Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)

Untersuchungen an Leichtbauschrauben

Die Gewichtsreduzierung ist ein wesentliches Ziel, welches heute in vielen Bereichen der Industrie, vor allem im Fahrzeugbau gefordert wird. Dies führt immer häufiger zum Einsatz von Magnesiumbauteilen.

Eines der wesentlichen Themen beim Einsatz von Magnesiumbauteilen sind die Vorspannkraftverluste, die gerade auch bei üblichen Betriebstemperaturen aufgrund der Kriech- und Relaxationsneigung des Werkstoffs verstärkt auftreten. Untersuchungen dazu werden normalerweise an vorgespannten Schraubenverbindungen und Auslagerung bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, wobei der Verlauf der Vorspannkraft oder die nach einer bestimmten Zeit noch vorherrschende Vorspannkraft im Verhältnis zur Montagevorspannkraft als charakteristische Größe bestimmt wird.

Neben der Vorspannkraft werden Schraubenverbindungen im Betrieb häufig durch konstante und oft durch dynamische bzw. zyklische Kräfte beansprucht.

Des Weiteren werden heute bereits häufig Gewindeeinsätze in Leichtmetallbauteilen verwendet, um die Leistungsgrenze, die Verschleißfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit aber auch die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen oder Zusatzfunktionen – z. B. eine Verliersicherung durch Schraubenklemmung – zu realisieren.

Die Versuchsanlage:

Für die dynamischen Prüfungen von mechanischen Verbindungselementen steht am Lehrstuhl eine Hochfrequenz-Hydropulsanlage vom Typ VHF07 der Firma Schenck zur Verfügung.

Die Kraft- bzw. Wegregelung erfolgt über den Messtechnik-Rechner, der auch der Messdatenerfassung dient.

Für die Untersuchungen von Schraubenverbindungen bei dynamischer Belastung wurde eine spezielle Vorrichtung entwickelt. Die Krafteinleitung erfolgt über Zugglocken auf den Probenkörper. Die Temperierung wird durch geregelte Heizfolien realisiert. Über Wirbelstromsensoren kann die Verlängerung der Schraube durch die Betriebslast erfasst werden.

Beispiele für bislang durchgeführte Untersuchungen:

Relaxationsverhalten und Vorspannkraftverluste bei der Verschraubung von Magnesiumbauteilen

  • mit Aluminium- und Stahlschrauben
  • unter Verwendung von Gewindeeinsätzen unter dynamischer Belastung bei Raum- und
  • erhöhter Temperaturmit gewindefurchenden Schrauben

   

Literatur:

  • Rosenberger, J.; Sauer, B.: Schraubenverbindungen im Leichtbau – Vorspannkraftverluste bei zyklisch-mechanisch und thermisch belasteten Schraubenverbindungen, VDI-Berichte Nr. 1903, 2005, S. 319-334.
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