Einleitung. Wir hoffen, dass auch dieses Büchlein wie sein Vorgänger den Weg in zahlreiche Hemdtaschen findet und seinen Benutzern hilfreich ist.

Transkript

1 Schrauben-Brevier

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3 Einleitung Wer die Schraube erfunden hat, wo, wann und zu welchem Zweck das geschah liegt völlig im Dunkel der Geschichte (s. Kellermann/Treue: Die Kulturgeschichte der Schraube; 2. Aufl. München, Bruckmann 1962). Heute halten Schrauben etwas überspitzt gesagt unsere Zivilisation zusammen. Milliarden von Schrauben werden alljährlich weltweit für die unterschiedlichsten Anwendungen erzeugt. Daraus könnte man etwas vorschnell schließen, daß dieses überall verwendete, allgegenwärtige Maschinenelement keinerlei Probleme für Technik und Wissenschaft mehr stellt. Das dem ganz und gar nicht so ist, zeigt die Fülle der gerade in den letzten zwei Jahrzehnten zum Thema Schrauben veröffentlichten Arbeiten. Dieses Zitat aus der Einleitung zum ersten Schraubenbrevier aus dem Beginn der achtziger Jahre hat auch zum heutigen Zeitpunkt nichts von seiner Aktualität verloren. Mochten die Standardthemen nun auch bis zu einem gewissen Sättigungsgrad abgearbeitet sein, stellten und stellen sich seitdem immer wieder neue Aufgabengebiete. Um den Erkenntnissen aus diesen Bereichen, wie z. B. Werkstoff und Oberflächenschutz sowie der Veränderung der Berechnungsvorschrift Rechnung zu tragen, hat KAMAX das Schraubenbrevier in der gewohnt kompakten Form komplett überarbeitet. Wir hoffen, dass auch dieses Büchlein wie sein Vorgänger den Weg in zahlreiche Hemdtaschen findet und seinen Benutzern hilfreich ist. Homberg, Januar Auflage

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5 Inhaltsverzeichnis Seite 1. Schraubenwerkstoffe und Normen 6 2. Berechnung von Schraubenverbindungen Sichern von Schraubenverbindungen Montage von Schraubenverbindungen Korrosionsschutz und Schmierung Dauerfestigkeitsgerechte Gestaltung Verschiedenes Formelverzeichnis Schrifttum 56

6 1. Schraubenwerkstoffe und Normen 1.1 Mechanische und physikalische Eigenschaften von Schrauben (bei Raumtemperatur) (Auszug aus DIN EN ISO 898-1; Stand 11/99) Festigkeitsklassen Mechanische und physikalische a 9.8 b Eigenschaften d 16 mm c d>16mm c Nennzugfestigkeit R m Nenn N/mm d e min Mindestzugfestigkeit R m N/mm Vickershärte HV min F 98 N max. 220 f Brinellhärte HB min F = 30 (D 2 ) max. 209 f HRB min Rockwellhärte HRC min HRB max. 95,0 f 99,5 HRC max Oberflächenhärte HV 0,3 g untere Streckgrenze Nennwert h R el in N/mm 2 min ,2 %-Dehngrenze Nennwert R p 0,2 i in N/mm 2 min Spannung unter S p /R el o. S P /R p 0,2 0,94 0,94 0,91 0,93 0,90 0,92 0,91 0,91 0,90 0,88 0,88 Prüfkraft S p Bruchdrehmoment M B Nm min. siehe ISO Schrauben-Brevier

7 Bruchdehnung A % min Brucheinschnürung Z % min Festigkeit unter Die Werte unter Schrägzugbelastung für ganze Schrauben (nicht Stiftschrauben) Schrägzugelastung e dürfen die oben angegebenen Mindestzugfestigkeiten nicht unterschreiten Kerbschlagarbeit, KU J min Kopfschlagzähigkeit kein Bruch Mindesthöhe der nicht entkohlten Gewindezone E 1/2 H 1 2/3 H 1 3/4 H 1 Max. Tiefe der Auskohlung mm 0,015 Härte nach Wiederanlassen Härteabfall max. 20 HV Oberflächenzustand in Übereinstimmung mit ISO oder ISO , soweit zutreffend a Bei Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 mit Gewindedurchmesser d 16 mm besteht ein erhöhtes Abstreifrisiko für Muttern, wenn die Schraubenverbindung über die Prüfkraft der Schraube hinaus angezogen wird. Die Norm ISO wird zur Beachtung empfohlen. Die Festigkeitsklasse 9.8 gilt nur für Gewinde-Nenndurchmesser d 16 mm. b Für Stahlbauschrauben liegt die Grenze bei 12 mm. c Die Mindest-Zugfestigkeiten gelten für Schrauben mit Nennlängen l 2,5 d. Die Mindesthärten gelten für Schrauben mit Nennlängen d l < 2,5 d und für solche Produkte, die nicht im Zugversuch geprüft werden können (z. B. wegen Kopfform). e Für die Prüfung an ganzen Schrauben müssen die Bruchkräfte, die zur Berechnung von Rm verwendet werden, mit den Werten in den Tabellen 6 und 8 aus DIN EN ISO übereinstimmen. f Ein Härtewert am Ende der Schraube darf höchstens 250 HV, 283 HB oder 99,5 HRB betragen. g Die Oberflächenhärte darf am jeweiligen Produkt 30 Vickerspunkte der gemessenen Kernhärte nicht überschreiten, wenn sowohl die Oberflächenhärte als auch die Kernhärte mit HV 0,3 ermittelt werden. Für die Festigkeitsklasse 10.9 darf eine Oberflächenhärte von 390 HV nicht überschritten werden. h Falls die untere Steckgrenze ReL nicht bestimmt werden kann, gilt die 0,2 %-Dehngrenze R p 0,2. Für die Festigkeitsklassen 4.8, 5.8 und 6.8 sind die Werte für R el nur als Berechnungsgrundlage angegeben, sie werden nicht überprüft. i Das der Bezeichnung der Festigkeitsklasse entsprechende Steckgrenzenverhältnis und die Mindestspannung an der 0,2 %- Dehngrenze R p 0,2 gelten für spanend bearbeitete Proben. Bei Prüfung von ganzen Schrauben variieren diese Werte auf Grund von Auswirkungen des Herstellverfahrens und der Größeneinflüsse. 6 7

8 1.2 Werkstoffe und Anlaßtemperaturen für unterschiedliche Festigkeitsklassen von Schrauben. (DIN EN ISO 898-1; Stand 11/99) Festigkeits- Werkstoff Chemische Zusammensetzung Anlaßklasse und Wärmebehandlung (Masseanteile in %) Temperatur Stückanalyse C P S B a C min. max. max. max. max. min. 3.6 b 4.6 b 0,20 0,05 0,06 0,003 0,55 0,05 0,06 0, b Kohlenstoffstahl 0,55 0,05 0,06 0, ,13 0,55 0,05 0,06 0, b 6.8 b 8.8 c Kohlenstoffstahl mit Zusätzen (z. B. Bor, Mn oder Cr) abgeschreckt und angelassen 0,55 0,05 0,06 0,003 0,55 0,05 0,06 0,003 d 0,15 d 0,40 0,035 0,035 0, Kohlenstoffstahl abgeschreckt und angelassen 0,25 0,55 0,035 0,035 0, Kohlenstoffstahl mit Zusätzen (z. B. Bor, Mn oder Cr) abgeschreckt und angelassen d 0,15 d 0,35 0,035 0,035 0, Kohlenstoffstahl abgeschreckt und angelassen 0,25 0,55 0,035 0,035 0, ef Kohlenstoffstahl mit Zusätzen (z. B. Bor, Mn oder Cr) abgeschreckt und angelassen d 0,15 d 0,35 0,035 0,035 0, f Kohlenstoffstahl abgeschreckt und angelassen 0,25 0,55 0,035 0,035 0,003 Kohlenstoffstahl mit Zusätzen (z. B. Bor, Mn oder Cr), abgeschreckt und angelassen d 0,20 d 0,55 0,035 0,035 0, legierter Stahl, abgeschreckt und angelassen g 0,20 0,55 0,035 0,035 0, fhi legierter Stahl, abgeschreckt und angelassen g 0,28 0,50 0,035 0,035 0, Schrauben-Brevier

