The aim of the research study is to investigate the increase of the load-bearing capacity by utilising a shear-/bearing loaded joint for both, the static and the fatigue strength verification of flow drill screwed aluminium components. The focus is set on load-bearing capacity investigations for bolted joints in aluminium profiles with sheet thicknesses from 3 mm to 7 mm, as they are commonly used in extruded aluminium profiles for supporting structures in rail vehicles. A decisive obstacle for the utilisation of the economic potential of directly bolted connections is the lack of design rules and load capacity verifications. As research objectives, the existing deficit of an analytically unified design and the lacking determination of the load-bearing capacity of directly bolted aluminium components must be eliminated. Considering the process chains of railway vehicle manufacturing, this is an economical advantage for the many supplier companies in the business.

ZusammenfassungIm Maschinenbau sowie im Stahl- und Metallbau gehört das Verschrauben zu den am weitesten verbreiteten Verfahren, um einzelne Bauteile miteinander zu fügen. Einerseits gewährleisten Verschraubungen eine flexible Montage und Demontage auch abseits von Fertigungs- und Werkstattkapazitäten auf Baustellen oder im „Feld“. Andererseits sind große Konstruktionen in zerlegbaren Baugruppen einfacher transportabel, was einen entscheidenden logistischen Vorteil geschraubter Verbindungen darstellt. Verglichen mit Schweißkonstruktionen entfällt beim Schrauben zudem eine Wärmeeinbringung in die Bauteile. Veränderungen des Werkstoffgefüges, Bauteilverzug sowie die Vor- und Nacharbeiten am Korrosionsschutz müssen bei Schraubenverbindungen nicht in besonderem Ausmaß berücksichtigt werden. Auch das Fügen unterschiedlicher Werkstoffe gelingt mit Schraubenverbindungen vorteilhaft. Neben den Vorteilen müssen jedoch auch die inhärenten Nachteile erwähnt werden. Verschraubungen sind im Allgemeinen auf eine Vorspannkraft angewiesen. Als nachteilig ist anzusehen, dass die Vorspannkraft hierbei stark vom gewählten Montageverfahren abhängt und u. U. starke Streuungen aufweist. Um ein selbsttätiges Losdrehen zu unterbinden, werden bisweilen Keilsicherungsscheiben als wirksame Sicherungsmaßnahme für Verschraubungen eingesetzt. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse aus Drehmoment/Vorspannkraft-Versuchen mit Keilsicherungsscheiben vor. Hierfür wird der Auflagereibdurchmesser unter Berücksichtigung der Auflagereibungsmomente in Abhängigkeit der Montagevorspannkraft experimentell bestimmt und ausgewertet.

Inhalt Dieser Beitrag behandelt die systematische experimentelle Untersuchung zur axialen Tragfähigkeit selbstschneidender Gewindeeinsätze in den Abmessungen M20 und M24 für den Einsatz in Aluminiumlegierungen. Um die volle Tragfähigkeit geschraubter Verbindungen nach dem Konstruktionsprinzip der abgestimmten Tragfähigkeit nutzen zu können, sind diese Kenntnisse unerlässlich. Anhand axialer Zugversuche wird der Einfluss der Konstruktionsparameter Randabstand, Einschraubtiefe, Durchgangslochdurchmesser sowie der Werkstofffestigkeit abgeleitet. Neben dem Vergleich der Abstreiftragfähigkeit konventionell geschnittener Gewinde, wird zudem überprüft, ob eine Übertragung der von Alexander gewählten Theorie der Scherzylinder auch für den Gewindeeingriff zwischen selbstschneidendem Gewindeeinsatz und der Aluminiumlegierung zielführend ist. Dies betrifft einerseits eine Prognose der sich einstellenden Versagensform als auch die rechnerische Ermittlung der Abstreiftragfähigkeit. Abschließend wird festgestellt, dass eine Anwendung der Scherzylindertheorie in bestimmten Abmessungsbereichen eine zuverlässige rechnerische Abschätzung erlaubt.