The thesis deals with discrete simulation of a intersection between the operation of the bodyshop and paintshop in ŠKODA AUTO s. r. o. in Mladá Boleslav.In this thesis is described conveyor technology used in the area addressed, procedure in the development of a simulation model and tool TriCad, which was used as a support for creation of the simulation model.Simulation model is tested for a achievable throughput by experiments. Results of experiments are providing recommendations.

Public part of this work summarizes theoretical knowledge of industrial visualization from definition of basic concepts to more specific description of the types and possibilities of current visualization. The second part deals with design and creation application for automatic data import and creation of graphic library of symbols conveyor technology for Zenon. To protect know-how of atx – technicka kancelar pro komplexni automatizaci s.r.o. is this part private.

This diploma thesis deals with planning conveyor technology in welding factory in Kvasiny and concept proposal of stacking equipment for skids. The report contains summary of conveyor technology in Škoda Auto a.s., description of the planning process about connection line from new hall to the existing hall, proposal of stacking equipment constructional variants, mechanism load stress analysis, inner effects results and verification by final elements method (MKP) components of the choice.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Beanspruchungen von Staurollenketten. Zunächst wurde in den Grundlagen der Aufbau von unterschiedlichen Staurollenkettenarten dargestellt, die Eigenschaften miteinander verglichen und kategorisiert. Aufbauend auf dem anschließend geschaffenen Verständnis der wirkenden Reibpaarungen bzw. -arten wurden FEM-Analysen durchgeführt, um dadurch auftretende Spannungen zu detektieren und das thermische Verhalten der unterschiedlichen Werkstoffpaarungen zu ermitteln. Innerhalb der praktischen Versuche der Arbeit kam es zur Ermittlung der Bruch- und Dauerfestigkeiten nach ISO15654 [DIN04]. Zur Untersuchung der Eigenschaften der Ketten unter praxisnahen Randbedingungen wurde ein Versuchsstand konzipiert, welcher die Ermittlung von Kennwerten zwei unterschiedlicher Kettengrößen unter härtesten Bedingungen ermöglicht. Durch diesen Versuchsstand wurden die Staukraft, die Kettenzugkraft durch das Drehmoment am Antrieb, die Kettengeschwindigkeit, die Kettenlängung und das Temperaturverhalten dauerhaft überwacht. Im letzten Kapitel der Arbeit wurde eine Überwachungsstation für unterschiedliche Baugrößen von Staurollenketten entwickelt und die Funktionsweise durch Versuche nachgewiesen. / This dissertation is dealing with the investigation of the load behaviour of accumulation roller chains. Initially, the structures of different types of accumulation roller chains are described, properties are compared and categorised. Based on the created understanding of acting tribological pairing and friction mechanisms, FEM analysis have been performed to evaluate occurring stresses and determine the thermal behaviour of the various material combinations. Within the testing procedures, breaking strength and fatigue strength have been investigated in accordance with DIN ISO 15654 [cf. DIN04]. A test bench has been developed for practically relevant testing of the chains, where determination of characteristic values can be done under hard testing conditions for two different chain types. The test bench ensures measurement and survey of accumulation forces, tensile chain forces (by torque moment at drive), chain speed, chain elongation and chain temperature during whole testing time. The last chapter of the dissertation deals with the development of a 'control and monitoring unit' for accumulation roller chains with various dimensions including proof of function by trials.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Beanspruchungen von Staurollenketten. Zunächst wurde in den Grundlagen der Aufbau von unterschiedlichen Staurollenkettenarten dargestellt, die Eigenschaften miteinander verglichen und kategorisiert. Aufbauend auf dem anschließend geschaffenen Verständnis der wirkenden Reibpaarungen bzw. -arten wurden FEM-Analysen durchgeführt, um dadurch auftretende Spannungen zu detektieren und das thermische Verhalten der unterschiedlichen Werkstoffpaarungen zu ermitteln. Innerhalb der praktischen Versuche der Arbeit kam es zur Ermittlung der Bruch- und Dauerfestigkeiten nach ISO15654 [DIN04]. Zur Untersuchung der Eigenschaften der Ketten unter praxisnahen Randbedingungen wurde ein Versuchsstand