer Schmalspurbahn, der „Tages-förderbahn“, die am Alten Bahnhof startet. Das UNESCO-Welterbe Rosenhöfer Radstube steckt wie ein mächtiger run-der Turm in der Erde. Über eine Stahltreppe gelangt man in die Tiefe von 24 Metern, die sieben Stockwerken eines Wohnhauses entspricht. Ganz unten auf der Sohle stand einst das Wasserrad, das die Förderanlagen der Grube „Thurm Ro-senhof“ antrieb, ein „Kehrrad“ mit einem Durchmesser von 8 Metern.

Und natürlich ist es die Landschaft selbst, in der Kultur und Natur eine einzigartige Symbiose eingehen, die es zu vermitteln gilt. Die 65 Teiche, die heute den Reiz der Land-schaft des Oberharzes ausmachen, wurden zur Versorgung der Bergwerke mit regenerativer Energie angelegt. Einst wa-ren es über 140 Teiche, deren Wasser über künstlich ange-legte Gräben den Wasserrädern, den damaligen Motoren der Bergwerke, zugeleitet wurde. Spannende Entdeckungstouren, über und unter Tage, geleitet von erfahrenen Welterbe-Guides können im Oberharzer Bergwerksmuseum gebucht werden.

Dem innovativen Ansatz seiner Gründungsväter ver-pflichtet, wurde zudem ein elektronisches Outdoor-Füh-rungssystem entwickelt, um diese einzigartige Kultur-landschaft zu erschließen. e.guide EMIL ist der ideale Begleiter, die Spuren in der Landschaft zu finden und die Zusammenhänge zwischen dem Bergbau und seiner Ener-gieversorgung, dem UNESCO-Welterbe Oberharzer Was-serwirtschaft, zu entdecken. Spannend und unterhaltsam und: e.guide EMIL ist kinderleicht zu bedienen.

Dipl.-Ing. Wilhelm Marbachwww.OberharzerBergwerksmuseum.de

Das Oberharzer Bergwerksmuseum in Clausthal-ZellerfeldAb 1930 wurden originale Anlagen und Gebäude in das Freigelände und in das Schaubergwerk transloziert: Es endstand das erste Frei-lichtmuseum für Technikgeschichte in Europa. Heute dokumentie-ren die Anlagen, High Tech des 18. und 19. Jahrhunderts, wofür die Oberharzer Wasserwirtschaft angelegt wurde. Als UNESCO-Welter-be InfoPoint ist dieses Museum einer der zentralen Anlaufpunkte im Welterbe.

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nachruf DVM-N 58 • Frühjahr 2013

Prof. Dr.-Ing. Erwin Eugen Haibach

Herr Professor Dr.-Ing. Erwin Eugen Haibach, langjähriges Mitglied der Institutsleitung am Fraunhofer Institut für Be-triebsfestigkeit (LBF) Darmstadt, und anschließender Leiter der Seilprüfstelle und des Institutes für Fördertechnik und Werkstoffkunde in Bochum, verstarb am 02.02.2013 im Al-ter von 80 Jahren.

Mit der Familie trauern insbesondere zahlreiche Hoch-schullehrer um einen sympathischen Wissenschaftler, der sich in Forschung und Lehre große Verdienste erworben hat.

Als langjähriger Weggefährte von Erwin Haibach möch-te ich eine zusammenfassende Würdigung seiner wissen-schaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der Betriebsfes-tigkeit vornehmen, das er bei Professor Ernst Gaßner, dem Begründer dieser Fachrich-tung, kennengelernt und in seiner späteren Weiterent-wicklung maßgebend beein-flusst hat.

Unter Betriebsfestigkeit wird ein Bauteildimensio-nierungskonzept für regel-los ablaufende, zufallsartige Schwingbeanspruchungen verstanden, bei dem die experimentellen oder rechnerischen Verfahren zur Lebensdauerbestimmung von Bauteilen von werkstofflichen, fertigungstechnischen und konstruktiven Faktoren sowie deren Zusammenwirken entscheidend be-einflusst werden.