9 a Der Bor-Gehalt darf 0,005 % erreichen vorausgesetzt, daß das nicht wirksame Bor durch Zusätze von Titan und/oder Aluminium kontrolliert wird. b Für diese Festigkeitsklassen ist Automatenstahl mit folgenden maximalen Phosphor-, Schwefel- und Bleianteilen zulässig: Schwefel: 0,34 %; Phosphor: 0,11 %; Blei: 0,35 %. c Für Nenndurchmesser über 20 mm kann es notwendig sein, einen für die Festigkeitsklasse 10.9 vorgesehenen Werkstoff zu verwenden, um eine ausreichende Härtbarkeit sicherzustellen. d Bei Kohlenstoffstählen mit Bor als Zusatz und einem Kohlenstoffgehalt unter 0,25 % (Schmelzanalyse) muß ein Mangangehalt von min. 0,60 % für Festigkeitsklasse 8.8 und 0,70 % für die Festigkeitsklassen 9.8, 10.9 und 10.9 vorhanden sein. e Für Produkte aus diesen Stählen muß das Kennzeichen der Festigkeitsklasse zusätzlich unterstrichen sein (DIN EN ISO 898-1) muß alle für 10.9 festgelegten mechanischen und physikalischen Eigenschaften erreichen. Die geringere Anlaßtemperatur bei 10.9 ergibt jedoch ein unterschiedliches Spannungsrelaxationsverhalten bei höheren Temperaturen. f Der Werkstoff für diese Festigkeitsklassen muß ausreichend härtbar sein um sicherzustellen, daß im Gefüge des Kernes im Gewindeteil ein Martensitanteil von ungefähr 90 % im gehärteten Zustand vor dem Anlassen vorhanden ist. g Legierter Stahl muß mindestens einen der folgenden Legierungsbestandteile in der angegebenen Mindestmenge enthalten: Chrom: 0,30 %; Nickel 0,30 %; Molybdän: 0,20 %; Vanadium 0,10 %. Wenn zwei, drei oder vier Elemente in Kombination festgelegt sind und geringere Legierungsanteile haben, als oben angegeben, dann ist der für die Klassifizierung anzuwendende Grenzwert 70 % der Summe der oben angegebenen Einzelgrenzwerte für die zwei, drei oder vier betreffenden Elemente. h Für die Festigkeitsklasse 12.9 ist eine metallographisch feststellbare, mit Phosphor angereicherte weiße Schicht an Oberflächen, die auf Zug beansprucht werden, nicht zulässig. i Die chemische Zusammensetzung und die Anlaßtemperatur werden zur Zeit untersucht. 8 9

10 1.3 Werkstoffe für hochfeste Schrauben (DIN EN ISO 898-1) Festigkeitsklasse Werkstoff MnB 4 / 23MnB 4 28 B MnB 4 / 23MnB 4 28 B 2 32 CrB CrB 4 34 CrMo Werkstoffe für warmfeste Schrauben (DIN EN ) Einsatztemperatur* Festigkeit R m Werkstoff Kopfkennzeichnung 500 C N/mm 2 40 CrMoV 4-7 GB 540 C N/mm 2 21 CrMoV 5-7 GA 580 C N/mm 2 X 22 CrMoV 12-1 V (für R p0,2 von 600 MPA) 650 C N/mm 2 X6NiCrTiMo SD VB / A C N/mm 2 Nimonic 80 A SB * Bauteil-Temperatur 1.5 Werkstoffe für rostfreie Schrauben Festigkeit R m Stahlsorte* Werkstoff Werkstoff > 700 N/mm 2 A2 70 X 5 CrNi > 800 N/mm 2 A2 80 > 700 N/mm 2 A4 70 X 5 CrNiMo > 800 N/mm 2 A4 80 * gemäß DIN EN ISO Schrauben-Brevier

11 1.6 Werkstoffe für hochfeste Schrauben ohne vergütende Wärmebehandlung nach der Kaltumformung Festigkeit R m Werkstoff Erläuterung N/mm 2 10 MnSi 7 mikrolegierte Stähle/ Festigkeitsklasse 800K 17 MnV 7 Dualphasenstahl N/mm 2 34 Cr 4 im Ring vorvergüteter Werkstoff 1.7 Werkstoffe für Verbindungselemente aus Aluminiumlegierungen Festigkeit R m Werkstoff Erläuterung R m > 320 N/mm 2 EN AW 6082 Magnesiumverschraubungen R p0,2 > 290N/mm 2 AlSi1MgMn Temperaturbelastung <100 C ohne Wärmebehandlung hohe Korrosionsbelastung nach der Kaltumformung R m > 380 N/mm 2 EN AW 6056 Magnesiumverschraubungen R p0,2 > 350 N/mm 2 AlSi6MgCuMn Aluminiumverschraubungen mit Wärmebehandlung EN AW 6013 Temperaturbelastung <150 C nach der Kaltumformung AlMg1Si0,8CuMn hohe Korrosionsbelastung 10 11

12 1.8 Schraubentypen und zugehörige Produktnormen Schraubentyp Produktnorm Sechskantschraube DIN EN ISO 4014 Sechskantschraube mit Schaft DIN EN ISO 4017 Sechskantschraube mit Gewinde bis Kopf DIN EN ISO 8676 Sechskantschraube mit Gewinde bis Kopf und Feingewinde DIN EN ISO 8765 Sechskantschrauben mit Schaft und Feingewinde Sechskantschraube DIN EN 1662 Sechskantschraube mit Flansch mit Flansch leichte Reihe DIN EN 1665 Sechskantschraube mit Flansch schwere Reihe ISO 4162 Bundschraube leichte Reihe Sechsrundschraube KN 7210 Schlüsselsystem KARUND mit Flansch Abmessungsreihe Außen DIN Schrauben mit Außensechsrund mit kleinem Flansch DIN Schrauben mit Außensechsrund mit großem Flansch Innensechsrund KN 7230 Schlüsselsystem KARUND Abmessungsreihe Innen KN 7240 Zylinderschraube für überelastische Montage mit großem KARUND DIN EN ISO (Entwurf) Zylinderschrauben mit Innensechsrund DIN EN ISO (Entwurf) Zylinderschrauben mit Innensechsrund niedriger Kopf DIN Schrauben mit großem Innensechsrund Schrauben-Brevier

13 Schraubentyp Produktnorm Innensechskant DIN EN ISO 4762 Zylinderschrauben mit Innensechskant DIN 6912 Zylinderschrauben mit Innensechskant niedriger Kopf mit Schlüsselführung DIN 7984 Zylinderschrauben mit Innensechskant niedriger Kopf Innenvielzahn KN 7300 Schlüsselsystem Innenvielzahn KN 7310 Zylinderschrauben für überelastische Montage mit Innenvielzahnangriff 12 13

14 2. Berechnung von Schraubenverbindungen Eine kraftführende Schraubenverbindung ist generell so auszulegen, daß ohne Überdimensionierung die bei Montage und Betrieb auftretenden Kräfte die an der Schraubenverbindung beteiligten Komponenten nicht überbeanspruchen, eine Mindestklemmkraft während des Betriebs aufrechterhalten wird, die geeignet ist eine geforderte Dichtkraft zu gewährleisten, bzw. ein Aufklaffen der Trennfuge zu verhindern, und die Dauerhaltbarkeit der Schraube durch betriebsbedingte Wechselbeanspruchungen nicht überschritten wird. Prinzipiell werden bei der Montage die Schraube gelängt (f SM ) und die verspannten Teile zusamengedrückt (f PM ), die auf die Partner wirkenden Kräfte sind im Betrag gleich (actio = reactio, F M = F SM = F PM ), die Längenveränderungen jedoch abhängig von der Steifigkeit und somit im Regelfall ungleich. Abb. 2.1 Stauchung/Längung Komponenten einer Schraubenverbindung vor und nach Beanspruchung Die grundlegenden Zusammenhänge von Kraft- und Längenänderungen in einer Schraubenverbindung lassen sich anschaulich in einem Verspannungsschaubild darstellen. Schrauben-Brevier