konzipiert, welcher die Ermittlung von Kennwerten zwei unterschiedlicher Kettengrößen unter härtesten Bedingungen ermöglicht. Durch diesen Versuchsstand wurden die Staukraft, die Kettenzugkraft durch das Drehmoment am Antrieb, die Kettengeschwindigkeit, die Kettenlängung und das Temperaturverhalten dauerhaft überwacht. Im letzten Kapitel der Arbeit wurde eine Überwachungsstation für unterschiedliche Baugrößen von Staurollenketten entwickelt und die Funktionsweise durch Versuche nachgewiesen. / This dissertation is dealing with the investigation of the load behaviour of accumulation roller chains. Initially, the structures of different types of accumulation roller chains are described, properties are compared and categorised. Based on the created understanding of acting tribological pairing and friction mechanisms, FEM analysis have been performed to evaluate occurring stresses and determine the thermal behaviour of the various material combinations. Within the testing procedures, breaking strength and fatigue strength have been investigated in accordance with DIN ISO 15654 [cf. DIN04]. A test bench has been developed for practically relevant testing of the chains, where determination of characteristic values can be done under hard testing conditions for two different chain types. The test bench ensures measurement and survey of accumulation forces, tensile chain forces (by torque moment at drive), chain speed, chain elongation and chain temperature during whole testing time. The last chapter of the dissertation deals with the development of a 'control and monitoring unit' for accumulation roller chains with various dimensions including proof of function by trials.

In dieser Arbeit werden Berechnungsvorschriften für Insertverbindungen in Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (WVC) mit dem Ziel erstellt, diese zur Auslegung und Nachweisführung in Anwendungen des Maschinenbaus zu verwenden. Nach Definition eines entsprechenden Anforderungsprofils erfolgt eine umfangreiche Darstellung des Standes der Technik. Dabei wird speziell auf die rechnerische Nachweisführung von Verbindungen im Bauwesen eingegangen, schwerpunktmäßig durch die im Eurocode 5 (DIN EN 1995) definierten Modelle für stiftförmige Verbindungsmittel. Im zweiten, praktischen Teil der Arbeit erfolgt die Durchführung und Auswertung umfangreicher Versuche. Dabei werden in einem ersten Schritt wesentliche Materialkennwerte der verwendeten Holzwerkstoffe bestimmt. Die zweite Gruppe der experimentellen Untersuchungen hat das Trag- und Verformungsverhalten vollständiger Insertverbindungen zum Inhalt. Dabei werden die unter statischen Aspekten wichtigen Einflussparameter auf die Tragfähigkeit bei Belastungen in Richtung sowie quer zur Stiftachse bestimmt und geometrische Vorzugsparameter ermittelt. Unter deren Zugrundelegung erfolgt eine Ausweitung der experimentellen Untersuchungen auf dynamische Lastfälle durch eine Ableitung von Wöhlerlinien bei Zugschwellbelastung. Auf Grundlage der durchgeführten Versuche werden Modelle zur Berechnung von Insertverbindungen nach den Methoden des Ingenieurholzbaus abgeleitet. Deren Anwendbarkeit wird an einem konkreten Beispiel in Form einer Transportrollenbahn für die Verwendung in der technischen Intralogistik demonstriert. / In this work, calculation fundamentals for insert fastenings in wood veneer composites (WVC) are developed with the aim to use them for the dimensioning and verification in mechanical engineering applications. After defining the functional requirements there is a comprehensive description of the best demonstrated available technology. The arithmetical verifications of connections used in civil engineering are thereby specifically addressed with the main focus on defined models for dowel type fasteners within Eurocode 5 (EN 1995). In the second part of the work comprehensive technical tests are implemented and evaluated. At first essential material properties of the used wood materials are determined. The following experiments contain the load bearing and deformation behavior of complete insert connections. The determination of important influencing parameters of the statical strength under axial and traverse loads is thereby involved, followed by an extension on dynamic load cases by a derivative of Woehler curves (stress - cycle diagram). Based on these experiments are models derived to provide calculation fundamentals to dimension insert connections. The practical applicability of the developed specifications is shown by dimensioning the connections of a roller conveyor made of WVC (technical logistics).

