Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Schraubenverbindungen mit gefurchtem Gewinde
Förderinstitution: IGF/AiF Vorhaben
Projektnummer: 17802 N2
Projektbearbeiter: Fabian Kraemer, M.Sc.
Projektlaufzeit: 01.12.2014 bis 31.12.2017
Kurzdarstellung
Im Rahmen des AiF-Vorhabens wird das Ermüdungsverhalten von Schraubenverbindungen mit geformtem Gewinde experimentell und rechnerisch untersucht.
Ziel ist die Entwicklung einer Methode zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit und die Beschreibung des Ermüdungsverhaltens.
Die Bewertung der Gewindeverbindungen erfolgt mit zunehmendem Komplexitätsgrad, Abbildung 1. Zunächst wird im Arbeitspaket 2 eine Kerbprobe dimensioniert, die eine umlaufende Kerbe ohne Steigung kennzeichnet, die spanlos durch einen Umformprozess eingebracht wird. Anhand dieser Werkstoffkerbprobe wird ausschließlich der infolge der Umformung resultierende Werkstoff- und Eigenspannungszustand betrachtet. Die Ermüdungsfestigkeit der Schraubenverbindung hängt zusätzlich von fertigungsspezifischen und verschraubungsspezifischen Faktoren ab.
Die komplexe und mehrdimensionale Beanspruchungssituation, resultierend aus der Gewindegeometrie und den sich einstellenden Kontaktbedingungen (Flankenüberdeckung) und der daraus folgenden Gewindelastverteilung wird daher an Bauteilverbindungen, bestehend aus Schraube und Mutternkörper untersucht.
Ziel der Untersuchungen ist die Ableitung eines allgemeingültigen Bewertungsverfahrens, weshalb sowohl Schraubenversagen als auch das Versagen des Mutterngewindes bewertet werden.
Die relevanten Einflussparameter für die Verbindung werden rechnerisch ermittelt, bewertet und anschließend verifiziert. Darunter fallen Ergebnisse der Umformprozesssimulation in Form der lokalen Geometrie, lokaler Umformgrade, lokaler Eigenspannungen und Beanspruchungszustände. Anwendungsgrenzen und eine vereinfachte, für die industrielle Praxis anwendbare Methode werden abgeleitet.
Die Methode wird beispielhaft an einer Mischverbindung aus Leichtmetallmutterkörper (Al6082-T6) und einer gewindeformenden Stahlschraube (EJOT ALtracs® Plus) entwickelt.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben 17802 NI2 der Forschungsvereinigung Automobiltechnik, Verband der Automobilindustrie e.V. (FAT) wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) im Rahmen des Programmes zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Den vorgenannten Einrichtungen sei für die Betreuung und Förderung an dieser Stelle sehr herzlich gedankt.