15 2.1 Verspannungsschaubild Das durch Rötscher eingeführte Verspannungsschaubild kann durch verschiedene Abwandlungen heute auch kompliziertere Zusammenhänge wiedergeben, doch soll hier zur Erläuterung die klassische Form verwendet werden. Abb. 2.2 Verspannungsschaubild Verkürzung f Kennlinie für die verspannten Platten Zugkraft + F Druckkraft F Längenänderung Längung + f Der Zusammenhang zwischen der bei der Montage auftretenden Zugkraft und der Längung der Schraube ist als Schraubenkennlinie, die nichts anderes als die Federkennlinie des Bauteils Schraube ist, dargestellt. In entsprechender Form gilt dies auch für die verspannten Teile, welche eine Druckkraft und eine Verkürzung erfahren. Die Steigungen der Kennlinien sind werkstoff- und geometrieabhängig. Das typische Verspannungsschaubild entsteht nun durch die Spiegelung der Plattenkennlinie an der Ordinate und Verschiebung der Linie bis zum Schnittpunkt an der Montagevorspannkraft. Beaufschlagt man nun die Verbindung mit einer äußeren Axialkraft, so ändert sich das innere Kräftegleichgewicht. Längenänderung Die Schraubenkraft nimmt zu, die Kraft auf die Platten ab. Dabei wird die Schraube zusätzlich gelängt, die Platten denen sich durch die Entlastung etwas aus. Es ist zu beachten, dass die Veränderung der Dehnung von Platte und Schraube gleich ist, wobei die Zusatzkraft entsprechend dem Verhältnis der Steigungen (= dem Verhältnis der 14 15

16 Steifigkeiten) unterschiedlich aufgenommen wird. Die Anforderung einer Mindestklemmkraft zwischen den Platten während des Betriebes begrenzt dabei die ertragbare Zusatzkraft genauso wie die Obergrenze der Belastbarkeit der Schraube. 2.2 Berechnungssystematik Grundsätzliche Voraussetzung für die Berechnung einer Schraubenverbindung nach Durchmesser und Festigkeit ist das Bekanntsein der äußeren Kräfte und Momente der Steifigkeiten und Krafteinleitungsbedingungen der Mindestklemmkraft der Setzvorgänge des Anziehfaktors Zunächst wird der Schraubenquerschnitt aus Tabellen oder überschlägigen Formeln in geeigneter Weise abgeschätzt und mit den abgeschätzten Maßen dann die eigentliche Berechnung durchgeführt. Liegen die erhaltenen Ergebnisse nicht innerhalb der zulässigen Beanspruchungsbereiche ist der Ausgangsquerschnitt zu verändern und die Berechnung erneut durchzuführen. Die nachstehende Berechnungssystematik bezieht sich ausschließlich auf den linearen Berechnungsansatz nach VDI2230/(10/2001). Kernpunkt der Berechnung ist die Hauptdimensionierungsformel (Rechenschritt 6) welche im nachstehendem Verspannungsschaubild sowohl als Formel als auch graphisch dargestellt ist. Hauptdimensionierungsformel: Kraft F f SM f fsa fpa F V F Verf FA F F SA PA f PM F KR F Kerf F Z F A F M F Mmin F Mmin F Mmax F Mmax F Smax Längenänderung f Abb. 2.3 Hauptdimensionierungsformel Schrauben-Brevier

17 0. Schritt Zu Beginn der Berechnung werden überschlägig der benötigte Schraubendurchmesser d und die Festigkeitsklasse sowie die Anwendbarkeit der Berechnungsvorschrift für exzentrisch verspannte bzw. beanspruchte Verbindungen anhand von Tabellen bzw. einfachen Formeln abgeschätzt. 1. Schritt Es muß ein Anziehverfahren festgelegt werden. Dessen Genauigkeit wird durch den ihm zugeordneten Faktor A wiedergegeben. Das Montageverfahren besitzt einen außerordentlich großen Einfluß auf die Streuung im Montageprozeß und damit die Dimensionierung der Verbindung. 2. Schritt Es ist aus den betrieblichen Gegebenheiten eine minimale Klemmkraft der Verbindung F Kerf abzuschätzen, die zu keiner Zeit in der Verbindung unterschritten werden darf. Diese kann abgeleitet werden aus Anforderungen bezüglich Dichtigkeit der Verbindung, Reibschluß zwischen den Partnern oder Verhinderung eines Klaffens bei exzentrischer Belastung. 3. Schritt Das Kraftverhältnis ist zu berechnen, um die Aufteilung der axialen Betriebslast F A zwischen Schraube und verspannten Teilen zu ermitteln. Je kleiner desto weniger Zusatzkraft wird durch die Schraube getragen. bestimmt sich dabei aus den Nachgiebigkeiten von Schraube S und verspannten Teilen P sowie der Krafteinleitungshöhe (ausgedrückt durch den Faktor n) und Exzentrizitäten von Verspannung und Kraftangriff. Allgemein ist umso kleiner, je größer die Nachgiebigkeit der Schraube gegenüber der Nachgiebigkeit der verspannten Teile ist. Der Faktor n ist abhängig von der gegebenen Geometrie, der Krafteinleitungshöhe und dem Verbindungstyp. Er kann nach VDI2230 berechnet oder aus einer Tabelle ermittelt werden. 4. Schritt Durch das Einebnen der Oberflächengeometrien verliert das verspannte System an elastischer Verformung. Dieses Setzen wirkt sich damit mindernd gegenüber der Montagevorspannkraft aus. Aus dem Setzbetrag läßt sich unter Berücksichtigung der Steifigkeiten ein Vorspannkraftverlust F Z bestimmen, welcher in die Berechnung eingeht. Weiterhin kann es bei thermisch beanspruchten Schraubenverbindungen unter der Voraussetzung der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen 16 17

18 thermischen Ausdehnungskoeffizienten ebenfalls zu Vorspannkraftveränderungen F Vth kommen Schritt Unter Verwendung der Hauptdimensionierungsformel F Max = A * [F Kerf + (1- )* F A + F Z + F Vth ] lassen sich nun die maximale Montagevorspannkraft als auch die erforderliche minimale Montagevorspannkraft F Min = F Max / A der Schraubenverbindung errechnen. 7. Schritt Das Ergebnis ist gegenüber Tabellenwerten zur Beanspruchbarkeit von Schrauben (F M ) bei vorgegebener Ausnutzung der Streckgrenze von 90 % sowie gegebenen Reibwerten abzugleichen. Die Bedingung F Mzul F Mmax bzw. F MTab F Mmax muß erfüllt werden. Für besonders gestaltete Schrauben ist der Vergleichswert zu berechnen. Sollte das Ergebnis zu einer notwendigen Veränderung der Schraubengeometrie bzw. des Klemmlängenverhältnis führen, ist die Berechnung ab Rechenschritt 2 zu wiederholen. 8. Schritt Es ist zunächst zu berechnen, ob die zulässige Schraubenkraft während des Betriebs nicht durch die Gesamtschraubenkraft von F Smax = F Mzul + en * F Amax - F Vth überschritten wird. Es muß red, B < R p0,2min erfüllt sein, wobei red, B die auf den geringsten Querschnitt der Schraube bezogene Vergleichsspannung aus max. Zugspannung und Torsionsspannung darstellt. Für torsionsfreie Verbindungen gilt vereinfacht F Smax R p0,2min * A 0. Weiterhin kann über red, B < R p0,2min / S F ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden. 9. Schritt Die zulässige Spannungsamplitude A ist für Schrauben im Vergleich zu einem ungekerbten Bauteil relativ gering. Liegt eine Dauerschwingbeanspruchung vor, ist die Verbindung auf a AS zu überprüfen, wobei AS davon abhängt, ob eine schlußgewalzte oder eine schlußwärmebehandelte Schraube vorliegt. Die vorhandene Spannungsamplitude a wird bezogen auf den Spannungsquerschnitt der Schraube ermittelt. Schrauben-Brevier

