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Florian Peinhardt

• Schraubenverbindungen sind in der Technik als Verbindungselement nicht mehr wegzudenken. Die Voraussetzung für eine sichere Auslegung von Schraubenverbindung ist, dass alle anliegenden Kräfte und Momente bekannt sind. Die Vorspannkraftüberwachung von kritischen Schraubenverbindungen oder zur Analyse von Schadensfällen ist mittlerweile in der Industrie eine übliche Methode. ZurSchraubenverbindungen sind in der Technik als Verbindungselement nicht mehr wegzudenken. Die Voraussetzung für eine sichere Auslegung von Schraubenverbindung ist, dass alle anliegenden Kräfte und Momente bekannt sind. Die Vorspannkraftüberwachung von kritischen Schraubenverbindungen oder zur Analyse von Schadensfällen ist mittlerweile in der Industrie eine übliche Methode. Zur Vorspannraftüberwachung hat die „Forschungsgruppe Schraubenverbindungen“ der Hochschule Offenburg eine Sensorschraube entwickelt welche über drei Dehnungsmesstreifen auf dem Schraubenkopf die axial wirkende Schraubenvorspannkraft zuverlässig messen kann. Jedoch gibt es abseits von aufwändigen Laboraufbauten derzeit keine Möglichkeit, das auf eine Schraubenverbindungen wirkende Biegemoment überwachen zu können. Hierfür wird im Rahmen dieser Masterthesis untersucht, ob mit den Sensorschrauben der Hochschule Offenburg die anliegende Biegespannung detektiert und gemessen werden kann. Hierzu wurde in einem ersten Schritt ein detailliertes FEM Modell der Sensorschraube, inklusive multilinearem Materialmodell anhand von Zugversuchen, erzeugt und durch Vorversuche verifiziert. Durch dieses Modell konnte die Dehnung an den DMS-Positionen nachgestellt und verschiedene Einflüsse auf das Verformungsverhalten identifiziert werden. In diesen Simulationen zeigte sich unteranderem, dass ein wirkendes Biegemoment auf die Schraubenverbindung eindeutig über die drei DMS-Positionen gemessen und sogar die Richtung der angreifenden Kraft bestimmt werden kann. Es zeigte sich jedoch auch, dass die Krafteinleitung in die Schraubenkopfauflage einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisqualität der Sensorschraube hat. Um die Sensorschrauben mit einem definierten Biegemoment belasten zu können wird eine analytisch gut beschriebene L-Stoß-Verbindung als Prüfvorrichtung konstruiert und gefertigt. Durch ausführliche Finite-Elemente-Berechnungen an dieser Vorrichtung konnten die Dehnungen der einzelnen Messgitter abhängig von der anliegenden Biegespannung bestimmt werden. Mit anschließenden realen Versuchen werden die simulierten Belastungen nachgebildet. Obwohl die Reaktionen der DMS-Signale auf das anliegende Biegemoment eindeutig erkennbar sind, war eine Quantifizierung des Momentes nicht möglich, da die allgemeine Signalstreuung der DMS überwiegt. Zurückzuführen ist die Messwertstreuung auf Imperfektionen der Schraube, der Sensorik und der Prüfvorrichtung. Durch weitere Simulationen konnte festgestellt werden, dass mit längeren Messgittern die Dehnungseffekte aufgrund des Biegemomentes deutlicher abgebildet werden können. Dies deutet darauf hin, dass mit einer abweichenden Messgittergeometrie das Biegemoment vermutlich ausgewertet werden kann. Weiterführende Untersuchungen hierzu sollen dies zeitnah bestätigen.…