Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Experimentelle und numerische Untersuchung zur Berücksichtigung der Stützwirkungseffekte in der Schwingfestigkeit biegebeanspruchter vorgespannter Schraubenverbindungen

Schrauben sind die wichtigsten lösbaren mechanischen Verbindungselemente und werden aufgrund ihrer einfachen Montage und Demontage sehr häufig zur Verbindung von Bauteilen im Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau sowie in anderen Industriezweigen insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) eingesetzt. In der industriellen Praxis lassen sich Querschiebungen und ein partielles Aufklaffen der Trennfugen nicht immer sicher vermeiden, wodurch mehr oder weniger große Biegebeanspruchungen in den Schrauben auftreten, die sich der Vorspannung überlagern. Die Schraubenverbindungen sind im Betrieb einer Kombination aus Axial- und Biegebeanspruchungen ausgesetzt. Eine große Anzahl an Verbindungen dieser Art sind beispielsweise in der Automobilindustrie - Pleuellager- und Zylinderdeckel-, Rad- und Batterieverschraubungen in der Elektromobilität. Aber auch in Windkraftanlagen, Hochdruckbehältern, Flanschverschraubungen etc. treten Biegebelastungen auf. Die lokalen Effekte, die sich aufgrund der Belastungen einstellen werden nach den aktuellen Normen und Richtlinien nicht berücksichtigt. Für die Schwingfestigkeit einer Schraubenverbindung sind die lokalen Effekte, mehrachsiger Spannungszustand und Stützwirkungseffekte infolge von Spannungsgradienten, jedoch von entscheidender Bedeutung. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es daher die lokalen Effekte infolge Biegebeanspruchung auf die Schwingfestigkeit vorgespannter Schraubenverbindungen experimentell und numerisch zu untersuchen und darauf basierend eine Bemessungsmethodik abzuleiten, die eine zuverlässige Bewertung der Schwingfestigkeit ermöglicht. Zur Erreichung des Projektziels wird im Rahmen dieser Forschung die der Axialbeanspruchung überlagerten Biegebeanspruchung hinsichtlich der Schwingfestigkeit von Schraubenverbindungen experimentell und numerisch untersucht und bewertet. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die Ableitung des allg. Bemessungskonzepts für die Anwendung in der Industrie (KMU).