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EFB-Forschungsbericht Nr. 326

Untersuchung der Verbindungscharakteristik von Funktionselementen im verschraubten Zustand

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe Füssel, Dipl.-Ing. Fritz Liebrecht Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik der Technischen Universität Dresden

170 Seiten (sw, 118 Abb., 28 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-362-2

Preis (Digital) EUR 60,00

Preis (Print) EUR 67,00

Zusammenfassung

Das Projekt betrachtet den Zustand der verschraubten und unverschraubten Funktionselementverbindung an drei verschiedenen Blechwerkstoffen in drei unterschiedlichen Blechdicken. Anhand repräsentativer Beispiele werden die Fügezonen einzelner Funktionselemente mit ihren Charakteristiken erläutert. Ein Schwerpunkt wird auf die Untersuchung des Verspannzustandes und die Vorspannkraft gelegt. Durch Ermittlung der Auszug- und Verdrehfestigkeiten bestätigt sich die Vermutung, dass dünne Trägerbleche hinsichtlich dieses Kennwertes grundsätzlich die schwächere Verbindung darstellen.

Mit Hilfe einer konstruktiven Anpassung des Junker Prüfstandes, ist eine dynamische Prüfung des Sicherungsverhaltens von Funktionselementverbindungen der Gewindegröße M6 unter Querbelastung möglich. Es wird noch einmal betont, dass es sich bei dem auf dem modifizierten Junker Prüfstand vorgenommenen Versuch ausdrücklich nicht um einen Belastungsfall handelt, der geradewegs auf die Verschraubung am Bauteil umzusetzen ist. Ein direkter Vergleich der konventionellen Verschraubung mit der Funktionselementverschraubung verdeutlicht ein tendenziell unempfindlicheres Verhalten der Funktionselementverschraubung auf die dynamische Querkraftbelastung. Dieses Verhalten äußert sich elementübergreifend durch einen Erhalt der Vorspannkraft auf höherem Niveau. Eine Korrelation zwischen den geometrischen Charakteristiken der einzelnen Funktionselemente im verschraubten Zustand und dem Vorspannkraftverlust unter Querkraftbelastung auf dem modifizierten Junker Prüfstand ist nicht erkennbar. Des Weiteren ist kein eindeutiger Einfluss des Bleches beziehungsweise der Kombination aus Blechmaterial und Blechdicke zu identifizieren.

Erstmals wurde in diesem Vorhaben der von der konventionellen Verschraubung bekannte selbststätige Losdrehprozess an der Funktionslementverschraubung nachgewiesen. Mit den Untersuchungen können allerdings ausschließlich vergleichende Aussage getätigt werden. An dieser Stelle muss betont werde, dass sich aus objektiven Gründen eine direkte Umsetzung auf das Bauteil verbietet. Der industrielle Anwender wird dabei für die hier auftretenden Effekte sensibilisiert und kann Vergleiche zur konventionellen Verschraubung ziehen.

Ausgehend vom Verspannzustand und der charakteristischen Fügezone der betrachteten Funktionselemente wurde ein Finite-Elemente-Modell des Einpressbolzens erstellt. Das Modell soll die numerisch gestützte Erfassung der Fügezone als Grundlage weiterer Schritte zur Berechnung der Funktionselementverbindung aufzeigen.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Untersuchung der Verbindungscharakteristik von Funktionselementen im verschraubten Zustand“ wurde unter der Fördernummer AiF 15342BR 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 und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 326 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Zusammenfassung

Nomenklatur
1 Ausgangssituation
2 Versuchsplan und Werkstoffauswahl
3 Montage- und verschraubter Zustand
3.1 Montagezustand im Schliffbild
3.1.1 Einstanzelemente
3.1.2 Einnietelemente
3.1.3 Einpresselemente
3.2 Ursache Wirkungszusammenhänge im Montagezustand bzgl. Anschraubteil
3.2.1 Bolzenelemente
3.2.2 Mutterlemente
3.3 Kraft und Verformung im Verspannzustand
4 Auszugwiderstand und Verdrehfestigkeit
4.1 Auszugwiderstände
4.2 Verdrehfestigkeit
5 Bestimmung des Vorspannkraftverlaufes
5.1 Selbsttätiges Losdrehen
5.2 Anpassungskonstruktion Junker Prüfstand
5.2.1 Probengeometrie und Messaufnehmer
5.2.2 Anpassungskonstruktion
5.3 Datenerfassung
5.4 Prüfablauf
5.5 Auswertung
6 FEM Rechnung Tragverhalten
7 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Anlagenverzeichnis