Zu Beginn seiner wissenschaftlichen Tätigkeit im Labo-ratorium für Betriebsfestigkeit in Darmstadt hat sich Erwin Haibach zunächst mit Dauer- und Betriebsfestigkeitsproble-men von Schweißverbindungen befasst, die im Jahre 1968 in seiner Dissertation „Die Schwingfestigkeit von Schweißver-bindungen aus der Sicht einer örtlichen Beanspruchungs-messung“ veröffentlicht wurden. Die Schweißverbindung ist für die Schwingfestigkeitsforschung deshalb von besonde-rem Interesse, da neben konstruktiv bedingter Kerbwirkung, der Gusszustand der Schweißnaht und vor allem die Eigen-spannungsverteilung im gesamten Schweißnahtbereich für die Ermüdungseigenschaften von großem Einfluss sind.

Bedingt durch die engen persönlichen Kontakte zwischen der Leitung am LBF und dem Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt in den fünfziger und sechziger Jahren des vorigen Jahrhunderts, wurde auch der persönliche Kontakt zwischen Erwin Haibach und mir erheblich vertieft, zumal wir uns seit dem Schulbesuch am Limburger Gymnasium und seiner am Institut für Werkstoffkunde durchgeführten Diplomarbeit bereits näher kannten. Weitere Kontakte erga-ben sich aus der beachtlichen Vortragstätigkeit von Erwin Haibach bei den Jahrestagungen des Vereins Deutscher In-genieure (VDI), des Deutschen Verbandes für Materialfor-

schung und -prüfung (DVM) und des Deutschen Verbandes für Schweißtechnik (DVS).

Die Vortragsaktivitäten wurden auch während seiner Institutsleitungsfunktion des LBF von 1973 – 1981 sowie während der anschließend wahrgenommenen Leitung der Seilprüfstelle und des Institutes für Fördertechnik und Werkstoffkunde in Bochum von 1981 – 1992 zum Nutzen für die Fachwelt in beachtlicher Intensität fortgesetzt.

Die zweifelsohne bedeutendste wissenschaftliche Leis-tung von Erwin Haibach stellt die Buchveröffentlichung

„Betriebsfestigkeit - Verfahren und Daten zur Bauteilbe-rechnung“ dar, welche in 1. Auf lage im Jahre 1989 und in 3. Auflage im Jahre 2006 erschienen ist.

Neben einer jeweils aktu-alisierten Darstellung des Kenntnisstandes über die verschiedenen Berechnungs-verfahren nach dem Nenn-spannungs-Konzept, Kerb-grund-Konzept und dem Bruchmechanik-Konzept bie- tet dieses Buch für einen g le i c he r m a ß e n a n For-

schungsgrundlagen und ingenieurmäßigen, praktischen Anwendungen interessierten Leserkreis eine Fülle von In-formationen. Insbesondere die in Abschnitt 4 „Praktische Umsetzung des Betriebsfestigkeits-Konzeptes“ zusammen-gestellte Vorgehensweise im Betriebsfestigkeits-Nachweis bietet für Maschinenbauingenieure nahezu aller Sparten sowie für den Konstruktiven Ingenieurbau eine hervorra-gende, anwenderfreundliche Information. Auch die in ver-schiedenen Kapiteln angefügte Kritik der experimentellen und rechnerischen Methoden der Betriebsfestigkeit bietet für die gesamte Schwingfestigkeitsforschung wichtige An-regungen für noch klärungsbedürftige Teilprobleme.

Im Zeitraum zwischen 1983 – 1996 wurde von Erwin Haibach im Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt der Lehrauftrag „Betriebsfestigkeit – Bemessung von Bau-teilen bei schwingender Betriebsbeanspruchung“ wahrge-nommen. Seine Vorlesung hat bei den Studenten, auch aus anderen Fachbereichen, große Anerkennung gefunden. Vor allem für die Erfordernisse einer neuzeitlichen Konstruk-tionsmethodik passte die auf Bauteile bezogene Lehre der Betriebsfestigkeit in hervorragender Weise in das gesamte Ausbildungskonzept des „Allgemeinen Maschinenbaus“.

Aufgrund seiner hohen wissenschaftlichen Fachkompe-tenz und seinen hervorragenden didaktischen Fähigkeiten wurde Erwin Haibach im Jahre 1986 zum Honorarprofessor der TU Darmstadt berufen.

Auch als Fachgutachter und Mitglied in technischen Fach-ausschüssen hat sich Erwin Haibach für die wissenschaft-

E. Haibach, 1990

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DVM-N 58 • Frühjahr 2013 nachruf

em. Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Kloos Seeheim-Jugenheim

liche Community große Verdienste erworben. Über viele Jahre war er als Fachgutachter der Arbeitsgemeinschaft in-dustrieller Forschungsvereinigungen (AiF) in der Gutach-tergruppe „Konstruktion“ erfolgreich tätig.