19 10. Schritt Allgemein sollte die Flächenpressung in den Trennfugen weder bei der Montage p Mmax noch im Betrieb p Bmax die zulässige Flächenpressung der beteiligten Partner p G überschreiten um einen Vorspannkraftabbau durch Kriechvorgänge zu vermeiden. Für p G p M, Bmax kann ebenfalls ein Sicherheitsfaktor einbezogen werden. 11. Schritt Es ist weiterhin zu prüfen, ob eine ausreichende Überdeckung der gepaarten Gewinde gegeben ist, um ein Abstreifen des bzw. der Gewinde zu vermeiden. Bezogen auf den Nenndurchmesser und die Festigkeit können die entsprechenden Minimalwerte der VDI2230 entnommen werden. 12. Schritt Die in der Verbindung wirkenden Querkräfte werden im Regelfall durch Reibschluß übertragen. Unter Berücksichtigung der Trennfugenanzahl und der Reibungszahlen in den Trennfugen ist ein Abgleich zwischen der minimalen Restklemmkraft F KRmin und der zur Übertragung der Querkräfte notwendigen Klemmkraft F KQerf vorzunehmen. Auch kann wieder ein Sicherheitsfaktor F KQerf < F KRmin / S F einbezogen werden. Kommt es doch zu einer Überbeanspruchung der Verbindung sowie bei der Verwendung von Paßschrauben, soll ein Abscheren der Schraube vermieden werden. Dazu muß max = F Qmax / A B gelten. 13. Schritt: Das zur Montage der berechneten Schraube benötigte Drehmoment kann abschließend für eine Ausnutzung der Schraube von 90 % in den entsprechenden Tabellen abgelesen bzw. durch M A = F Mzul * [0,16* P + 0,58* d 2 * µ Gmin + D Km / 2* µ Kmin ] berechnet werden. Werden Elemente zur Verhinderung von Lösen und Lockern eingesetzt, sind die entsprechenden Zusatzmomente einzubeziehen

20 3. Sichern von Schraubenverbindungen Eine konstruktiv richtig ausgelegte Schraubenverbindung, die zuverlässig montiert ist, kommt in der Mehrzahl der Fälle ohne jegliche Schraubensicherung aus. In diesen Fällen verhindern die aufgebrachten Klemmkräfte über den gesamten Zeitraum der Lebensdauer Relativbewegungen an der Schraubverbindung. Unter bestimmten Randbedingungen kann aber die Vorspannung in Schraubverbindungen entweder abgebaut, kurzzeitig reduziert oder aufgehoben werden. 1. Lockern von Schraubverbindungen durch Vorspannkraftverlust infolge Setzens oder anderer bleibender Längenänderungen, z. B. Kriechen. 2. Losdrehen Unter dynamischer Beanspruchung senkrecht zur Schraubenachse kann ein selbsttätiges Losdrehen von Schrauben erfolgen. Dies setzt bereits unter voller Vorspannkraft ein, wenn zwischen den verspannten Teilen Querschiebungen auftreten in Form von Relativbewegungen zwischen Schraube und Mutter. Um die Relativbewegung zwischen den Partnern zu erschweren bzw. zu verhindern, stehen sowohl mechanische als auch chemische Sicherungssysteme zur Verfügung. Schrauben-Brevier

21 Matrix der sichernden Elemente für Schraubverbindungen Mechanische Sicherungselemente Funktions Schema Einsatz- Sichern Härte der Einbau- Anzahl der Schmierung Oberfläche Lagertemp. bei dyn. Gegenlage situation Wiederver- Schraube/ der fähigkeit C Belastung wendungen Gegenlage Gegenlage des Produktes Karipp bis ja soll kleiner großer mehrmals alle geringe unbegrenzt Anlaßtemp. sein als Bunddurch- Schmie- Beschädi- Schrauben- messer und rungen gungen, festigkeit Platzbedarf möglich nicht für Lack Kalok Verzahnung bis ja muß kleiner großer mehrmals alle hohe unbegrenzt Anlaßtemp. sein als Bunddurch- Schmie- Beschädi- Schrauben- messer und rungen gungen, festigkeit: Platzbedarf möglich nicht für max. 40 HRC Lack Kalok II bis ja muß kleiner geringer mehrmals alle hohe unbegrenzt Anlaßtemp. sein als Platzbedarf Schmie- Beschädi- Schrauben- rungen gungen, festigkeit: möglich nicht für max. 40 HRC Lack Plastik Klemmende -56 bedingt alle geringer mehrmals keine 4 Jahre Patch Kunststoffbeschichtung bis Härten Platzbedarf Beschädi- PA gungen Gewinde- Klemmende Wirkung des bis bedingt Festigkeit Sicherungs- mehrmals alle keine unbegrenzt furchende Furchbereichs im gefurchten Anlaßtemp. Bohrung wirkung nur Schmie- Schrauben Gegengewinde muß kleiner in Sackloch- rungen sein als bohrungen möglich Schraubenfestigkeit 20 21

22 Matrix der sichernden Elemente für Schraubverbindungen Chemische Sicherungselemente Hersteller, Einsatz- Sichern Härte der Einbau- Anzahl der Schmierung Oberfläche Lager- Waren- temp. bei dyn. Gegenlage situation Wiederver- Schraube/ der fähigkeit zeichen C Belastung wendungen Gegenlage Gegenlage des Produktes MVK, Omni- bis 150 ja alle kein einfach sichernde keine 2 4 Jahre, rot Technik Härten zusätzlicher MVK nicht Beschädi- bei hoher Precote 80 Platzbedarf mit SM; gungen Luftfeuchte Mutterge- weniger winde ölfrei MVK, 3M bis 110 ja alle kein einfach sichernde keine 2 4 Jahre, blau Scotch grip Härten zusätzlicher MVK nicht Beschädi- bei hoher 2353 Platzbedarf mit SM; gungen Luftfeuchte Mutterge- weniger winde ölfrei MVK, Omni- bis 170 ja alle kein einfach sichernde keine 2 4 Jahre, türkis Technik Härten zusätzlicher MVK nicht Beschädi- bei hoher Precote 85 Platzbedarf mit SM; gungen Luftfeuchte Mutterge- weniger winde ölfrei Flüssig- ja auch kein einfach keine klebstoff für hohe zusätzlicher Beschädi- Härten Platzbedarf gungen geeignet Schrauben-Brevier

23 4. Montage von Schraubenverbindungen Die heute gebräuchlichen Anziehverfahren erfassen die aufgebrachte Vorspannkraft in der Schraube nicht direkt, sondern indirekt als Funktion des Anziehdrehmomentes, der elastischen Längenänderung, des Drehwinkels oder durch die Ermittlung des Fließbeginns der Schraube. Aufgrund der Streuungen von Reibwerten und der Ungenauigkeit der Anziehmethoden resultiert die Notwendigkeit einer Überdimensionierung, welche sich mit dem Anziehfaktor A = F vmax /F vmin zahlenmäßig darstellen läßt. 4.1 Drehmomentgesteuertes Anziehen Über Anzugsversuche an Originalbauteilen werden zunächst die Reibverhältnisse ermittelt und anschließend das erforderliche Drehmoment festgelegt. Dieses Drehmoment muß so gewählt werden, daß auch bei ungünstigsten Voraussetzungen. z. B. niedrige Reibwerte usw., die Schraubenstreckgrenze nicht überschritten wird (Bild 4.1). Für Sechskantschrauben gem. DIN EN ISO 4014 u. ä. werden Drehmomente nach Tabelle 4.1 zugrunde gelegt. Diese gelten für eine Gesamtbeanspruchung des Schaftes von 90 % der genormten Mindeststreckgrenze entsprechend der VDI-Richtlinie Die Tabellenwerte stellen die maximalen Anzugswerte dar. Für abweichende Kopfgeometrien errechnet sich das Anziehdrehmoment aus M A = F M (0,16*P+0,58*d 2 *µ G +(D Km /2)*µ K ) Für das drehmomentgesteuerte Anziehen wird bei der Schraubenauslegung ein A von 1,8 zugrunde gelegt. Zur Kontrolle des Montagevorganges empfiehlt sich daher zusätzlich eine Erfassung des Enddrehwinkels, welcher ab einem festgelegten Fügemoment mitgezählt wird. Der Toleranzbereich des Enddrehwinkels muß in einem definierten Bereich (Fenster) liegen, welcher auch durch Versuche ermittelt und festgelegt wird. Liegt das Enddrehmoment außerhalb dieses Fensters, zeigt der Schrauber eine n.i.o.- Verschraubung an

