Entwicklung einer Richtlinie für die Auslegung von Direktschraubverbindungen in Vulkanfiber
Creators: name: Mittendorf, Roman-Marius
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2016
Subjects: subject: Auslegungstool
subject: Gewindetragfähigkeit
subject: Maschinenelemente
subject: Richtlinie
subject: Schraubenverbindung
subject: Vulkanfiber
subject: 620
subject: 670
subject: Maschinenelement
subject: Schraubenverbindung
subject: Vulkanfiber
subject: Richtlinie

description: Die Suche nach alternativen ressourcengerechten Werkstoffkonzepten für petrochemische Kunststoffe ist eine der wichtigsten Aufgaben des 21. Jahrhunderts. Ein Werkstoff, der mit den Eigenschaften technischer Kunststoffe vergleichbar ist, ist Vulkanfiber. Die Vulkanfiber ist ein in der Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelter Schichtwerkstoff, welcher aus Cellulose in Form von mehreren Spezialpapierlagen durch Pergamentierung hergestellt wird. Als Folge der rasanten Entwicklung petrochemischer Kunststoffe im Zeitraum zwischen 1930 und 1950 fehlen im Bereich der Vulkanfiber grundlegende materialwissenschaftliche Untersuchungen sowie Richtlinien hinsichtlich der Weiterverarbeitung und Fügemöglichkeiten. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Richtlinie zur funktions- und betriebssicheren Auslegung einer sta-tisch-zentrisch-zugbeanspruchten Direktschraubverbindung von Vulkanfiberbauteilen unter gleichzeitiger Berücksichtigung der klimatischen Einsatzbedingungen. Grundvoraussetzung für die Planung, Durchführung und Interpretation von wissenschaftlichen Untersuchungen am Werkstoff Vulkanfiber ist eine hinreichende Kenntnis der Hygroskopizität. In Voruntersu-chungen werden der Feuchtigkeitsgehalt sowie der zeitliche Verlauf des Konditionierungsprozesses unter Einsatz gravimetrischer Messverfahren charakterisiert. Zugleich wird der hyg-rische Längenausdehnungskoeffizient der Vulkanfiber bestimmt. Während der Hauptuntersuchung werden in einem ersten Schritt die Herstellungsverfahren des Gewindebohrens und des Gewindefurchens untersucht. Im Anschluss erfolgt die Charakterisierung der Tragfähigkeit eines Vulkanfiberinnengewindes unter Einsatz der Methode der statistischen Versuchsplanung und Verwendung der Statistiksoftware JMP®. In einer Screening-Analyse werden zunächst die signifikanten Einflussfaktoren identifiziert. Anschließend folgt eine Regressionsanalyse, wobei ein Modell für die Prognose der Gewindetragfähigkeit in Abhängigkeit von der Gewindegröße, der Einschraubtiefe sowie der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit erstellt und validiert wird. Hinsichtlich des Verspannungszustands wird nachfolgend der Zusammenhang zwischen dem Anziehdrehmoment und der resultierenden Vorspannkraft beim Montageprozess untersucht. Des Weiteren erfolgt eine analytische Bestimmung des Kraftverhältnisses der Schraubenverbindung. Hierzu wird eine Parameterstudie in Anlehnung an den Rechnungsgang der VDI-Richtlinie 2230 durchgeführt. Bzgl. der Setz- und Kriechvorgänge erfolgt eine experimentelle Abschätzung des maximalen Vorspannkraft-verlusts. Zusätzlich wird die Thematik des Demontageprozesses viertieft. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen wird letztendlich die Richtlinie zur funktions- und betriebssicheren Auslegung einer Direktschraubverbindung von Vulkanfiberbauteilen entwickelt. Die Richtlinie dient Konstrukteuren und Konstrukteurinnen als Gestaltungs- und Entscheidungshilfe sowie Bewertungsgrundlage bei der konstruktiven Auslegung einer Verbindung zwischen Vulkanfiberkomponenten und stellt zugleich einen essentiellen Schritt zur Reaktivierung des industriellen Interesses am Werkstoff Vulkanfiber als ressourcengerechten Konstruktionswerkstoff dar.