Einfluss von Oberflächenfehlern auf die Dauerfestigkeit schlussvergüteter und schlussgewalzter Gewinde

Förderinstitution: AiF/FSV
Projektnummer: 19290 N

Kurzdarstellung

Die DIN EN 26157-3:1991-12 legt Grenzwerte für verschiedene Arten von Oberflächenfehlern von Schrauben fest, wobei der Anwendungsbereich der Norm auf die Festigkeitsklasse (FK) 12.9 beschränkt ist. Allerdings ist die Basis der dort festgelegten zulässigen Fehlergrößen heute nicht (mehr) nachvollziehbar. Von den in DIN EN 26157-3:1991-12 beschriebenen Fehlerarten beeinflussen insbesondere Überwalzungen oder Grübchen im Gewinde die Dauerfestigkeit der Schraube signifikant. Daher wird die Anwendung der DIN EN 26157-3:1991-12 auch vermehrt für Schrauben geringerer Festigkeit (≤ FK 10.9) gefordert, da in der für diese Schrauben gültigen Norm DIN EN 26157-1:1991-12 die Oberflächenfehler im Gewinde nicht berücksichtigt sind.

Um den Einfluss von Oberflächenfehlern auf die Dauerfestigkeit zu untersuchen, wurden im Rahmen des Projekts in schlussvergütete und schlussgerollte Schrauben der Abmessung M8 und der Festigkeitsklasse 10.9 bzw. 12.9 gezielt Oberflächenfehler im Gewinde durch Nutzung eines manipulierten Werkzeugs beim Gewinderollen, durch eine Spurverstellung beim Gewindewalzen sowie durch Beizen mit verdünnter Salzsäure eingebracht. Die eingebrachten Oberflächenfehler wurden nach DIN EN 26157-3:1991-12 hinsichtlich deren Unzulässigkeit untersucht. Weiterhin wurde die Dauerfestigkeit der Schrauben im Vergleich zu Schrauben ohne gezielt eingebrachte Oberflächenfehler im Dauerschwingversuch bestimmt.

Die eingebrachten Oberflächenfehler befinden sich hauptsächlich an der Gewindeflanke und nur selten im Gewindegrund. Der Anteil der Überwalzungen, welche nach DIN EN 26157-3:1991-12 unzulässig sind, liegt bei allen Varianten mit gezielt eingebrachten Oberflächenfehlern höher als bei den Referenzschrauben. Die Ergebnisse der Schwingversuche zeigen, dass die ermittelten Dauerfestigkeiten bei allen Varianten mit gezielt eingebrachten Oberflächenfehlern im Vergleich zu den Varianten ohne eingebrachten Oberflächenfehlern abgemindert sind, teilweise zeigen sich auch keine Unterschiede. Trotz der vorhandenen Abminderung liegt bei den meisten Varianten die Dauerfestigkeit über den nach VDI 2230 berechneten Werten. Die Risse aller Schwingbrüche werden an mehreren Stellen der Oberfläche im Gewindegrund initiiert und gehen nicht von den eingebrachten Oberflächenfehlern aus, da sich die nach DIN EN 26157-3:1991-12 unzulässigen Oberflächenfehler bei den meisten Varianten an den Gewindeflanken befinden. Somit dienen die Oberflächenfehler bei den hier durchgeführten Untersuchungen nicht als Ausgangsdefekt zur Rissinitiierung. Die teilweise festgestellte Abminderung der Dauerfestigkeit ist daher wahrscheinlich auf die Oberflächenbeschaffenheit im Gewindegrund selbst zurückzuführen. Oberflächenfehler an den Gewindeflanken sind auf Basis der durchgeführten Untersuchungen hingegen als unkritisch anzusehen, da diese keinen negativen Einfluss auf die Dauerfestigkeit zeigen und nicht als Ausgangsdefekte der Schwingbrüche dienen.

Das IGF-Vorhaben 19290 N der Forschungsvereinigung Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Langfassung des Abschlussberichtes kann bei der FSV, Goldene Pforte 1, 58093 Hagen, angefordert werden.