Analyse und Simulation tangential-schlagender Anziehprozesse : Ein tribologisches Simulationsmodell zur Beschreibung von Schraubenanziehverfahren = Analysis and Simulation of Impact Tightening Processes : A Tribological Simulation Model to Describe Bolt Tightening Processes

Beim tangential-schlagenden Anziehprozess treten aufgrund der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Schraubenverbindung und Anziehsystem große Streuungen auf. Bei der Auslegung von Schraubenverbindungen führt dies immer zu einer Überdimensionierung und damit können Leichtbaupotenziale und Ressourceneffizienz nicht vollständig genutzt werden. Durch eine an den spezifischen Prozess angepasste Regelung des Anziehprozesses kann die Streuung verringert werden, deshalb wird in dieser Arbeit ein Mehrkörpermodell als Grundlage für die Entwicklung einer intelligenten Regelung des tangential-schlagenden Anziehprozesses entwickelt. ... mehrKern dieses Modells ist das Schraubenverbindungsmodell, welches das tribologische Verhalten der Schraubenverbindung in Interaktion mit dem Tangential-Schlagwerk abbildet. Mit dem dafür entwickelten Schrauben-Tribologie-Prüfstand wird es erstmals möglich, diese Interaktionen sowie Gewinde- und Kopfreibmoment während des tangential-schlagenden Anziehprozesses zu erfassen. In einer Studie wird der Einfluss von Vorspannkraft, Schmierzustand in der Schraubenverbindung und Motordrehzahl auf den Anziehprozess von Schraubenverbindungen untersucht. Es wird gezeigt, dass der Mittelwert des Kopf- und des Gewindereibwerts während des Anziehens um ca. 80% der Ausgangswerte abnimmt. Auf Basis dieser und weiterer Erkenntnisse wird in dieser Arbeit das Schraubenverbindungsmodell entwickelt und durch eine Monte-Carlo-Simulation validiert. Mit dem entwickelten Modell kann der tangential-schlagende Anziehprozess abgebildet und eine probabilistische Vorhersage über die Schlagzahl gemacht werden. Außerdem zeigt das Modell Potentiale zur Weiterentwicklung der Modelle zur Abbildung des tribologischen Kontakts auf und bietet die Möglichkeit als Grundlage für die Entwicklung von Regelungen zu dienen, welche durch Adaption an die Schraubenverbindung die Streuung reduzieren.

During the impact tightening process, large scattering occurs due to the dynamic interactions between the screw connection and the tightening system. As a result, over-dimensioning is necessary when designing bolted joints, which makes lightweight d-sign and resource efficiency impossible. The scatter can be reduced by a better control of the tightening process. Therefore, in this thesis a multi-body model is developed as a basis for the development of an intelligent control of the tangential tightening process. The core of this model is the screw-connection model, which maps the tribological behavior of the screw connection in interaction with the tangential impact mechanism. ... mehrWith the specially developed screw tribology test rig it is now possible to measure these interactions as well as the thread and head frictional torque during the tangential impact tightening process. In a study, the influence of preload force, lubrication and engine speed on the tightening process of bolted joints is investigated. It is shown that the mean value of the head and thread friction coefficients decreases by approx. 80% of the initial values during the tightening process. Based on this and other findings, the bolt connection model is developed in this thesis and validated by a Monte Carlo simulation. With the developed model, the tangential-beating tightening process can be depicted and a probabilistic prediction of the number of impacts can be made. In addition, the model shows potentials for further development by further research of the tribological contacts and offers the possibility to serve as a basis for the develop-ment of controls which reduce the scatter by adapting to the screw connection.