24 150 M GA,M K M A [Nm] 100 M A M A ges 3 4 = 0,171 G K = 0,18 = 0,16; ges 2 = 0,10 = 0,10; G K = 0,10 G = 0,16 M A 150 [Nm] 100 M A M A ges = 0,171 G K = 0,18 = 0,16; ges = 0,10 = 0,10; G K = 0,10 M K G= 0,10 M A max M A min MGA max M GA min v = 0,9 v=1 = 0 G M A max M A min v = 0,9 v=1 F F min 50 F M [kn] 50 F M F M F M max Abb. 4.1 Streuung F M bei der drehmomentengesteuerten Montage von Schraubenverbindungen F F min F M max F M [kn] 4.2 Drehwinkelgesteuertes Anziehen Zunächst wird ein Fügemoment eingeleitet, um Unebenheiten in den Trennfugen auszugleichen und die zu verspannenden Teile zur Anlage zu bringen. Anschließend wird ein definierter Weiterdrehwinkel A aufgebracht, mit dem die Schraube bis bzw. über den Streckgrenzpunkt angezogen wird (Bild 4.2). Zur Kontrolle des Schraubenanzuges wird üblicherweise zusätzlich ein Drehmomentenfenster festgelegt. Die Enddrehmomente am Abschaltpunkt müssen in einem vorher festgelegten Bereich (Fenster) liegen. Der große Vorteil dieses Anzugsverfahrens gegenüber dem Drehmomentanzug ist, dass über den eingestellten Winkel die Längung der Schraube im plastischen Bereich bestimmt wird. Das Abschaltmoment liegt vorzugsweise über dem Streckgrenzpunkt. Dadurch wird die Schraube hinsichtlich Ihrer Vorspannkraft voll ausgenutzt. Es wird daher ein Anziehfaktor A = 1,0 zugrunde gelegt. Schrauben-Brevier

25 Montage-Vorspannkraft F M 100 kn 50 F M R p 0,2 -Punkt A F p 0,2 F M A A Abb. 4.2 Drehwinkelgesteuerte Montage von Schraubenverbindungen Fügepunkt F F grd 150 Anziehdrehwinkel 4.3 Streckgrenzgesteuertes Anziehen Ähnlich wie beim Drehwinkelanzug wird beim streckgrenzgesteuerten Anziehen (Bild 4.3) ein Fügemoment aufgebracht, um die Trennflächen voll aufliegen zu lassen. Von diesem Punkt wird kontinuierlich der Verdrehwinkel und das sich einstellende Drehmoment laufend gemessen und der jeweilige Differenzenquotient M a / ermittelt. Dieser Differenzenquotient ist im Proportionalbereich konstant und verringert sich bei Annäherung an die Streckgrenze der Schraube; das Drehmoment steigt nicht mehr proportional zum Drehwinkel. Sinkt dann der Wert des Differenzenquotienten unter einen im voraus fest eingestellten und gespeicherten Betrag, z.b. 0,5*( M a / ) so schaltet der Schrauber ab und der Anziehvorgang ist beendet

26 150 R p 0,2 -Punkt M A 3 Abb. 4.3 Steckgrenzgesteuertes Montage von Schraubenverbindungen Nm Montage-Vorspannkraft M A M A max M A M A = f ( ) M A max Abschaltpunkt M A M = 0,5 A max 2 1 M Differenzenquotient A Fügepunkt Fügemoment M F Fügewinkel F Anziehdrehwinkel grd 150 Die Lage des Abschaltpunktes im Ma/ -Schaubild wird im wesentlichen durch die Festigkeit der Schraube und die Reibung bestimmt. Die Montagekraft schwankt mit der Schraubenstreckgrenze und ist von der Gewindereibung abhängig (Bild 4.4). M GA,M A [Nm] 150 ges = 0,14 ges = 0, F Mmax 84,1 A = = = 1,26 F Mmin 66,6 2 G = 0,14 G = 0,12 G = 0,10 50 M GA 4 3 R p 0,2 = 940 N/mm 2 F M 1 R p 0,2 = 1100 N/mm 2 = 0 G Abb. 4.4 Streuung der Montage-Vorspannkraft infolge Schwankungen der Gewindereibzahl µ G und der 0,2 % Dehngrenze R p0,2 des Schraubenwerkstoffes bei der streckgrenzgesteuerten Montage von Schraubenverbindungen F M [kn] Schrauben-Brevier

27 Zur Kontrolle des Anzuges werden Größt- und Kleinstwerte für das Anziehdrehmoment und den Anziehdrehwinkel errechnet bzw. über Versuche ermittelt. Eingetragen in das Ma/ -Schaubild begrenzen diese Werte ein Rechteck, welches üblicherweise als grünes Fenster bezeichnet wird (Bild 4.5). Liegen die Abschaltpunkte innerhalb dieses Fensters, wird die Verschraubung als i.o. definiert. Anziehdrehmoment M A Fügemoment 150 Nm M F M Amax (R p 0,2 =1100 N/mm 2 ; G= K=0,14) M Amax (R p 0,2 =1100 N/mm 2 ; G= K=0,12) M Amin (R p 0,2 =940 N/mm 2 ; G = K =0,12) M Amin (R p 0,2 =940 N/mm 2 ; G= K=0,10) Fügewinkel F A'A a A'' min (Rp 0,2 = 940 N/mm 2 ; G= K=0,14) min (Rp 0,2 = 940 N/mm 2 ; G= K=0,12) max (Rp 0,2 = 1100 N/mm 2 ; G= K=0,12) b c max (Rp 0,2 = 1100 N/mm 2 ; G= K=0,10) grd Anziehdrehwinkel Punkt R p0,2 F m G m K [N/mm 2 ] [kn] A ,3 0,120 0,120 A' ,2 0,125 0,134 A" ,7 0,100 0,114 a ,4 0,110 0,130 b ,2 0,140 0,100 c ,2 0,080 0,140 Abb. 4.5 Grünes Fenster bei der streckgrenzgesteuerten Montage von Schraubenverbindungen Gegenüber dem drehwinkelgesteuerten Anziehen gilt der Vorteil, dass die Schrauben eine geringere plastische Dehnung erfahren; allerdings ist das Gesamtvorspannkraftniveau etwas niedriger. Die erforderlichen Drehmomente und die sich einstellenden Vorspannkräfte lassen sich durch Multiplizieren der Werte aus Tabelle A mit folgenden Umrechnungsfaktoren abschätzen: F M bzw. M A = 1.1-1,3* Tabellenwert 26 27

28 4.1 Montagevorspannkräfte und Anziehdrehmomente für Schaftschrauben mit metrischem Gewinde nach DIN 13 und Kopfausführungen nach DIN EN ISO 4014 bei =0,9 Abmessung Festig- Montage-Vorspannkraft F M [kn] für µ g Anziehmoment M A [Nm] für µ k = µ g keitsklasse 0,08 0,10 0,12 0,16 0,20 0,08 0,10 0,12 0,16 0,20 M ,7 10,4 10,2 09,6 09,0 07,7 09,0 10,1 12,3 14,1 A S =20,1mm ,7 15,3 14,9 14,1 13,2 11,3 13,2 14,9 18,0 20, ,4 17,9 17,5 16,5 15,5 13,2 15,4 17,4 21,1 24,2 M ,5 15,1 14,8 14,0 13,1 12,6 14,8 16,8 20,5 23,6 A S = 28,9 mm ,7 22,5 21,7 20,5 19,3 18,5 21,7 24,7 30,1 34, ,6 26,0 25,4 24,0 22,6 21,6 25,4 28,9 35,2 40,6 M8 x 1, ,2 20,7 20,2 19,2 18,1 19,3 22,8 26,1 32,0 37,0 A S = 39,2 mm ,1 30,4 29,7 28,1 26,5 28,4 33,5 38,3 47,0 54, ,4 35,6 34,7 32,9 31,0 33,2 39,2 44,9 55,0 63,6 M8 x 1, ,5 19,1 18,6 17,6 16,5 18,5 21,6 24,6 29,8 34,3 A S =36,6 mm ,7 28,0 27,3 25,8 24,3 27,2 31,8 36,1 43,8 50, ,6 32,8 32,0 30,2 28,4 31,8 37,2 42,2 51,2 58,9 M9 x 1, ,7 27,2 26,5 25,2 23,7 28,0 33,2 38,1 46,9 54,4 A S = 51,0 mm ,7 39,9 39,0 37,0 34,9 41,1 48,8 55,9 68,8 79, ,7 46,7 45,6 43,3 40,8 48,1 57,0 65,4 80,6 93,4 M10 x 1, ,2 34,5 33,7 32,0 30,2 39,0 46,0 53,0 66,0 76,0 A S = 64,5 mm ,7 50,6 49,5 47,0 44,4 57,0 68,0 78,0 97,0 112, ,4 59,2 57,9 55,0 51,9 69,0 80,0 91,0 113,0 131,0 M10 x 1, ,1 32,4 31,6 29,9 28,2 38,0 44,0 51,0 62,0 72,0 A S = 61,2 mm ,6 47,5 46,4 44,0 41,4 55,0 65,0 75,0 92,0 106, ,8 55,6 54,3 51,4 48,5 65,0 76,0 87,0 107,0 124,0 Schrauben-Brevier

