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EFB-Forschungsbericht Nr. 427

Beanspruchungsgrenzen für Funktionselement-Verschraubungen

efb427

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dipl.-Ing. Christian Denkert, Fraunhofer-Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock - Prof. Dr.-Ing. Uwe Füssel, Dr.-Ing. Dietmar Süße Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik, Professur Fügetechnik und Montage, Technische Universität Dresden

226 Seiten (sw, 80 teils farbige Abb., 38 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-474-2

Preis (Digital) EUR 67,50

Preis (Print) EUR 84,39

Zusammenfassung

Der vorliegende Abschlussbericht zum Thema „Beanspruchungsgrenzen für Funktionselement-Verschraubung" verdeutlicht die geometrische und werkstoffliche Beschreibung des Befestigungsabschnittes mithilfe eines Mapping Verfahrens. Der Vorteil einer Segmentierung des CAD Modells besteht darin, dass die jeweils verwendete Simulationssoftware ein Mapping nicht explizit unterstützen können muss. Die dargelegten Methoden werden als Voraussetzung gesehen, schraubtechnischen Fragestellungen in Bezug auf die notwendigen Nachweise einzelner Regelwerke zu begegnen.

Der konkreten praxisnahen Problemstellung des Vorspannkraftverlustes in Verschraubungen mit Funktionselementen wird durch eigene experimentelle Untersuchungen erschlossen. Hierfür werden zwei experimentelle Untersuchungsmethoden, die zyklischen Zug-Druck-Versuche und die Versuche zur Schwingbeanspruchbarkeit vorgeschlagen. Insbesondere die Untersuchungen zur Schwingbeanspruchbarkeit beanspruchen ein bauteilunabhängiges Versuchsergebnis.

Aus den vorliegenden Untersuchungsergebnissen zur Schwingbeanspruchbarkeit ist davon auszugehen, dass der verfahrenseigene Befestigungsabschnitt als maßgebender Versagensort für axial schwingend beanspruchte Verschraubungen mit Funktionselementen anzugeben ist. Dieses Ergebnis ist vor dem Hintergrund der bisherigen Bemessung geschraubter Verbindungen unbeachtet.
Die vorgestellten Untersuchungen der zyklischen Zug-Druck-Versuche zeigen zunächst ein praxisnahes experimentelles Vorgehen. Anhand der durchgeführten Versuche kann der in der Problemstellung formulierte Verlust der Vorspannkraft zunächst nicht bestätigt werden. Gegenüber den Erwartungen tritt keine signifikante Reduzierung der Gleitlast ein.