Seine langjährige Tätigkeit als Obmann für die Erarbei-tung einer vom Forschungskuratorium Maschinenbau he-rausgegebenen Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnach-weis für Maschinenbauteile“ soll hier besonders erwähnt werden. Um diese Richtlinie den jeweils neuen Erkennt-nissen anzupassen, hat Erwin Haibach auch während vieler Jahre seiner Ruhestandszeit bis zur 5. Auflage maßgebend mitgewirkt.

In der Zeit von 1974 – 1984 war Erwin Haibach erster Ob-mann des vom Deutschen Verband für Materialforschung

und –prüfung gegründeten Arbeitskreises „Betriebsfestig-keit“. In Anerkennung seiner besonderen wissenschaftli-chen Verdienste hat ihn der DVM im Jahre 1990 mit der

„Erich-Siebel-Gedenkmünze“ ausgezeichnet.Mit der Familie trauern viele Fachkollegen und Freunde

um einen verdienstvollen Forscher, Wissenschaftler, Hoch-schullehrer und sympathischen Menschen, dessen Format insbesondere durch seine zahlreichen Publikationen noch über eine lange Zeitspanne nachwirken wird.

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Der Kontakt!Die Verbindung zum Material.

Festigkeit Lebensdauer

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Tagungen • Workshop • Seminare • Publikationen

Betriebsfestigkeitsbewertung von Leichtbauklebeverbindungen

Herausforderungen bei Faserverbund- und Hybridbauteilen

(Kurzfassung; Vollversion im DVM-Berichtsband 139, 2012, S. 57 - 73)

EinleitungDer Einsatz von CFK im Karosseriebau erfordert maßgeschnei-derte Methoden zur Betriebsfestigkeitsbewertung u.a von Kle-beverbindungen aus CFK-Schalen und konventionellen Stahl-bauteilen. Diese Hybrid-Klebeverbindungen stehen im Fokus eines laufenden Methodenbefähigungsprojektes, welches das Ziel verfolgt, die Lebensdauer dieser Verbindungen rechnerisch zuverlässig bewerten zu können.Lebensdauerberechnung von hybriden CFK-KlebeverbindungenIn den vergangenen Jahren wurde eine Reihe von Konzepten zur Lebensdauerberechnung von Stahlklebeverbindungen entwickelt [1]. Allen dort dargestellten Konzepten ist gemein, dass diese nur für Kohäsivversagen zutreffend sind und wei-tere relevante Einflussgrößen auf die Klebeverbindungen, wie Temperatur, Alterung, Frequenz bisher nicht bewertet werden können.

Die für metallische Verbindungen entwickelten Methoden sind nicht ohne weiteres auf CFK-Verbindungen anwendbar. Bedingt durch die geringe Festigkeit der Harzmatrix kommt es häufig nicht zum Kohäsivbruch des Klebers, sondern zum Grenzschichtbruch.

Im Rahmen eines Projekts von BMW und IABG wird eine Methode für die rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung von hybriden Klebeverbindungen CFK/Stahl entwickelt.

Da das Versagen einer Klebeverbindung meist an den Stel-len mit hohen lokalen Spannungen beginnt, wird primär an einem lokalen Spannungskonzept gearbeitet. Die lokale Bean-spruchbarkeit wird aus Materialmodellen abgeleitet, welche aus Probenversuchen entwickelt werden. Die Modelle sollen sowohl Fertigungs-, Umgebungs- wie auch Betriebslasteinflüsse be-rücksichtigen. Die Bewertung der lokalen Bauteilschädigung soll über Akkumulationshypothesen erfolgen.Begonnen wurde mit quasistatischen und zyklischen Versu-chen an KS2-Proben [2] CFK/Stahl mit der Klebeschichtdicke

von 1,5 mm. Ein Vergleich der rechnerischen Ergebnisse mit den Messungen zeigt, dass das Modell die Steifigkeit der Pro-be bis zu den ersten Schädigungen mit linearem Ansatz gut beschreibt.

Die Schwingversuche zeigen, dass die Abschlagsfaktoren von quasistatischer und fiktiver Dauerfestigkeit unabhängig von der Belastungsrichtung sind. Diese Tatsache könnte als Abschätzung der Schwingfestigkeit hybrider CFK/Stahl-Kle-beverbindungen auf Basis quasistatischer Festigkeit dienen. Allerdings sind zur Absicherung weitere Versuche erforderlich.

