Eine Verringerung der Vorspannkraft führt zum Lockern der Verbindung!

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1 estigkeit von Schraubenverbindungen 5. Schritt: Bestimmung des Vorspannkraftverlustes durch Setzen Vorspannkraftänderungen Die Vorspannkraft V einer Schraube kann sich gegenüber der Montagevorspannkraft M durch folgende Ursachen ändern: Eine Verringerung der Vorspannkraft führt zum Lockern der Verbindung! 1

2 estigkeit von Schraubenverbindungen 5. Schritt: Bestimmung des Vorspannkraftverlustes durch Setzen Setzen: plastisches Einebnen von Oberflächenrauigkeiten in den Auflageflächen, den belasteten lanken der gepaarten Gewinde und sonstigen Trennfugen M M S M f z P M Vorspannkraftminderung: z M f z S P Setzbetrag: f Z f Z lk 3,9 d 0, mm

3 estigkeit von Schraubenverbindungen 5. Schritt: Bestimmung des Vorspannkraftverlustes durch Setzen Richtwerte für Setzbeträge bei Schrauben, Muttern und kompakten verspannten Teilen aus Stahl nach VDI 30 3

4 estigkeit von Schraubenverbindungen 6. Schritt: Bestimmung von Mindestund Maximalmontagevorspannkraft Minimale erforderliche Vorspannkraft unter Berücksichtigung des Setzens M min (1 ) KR A Z Maximal auftretende Vorspannkraft M max (1 ) A M min A KR A Z mit: α A Anziehfaktor (Schritt ) KR für unktion erforderliche Restklemmkraft (Schritt 3) Φ Kraftverhältnis (Schritt 4) A Betriebskraft Z Vorspannkraftverlust durch Setzen (Schritt 5) 4

5 estigkeit von Schraubenverbindungen 7. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen statischen Schraubenkraft bei der Montage 3 Rp Gesamtbeanspruchung beim Anziehen (GEH) (1) red M M 0, Zug und Torsion wobei M A M S und M M W G t M d tan ' W t mit Spannungsquerschnitt A S d 4 d 4 d3 S Widerstandsmoment gegen Torsion W t d 16 3 S Bei Schrauben mit Dehnschaft oder Taillenschrauben ist anstelle von d s der kleinere Schaftdurchmesser d T = 0,9 d 3 einzusetzen. 5

6 estigkeit von Schraubenverbindungen 7. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen statischen Schraubenkraft bei der Montage Die Auflösung der Gleichung (1) nach σ M liefert Mzul R d p0, tan ' 1 3 ds mit Mzul = σ Mzul A S folgt für die zulässige Montagevorspannkraft Mzul R d p0, A tan ' 1 3 ds S Wird die Schraube torsionsfrei angezogen (gespannt), so vereinfacht sich obige Gleichung mit σ red = σ M = v R p0, zu: Mzul Rp0, A S Damit die im ersten Schritt überschlägig ausgewählte Schraube weiter verwendet werden kann, muss kontrolliert werden, dass bzw. MTab M max Mzul M max (1) Mtab nach folgender Tabelle bzw VDI 30 ansonsten ist die Berechnung mit einer größeren Schraube ab Schritt zu wiederholen. 6

7 Montagevorspannkräfte MTab und Anziehdrehmomente M A bei = 0,9 für Schaftschrauben mit metrischem Regelgewinde nach DIN ISO 6; Kopfabmessungen von Sechskantschrauben nach DIN EN ISO 4014 bis 4018, Schrauben mit Außensechsrund nach DIN bzw. Zylinderschrauben nach DIN EN ISO 476 und Bohrung mittel nach DIN EN 0 73 ; Auszug aus VDI Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen statischen Schraubenkraft bei der Montage Montagevorspannkräfte und Anziehdrehmomente (Auswahl) 7

8 estigkeit von Schraubenverbindungen 8. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen statischen Schraubenkraft unter Betriebsbeanspruchung maximal zulässige Kraft in der Schraube Sges R p0, A0 Anziehen bis 90% Dehngrenze SA 0,1 R A p0, 0 maximale statische Betriebskraft A 0,1 Rp0, A0 A 0 = A S bei Schaftschrauben A 0 = A T bei Dehnschrauben R p0, 0,%-Dehngrenze Kraftverhältnis 8

9 estigkeit von Schraubenverbindungen 9. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen Dauerschwingbeanspruchung 9

10 estigkeit von Schraubenverbindungen 9. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen Dauerschwingbeanspruchung Spannungsamplitude σ a ( ( SAa SAo SAu Ao Au a A AS AS AS ) ) ertragbare Spannungsamplitude σ A für schlussvergütete Schrauben 180mm A, SV 0,75 5 d N mm für schlussgewalzte Schrauben 180mm d A, SG 0,75 5 V 0, N mm (oder nach den Tabellen auf den folgenden beiden olien) 10

11 estigkeit von Schraubenverbindungen 9. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen Dauerschwingbeanspruchung Dauerfestigkeit schlussvergüteter Schrauben 11

12 estigkeit von Schraubenverbindungen 9. Schritt: Kontrolle auf Einhaltung der maximal zulässigen Dauerschwingbeanspruchung Dauerfestigkeit schlussgewalzter Schrauben 1

