Design and assembly of bolt connections with formed female threads

Kurzdarstellung

Gewindeformende Schrauben gewinnen als Direktverschraubung aufgrund ökonomischer und mechanisch-technologischer Vorteile zunehmend an Bedeutung in der industriellen Anwendung. Nach heutigem Stand der Technik wird die Evaluierung der Betriebsfestigkeit anhand der Durchführung experimenteller Versuche am Originalbauteil realisiert. Zwar ist die Auslegung einer individuellen Fügeverbindung hierdurch möglich, jedoch zu vergleichsweise hohem finanziellen Aufwand. Eine hohe Varianz (bspw. unterschiedliche Vorlochdurchmesser, Einschraubtiefen, Materialpaarungen) kann am einzelnen Prototypenbauteil in der Regel nicht abgebildet werden.

Schwerpunkte des vorliegenden Forschungsprojekts sind die numerische Berechnung und experimentelle Untersuchungen hinsichtlich der Auslegung und Montage gewindeformender Schraubenverbindungen. Für eine schnelle und zuverlässige Berechnung der Direktverschraubung ist die Kenntnis aller wesentlichen Mechanismen bei den Operationen „Umformen“ und „Verspannen“ notwendig. Anhand experimenteller Untersuchungen sollen diese messtechnisch erfasst werden. Parallel wird sowohl der Umform- als auch der Montageprozess mithilfe numerischer Berechnungsmethoden abgebildet und anhand des experimentellen Settings validiert. Darüber hinaus wird die Abgrenzung gegenüber metrischen Standard-Schraubenverbindungen fokussiert, die aus dem Stand der Technik und den produktspezifischen Eigenschaften resultiert.

Aus den gewonnenen Erkenntnissen soll eine wissenschaftlich abgesicherte Berechnungsmethode abgeleitet werden, welche – in Anlehnung an die Richtlinie VDI 2230 – einen praxisorientierten Festigkeitsnachweis für den Anwender liefert und eine sichere Auslegung von Verbindungen mit gefurchtem Gewinde ermöglicht.

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