Vibrationsförderer sind Stetigförderer, welche Fördergüter durch periodische Schwingbewegungen in gerichtete Bewegungen versetzen. Vibrationsförderer sind in der Handhabungstechnik, der Zuführung von Mikrobauteilen und feinen Pulvern, sowie in der Schüttgut verarbeitenden Schwerindustrie weit verbreitet. In dieser Arbeit erfolgt nach der Betrachtung des Stands der Technik von Vibrationsförderern und den Interpretationsmöglichkeiten der Förderorganbewegung, die Vorstellung und Diskussion weiterer analytischer Berechnungsansätze. Anschließend werden Störprozesse, die während des Guttransportes auf Vibrationsförderern immer wieder beobachtet werden, erstmals klassifiziert und mathematisch beschrieben. Um die DEM-Simulation von Vibrationswendelförderern und linearen Vibrationsförderern unter Verwendung des Gleit-, Wurf- und Haft-Gleitförderprinzips in der Software LIGGGHTS zu ermöglichen, wurde eine Softwareerweiterung entwickelt. Diese Erweiterung umfasst zwei Module, welche die Bewegungen von importierten CAD-Geometrien auf Basis von als Fourierreihen definierten harmonischen Schwingungen höherer Ordnung ermöglichen. Das Befehlsmodul viblin ermöglicht die Definition von translatorischen Schwingungen. Das Modul vibrot ermöglicht die Definition von Rotationsschwingungen um eine raumfeste Achse. Beide Bewegungsmodule ermöglichen die Definition von komplexen Schwingungszuständen der CAD-Geometrien. Untersuchungen der Mikroprozesse innerhalb einer Arbeitsperiode zeigen, für die Förderarten Wurf und Gleiten, alle notwendigen Abschnitte der Kraft- und Geschwindigkeitsverläufe am Fördergut. Die durchgeführten Validierungen stellen die Verwendung der DEM als Simulationswerkzeug in der Vibrationsfördertechnik sicher. Auf der Basis der abschließend durchgeführten Parameterstudien können in Zukunft Kalibrierungsmethoden bezüglich des Verhaltens von Partikeln auf vibrierenden Unterlagen entwickelt werden. / Vibratory conveyors are continuous conveyors which move the materials to be conveyed by periodic vibrations of the conveyor chute. Vibrating conveyors are used in handling technology, the supply of micro components and fine powders, as well as in bulk material processing heavy industry. Within this work the state of the art of vibratory conveyors and alternative interpretations of the conveyor movement are introduced. Afterwards further analytical approaches are discussed. Subsequently, interfering processes, which occur during the transport of the materials on vibratory conveyors are classified and mathematically described. To simulate vibrating spiral conveyors and linear vibration conveyors using the sliding, throwing or sticking-glide conveyor principle in the software LIGGGHTS, a software extension was developed. This extension includes two software modules, to define the movements of imported CAD geometries on the basis of as Fourier series defined harmonic oscillations. The viblin command module allows the definition of translatory vibrations. The module vibrot allows the definition of rotational vibrations around a fixed axis. Both motion modules allow the definition of complex vibrational states of the CAD geometries. Investigations of the micro processes within a working period showed all necessary sections of the force and speed progression on the conveyed particles for the conveyor principles of micro throw and slide. The validations constitute the basic function of the DEM as a simulation tool in the vibratory conveyor technology. The final parameter studies can be used to develop calibration methods to describe the motion of particles on vibrating plates

