Einflüsse auf das Vorspannkraftrelaxationsverhalten von Schraubenverbindungen im Leichtbau
Jens-Michael Peth
Der Schädigungsmechanismus der Vorspannkraftrelaxation von Schraubenverbindungen führt zu einer Reduktion der Restvorspannkraft im Betrieb und damit im schlimmsten Fall zu einem vollständigen Funktionsverlust der Verbindung.
Dabei nimmt die Gefahr der Vorspannkraftrelaxation bei Einsatz temperatursensitiver Leichtbaumaterialien wie Aluminium in Klemm- und Muttergewindekörpern – insbesondere in Verbindung mit hoch ausgenutzten Stahlschrauben – stark zu. Derzeit gibt es weder eine Möglichkeit zur Abschätzung des zu erwartenden Vorspannkraftverlusts noch Gestaltungshinweise zur Minimierung der Vorspannkraftrelaxation.
In dieser Arbeit werden daher praxisrelevante Einfl ussfaktoren auf das Vorspannkraftrelaxationsverhalten von Leichtbauschraubenverbindungen systematisch untersucht. Gegenstand der experimentellen Reihenuntersuchungen sind die Einflussfaktoren Temperatur, Montagevorspannkraft, Klemmlänge, Außendurchmesser, Einschraubtiefe, Kontaktstellenrauheit sowie Werkstoffwahl von Schraube, Klemmteil und Muttergewindebauteil. Erstmalig wird dabei die Bauteilstauchung mithilfe eines in dieser Arbeit entwickelten, optisch-mechanischen Verfahrens betrachtet, um die Vorspannkraftrelaxationsbeiträge von Schraube, Klemmteil und Muttergewindebauteil ermitteln zu können. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden Handlungsempfehlungen zur Auslegung abgeleitet, die eine einfache und praxisrelevante Optimierung von temperaturbelasteten Schraubenverbindungen im Leichtbau ermöglichen.
