Untersuchung des Vorspannkraftverhaltens bei Kunststoff-Direktverschraubungen

Abstract

Für die Konstruktion von Kunststoffbauteilen werden als kostengünstige Verbindungsart vermehrt Direktverschraubungen mit gewindeformenden Metallschrauben eingesetzt. Diese Art der Verbindung erlaubt eine spanlose Formgebung des Gewindes und minimiert das Risiko des selbsttätigen Lösens der Schraube. Nachteilig wirkt sich die zeitabhängige Abnahme der Vorspannkraft, bedingt durch das viskoelastische Materialverhalten von Kunststoffen, auf eine solche Verbindung aus. Die Vorspannkraft ist die qualitätsbestimmende Größe der Direktverschraubung und sollte über den gesamten Produktlebenszyklus ausreichend vorhanden sein. In dieser Arbeit werden daher analytische und experimentelle Untersuchungen zur Vorspannkraftabnahme in Abhängigkeit der Zeit durchgeführt. Einflussfaktoren, die sich auf das Vorspannkraftverhalten auswirken, wie Relaxation, Belastungsart, -dauer und -geschwindigkeit, sowie das Nachziehen der Direktverschraubung und die sich daraus ergebenden Belastungsunterschiede, werden in experimentellen Untersuchungen betrachtet und die Ergebnisse interpretiert.

Self-tapping screw connections with threaded metal screws are increasingly used as a cost efficient connection type for the engineering design of plastic components. On the one hand this type of connection tolerates a non-cutting forming of the thread and minimizes the risk of loosening the screw connection. On the other hand time related decline of the preload has a negative impact on the connection due to the visco-elastic material behaviour of plastic. Besides the preload is the main parameter to determine the quality of direct screws. Therefore it should be sufficiently available during the whole product life cycle. In this work, analytical and experimental research about the reduction of the preload according to the time has been made. The results of the experimental investigations about the influencing factors that affect the preload such as relaxation, loading type, loading duration, loading rate, retightening of the direct screw and the resulting loading differences have been considered and interpreted.