Vibrationsförderer sind Stetigförderer, welche Fördergüter durch periodische Schwingbewegungen in gerichtete Bewegungen versetzen. Vibrationsförderer sind in der Handhabungstechnik, der Zuführung von Mikrobauteilen und feinen Pulvern, sowie in der Schüttgut verarbeitenden Schwerindustrie weit verbreitet. In dieser Arbeit erfolgt nach der Betrachtung des Stands der Technik von Vibrationsförderern und den Interpretationsmöglichkeiten der Förderorganbewegung, die Vorstellung und Diskussion weiterer analytischer Berechnungsansätze. Anschließend werden Störprozesse, die während des Guttransportes auf Vibrationsförderern immer wieder beobachtet werden, erstmals klassifiziert und mathematisch beschrieben. Um die DEM-Simulation von Vibrationswendelförderern und linearen Vibrationsförderern unter Verwendung des Gleit-, Wurf- und Haft-Gleitförderprinzips in der Software LIGGGHTS zu ermöglichen, wurde eine Softwareerweiterung entwickelt. Diese Erweiterung umfasst zwei Module, welche die Bewegungen von importierten CAD-Geometrien auf Basis von als Fourierreihen definierten harmonischen Schwingungen höherer Ordnung ermöglichen. Das Befehlsmodul viblin ermöglicht die Definition von translatorischen Schwingungen. Das Modul vibrot ermöglicht die Definition von Rotationsschwingungen um eine raumfeste Achse. Beide Bewegungsmodule ermöglichen die Definition von komplexen Schwingungszuständen der CAD-Geometrien. Untersuchungen der Mikroprozesse innerhalb einer Arbeitsperiode zeigen, für die Förderarten Wurf und Gleiten, alle notwendigen Abschnitte der Kraft- und Geschwindigkeitsverläufe am Fördergut. Die durchgeführten Validierungen stellen die Verwendung der DEM als Simulationswerkzeug in der Vibrationsfördertechnik sicher. Auf der Basis der abschließend durchgeführten Parameterstudien können in Zukunft Kalibrierungsmethoden bezüglich des Verhaltens von Partikeln auf vibrierenden Unterlagen entwickelt werden. / Vibratory conveyors are continuous conveyors which move the materials to be conveyed by periodic vibrations of the conveyor chute. Vibrating conveyors are used in handling technology, the supply of micro components and fine powders, as well as in bulk material processing heavy industry. Within this work the state of the art of vibratory conveyors and alternative interpretations of the conveyor movement are introduced. Afterwards further analytical approaches are discussed. Subsequently, interfering processes, which occur during the transport of the materials on vibratory conveyors are classified and mathematically described. To simulate vibrating spiral conveyors and linear vibration conveyors using the sliding, throwing or sticking-glide conveyor principle in the software LIGGGHTS, a software extension was developed. This extension includes two software modules, to define the movements of imported CAD geometries on the basis of as Fourier series defined harmonic oscillations. The viblin command module allows the definition of translatory vibrations. The module vibrot allows the definition of rotational vibrations around a fixed axis. Both motion modules allow the definition of complex vibrational states of the CAD geometries. Investigations of the micro processes within a working period showed all necessary sections of the force and speed progression on the conveyed particles for the conveyor principles of micro throw and slide. The validations constitute the basic function of the DEM as a simulation tool in the vibratory conveyor technology. The final parameter studies can be used to develop calibration methods to describe the motion of particles on vibrating plates

