KI empfiehlt das optimale Anzugsmoment
Schraubenverbindungen stellen eine der am häufigsten eingesetzten Verbindungselemente dar. Flexible Einsatzmöglichkeiten, kostengünstige Montage sowie Lösbarkeit und Elastizität zählen zu den Vorteilen der Schraubverbindung. Mit Hilfe digitaler Lösungen unter Einbeziehung von KI-Methoden kann die Berechnung dieser Verbindungen zeitsparender, effektiver und mit hoher Sicherheit durchgeführt werden. Denn KI kann dem Konstrukteur bereits vor dem Berechnungsprozess detaillierte Vorschläge unterbreiten.
Das System der Schraubenverbindung in der VDI 2230
Die vorgespannte Schraubenverbindung stellt ein unbestimmtes System dar, das nur unter Berücksichtigung der Verformungen, Steifigkeiten und dem Krafteinleitungsort erfasst werden kann. Realisiert wird dies in der VDI 2230 mittels eines Federmodells, des Anziehfaktors und des Krafteinleitungsfaktors. Zur Interpretation der Ergebnisse wird eine grafische Aufarbeitung im Verspannungsschaubild vorgeschlagen.
Das System der Schraubenverbindung in der VDI 2230
Die derzeitige Berechnung von Schraubenverbindungen nach VDI 2230 bedeutet für den Konstrukteur, eine Fülle an Einflüssen und deren gegenseitige Beeinflussung zu berücksichtigen, was umfangreiches Wissen und Erfahrung verlangt. Die Komplexität in der Anwendung der Richtlinie sollte nicht unterschätzt werden, denn der Berechnende muss sich intensiv mit den Eingabegrößen (Belastungen, Werkstoffe, Krafteinleitungsfaktor) auseinandersetzen.
Das System der Schraubenverbindung in der VDI 2230
Durch die Einbindung digitaler Lösungen, die auf Methoden von KI-Netzen beruhen, kann der Anwender bereits in einer frühen Phase der Konstruktion Empfehlungen auf Basis eines umfangreichen Datensatzes abrufen. Zur Ermittlung eines optimalen Verspannungszustandes kann die KI unterstützen, um noch während der Auslegung das optimale Anzugsmoment vorzuschlagen, basierend auf der Ausnutzung der Streckgrenze beim Anziehen.
Die von der KI vorgeschlagene Empfehlung beruht auf einer umfangreichen Datensammlung an Festigkeitsberechnungen nach VDI 2230 Blatt 1, die nachdem die geeigneten Wertebereiche und Varianz der Einflussgrößen bestimmt worden sind, in einem Filterprozess die relevanten Berechnungen mit einem ausgewogenen Verspannungszustand selektiert. Anhand dieser selektierten Datensammlung kann die KI Lösungen für den optimalen Verspannungszustand mit sehr hoher Genauigkeit vorschlagen. Diese Lösungen erfüllen alle fünf Sicherheiten:
- Sicherheit gegen Überschreiten der Fließgrenze (Schraube)
- Sicherheit gegen Dauerbruch (Schraube)
- Sicherheit gegen Überschreiten der Flächenpressung (Platte)
- Sicherheit gegen Klaffen
- Sicherheit gegen Gleiten
Fazit
Die Berechnung von Schraubenverbindungen nach VDI 2230 erfolgt derzeit meist in einem linearen Prozess, in dem der Konstrukteur Eingabegrößen in der Berechnung eingibt, diese berechnet und im Anschluss das Ergebnis interpretiert. Ist dieses nicht zufriedenstellend, müssen Eingabegrößen variiert werden und der Prozess beginnt mit einer neuen Iterationsschleife.
KI-Lösungen können hier unterstützen, indem sie diesen linearen Prozess durchbrechen. Da sie über die Daten aus Millionen von durchgeführten Berechnungen verfügen, können sie in Sekundenschnelle bereits bei der Eingabe das Ergebnis prognostizieren und möglichst optimale Einflussgrößen (wie z.B. den optimalen Verspannungszustand) vorschlagen.
KI-Anwendungen können im Konstruktionsprozess Zeit einsparen, die Sicherheit der Konstruktion erhöhen und bei der Berechnung von Maschinenelementen unterstützen, ohne dass der Anwender über umfangreiche Kenntnisse der jeweiligen Richtlinie verfügen muss. So wird es zukünftig auch für Aufgaben in der Konstruktion und Entwicklung mehr marktreife Anwendungen geben, die Konstrukteuren hilfreich zur Seite stehen werden.