Der Beanspruchungszustand in der Klebschicht der Pro-be lässt sich mit Hilfe von FE Rechnungen analysieren. Bei Auftragung der v. Mises-Vergleichsspannung erkennt man in der Klebschicht einen hohen Spannungsgradienten zum Kleberrand. Dies spiegelt sich auch in den Versuchen wider, bei denen das Versagen in der CFK Schicht am Kleberrand beginnt. Zukünftig werden unterschiedliche Vergleichsspan-nungshypothesen untersucht. Da bei den Versuchen nicht nur Kohäsivversagen festgestellt werden kann, sind die aus der Lite-ratur bekannten Vergleichsspannungshypothesen nicht ohne weiteres anwendbar.FazitDer aktuellen Stand eines Projektes zur Entwicklung einer rechnerischen Betriebsfestigkeitsbewertungsmethode für Hybrid-Klebeverbindungen wurde dargestellt. Dabei wurden unterschiedliche mögliche Rechenkonzepte diskutiert und ers-te Schwingfestigkeitsversuchsergebnisse vorgestellt.

In weiterer Folge wird an einer Vergleichsspannungshypo-these gearbeitet, welche den Einfluss der Beanspruchungsart bzw. –richtung korrekt beschreibt. Auf der Beanspruchbar-keitsseite werden umfangreiche Schwingfestigkeitsversuche durchgeführt, um folgende Einflüsse zu beschreiben: Dicke der Klebeschicht, Luftfeuchte, Fertigungsdefekte, Klebeschicht-geometrie, Alterung, Kriechen.

Es werden Materialmodelle abgeleitet, welche gemeinsam mit der Vergleichsspannungshypothese zu einem rechneri-schen Betriebsfestigkeitsbewertungskonzept zusammen ge-führt werden.

DVM-N 58 • Frühjahr 2013 Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. Beilage

H. Oppermann*, M. Metschkoll*, I. Becker**, J. Fröschl**

*) BMW Group, München, **) IABG mbH, Ottobrunn

Statische Festigkeit vs. Fiktive Dauerfestigkeit geklebter CFK/Stahl-Proben bei unterschiedlichen Belastungsverhältnissen

Literatur[1] Brede, M. et al. Schwingfestigkeitsauslegung von geklebten Stahlbauteilen des Fahrzeugbaus unter

Belastung mit variablen Amplituden. Abschlussbericht Forschungsvorhaben P 796 der FOSTA-Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, 2012

[2] Xu, P et al. Bewertung und Vereinheitlichung von gefügten Dünnblechproben für Schwing-

versuche im Zeitfestigkeitsbereich, FAT-Schriftenreihe Nr. 169, Frankfurt, 2002

Beilage Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. DVM-N 58 • Frühjahr 2013

Voraussetzungen für die sichere Anwendung dehnungsbasierter Schädigungskriterien in der

Druckbehälterauslegung(gekürzte Version des DVM-Juniorpreis-gekrönten Beitrages (s.S.5); Vollversion im DVM-Berichtsband 245, 2013, S. 207 – 217)

EinleitungViele hochfeste Stahlsorten werden in der Praxis kaum einge-setzt, da verschiedene Auslegungsregeln des Stahlbaus ihre Anwendung behindern. Ein Beispiel ist der Druckbehälterbau mit den zugehörigen Vorschriften der DIN EN 13445. Hoch-feste Druckbehälterstähle zeichnen sich oft durch ein hohes Streckgrenzenverhältnis aus und müssen daher laut Norm im Festigkeitsnachweis höheren Sicherheitsfaktoren unterworfen werden. Ein Einsatz dieser vergleichsweise teuren Stähle wird somit unökonomisch. In bisherigen Forschungsarbeiten wur-de daher ein Ansatz entwickelt, mit dem die Berstversuche durch Simulationen ersetzt werden können. Dabei beschreibt das Werkstoffmodell untere Schranken für die Rissinitiierung, um das tatsächliche Versagensverhalten der hochfesten Stähle zu berücksichtigen. Um eine hohe Akzeptanz für die Umset-zung in der Normgebung zu erreichen, bezieht sich das ent-wickelte Verfahren dabei auf nominale Mindestwerte für die Kerbschlagarbeit, die in den entsprechenden Werkstoffnormen vorgeschrieben sind.