In dieser Arbeit werden Berechnungsvorschriften für Insertverbindungen in Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (WVC) mit dem Ziel erstellt, diese zur Auslegung und Nachweisführung in Anwendungen des Maschinenbaus zu verwenden. Nach Definition eines entsprechenden Anforderungsprofils erfolgt eine umfangreiche Darstellung des Standes der Technik. Dabei wird speziell auf die rechnerische Nachweisführung von Verbindungen im Bauwesen eingegangen, schwerpunktmäßig durch die im Eurocode 5 (DIN EN 1995) definierten Modelle für stiftförmige Verbindungsmittel. Im zweiten, praktischen Teil der Arbeit erfolgt die Durchführung und Auswertung umfangreicher Versuche. Dabei werden in einem ersten Schritt wesentliche Materialkennwerte der verwendeten Holzwerkstoffe bestimmt. Die zweite Gruppe der experimentellen Untersuchungen hat das Trag- und Verformungsverhalten vollständiger Insertverbindungen zum Inhalt. Dabei werden die unter statischen Aspekten wichtigen Einflussparameter auf die Tragfähigkeit bei Belastungen in Richtung sowie quer zur Stiftachse bestimmt und geometrische Vorzugsparameter ermittelt. Unter deren Zugrundelegung erfolgt eine Ausweitung der experimentellen Untersuchungen auf dynamische Lastfälle durch eine Ableitung von Wöhlerlinien bei Zugschwellbelastung. Auf Grundlage der durchgeführten Versuche werden Modelle zur Berechnung von Insertverbindungen nach den Methoden des Ingenieurholzbaus abgeleitet. Deren Anwendbarkeit wird an einem konkreten Beispiel in Form einer Transportrollenbahn für die Verwendung in der technischen Intralogistik demonstriert. / In this work, calculation fundamentals for insert fastenings in wood veneer composites (WVC) are developed with the aim to use them for the dimensioning and verification in mechanical engineering applications. After defining the functional requirements there is a comprehensive description of the best demonstrated available technology. The arithmetical verifications of connections used in civil engineering are thereby specifically addressed with the main focus on defined models for dowel type fasteners within Eurocode 5 (EN 1995). In the second part of the work comprehensive technical tests are implemented and evaluated. At first essential material properties of the used wood materials are determined. The following experiments contain the load bearing and deformation behavior of complete insert connections. The determination of important influencing parameters of the statical strength under axial and traverse loads is thereby involved, followed by an extension on dynamic load cases by a derivative of Woehler curves (stress - cycle diagram). Based on these experiments are models derived to provide calculation fundamentals to dimension insert connections. The practical applicability of the developed specifications is shown by dimensioning the connections of a roller conveyor made of WVC (technical logistics).

