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EFB-Forschungsbericht Nr. 217

Auslegung von Schließringbolzenverbindungen in Mischbauweisen unter thermischer Beanspruchung

EFB217.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Steffen Six, Institut für Produktionstechnik (IPT) der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dipl.-Ing. Peter Herzog, Dipl.-Ing. Osama Al-Raheb, Dr.-Ing. Knuth-Michael Henkel, Institut für Fertigungstechnik und Logistik der Universität Rostock

86 Seiten (sw 54, teils farbige Abb., 4 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-174-1

Preis (Digital) EUR 46,00

Preis (Print) EUR 51,40

Zusammenfassung

Schließringbolzenverbindungen stellen auch in Mischbauweisen unter thermischer Beanspruchung eine sichere und effiziente Verbindungstechnologie dar. Im Rahmen dieses Projektes wurden Standard-Schließringbolzen im Stahl-Aluminium-Mischbau eingesetzt und unterschiedlichen Temperaturbeanspruchungen zwischen RT und 180°C unterzogen. Der Klemmkraftverlust in der Verbindung infolge einmaliger Erwärmung auf 180°C beträgt 14...21% der nach dem Setzen vorhandenen Ausgangswerte.

Nach 3...5 wiederholten Erwärmungen auf 160°C stellte sich ein Gleichgewicht ein, so dass kein weiterer Klemmkraftverlust zu verzeichnen war. Es wurde nachgewiesen, dass die aus der Temperaturbeaufschlagung resultierende Klemmkraftreduktion nicht zur Verringerung der Verbindungsfestigkeit führt. Auch für die untersuchten Mehrpunktproben wurde keine signifikante Beeinflussung der Proben wie auch der Verbindungselemente hinsichtlich Deformation und Verbindungsfestigkeit infolge der Temperaturbeanspruchung festgestellt. Die FE-Berechnungsergebnisse des Beanspruchungs- und Deformationsverhaltens einer Schließringbolzenverbindung in einer Stahl-Aluminium-Mischbauweise zeigten eine befriedigende bis gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Resultaten.

Mit der FE-Simulation ergeben sich auch weitere Untersuchungsmöglichkeiten zum Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Tragverhaltenseigenschaften von Schließringbolzen-Verbindungen, z.B. Variation der Materialstärken des Bauteiles, der Festigkeitswerte sowie geometrischer Daten von Bolzen und Schließring und der Reibbeiwerte der Kontaktpartner bei praxisrelevanten Beschichtungen. Für eine weitere Verbesserung der Auslegung mechanisch gefügter Mischverbindungen hinsichtlich Leichtbau und höherer Zuverlässigkeit haben die Finite-Elemente-Berechnungen ein erhebliches Potential aufgezeigt.

Das Forschungsvorhaben „Auslegung von Schließringbolzenverbindungen bei Mischbauweisen unter thermischer Beanspruchung“ wurde unter der Fördernummer AiF 13200B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 217 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
3 Zielsetzung
4 Versuchsprogramm
4.1 Versuchswerkstoffe
4.1.1 Aluminiumstrangpreßprofil AlMgSi0,5F22
4.1.2 Stahlblech QStE380TM
4.2 Verbindungselemente
4.3 Probengeometrie
4.4 Temperaturbereiche
5 Versuchseinrichtungen
5.1 Setzgeräte
5.2 Erwärmungseinrichtungen
5.3 Messaufbauten zur Klemmkraftermittlung
5.3.1 Klemmkraftmessung mit Piezo-Sensoren
5.3.2 Klemmkraftmessung mit Dehnungsmessstreifen
5.3.3 Klemmkraftbestimmung über die Längenmessung
5.4 Einrichtungen für die Verbindungsprüfung
6 Klemmkraftmessungen
6.1 Piezosensorik
6.1.1 Raumtemperaturversuche
6.1.2 Klemmkraft-Versuche zur Ermittlung der Restfehlerwerte ohne Temperaturbeanspruchung
6.1.3 Klemmkraft-Versuche bei einmaliger Temperaturbeanspruchung von 180°C
6.2 DMS-bestückte Schließringbolzen
6.3 Längenmessung
6.4 Zusammenfassung zu den Klemmkraftmessungen
7 Verbindungsprüfung bei Einpunktproben
7.1 Prüfung unter quasistatischer Belastung
7.1.1 Scherzugversuche mit Standard-Schließringbolzen ø6,5
7.1.2 Scherzugversuche mit Standard-Schließringbolzen ø8
7.1.3 Scherzugversuche mit Standard-Schließringbolzen ø10
7.2 Prüfung unter schwingender Beanspruchung
7.2.1 Versuchsbedingungen
7.2.2 Einstufen-Schwingversuche mit der Schwerpunktverbindung Standard-SRB ø8
7.2.3 Einstufen-Schwingversuche mit Stichproben
7.2.4 Zusammenfassung der Einstufen-Schwingversuche
8 Untersuchungen an Mehrpunktproben
9 FEM-Berechnungen
9.1 Untersuchungsprogramm
9.2 Finite-Elemente-Berechnungen von Setzvorgängen und thermischen Beanspruchungen
9.2.1 Klemmkraftuntersuchungen für Einpunktproben unter Raumtemperatur
9.2.2 Klemmkraftuntersuchungen für die Einpunktprobe unter Temperaturbeanspruchung
9.2.3 Klemmkraftuntersuchungen für Mehrpunktproben unter Temperaturbeanspruchung
9.3 Berechnungsergebnisse für die Fünfpunktprobe
9.4 Zusammenfassung und Ausblick
10 Zusammenfassung
11 Literaturverzeichnis