13 estigkeit von Schraubenverbindungen 10. Schritt: Nachrechnung der lächenpressung unter der Kopfund Mutterauflage plastische Deformation an Auflagefläche unbedingt vermeiden, sonst Verlust an Vorspannkraft deshalb darf lächenpressung die Grenzflächenpressung des Werkstoffes nicht überschreiten Montagezustand Betriebszustand mit A p min d 4 w d h d w Druchmesser der Kopf(Muttern)auflage d h Druchmesser der Durchgangsbohrung p G Grenzflächenpressung, Werte auf folgender olie 13

14 Auswahl von Werkstoffen für verschraubte Bauteile Richtwerte mechanischer und physikalischer Eigenschaften nach VDI 30 14

15 estigkeit von Schraubenverbindungen Einschraubtiefe Bei Überbeanspruchung soll die Schraube im freien Gewindeteil brechen. Die kritische Einschraubtiefe bzw. Mutterhöhe m kr (Länge der vollständig im Eingriff befindlichen Gewindegänge von Schraube und Mutter bzw. Innengewinde) ist dann erreicht, wenn die Tragfähigkeit der ineinander greifenden Gewindegänge der des freien belasteten Schraubengewindes oder des Schaftes entspricht. Kritische Einschraubtiefe nach VDI 30 Schraubenverbindungen mit genormten Muttern sind voll tragfähig, wenn die estigkeitsklasse der Mutter mindestens der des Schraubenbolzens entspricht. 15

16 estigkeit von Schraubenverbindungen 11. Schritt: Ermittlung des Anzugsmomentes Das für das drehmomentgesteuerte Anziehen benötigte Anziehdrehmoment kann der Tabellen?? entnommen werden (für v = 0,9). Dabei sind die minimalen Reibungszahlen zu verwenden. Das Anziehdrehmoment kann auch wie folgt berechnet werden: M A S 0,16 P 0,58 G d K d K Bei Anwendung von losdreh- oder lockerungssichernden Verbindungselementen ist gegebenenfalls das Überschraubmoment M Ü und das Kopfzusatzmoment M KZu zu beachten. M A, S M A M Ü M KZu 16

17 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..3 Hinweise zur Gestaltung 17

18 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..3 Hinweise zur Gestaltung 18

19 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..3 Hinweise zur Gestaltung Querkräfte vermeiden; Querkräfte bei dynamischer Beanspruchung dürfen nicht größer als 5-10% der Vorspannkraft sein Betriebskräfte dürfen keine Relativbewegung der verschraubten Teile hervorrufen Lange Schrauben, große Klemmlängen, freie Dehnlänge > 3d 19

20 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..3 Hinweise zur Gestaltung 0

21 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..3 Hinweise zur Gestaltung 1

22 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..3 Hinweise zur Gestaltung

23 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..4 Schraubensicherung Eine richtig dimensionierte Schraubverbindung braucht keine Sicherung, Klemmverhältnis l k /d 3 5. Gefährdet sind Verbindungen mit geringer Klemmlänge und hohen Setzungen. Entsprechend ihrer Wirksamkeit lassen sich folgende drei Gruppen unterscheiden: Sie bestehen aus formschlüssigen oder klemmenden Elementen, die zwar ein Losdrehen nicht verhindern können, jedoch ein totales Auseinanderfallen der Verbindung ausschließen. Sie bestehen aus sperrenden oder klebenden Elementen, mit denen das bei der Relativbewegung innerhalb der Verbindung entstehende Losdrehmoment verhindert oder blockiert werden soll. Diese bestehen aus mitverspannten federnden Elementen, die zum Ausgleich der Kriechund Setzbeträge eingesetzt werden, um das Lockern der Verbindung zu verhindern. 3

24 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..4 Schraubensicherung 4

25 4. Befestigungsschraubverbindungen 4..4 Schraubensicherung 5

26 4. Schraubverbindungen, Gewinde 4.3 Bewegungsschrauben Bauformen Wichtig sind folgende Eigenschaften des Bewegungsgewindes: 6

27 4.3 Bewegungsschrauben Bauformen Bauformen: die Mutter steht still und die angetriebene Spindel führt unter Drehung die Längsbewegung aus. Das Gewinde der Mutter wird entweder unmittelbar in das Gehäuse geschnitten (Werkstoffpaarung!) oder in Buchsen aus geeignetem Werkstoff, die mit dem Gehäuse dreh- und axialfest verbunden sind. Durch Abdeckungen und Dichtungen sorgt man für konstante Schmierbedingungen und schützt gegen Verschmutzung (Wirkungsgrad, Verschleiß!). Umkehrung : Die angetriebene Mutter ist axial abgestützt, die an der Drehung gehinderte Spindel führt die Längsbewegung aus. Die drehende, axial abgestützte Spindel treibt die Mutter (Stempel) an, die bei der Axialbewegung gegen Drehen gesichert werden muss. (Schraubstock) 7

28 4.3 Bewegungsschrauben 4.3. Wirkungsgrad Nutzmoment einer Bewegungsschraube (ohne Reibung in der Lagerung) M GN A d tan G Wirkungsgrad Drehbewegung in Längsbewegung Wirkungsgrad Längsbewegung in Drehbewegung mit tan G G cos N tan N tan cos 8

29 Zusammenfassung Gewinde entspricht einem um einen Schaft gewickelten Keil Gewinde wandelt Moment in Axialkraft bzw. Dreh- in Linearbewegung oder umgekehrt Selbsthemmung zur Sicherung der Verbindung bei Befestigungsschrauben, bei Bewegungsgewinde nicht erwünscht Reibung und estigkeitswerte sind bei Schraubenauslegung ebenso zu beachten wie die Steifigkeitsverhältnisse von Schraube und Bauteil 9