In der vorliegenden Arbeit werden ein Berechnungs- und Sicherheitskonzept für Verbundbauteile in Holzverbundbauweise erarbeitet und validiert. Damit ist eine globale Dimensionierung bzw. Bemessung dieser Bauteile möglich. Der Fokus der Konzepte liegt dabei auf Anwendungen und Anforderungen im Maschinenbau. Hierzu werden zunächst Grundlagen zu Holzwerkstoffen und dem Lastfall Dreipunktbiegung erarbeitet. Darauf aufbauend werden in Dreipunktbiegeversuchen die Biege- und Schubeigenschaften ausgewählter Sperrhölzer ermittelt. Im nächsten Schritt wird ein Berechnungskonzept zur Vorhersage der Kraft-Verformungs-Kurve von Bauteilen in Holzbauweise unter Verwendung der Materialkennwerte der Einzelelemente erarbeitet und validiert. Die Validierung erfolgt anhand ausgewählter Versuchsmuster in Holzbauweise. Anschließend wird ein an die Sicherheitsanforderungen im Maschinenbau angepasstes semiprobabilistisches Sicherheitskonzept erarbeitet. Abschließend werden anhand praxisnaher Beispiele die Anwendbarkeit der Konzepte validiert und Möglichkeiten bzw. Grenzen aufgezeigt.:1 Einleitung 14 1.1 Motivation 14 1.2 Präzisierung der Aufgabenstellung 16 1.3 Lösungsansätze und Abgrenzung der Arbeit 17 1.4 Aufbau der Arbeit 18 2 Grundlagen 20 2.1 Ingenieurtechnische Grundlagen 20 2.1.1 Begriffsdefinition 20 2.1.2 Zusammenhang zwischen Kraft- und Verformungsgrößen 21 2.1.3 Materialkennwerte 23 2.1.4 Verbundbauteile 24 2.2 Grundlagen der Dreipunktbiegung 25 2.2.1 Allgemeine Modellannahmen 27 2.2.2 Timoshenko-Balkentheorie 27 2.2.3 Einfluss des Stützweiten-Höhen-Verhältnisses 30 2.2.4 Schubkorrekturfaktor 32 2.3 Grundlagen zum Werkstoff Holz 33 2.3.1 Struktureller Aufbau 33 2.3.2 Inhomogenität von Holz 35 2.3.3 Anisotropie des Holzes 35 2.3.4 Mechanische Eigenschaften 39 2.3.5 Äußere Einflussfaktoren auf die Materialeigenschaften von Holz 41 2.4 Holzfurnierlagenverbundwerkstoffe (WVC) 42 2.4.1 Einteilung 42 2.4.2 Struktureller Aufbau von Sperrholz 44 2.4.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 44 2.4.4 Spannungszustand von Sperrholz bei Dreipunktbiegebeanspruchung 46 3 Materialcharakterisierung 49 3.1 Stand der Technik 49 3.1.1 Literaturkennwerte, Materialdatenblätter und Leistungserklärungen 49 3.1.2 Aktuelle Normung 49 3.1.3 Kritik am Stand der Technik 51 3.1.4 Ableitung von Anforderungen an Materialversuche und Kennwerte 53 3.1.5 Ziele der Materialcharakterisierung 54 3.2 Grundlagen der Datenanalyse 55 3.2.1 Statistische Lage- und Streumaße 55 3.2.2 Graphische Darstellung empirischer Daten 56 3.2.3 Normalverteilung 57 3.2.4 Statistische Testverfahren 58 3.3 Material und Methoden 60 3.3.1 Material 60 3.3.2 Stützweitenversuch – Versuchssetup und Auswertemethodik 62 3.3.3 Kurzbiegeversuche – Versuchssetup und Auswertemethodik 67 3.4 Kennwertermittlung 68 3.4.1 Materialcharakterisierung von WVC-01 68 3.4.2 Materialcharakterisierung von WVC-02 75 3.4.3 Universelle Spannungs-Dehnungs-Kennwerte 77 4 Berechnungskonzept für Verbundbauteile in Holzbauweise 82 4.1 Annahmen und Eingrenzung 82 4.2 Aktueller Stand der Technik 82 4.2.1 Berechnung der Bauteilsteifigkeit von Verbundbauteilen 82 4.2.2 Berechnung von Versagenspunkten 83 4.2.3 Kritik am Stand der Technik 86 4.2.4 Zielstellung 88 4.3 Berechnungskonzept für Verbundbauteile aus Holzwerkstoffen 88 4.3.1 Prinzipielles Vorgehen 88 4.3.2 Berechnung der Bauteilmodulkennwerte 89 4.3.3 Berechnung der Versagenspunkte 91 4.3.4 Berechnung der Geometrieparameter bei gegebener Mindesttragfähigkeit 92 4.4 Validierung des Berechnungskonzeptes 94 4.4.1 Methodik 