29 M10 x 1, ,0 30,3 29,6 27,9 26,3 36,0 43,0 48,0 59,0 68,0 A S = 58,0 mm ,6 44,5 43,4 41,0 38,6 53,0 63,0 71,0 87,0 100, ,3 52,1 50,8 48,0 45,2 62,0 73,0 83,0 101,0 116,0 M12 x 1, ,1 49,1 48,0 45,6 43,0 66,0 79,0 90,0 111,0 129,0 A S = 92,1 mm ,6 72,1 70,5 66,9 63,2 97,0 116,0 133,0 164,0 190, ,2 84,4 82,5 78,3 73,9 114,0 135,0 155,0 192,0 222,0 M12 x 1, ,6 46,6 45,5 43,1 40,6 64,0 76,0 87,0 107,0 123,0 A S = 88,1 mm ,0 68,5 66,8 63,3 59,7 95,0 112,0 128,0 157,0 181, ,9 80,1 78,2 74,1 69,8 111,0 131,0 150,0 183,0 212,0 M12 x 1, ,2 44,1 43,0 40,7 38,3 63,0 73,0 84,0 102,0 117,0 A S = 84,3 mm ,3 64,8 63,2 59,8 56,3 92,0 108,0 123,0 149,0 172, ,6 75,9 74,0 70,0 65,8 108,0 126,0 144,0 175,0 201,0 M14 x 1, ,8 66,4 64,8 61,5 58,1 104,0 124,0 142,0 175,0 203,0 A S = 125 mm ,5 97,5 95,2 90,4 85,3 153,0 182,0 209,0 257,0 299, ,5 114,1 111,4 105,8 99,8 179,0 213,0 244,0 301,0 349,0 M14 x 2, ,0 60,6 59,1 55,9 52,6 100,0 117,0 133,0 162,0 187,0 A S =115mm ,0 88,9 86,7 82,1 77,2 146,0 172,0 195,0 238,0 274, ,5 104,1 101,5 96,0 90,4 171,0 201,0 229,0 279,0 321,0 M16 x 1, ,4 89,6 87,6 83,2 78,6 159,0 189,0 218,0 269,0 314,0 A S = 167 mm ,2 131,6 128,7 122,3 115,5 233,0 278,0 320,0 396,0 461, ,1 154,0 150,6 143,1 135,1 273,0 325,0 374,0 463,0 539,0 M16 x 2, ,7 82,9 80,9 76,6 72,2 153,0 180,0 206,0 252,0 291,0 A S = 157 mm ,4 121,7 118,8 112,6 106,1 224,0 264,0 302,0 370,0 428, ,5 142,4 139,0 131,7 124,1 262,0 309,0 354,0 433,0 501,0 M18 x 1, ,0 120,0 117,0 112,0 105,0 237,0 283,0 327,0 406,0 473,0 A S = 216 mm ,0 171,0 167,0 159,0 150,0 337,0 403,0 465,0 578,0 674, ,0 200,0 196,0 186,0 176,0 394,0 472,0 544,0 676,0 789,

30 Abmessung Festig- Montage-Vorspannkraft F M [kn] für µ g Anziehmoment M A [Nm] für µ k = µ g keitsklasse 0,08 0,10 0,12 0,16 0,20 0,08 0,10 0,12 0,16 0,20 M18 x 2, ,0 112,0 109,0 104,0 98,0 229,0 271,0 311,0 383,0 444,0 A S = 204 mm ,0 160,0 156,0 148,0 139,0 326,0 386,0 443,0 545,0 632, ,0 187,0 182,0 173,0 163,0 381,0 452,0 519,0 638,0 740,0 M18 x 2, ,0 104,0 102,0 96,0 91,0 220,0 259,0 295,0 360,0 415,0 A S = 193 mm ,0 149,0 145,0 137,0 129,0 314,0 369,0 421,0 513,0 592, ,0 174,0 170,0 160,0 151,0 367,0 432,0 492,0 601,0 692,0 M20 x 1, ,0 151,0 148,0 141,0 133,0 327,0 392,0 454,0 565,0 660,0 A S = 272 mm ,0 215,0 211,0 200,0 190,0 466,0 558,0 646,0 804,0 90, ,0 252,0 246,0 234,0 222,0 545,0 653,0 756,0 941,0 1100,0 M20 x 2, ,0 134,0 130,0 123,0 116,0 308,0 363,0 415,0 509,0 588,0 A S = 245 mm ,0 190,0 186,0 176,0 166,0 438,0 517,0 592,0 725,0 838, ,0 223,0 217,0 206,0 194,0 513,0 605,0 692,0 848,0 980,0 M22 x 1, ,0 186,0 182,0 173,0 164,0 440,0 529,0 613,0 765,0 896,0 A S = 333 mm ,0 264,0 259,0 247,0 233,0 627,0 754,0 873,0 1090,0 1276, ,0 309,0 303,0 289,0 273,0 734,0 882,0 1022,0 1275,0 1493,0 M22 x 2, ,0 166,0 162,0 154,0 145,0 417,0 495,0 567,0 697,0 808,0 A S = 303 mm ,0 237,0 231,0 213,0 207,0 595,0 704,0 807,0 993,0 1151, ,0 277,0 271,0 257,0 242,0 696,0 824,0 945,0 1162,0 1347,0 M24 x 1, ,0 224,0 219,0 209,0 198,0 570,0 686,0 769,0 995,0 1166,0 A S =401mm ,0 319,0 312,0 298,0 282,0 811,0 977,0 1133,0 1417,0 1661, ,0 373,0 366,0 347,0 330,0 949,0 1143,0 1326,0 1658,0 1943,0 M24 x 2, ,0 210,0 209,0 198,0 187,0 557,0 666,0 769,0 955,0 1114,0 A S = 384 mm ,0 304,0 297,0 282,0 267,0 793,0 949,0 1095,0 1360,0 1586, ,0 355,0 348,0 331,0 312,0 928,0 1110,0 1282,0 1591,0 1856,0 Schrauben-Brevier

31 M24 x 3, ,0 192,0 188,0 178,0 168,0 529,0 625,0 714,0 875,0 1011,0 A S = 353 mm ,0 274,0 267,0 253,0 239,0 754,0 890,0 1017,0 1246,0 1440, ,0 320,0 313,0 296,0 279,0 882,0 1041,0 1190,0 1458,0 1685,0 M27 x 1, ,0 288,0 282,0 269,0 255,0 822,0 992,0 1153,0 1445,0 1697,0 A S =514mm ,0 410,0 402,0 383,0 363,0 1171,0 1413,0 1643,0 2059,0 2417, ,0 480,0 470,0 448,0 425,0 1370,0 1654,0 1922,0 2409,0 2828,0 M27 x 2, ,0 276,0 270,0 257,0 243,0 806,0 967,0 1119,0 1394,0 1630,0 A S = 496mm ,0 393,0 384,0 366,0 346,0 1149,0 1378,0 1594,0 1986,0 2322, ,0 460,0 450,0 428,0 405,0 1344,0 1612,0 1866,0 2324,0 2717,0 M27 x 3, ,0 252,0 246,0 234,0 220,0 772,0 915,0 1050,0 1292,0 1498,0 A S = 459 mm ,0 359,0 351,0 333,0 314,0 1100,0 1304,0 1496,0 1840,0 2134, ,0 420,0 410,0 389,0 367,0 1287,0 1526,0 1750,0 2153,0 2497,