Konzept zur Ableitung schädigungsmechanisch basierter SicherheitsfaktorenGroße Bauteile können mit einfachen Kriterien wie der Schädi-gungskurve nach Johnson und Cook effektiv berechnet werden. Diese beschreibt die charakteristische Dehnung bei Rissiniti-ierung in Abhängigkeit der Spannungsmehrachsigkeit. Die Schädigungskurve eines Materials kann experimentell oder durch Zellmodellrechnungen mit dem GTN-Modell bestimmt werden. Darauf beruht die entwickelte Methodik, die aus fol-genden Schritten besteht: • Kalibrierung und Validierung passender GTN-Modellparame-

ter für einen Werkstoff an gekerbten Rundzugproben, Bruch-mechanikproben und Kerbschlagbiegeversuchen (KSBV),

• Kalibrierung eines nominalen Parametersatzes durch Modifikation der GTN-Parameter mit dem Ziel einer Übereinstimmung von simulierter Kerbschlagarbeit und Nominalforderung der Norm,

• Ableitung einer unteren Schädigungskurve des Werk-stoffs als Grenzkriterium der Rissinitiierung anhand von Einheitszellsimulationen mit dem nominalen GTN-Para-metersatz,

• Anwendung der abgeleiteten Schädigungskurven in Berst-simulationen von relevanten Druckbehältern und ihren Konstruktionsdetails.

Einfluss der GTN-ParameterauswahlDie Wahl der Parameter des GTN-Modells ist nicht eindeutig.

Eine zuverlässige und sichere Anwendung dieses Modells ist daher nur möglich, wenn der Einfluss der GTN-Parameterwahl auf die resultierende Schädigungskurve bekannt ist. Deshalb wird eine numerische Parameterstudie an einem GTN-Para-metersatz für den Stahl P500Q durchgeführt. Ausgehend von den Referenzparametern werden einzelne Parameter variiert, um den Einfluss auf die Schädigungskurve darzustellen.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Initialporengehalt f0 star-ken Einfluss auf den Verlauf der Schädigungskurve hat. Der Parameter kann für viele Materialien eindeutig in metallo-graphischen Analysen definiert werden, etwa als Anteil der nichtmetallischen Einschlüsse. Daher ist eine Verwendung als Leitparameter zur Skalierung der unteren Schädigungskurve sinnvoll. Der mikromechanisch motivierte Grundgedanke ist hierbei, dass Stähle schlechterer Qualität auch oft einen deut-lich erhöhten Einschlussgehalt aufweisen.

Der Parameter fN hat einen im Vergleich zu f0 verringerten Einfluss und interagiert mit den Nukleationsparametern εN und SN. Letztere haben in einem realistisch gewählten Rahmen von fN nur einen sehr geringen Einfluss. Die kritischen Poren-parameter fc und κ haben starken Einfluss auf die dissipierte Energie. Dies muss bei der experimentellen Kalibration dieser Parameter, die an Bruchmechanikproben und Kerbschlagbie-geversuchen erfolgt, beachtet werden und ist auch für die Ablei-tung der nominalen Schädigungskurve wichtig. Die Parameter q1 und q2 haben massiven Einfluss auf den Verlauf der Schä-digungskurve. Hinsichtlich der Akzeptanz der Methodik und der Verlässlichkeit der Ergebnisse empfiehlt es sich in diesem Fall daher, die Standardwerte der Literatur beizubehalten, da sich das Schädigungsverhalten typischer Druckbehälterstähle mit dieser Parameterwahl gut wiedergeben lässt.

Die Definition eines standardisierten Kalibrationsschemas ist Voraussetzung zur sicheren Anwendung des Konzepts und wird zurzeit durchgeführt. Leitgedanke ist dabei der mi-kromechanische Hintergrund des GTN-Modells. Ein solches Schema kann auch auf andere Anwendungsbereiche übertra-gen werden und helfen, die Akzeptanz und Verbreitung von schädigungsmechanischen Modellen und ihre Anwendung in regulierten Bereichen wie dem Druckbehälterbau zu fördern.

V. Brinnel*, S. Schaffrath**, S. Münstermann*, D. Schäfer **, M. Feldmann**, W. Bleck*

*) Institut für Eisenhüttenkunde, RWTH Aachen University, Aachen **) Lehrstuhl für Stahlbau, RWTH Aachen University, Aachen