Mit dem umfangreichen im Vorhaben erarbeiteten Datenmaterial kann der Erkenntnisgewinn für die Verschraubung von Funktionselementen ausblickend deutlich erhöht werden. Hierfür sind insbesondere die numerischen Berechnungsverfahren auf den Torsionsanteil bei der Montage zu erweitern. Weiterhin ist ausblickend auch der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit mit örtlichen Spannungen im Befestigungsabschnitt zu führen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Beanspruchungsgrenzen für Funktionselement-Verschraubungen" wurde unter der Fördernummer AiF 17640BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 427 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungen und Formelzeichen
Abkürzungen
Lateinische Formelzeichen
Griechische Formelzeichen
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Problemstellung
3 Aufbau und Zielstellung der Arbeit
4 Stand der Technik
4.1 Verfahrensabläufe
4.2 Umformtechnische Betrachtung zum Befestigungsabschnitt
4.3 Grundlagen geschraubter Verbindungen
4.3.1 Grundlagen der Kraftübertragung
4.3.2 Bemessung geschraubter Verbindungen
4.3.3 Montage geschraubter Verbindungen
5 Experimentelle Untersuchungen
5.1 Zugversuche und Fließkurven
5.1.1 Prüfaufbau und -ablauf
5.1.2 Erstellung der Fließkurven
5.2 Drehmoment/Vorspannkraft-Versuche
5.2.1 Prüfaufbau und -ablauf
5.2.2 Ergebnisse der Drehmoment/Vorspannkraft-Versuche
5.3 Schwingbeanspruchbarkeit
5.3.1 Vorbetrachtung zur Schwingbeanspruchbarkeit
5.3.2 Prüfablauf und -aufbau
5.3.2.1 Untersuchungen zum Funktionsabschnitt
5.3.2.2 Untersuchungen zum Befestigungsabschnitt
5.3.3 Prüfergebnisse zur Schwingbeanspruchbarkeit
5.3.3.1 Untersuchungen zum Funktionsabschnitt
5.3.3.2 Untersuchungen zum Befestigungsabschnitt
5.4 Zyklische Zug-Druck-Versuche
5.4.1 Festlegung des Anziehverfahrens
5.4.2 Prüfaufbau und -ablauf
5.4.3 Prüfergebnisse
5.5 Visioplastische Untersuchungen
5.5.1 Messprinzip
5.5.2 Prüfaufbau und -ablauf
5.5.3 Prüfergebnisse
6 Erfassung des Befestigungsabschnittes
6.1 Geometrische Erfassung
6.1.1 Automatisierte Überführung des Befestigungsabschnittes
6.1.2 Manuelle Überführung des Befestigungsabschnittes
6.2 Werkstoffliche Erfassung
6.2.1 Härtemessung am Makroschliff
6.2.2 Umwidmung der Härtewerte in Fließspannungen
6.2.3 Erstellung Fließkurvenschar
6.3 Segmentierung und Mapping
7 Numerische Untersuchungen
7.1 Vorbetrachtung
7.2 Einbringung ins Blech
7.3 Simulation des Vorspannens
7.4 Durchzugs- und Ausdrucksimulation
8 Auswertung
8.1 Drehmoment/Vorspannkraft-Versuche
8.2 Schwingbeanspruchbarkeit
8.3 Zyklische Zug-Druck-Versuche
8.4 Visioplastische Untersuchungen
8.5 Numerische Untersuchungen
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literaturverzeichnis
11 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen
12 Anlagen
12.1 Fließkurvenerstellung aus dem Zugversuch
12.2 Geometrische und werkstoffliche Erfassung
12.2.1 Metallografische Schliffbilder
12.2.2 Geometrische Erfassung des Befestigungsabschnittes
12.2.2.1 Anleitung_Baugruppen_Modellierung
12.2.2.2 Anleitung_Import_DXF
12.2.2.3 Anleitung_Erstellung_des_Kontrollbildes
12.2.2.4 Anleitung_Segmentierung
12.2.2.5 Anleitung_Aufbereitung_CAD-Modell
12.3 Drehmoment/Vorspannkraft-Versuche
12.3.1 Versuch S01
12.3.2 Versuch S03
12.3.3 Versuch S05
12.3.4 Versuch S06
12.3.5 Versuch E02
12.3.6 Versuch E04
12.3.7 Versuch E05
12.3.8 Versuch E07
12.3.9 Versuch S05
12.3.10 Versuch S06
12.3.11 Versuch S07
12.3.12 Versuch S09
12.3.13 Versuch S12
12.4 Prüfergebnisse der Schwinguntersuchungen
12.4.1 Versuchskomplex I
12.4.1.1 ISO 4017–M8 x40–8.8, schlussvergütet, galvanisch verzinkt
12.4.2 Versuchskomplex II
12.4.2.1 Stanzbolzen SBF 0850D02A
12.4.2.2 Einpressbolzen CLIFA SA 525400080110
12.4.3 Versuchskomplex III
12.4.3.1 Durchzugsversuche PROFIL SBF 0850D02A
12.4.3.2 Durchzugversuche KERBKONUS CLIFA SA 525400080110
12.4.4 Versuchskomplex IV
12.4.4.1 Schwingversuch zum Befestigungsabschnitt SBF 0850D02A
12.5 Zyklische Zug-Druck-Versuche