32 4.5 Anziehdrehmomente für überelastische Schraubenmontage Die Voranziehdrehmomente und Weiterdrehwinkel der folgenden Tabelle gelten für Schraubenklemmlängen von 1d bis 4d, die mit überelastischen Anziehverfahren (steckgrenz- und drehwinkelgesteuert) montiert werden. Bei kleineren und größeren Klemmlängen sind die erforderlichen Drehwinkel versuchsmäßig zu bestimmen. In solchen Fällen sind vorzugsweise bei gleichen Voranziehdrehmomenten Drehwinkel von 45 bzw. 180 vorzusehen. Die Wiederverwendbarkeit von überelastisch montierten Schraubenverbindungen ist eingeschränkt. Gewinde Festigkeits- Voranzieh- Vorspannkraft Anziehdrehmoment klasse dreh- [kn] [Nm] ment [Nm] (nach überelastischer (nach überelastischer + Dreh- Montage) Montage) winkel 90 F Mmin F Mmax M Amin M Amax ,5 14,5 10,0 17 M , ,5 23, ,5 22,5 17,0 26, , ,0 41 M , ,5 41, ,5 47,5 81 M , M 12 x 1, M 14 x 1, M 16 x 1, M 18 x 1, Schrauben-Brevier

33 4.6 Richtwerte für Anziehfaktoren Anziehverfahren Anziehfaktoren a Bemerkung Streckgrenzgesteuert, 1,18 motorisch oder manuell Drehwinkelgesteuert, 1,18 Voranziehdrehmoment und Drehmotorisch oder manuell winkel durch Versuch bestimmt Verlängerungsmessung der 1,2 kalibrierten Schraube Hydraulisches Anziehen 1,2 bis 1,6 Lange Schrauben: niedrigere Werte Kurze Schrauben: höhere Werte Eingestellt durch Längen- und Druckmessung Drehmomentengesteuert, 1,4 bis 1,6 Ermittelung des Sollmomentes mit Drehmomentenschlüssel durch Messung von FM an der oder Schrauber mit Verschraubung Drehmomentenbegrenzung 1,6 bis 1,8 Sollmoment mit für den jeweiligen Fall geschätzter Reibungszahl bestimmt Drehmomentengesteuert, 1,7 bis 2,5 Schrauber wird mit einem Moment mit Drehschrauber eingestellt, das über ein Nachzieh- Impulsgesteuert, 2,5 bis 4,0 moment emittelt wird mit Schlagschrauber 4.7 Empfohlene Mindest-Einschraubtiefen für Sacklochgewinde (VDI 2230) Schraubenfestigkeitsklasse Gewindefeinheit d/p < 9 9 < 9 9 AlCuMg1 F 40 1,1 d 1,4 d GG 22 1,0 d 1,2 d 1,4 d St 37 1,0 d 1,25 d 1,4 d St 50 0,9 d 1,0 d 1,2 d C 45 V 0,8 d 0,9 d 1,0 d 32 33

34 5. Korrosionsschutz und Schmierung 5.1 Oberflächenbeschichtungssysteme (Auswahl) Angaben entsprechen dem Kenntnisstand zum Zeitpunkt der Drucklegung. (Kurz-) Bezeichnung Basisschicht / Passivierung Deckschicht / Basecoat Topcoat / Versiegelung Cr(VI)-haltige Oberflächen Zn gelb galv. Zink Gelbchromatierung - Zn + Metex LM galv. Zink (sauer) Gelbchromatierung Metex LM ZnFe schwarz galv. Zink-Eisen Schwarzchromatierung - ZnNi transparent galv. Zink-Nickel Transparentpassivierung - ZnNi schwarz galv. Zink-Nickel Schwarzchromatierung - DAC 320 DACROMET DAC 500 DACROMET DAC Plus L DACROMET 320 Plus L Cr(VI)-freie Oberflächen op dünn Zinkphosphat - - Zn transp. / Zn Dünn III galv. Zink Dünnschicht Cr(III) - Zn Dünn III + V galv. Zink Dünnschicht Cr(III) Versiegelung Zn Dick III galv. Zink Dickschicht Cr(III) - Zn Dick III + V galv. Zink Dickschicht Cr(III) Versiegelung ZnFe Pass III galv. Zink-Eisen Cr(III)-haltig - ZnFe Pass III + V galv. Zink-Eisen Cr(III)-haltig, ggf. schwarz Versiegelung ggf. schwarz ZnNi Pass III galv. Zink-Nickel Cr(III)-haltig - ZnNi Pass III + V galv. Zink-Nickel Cr(III)-haltig, ggf. schwarz Versiegelung ggf. schwarz DS (GZ) - DELTA -Seal (GZ) GEO 500 GEOMET DT/DP 100 (+ SM) DELTA -Tone / DELTA -Protekt KL GEOMET + V GEOMET 321 z.b. DACROLUB x DT / DP DS GZ DELTA -Tone / DELTA -Protekt KL 100 DELTA -Seal GZ DT / DP Klevercol DELTA -Tone / DELTA -Protekt KL 100 Klevercol GEOBLACK GEOMET 500 Plus ML black DP DP 30x DELTA -Protekt KL 100 DELTA -Protekt VH 30x GEO + Plus VL GEOMET 321 Plus VL GEOMET + Plus x GEOMET 321 Plus 10 / L / ML / M B 46 + B 18 x MAGNI B 46 MAGNI B 18 x 1 Anhaltswerte für Teile im Neuzustand (Kopf u. Gewindeende), im Einzelfall zu prüfen / durch nachfolgende Handlingoperationen können diese Werte ggf. deutlich reduziert werden Schrauben-Brevier

35 Optik Schicht- zusätzliche NaCl-Test Chemikaliendicke Schmiermittel- DIN beständigkeit 1, 2 [µm] behandlung RR (WR) 1, 2 (Felgenreiniger) gelb 8 notwendig 144h (72h) - gelblich 15 TTF 600h (192h) - schwarz 8 notwendig 360h (48h) - silber 8 notwendig 480h (240h) - schwarz 8 notwendig 480h (120h) - silber 5 / 8 notwendig 480h / 720h Nein silber 5 / 8 - (möglich) 480h / 720h Nein silber 5 - (möglich) 720h (Ja) dunkel / schwarz 1-4 geölt 8h Nein silber 8 notwendig 96h (6h) - silber 8 ggf. notwendig 144h (48h) - silber (irisierend) 8 notwendig 168h (72h) - silber 8 ggf. notwendig 240h (96h) - (silber) 8 notwendig 240h (24h) - silber / schwarz 8 ggf. notwendig 480h (120h) - (silber) 8 notwendig 480h (120h) - silber / schwarz 8 ggf. notwendig 720h (240h) - silber / schwarz 10 ggf. notwendig 120h Ja silber 12 - (möglich) 480 / 720h Nein silber 8 / 12 ggf. notwendig 240h / 480h Nein silber 8 / 12 - (möglich) 480h bedingt silber / schwarz 12 - (möglich) 480h (120h) Ja schwarz 12 - (möglich) 480h (240h) Ja schwarz 12 - (möglich) 720h (120h) (Ja) silber 12 - (möglich) 480 / 720h (Ja) silbergrau 12 - (möglich) 480 / 720h (Ja) silbergrau 12 - (möglich) 480 / 720h (Ja) silbergrau 12 - (möglich) 480 / 720h Ja 2 bei Cr(VI)-freien Oberflächen ist gegenüber Cr(VI)-haltigen Oberflächen ein wesentlich stärkerer Größeneinfluß zu berücksichtigen (kein Selbstheilungseffekt) 34 35

