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EFB-Forschungsbericht Nr. 542

Analytischer Nachweis von reibschlüssigen Verbindungen mit Langlöchern für Leichtmetalle und Stahlwerkstoffe

efb-542

Verfasser:
Dipl.-Ing. Maik Dörre, M.Sc. Wirt.-Ing. Andreas Ebert, Prof. Dr.-Ing. Ralf Glienke, Prof. Dr.-Ing. habil. Knuth-Michael Henkel, Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock

282 Seiten (sw, 124 teils farbige Abb., 42 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-599-2

Preis (Digital) EUR 100,00

Preis (Print) EUR 127,00

Zusammenfassung

Gleitfeste Schraubenverbindungen kommen überall dort zum Einsatz, wo zyklische Beanspruchungen auf Schraubenverbindungen wirken und aus Gründen der Ermüdungsfestigkeit reibschlüssig übertragen werden müssen.

Die Bemessung sowie die Nachweisführung dieser Verbindungen sind weitestgehend durch bestehende Normen und Regelwerke zu realisieren. Allerdings bestehen für Langlöcher sowie übergroße Rundlöcher nach wie vor Fragestellungen in der Nachweisführung. Diese werden notwendig, um die zusätzliche Forderung nach Fertigungstoleranzen kostengünstig durch Langlöcher oder übergroße Rundlöcher auszugleichen.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde der Fragestellung größerer Nennlochspiele und deren Einfluss auf die Nachgiebigkeit und die Tragwirkung hochfestvorgespannter Schraubverbindungen nachgegangen. Dazu wurden die verschiedenen Regelwerke vergleichend gegenübergestellt, experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Lochgeometrie auf den Gleitwiderstand und numerische Untersuchungen zur Bestimmung der Plattennachgiebigkeit durchgeführt. Aus den Erkenntnissen wurden schlussendlich Empfehlungen für den Endanwender sowie ein erster Bemessungsvorschlag abgeleitet.

Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Analytischer Nachweis von reibschlüssigen Verbindungen mit Langlöchern für Leichtmetalle und Stahlwerkstoffe" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18608BR 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. 542 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

Slip-resistant connections are used in steel structures when they are subjected to fatigue loads with or without load reversal, or if low deformations of the structure are demanded. Therefore, the loads applied to the connection must be transmitted by friction. The calculation and verification of slip-resistant connections can be done by using existing standards and guidelines.

However, there are still questions in the design and calculation rules for slotted and oversized holes. But slotted and/or oversized holes become more and more necessary to compensate the additional demands on the manufacturing tolerances when using normal hole sizes. Within this research project, the question of larger nominal hole clearances, their influence on the resilience and on the load-bearing capacity of the slip-resistant connections were investigated.

For this purpose, various standards and guidelines were compared, experimental investigations of the influence of the hole size (clearance) on the slip-resistance and numerical investigations to determine the resilience of the clamped parts were carried out. Finally, recommendations for the design and calculation of slip-resistant connections with slotted and oversized holes were developed from these research results in an initial design proposal.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Normative Regelungen für die Bemessung reibschlüssiger Schraubenverbindungen
2.1.1 Regelungen für den Maschinenbau
2.1.2 Regelungen für den Stahlbau
2.1.3 Sonstige Regelungen
2.2 Stand der Forschung
2.3 Modellierungsstrategien nach VDI 2230-2
3 Experimentelle Untersuchungen
3.1 Versuchsprogramm
3.2 Vorbereitung der Prüfkörper
3.2.1 Oberflächenvorbereitung
3.2.2 Rauigkeitsmessung
3.2.3 Vorspannkraftmessung
3.3 Versuchseinrichtung und -durchführung
3.3.1 Gleitlastversuche an gestützten Verbindungen
3.3.2 Drehmoment/Vorspannkraftversuche nach DIN EN ISO 16047
3.3.3 Gleitlastversuche an ungestützten Verbindungen
3.4 Versuchsergebnisse
3.4.1 Gleitlastversuche an gestützten Verbindungen
3.4.2 Drehmoment/Vorspannkraft-Versuche nach DIN EN ISO 16047
3.4.3 Gleitlastversuche an ungestützten Verbindungen
3.5 Bewertung der Versuchsergebnisse
4 Numerische Untersuchungen
4.1 Erstellung eines FEM-Modells
4.1.1 Modellklasse IV
4.1.2 Validierung der Modelle
4.1.3 Modellklasse III
4.2 Parameterstudie
4.2.1 Parameterraum
4.2.2 Auswertung Parameterstudie
4.2.3 Einfluss der Scheibenform auf die Plattennachgiebigkeit
4.3 Bewertung der numerischen Untersuchungen
5 Bemessungsvorschlag
6 Ergebnisse und Ausblick
6.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
7 Literaturverzeichnis
8 Anlagen
8.1 Anlagenverzeichnis
8.2 Rauigkeit
8.3 Härteprüfung
8.4 Ergebnisse Gleitlastversuche
8.5 Gleitlast-Diagramme
8.6 Gleitflächenfotos
8.7 Druckfolienbilder
8.8 Abweichung zur VDI
8.9 Numerik
8.10 Protokolle Drehmoment/Vorspannkraft-Versuche