Ermittlung des selbsttätigen Losdrehens bei Mehrschraubenverbindungen

Schraubenverbindungen sind ein wichtiger Bestandteil in nahezu allen technischen Systemen. Durch die zunehmende Leistungssteigerung und die gleichzeitige Leichtbauoptimierung von Schraubenverbindungen muss dem seit vielen Jahrzehnten bekannten Phänomen des selbsttätigen Losdrehens verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet werden. Ursächlich für den Losdrehmechanismus ist das Torsionsmoment im Schraubenschaft (resultierend aus dem Gewindesteigungsmoment). Das Torsionsmoment kann bei lastbedingt wiederholt auftretenden Relativverschiebungen an den Kontaktflächen zur allmählichen Rotation der Schraube oder der Mutter in Losdrehrichtung führen. Damit verbunden ist ein Vorspannkraft- und in Folge dessen ein Funktionsverlust der Schraubenverbindung. Eine Abschätzung der Losdrehgefahr von hochbelasteten Mehrschraubenverbindungen schon im Entwicklungsprozess ist durch den frühzeitigen Einsatz von CAE-Techniken, insbesondere numerischen Simulationen, möglich. Der Mechanismus des selbsttätigen Losdrehens ist hierzu im Simulationsmodell zu berücksichtigen. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Konzeptabsicherung zunehmend numerisch zu behandeln, was bisher nur mit experimentellen Untersuchungen erfolgen konnte. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und numerische Untersuchungen an Ein- und Mehrschraubenverbindungen für unterschiedliche Belastungen durchgeführt. Der Einfluss von geometrischen und technischen Größen, wie bspw. der Klemmlänge, der Einschraubtiefe, der Biegenachgiebigkeit des verspannten Bauteils usw. werden in Parameterstudien untersucht und ihre mögliche Bedeutung für das selbsttätige Losdrehen aufgezeigt. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit bildet die Untersuchung des Losdrehverhaltens unter kombinierter Belastung aus einer Überlagerung von Translation und Rotation. Die Arbeit gibt eine systematische Darstellung der funktions- und betriebssicheren Auslegung gegenüber selbsttätigem Losdrehen. Damit wird es möglich, bereits im Auslegungsprozess bei der Produktentwicklung das selbsttätige Losdrehen zu berücksichtigen. Ebenso können für Schadensfälle schnelle zielgerichtete Abhilfemaßnahmen erarbeitet werden.