Rechnergestutzte Auslegung von Lotverbindungen

摘要

Hart- und Hochtemperaturlotverfahren finden verbreitet Anwendung in der industriellen Praxis und werden in der Massenfertigung zum Fugen einfacher Bauteile bis hin zum Hightechbauteil eingesetzt. Dennoch weisen Lotverfahren im Vergleich zu den Schweissverfahren einen signifikanten Nachteil hinsichtlich der Auslegung der Lotverbindung auf. Wahrend es zur Berechnung von den maximal zulassigen Belastungen fur Schweissungen etablierte Methoden gibt, die in der praktischen Anwendung haufig auch in kommerziellen Konstruktionsprogrammen integriert sind, steht der Konstrukteur bei der Auslegung von Lotungen vor dem Problem unzureichender Datenbanken mit Angaben zur Fugeverbundfestigkeit. Daher ist es derzeit haufig notwendig bei der Auslegung hoch beanspruchter Bauteile teure Prototypen zu prufen. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit wurde ein strukturmechanisches Simulationsmodell zur Berechnung der Spannungen in Lotverbunden entwickelt. Dabei wurden uber die Berechnung der herstellungsbedingten Eigenspannungen hinaus auch die auftretenden Spannungen in einem sich anschliessenden Zugversuch simuliert. Untersucht wurden die entstehenden Spannungen bei Variation des Winkels, unter dem die zylindrischen Proben gelotet wurden. Mit steigendem Winkel stieg der Anteil der aufgepragten Scherbelastung in der Fugezone, wahrend bei einem Winkel von 0° die Fugeflache senkrecht zur Probenachse stand und somit reine Zugbelastung vorherrschte. Neben den berechneten Spannungs-Dehnungs-Diagrammen wurden auch Zugversuche durchgefuhrt, bei denen der Winkel variiert wurde. Die Gegenuberstellung der Kurven aus der Rechnung und dem Experiment zeigte eine sehr gute Ubereinstimmung. Die hohe Relevanz des FE-Modells fur den Anwender wurde an einem praxisrelevanten Bauteil demonstriert, das mithilfe des Modells beanspruchungsgerecht ausgelegt werden konnte. Die auftretenden Spannungen wurden somit deutlich minimiert.