Gewindeverbindungen örtlich

FKM 2010Heft Nummer 309Vorhaben Nr. 279
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Kurzfassung:

Gewindeverbindungen gehören zu den wichtigsten Verbindungen im Maschinenbau. Für Bauteile stellen Gewinde jedoch scharfe Kerben dar, die aufgrund der hohen Kerbwirkung versagenskritisch gegenüber einer zyklischen Beanspruchung sein können. Die Schwingfestigkeit der klassischen Schraube-Mutterverbindung kann sehr gut durch das Nennspannungskonzept beschrieben werden, allgemeine Gewindeverbindungen dagegen können bisher jedoch nur schwer durch bestehende Schwingfestigkeitskonzepte bewertet werden.
Für die Auslegung von allgemeinen Gewindeverbindungen ist es entscheidend ein Konzept zu besitzen, das die speziellen Beanspruchungsbedingungen im Gewinde hinreichend genau berücksichtigt. Hierzu kann das seit einigen Jahrzehnten bekannte Kerbspannungskonzept herangezogen werden. In Bezug auf die örtliche Bewertung von Gewindeverbindungen gibt es bisher jedoch nur wenige Erfahrungen.
In diesem Vorhaben konnte gezeigt werden, dass sich das Örtliche Konzept auf allgemeine Gewindeverbindungen unter hohen Vorspannungen und konstanten Amplituden treffsicher anwenden lässt. Eine Auswertung nach Hauptspannungen und eine Bewertung mit dem Schädigungsparameter stellte sich als am zutreffendsten heraus. Ein einfaches Konzept zur Berücksichtigung von örtlichen Relaxationsvorgängen wird dargestellt. Zur treffsicheren Abbildung des Zeitfestigkeitsbereiches sind außerdem die Rissfortschrittsschwingspielzahlen zu berücksichtigen.
Das Bewertungskonzept wird sowohl für klassische Schraube-Mutterverbindungen als auch für Gewindeverbindungen, bei denen die Mutter versagt, angewendet und anhand versuchstechnisch ermittelter Wöhlerlinien verifiziert. Für sämtliche Verbindungstypen zeigt sich eine gute Übereinstimmung der theoretisch vorhergesagten Bruchwöhlerlinien mit den experimentell ermittelten Referenzwöhlerlinien.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.
Berichtsumfang:
180 S., 235 Abb., 47 Tab., 57 Lit. Beginn der Arbeiten:
01.10.2007
Ende der Arbeiten:
31.03.2010
Zuschussgeber:
BMWi / AiF 15365 N
Forschungsstelle:
Institut für Werkstoffkunde, TU-Darmstadt,
Leiterin: Frau Prof. Dr. C. Berger
Bearbeiter und Verfasser:
Dipl.-Ing. R. Schneider, Dr.-Ing. U. Wuttke
Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-Ing. S. Issler, Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen
Vorstandsvorsitzender FKM:
Dipl.-Ing. H. Linn, LINN HIGH Therm GmbH, Hirschbach