94 4.4.2 Aufbau und Geometrie 94 4.4.3 Experimentelle Ergebnisse der Bauteiltests 99 4.4.4 Berechnung der Tragfähigkeit mit Materialkennwerten 100 4.4.5 Berechnung mit universellen Normaldehnungen 105 4.4.6 Diskussion 106 5 Sicherheitskonzept für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 108 5.1 Stand der Technik 108 5.1.1 Sicherheit – Definition und Arten 108 5.1.2 Sicherheit im Maschinenbau 113 5.1.3 Sicherheit in der Kunststofftechnik 113 5.1.4 Sicherheit im Ingenieurholzbau – EUROCODE 5 114 5.1.5 Kritik am Stand der Technik 117 5.1.6 Ziel des Sicherheitskonzeptes für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 119 5.2 Entwicklung des Sicherheitskonzeptes 120 5.2.1 Analyse der Teilsicherheitsbeiwerte des EUROCODE 5 120 5.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte für statische Lastfälle des Maschinenbau 122 5.2.3 Beiwert zur Berücksichtigung der Kennwertstreuung 125 5.2.4 Sicherheitsbezogene Klassifizierung von Maschinenbauanwendungen 126 5.2.5 Ableitung globaler Sicherheitsfaktoren 129 5.2.6 Zusammenfassung 132 5.3 Validierung 133 5.3.1 Bemessung nach EUROCODE 5 133 5.3.2 Bemessung nach Sicherheitskonzept für Maschinenbau 135 5.3.3 Vergleich EUROCODE 5 und Sicherheitskonzept für Maschinenbau 136 6 Anwendbarkeitsstudie 139 6.1 Bemessung von Hohlprofilen 139 6.2 Dimensionierung von Hohlprofilen 142 6.3 Globale Bemessung komplexer Bauteile 144 6.4 Anschließende Bemessungsaufgaben 147 7 Zusammenfassung und Ausblick 149 7.1 Zusammenfassung 149 7.2 Ausblick 151 8 Verzeichnisse 152 9 Anhang 169 9.1 Anhang zu Kapitel 2 169 9.2 Anhang zu Kapitel 3 171 9.3 Anhang zu Kapitel 4 194 9.4 Anhang zu Kapitel 5 207 9.5 Anhang zu Kapitel 6 212 / In the present work, a calculation and safety concept for composite components in wood composite construction is developed and validated. This enables a global dimensioning of these components. The focus of the concepts is on applications and requirements in mechanical engineering. For this purpose, the basics of wood-based materials and the three-point bending load case are first elaborated. Based on this, the bending and shear properties of selected plywood are determined in three-point bending tests. In the next step, a calculation concept for predicting the force-deformation-curve of components in timber construction using the material parameters of the individual elements will be developed and validated. The validation is based on selected test components. A semi-probabilistic safety concept adapted to the safety requirements in mechanical engineering is then developed. Finally, using practical examples, the applicability of the concepts is determined and possibilities and limits are shown.:1 Einleitung 14 1.1 Motivation 14 1.2 Präzisierung der Aufgabenstellung 16 1.3 Lösungsansätze und Abgrenzung der Arbeit 17 1.4 Aufbau der Arbeit 18 2 Grundlagen 20 2.1 Ingenieurtechnische Grundlagen 20 2.1.1 Begriffsdefinition 20 2.1.2 Zusammenhang zwischen Kraft- und Verformungsgrößen 21 2.1.3 Materialkennwerte 23 2.1.4 Verbundbauteile 24 2.2 Grundlagen der Dreipunktbiegung 25 2.2.1 Allgemeine Modellannahmen 27 2.2.2 Timoshenko-Balkentheorie 27 2.2.3 Einfluss des Stützweiten-Höhen-Verhältnisses 30 2.2.4 Schubkorrekturfaktor 32 2.3 Grundlagen zum Werkstoff Holz 33 2.3.1 Struktureller Aufbau 33 2.3.2 Inhomogenität von Holz 35 2.3.3 Anisotropie des Holzes 35 2.3.4 Mechanische Eigenschaften 39 2.3.5 Äußere Einflussfaktoren auf die Materialeigenschaften von Holz 41 2.4 Holzfurnierlagenverbundwerkstoffe (WVC) 42 2.4.1 Einteilung 42 2.4.2 Struktureller Aufbau von Sperrholz 44 2.4.