36 5.2 Schmiermittelbehandlung Schmierstoffe haben in erster Linie die Aufgabe definierte und konstante Reibungszahlen einzustellen. Neben dieser Aufgabe können Schmierstoffe ggf. auch weitere Funktionen (erhöhter Korrosionsschutz, Chemikalienbeständigkeit, Optik usw.) erfüllen. Vorgaben VDA / DIN 946 / DIN EN ISO Für schmierstoffbehandelte Schrauben wird gemäß VDA Prüfblatt eine Gesamtreibungszahl µ ges von 0,09-0,14 gefordert (Teilreibungszahlen µ Kopf und µ Gewinde zwischen 0,08 und 0,16). Die Ermittlung der Reibungszahlen erfolgt in der Regel gemäß DIN 946 bzw. DIN EN ISO Einflußfaktoren (Bei der Auswahl eines geeigneten Schmierstoffes zu berücksichtigen) Die sich in der Praxis tatsächlich ergebenden Reibungszahlen sowie deren Streuung sind neben der Schmierstoffbehandlung stark von folgenden Einflußfaktoren abhängig: Beschichtungssystem der Schraube: Art der Beschichtung, Schichtdicke,... Gegenlage: hart (z.b. gehärteter Stahl), mittel (z.b. Karosserieblech), weich (z.b. Alu), nicht beschichtet, beschichtet (z.b. KTL) Geometrie des Schraubenkopfes: Innenträger (konvex) / Außenträger (konkav), Auflagedurchmesser,... Mutterngewinde: blank / beschichtet (Art der Beschichtung), Quetschmutter,... Randbedingungen: Temperatur, Feuchtigkeit, Anziehgeschwindigkeit, Mehrfachverschraubung... Bemerkungen Das im VDA Prüfblatt definierte Reibungszahlfenster kann in der Regel immer durch geeignete Schmierstoffbehandlung erreicht werden. Die prozeßsichere Einhaltung in der Serie mit akzeptablen Streubereichen kann jedoch problematisch sein (» Einflußfaktoren). Für Mehrfachverschraubungen eignen sich integrierte Schmierstoffe grundsätzlich am besten. Bei Bedarf sind Reibungszahlen über 0,14 durch geeignete Schmierstoffbehandlung bzw. bei einigen Beschichtungssystemen ohne zusätzliche Schmierstoffbehandlung erreichbar. Die Streuung der Reibungszahlen nimmt mit steigenden Reibungszahlen zu. Reibungszahlen unter 0,08 sind in der Regel technisch nur schwer einzustellen und aufgrund der erforderlichen Sicherheit gegen selbsttätiges Lösen einer Verbindung auch nicht erwünscht. Schrauben-Brevier

37 Standard-Schmierstoffe mit üblichen Anwendungsbereichen (Auswahl) Produktbezeichnung Reibungszahlen Anwendungsbereich (DIN 946) nachträglich aufgebrachte Schmierstoffe Gardorol CP 8006 o.ä. 0,08 0,14 Phosphatierte Schrauben (Motorschrauben) Torque n Tension Fluid 0,09 0,14 Zinklamellenbeschichtungen / galv. Oberfläche microgleit DF911 / 921 0,09 0,14 Zinklamellenbeschichtungen / galv. Oberfläche Gleitmo 605 0,07 0,14 galvanische Oberflächen Gleitmo 2332 V 0,09 0,14 Anwendungen bei hohen Temperaturen OKS ,09 0,14 Alu-Schrauben / gewindeformende Schrauben OKS ,08 0,14 gewindeformende Schrauben Gleitmo 627 0,09 0,14 austenitische Schrauben Integrierte Schmierstoffe Torque n Tension 11 / 15 0,08 0,14 / 0,12 0,18 galvanische Oberflächen microgleit DCP ,09 0,14 Zinklamellenbeschichtungen / galv. Oberfläche DACROLUB 10 / 15 0,10 0,14 / 0,15 0,20 DACROMET 320 / GEOMET 321 Geomet 500 0,12 0,18 - Plus VL 0,09 0,14 GEOMET 321 Plus L / ML / M 0,08 0,14 / 0,10 0,16 / DACROMET 320 / 0,15 0,20 GEOMET 321 DELTA -Seal GZ 0,10 0,16 DELTA -Tone / DELTA -Protekt KL 100 DP VH 301 GZ / VH 302 GZ 0,09 0,14 / 0,10 0,16 DELTA -Tone / DELTA -Protekt KL 100 B 18 / B 18 N / B 18 T 0,12 0,18 / 0,15 0,21 / MAGNI B 46 0,18 0,

38 6. Dauerfestigkeitsgerechte Gestaltung Die Dauerfestigkeit einer Schraubenverbindung (Tab. 6.1) wird durch die folgenden Maßnahmen erhöht: a) Gewinde nach der Wärmebehandlung gerollt (Tab. 6.1); Achtung: Bei Temperaturbelastung erfolgt der Abbau der Eigenspannungen. Daher Einsatztemperatur und Temperaturbelastung bei Beschichtungsarbeitsgängen beachten. b) Kaltumgeformte Schrauben aus vergütetem Vormaterial bzw. Festigkeit 800 K. c) Schraubengeometrie soll entsprechend größtmöglicher elastischer Nachgiebigkeit gestaltet werden, z. B: Gewinde bis unter Kopf, Dünnschaft, Dehnschaft, Hohlschaft, Wahl möglichst großer Klemmlängen; d) Beachtung der Wärmeausdehnung der verschraubten Teile und des Verbindungselements. Wenn möglich Werkstoffe mit ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wählen. e) Verwendung des MJ Gewindes mit vergrößertem Kernradius nach DIN ISO 5855 Teil 1-3. f) Gleichmäßige Lastverteilung im Gewinde: 1.) Mutternwerkstoffe kleineren E-Moduls (z. B. Gußeisen, Aluminium, Titan) 2.) Mutternwerkstoffe geringerer Festigkeit (Einschraubtiefe beachten!) 3.) Mutter als Zugmutter ausgebildet g) Dauerfestgerecht gestalteter Schraubenkopf (z. B. großer Radius im Kopf- Schaft-Übergang). Spanende Bearbeitung, besonders unter dem Schraubenkopf vermeiden. h) Reduzierung von Setzbeträgen durch: 1.) Reduzierung von Trennfugen 2.) Vermeidung der Überbeanspruchung der Gegenlage. (Flächenpressung beachten!) 3.) Verwendung von möglichst glatten Auflageflächen Schrauben-Brevier

39 6.1 Abschätzung der Dauerhaltbarkeit (Anhaltswerte) a) Schlußvergütete Schrauben + - ASV = 0,75 (180/d + 52) b) Schlußgewalzte Schrauben + - ASG = (2 - F V / F 0,2 ) ASV 38 39

40 7. Verschiedenes 7.1 Umwertungstabellen Härte und Zugfestigkeit Härteprüfung und Umwertung Kaltumformwerkstoffe und Stanzteile im unvergüteten Zustand HB, HV, HRc und Zugfestigkeit (nach DIN Tabelle A.1 Okt. 2000) Werte z.t. interpoliert Brinell Umwertung 2,5 [mm] 5 [mm] 10 [mm] HB HV HRc Rm 1,839 [kn] 7,355 [kn] 29,42 [kn] [N/mm 2 ] 0,750 1,50 3, , ,760 1,52 3, , ,770 1,54 3, , ,780 1,56 3, , ,790 1,58 3, , ,800 1,60 3, , ,810 1,62 3, , ,820 1,64 3, , ,830 1,66 3, , ,840 1,68 3, , ,850 1,70 3, , ,860 1,72 3, , ,870 1,74 3, , ,880 1,76 3, , ,890 1,78 3, , ,900 1,80 3, , ,910 1,82 3, , ,920 1,84 3, , ,930 1,86 3, , ,940 1,88 3, , ,950 1,90 3, , ,960 1,92 3, , ,970 1,94 3, ,4 821 Schrauben-Brevier

41 Brinell Umwertung 2,5 [mm] 5 [mm] 10 [mm] HB HV HRc Rm 1,839 [kn] 7,355 [kn] 29,42 [kn] [N/mm 2 ] 0,980 1,96 3, ,990 1,98 3, ,000 2,00 4, ,010 2,02 4, ,020 2,04 4, ,030 2,06 4, ,040 2,08 4, ,050 2,10 4, ,060 2,12 4, ,070 2,14 4, ,080 2,16 4, ,090 2,18 4, ,100 2,20 4, ,110 2,22 4, ,120 2,24 4, ,130 2,26 4, ,140 2,28 4, ,150 2,30 4, ,160 2,32 4, ,170 2,34 4, ,180 2,36 4, ,190 2,38 4, ,200 2,40 4, ,210 2,42 4, ,220 2,44 4,