A291

Konzept zur Auslegungsmethodik zur Verhinderung des selbsttätigen Losdrehens bei Bauteilsystemen im Leichtbau

Zusammenfassung des Abschlussberichtes zum Forschungsprojekt

Konzept zur Auslegungsmethodik zur Verhinderung des selbsttätigen Losdrehens bei Bauteilsystemen im Leichtbau 

(A 291 S 24/10216/14)

Laufzeit der Forschungsarbeiten:     1. Juli 2015 – 31. Dezember 2017

Das selbsttätige Losdrehen von Schraubenverbindungen ist ein Schädigungs­mechanismus, der bei dynamisch beanspruchten Systemen auftreten kann. Trotz umfangreicher Untersuchungen und vieler Einzelbeiträge in den letzten Jahr­zehnten gibt es keine anerkannte und anwendbare Möglichkeit, Schrauben­ver­bindungen in einem frühen Produkt­ent­wicklungs­prozess hinsicht­lich des Los­drehens zu beurteilen.

In diesem Projekt wurde eine mögliche Auslegungsmethodik auf analytisch-numerischer Basis anhand einer realen Mehrschraubenverbindung aus dem Fahrwerksbereich aufgezeigt. Diese zweistufige Methodik ist so abgestimmt, dass dem Wunsch der Industrie nach möglichst vereinfachten numerischen Modellen und einem analytischen Bewertungsverfahren, das die Losdrehneigung der einzelnen Schrauben untereinander aufzeigt, Rechnung getragen wird, sowie einer Detailanalyse mittels eines komplexeren Detailmodells, das exaktere Aussagen bezüglich des Losdrehens tätigen kann. In der Langfassung des Abschlussberichtes wird dargestellt, welche Probleme bei der numerischen Bestimmung des Losdrehens auftreten und wieso Anwender­erfahr­ung bei der Beurteilung der Ergebnisse notwendig ist. Wie die Untersuchungen ergeben haben, gibt es Mehrschraubenverbindungen, deren Losdreh­neigung nicht ohne weiteres numerisch vorhergesagt werden kann. Die Methodik eignet sich insbesondere dann, wenn verschiedene Konstruktionsvarianten und Maßnahmen hinsichtlich des Losdrehens gegeneinander abgewägt werden sollen. Eine verlässliche Aussage ist nur zu treffen, wenn experimentelle Ergeb­nisse des Systems vorliegen – jedoch können diese Ergebnisse auf hinreichend ähnliche Systeme zum Variantenvergleich übertragen werden.

Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen konnten verschiedene Phänomene des Losdrehens messtechnisch erfasst werden. So dreht sich eine Schraube auch dann los, wenn der Schraubenkopf nicht global abgleitet, sondern lediglich elastische Bewegungen des Kontakts auftreten. Desweiteren wurde das partielle Losdrehen, das nur einen Teil der Vorspannkraft abbaut und danach in einen stabilen Zustand übergeht, untersucht. Hierfür konnte ein neuer Mechanismus nachgewiesen werden, der Hinweise auf die Gestaltung der Schraubenumgebung und Montage in Hinblick auf die Minimierung dieses Phänomens gibt.

Desweiteren konnte gezeigt werden, dass schon Kopfdrehwinkelgradienten von unter 0,0015° pro Schwingspiel zum kompletten Losdrehen einer Schrauben­verbindung führen können und damit um ca. eine Größenordnung kleiner sind, als bisher angenommen. Dennoch kann ebenfalls gezeigt werden, dass diese geringen Gradienten und damit Vorspannkraftverluste nicht die Möglichkeit einer Lebensdauervorhersage von Systemen bietet, in denen Losdrehen bewusst zugelassen wird. Dies ist insbesondere den multiplen Einflussfaktoren auf das Phänomen zuzuschreiben, die zu großen Streuungen führen und ebenfalls ausführlich im Bericht thematisiert werden.

Forschungsstellen:

Institut für Konstruktion

Lehrstuhl für Maschinenelemente, Verbindungstechnik und Produktinnovation, Siegen

Forschungsleiter:                         

Prof. Dr.-Ing. C. Friedrich

vorgelegt von: Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT) des Verbandes der Automobilindustrie (VDA)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF