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Investigation of the thread coefficient of friction when impact tightening bolted joints

Untersuchung des Gewindereibwerts beim schlagenden Anziehen von Schraubenverbindungen

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Abstract

The friction conditions in bolted joints are decisive for the quality of the tightening process and therefore for the quality of the joint. One of the many influences on the tribological systems in bolted joints is the tightening process, which in case of the impact tightening process has not yet been researched fully yet. This paper aims to investigate the differences in thread friction between manual and impact tightening during the tightening process and in relation to the thread friction during the loosening process. A full factorial study with the factors preload and tightening tool, with two factor levels each, was conducted. The measurements were analyzed qualitatively and a linear regression model was derived. The results show for the tests with the torque wrench as expected the approximatively same coefficient of friction (COF) for tightening and loosening of the bolted joint. Whereas for the impact wrench it is shown that the COF while tightening is in average 70% higher than the corresponding coefficient of friction while loosening. To depict the correlation of the tightening thread COF with the loosening thread COF a factor λ is introduced and is going to be investigated in further research.

Zusammenfassung

Die Reibungsbedingungen in Schraubverbindungen sind entscheidend für die Qualität des Anziehvorgangs und damit für die Qualität der Verbindung. Einer der vielen Einflüsse auf die tribologischen Systeme in Schraubverbindungen ist der Schraubprozess, der im Falle des schlagenden Anziehens noch nicht vollständig erforscht ist. Dieser Beitrag zeigt die Unterschiede in der Gewindereibung zwischen manuellem und schlagendem Anziehen während des Anziehprozesses und in Bezug auf die Gewindereibung während des Lösens. Es wurde eine vollständige faktorielle Studie mit den Faktoren Vorspannkraft und Anziehwerkzeug mit jeweils zwei Faktorstufen durchgeführt. Die Messungen wurden qualitativ analysiert und ein lineares Regressionsmodell abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen für die Prüfungen mit dem Drehmomentschlüssel erwartungsgemäß den annähernd gleichen Reibungskoeffizienten (COF) zum Anziehen und Lösen der Schraubverbindung. Beim Schlagschrauber hingegen wird gezeigt, dass der COF beim Anziehen durchschnittlich 70 % höher ist als der entsprechende Reibungskoeffizient beim Lösen. Um die Korrelation von Löse- und Anzieh- Gewinde-COF darzustellen, wurde ein Faktor λ eingeführt, der in weiteren Untersuchungen untersucht werden soll.

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Authors and Affiliations

  1. IPEK - Institut für Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Kaiserstraße 10, 76131, Karlsruhe, Germany

    A. Wettstein & S. Matthiesen

Authors
  1. A. Wettstein
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  2. S. Matthiesen
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Wettstein, A., Matthiesen, S. Investigation of the thread coefficient of friction when impact tightening bolted joints. Forsch Ingenieurwes 84, 55–63 (2020). https://doi.org/10.1007/s10010-019-00392-z

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