Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Bauteile aus Kupferwerkstoffen (FKM Kupfer)

Kupferwerkstoffe, inklusive Messing und Bronze, stellen schon lange eine wesentliche Werkstoffgruppe, z.B. im Elektromaschinenbau bzw. der Elektromobilität und für die Ausführung von Rohrleitungen oder Ventilen, dar. Durch Funktionsintegrationen werden auch Kupferbauteile erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Dem gegenüber steht, dass bisher kein Werkzeug für einen rechnerischen Nachweis der statischen und Ermüdungsfestigkeit von Kupferbauteilen verfügbar war. Dies ist insbesondere für KMU ein entscheidender Wettbewerbsnachteil, da diesen häufig die Infrastruktur für experimentelle Festigkeitsnachweise fehlt.

Ziel des Projektes war, die FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis“, mit der sich die Festigkeit von Bauteilen aus Stahl, Aluminium und Eisengusswerkstoffen bereits nachweisen lässt, für die Werkstoffgruppe Kupfer zu öffnen. Als Zusammenarbeit zwischen dem IMAB der TU Clausthal und der SWM Werkstoffmechanik gGmbH sollte der rechnerische statische und der Ermüdungsfestigkeitsnachweis für Kupferwerkstoffe abgeleitet werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden umfangreiche Versuchsergebnisse aus der Literatur neu ausgewertet, um die für die FKM-Richtlinie benötigten Einflussfaktoren abzuleiten. Parallel wurden bestehende Lücken durch neue statische und Ermüdungsversuche an ausgewählten Kupferwerkstoffen geschlossen.

Die Abhängigkeiten der notwendigen Einflussfaktoren konnten für Kupferwerkstoffe rechnerisch beschrieben und die bekannte Struktur des Festigkeitsnachweises der FKM‑Richtlinie für Kupferbauteile übernommen werden. Somit können bestehende Berechnungswerkzeuge leicht um die Werkstoffgruppe erweitert werden. Die erzielten Ergebnisse können direkt bei kleinen und mittleren Unternehmen angewendet werden.

Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Das Vorhaben „FKM Kupfer“ (IGF-Nr. 01IF22432BG) wurde aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags durch das BMWK über den DLR Projektträger und die Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) gefördert. Der Schlussbericht wird über die Forschungsvereinigung veröffentlicht. Für weitere Informationen zum Abschlussbericht und dessen Verfügbarkeit kann sich direkt an die Forschungsvereinigung unter info@fkm-net.de gewendet werden.