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 44 2.4.4 Spannungszustand von Sperrholz bei Dreipunktbiegebeanspruchung 46 3 Materialcharakterisierung 49 3.1 Stand der Technik 49 3.1.1 Literaturkennwerte, Materialdatenblätter und Leistungserklärungen 49 3.1.2 Aktuelle Normung 49 3.1.3 Kritik am Stand der Technik 51 3.1.4 Ableitung von Anforderungen an Materialversuche und Kennwerte 53 3.1.5 Ziele der Materialcharakterisierung 54 3.2 Grundlagen der Datenanalyse 55 3.2.1 Statistische Lage- und Streumaße 55 3.2.2 Graphische Darstellung empirischer Daten 56 3.2.3 Normalverteilung 57 3.2.4 Statistische Testverfahren 58 3.3 Material und Methoden 60 3.3.1 Material 60 3.3.2 Stützweitenversuch – Versuchssetup und Auswertemethodik 62 3.3.3 Kurzbiegeversuche – Versuchssetup und Auswertemethodik 67 3.4 Kennwertermittlung 68 3.4.1 Materialcharakterisierung von WVC-01 68 3.4.2 Materialcharakterisierung von WVC-02 75 3.4.3 Universelle Spannungs-Dehnungs-Kennwerte 77 4 Berechnungskonzept für Verbundbauteile in Holzbauweise 82 4.1 Annahmen und Eingrenzung 82 4.2 Aktueller Stand der Technik 82 4.2.1 Berechnung der Bauteilsteifigkeit von Verbundbauteilen 82 4.2.2 Berechnung von Versagenspunkten 83 4.2.3 Kritik am Stand der Technik 86 4.2.4 Zielstellung 88 4.3 Berechnungskonzept für Verbundbauteile aus Holzwerkstoffen 88 4.3.1 Prinzipielles Vorgehen 88 4.3.2 Berechnung der Bauteilmodulkennwerte 89 4.3.3 Berechnung der Versagenspunkte 91 4.3.4 Berechnung der Geometrieparameter bei gegebener Mindesttragfähigkeit 92 4.4 Validierung des Berechnungskonzeptes 94 4.4.1 Methodik 94 4.4.2 Aufbau und Geometrie 94 4.4.3 Experimentelle Ergebnisse der Bauteiltests 99 4.4.4 Berechnung der Tragfähigkeit mit Materialkennwerten 100 4.4.5 Berechnung mit universellen Normaldehnungen 105 4.4.6 Diskussion 106 5 Sicherheitskonzept für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 108 5.1 Stand der Technik 108 5.1.1 Sicherheit – Definition und Arten 108 5.1.2 Sicherheit im Maschinenbau 113 5.1.3 Sicherheit in der Kunststofftechnik 113 5.1.4 Sicherheit im Ingenieurholzbau – EUROCODE 5 114 5.1.5 Kritik am Stand der Technik 117 5.1.6 Ziel des Sicherheitskonzeptes für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 119 5.2 Entwicklung des Sicherheitskonzeptes 120 5.2.1 Analyse der Teilsicherheitsbeiwerte des EUROCODE 5 120 5.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte für statische Lastfälle des Maschinenbau 122 5.2.3 Beiwert zur Berücksichtigung der Kennwertstreuung 125 5.2.4 Sicherheitsbezogene Klassifizierung von Maschinenbauanwendungen 126 5.2.5 Ableitung globaler Sicherheitsfaktoren 129 5.2.6 Zusammenfassung 132 5.3 Validierung 133 5.3.1 Bemessung nach EUROCODE 5 133 5.3.2 Bemessung nach Sicherheitskonzept für Maschinenbau 135 5.3.3 Vergleich EUROCODE 5 und Sicherheitskonzept für Maschinenbau 136 6 Anwendbarkeitsstudie 139 6.1 Bemessung von Hohlprofilen 139 6.2 Dimensionierung von Hohlprofilen 142 6.3 Globale Bemessung komplexer Bauteile 144 6.4 Anschließende Bemessungsaufgaben 147 7 Zusammenfassung und Ausblick 149 7.1 Zusammenfassung 149 7.2 Ausblick 151 8 Verzeichnisse 152 9 Anhang 169 9.1 Anhang zu Kapitel 2 169 9.2 Anhang zu Kapitel 3 171 9.3 Anhang zu Kapitel 4 194 9.4 Anhang zu Kapitel 5 207 9.5 Anhang zu Kapitel 6 212