=='''Lösung für Übungsaufgabe''' Was ist eine Schraubenverbindung ? ==
[[BildAntwort:Flansch-mit-deckel-klein.jpg|right]]Eine Schraubenverbindung ist eine lösbare Verbindung von zwei oder mehreren Teilen durch eine oder mehrere Schrauben
''geg== Nenne je 3 Vor- und Nachteile einer Schraubenverbindung. :'' ==
d<sub>a</sub> = 600 mm Antwort:
d<sub>i</sub> = 560 mm Vorteile:
D = 630 mm*lösbar*einfache Montage und Demontage*wiederverwendbar im Vergleich zu Nietverbindungen
p<sub>e</sub> = 8 bar = 80 N/cm<sup>2</sup> Nachteile:
Sechskantschrauben M 20*Korrosionsanfälligkeit*Aufwändige Vorbereitung der Verbindung (Bohren, Senken, Gewindeschneiden)*nichtkontrolliertes Anziehen führt zu plastischen Verformungen bzw. zum Bruch == Welche Gewindearten sind Dir bekannt ? == Antwort: *metrisches Gewinde nach DIN ISO 13, für Befestigungsschrauben*metrisches Feingewinde nach DIN ISO 13, Schrauben und Muttern mit größeren Abmessungen*Rohgewinde nach DIN ISO 228, nichtdichtend, für Fittings oder Hähnen*Rohrgewinde nach DIN ISO 2999 und 3858, dichtend, Kegel 1:16, Einsatz mit Dichtband oder Hanf*metrisches Trapezgewinde nach DIN ISO 103, 380, 263 30295 Leitspindeln, Schraubstöcke, Schraubzwingen*metrisches Sägengewinde nach DIN 513,2781 Hub- und Druckspindeln*Rundgewinde nach DIN 405,15403, für Bewegungsspindeln/Kupplungsspindeln beim Eisenbahnwagen*Elektrogewinde DIN 40430 für Lampenfassungen und Sicherungen == Warum ist ein kontrolliertes Anziehen einer Schraube erforderlich ? == Antwort: Um eine verlangte Vorspannkraft möglichst genau zu erreichen, ist ein kontrolliertes Anziehen unbedingt erforderlich. == Nenne 3 unterschiedliche Anziehverfahren. == Antwort: * Drehwinkelgesteuertes Anziehen von Hand oder motorisch * Drehmomentgesteuertes Anziehen mit Drehmomentschlüssel * Impulsgesteuertes Anziehen mit Schlagschrauber == Welche Auswirkung hat die Montagevorspannkraft auf die Sicherheit der Schraubenverbindung ? == Antwort: Nur die richtige Montagevorspannkraft gewährleistet eine sichere und zuverlässige Schraubenverbindung. Eine zu hohe Vorspannkraft führt zu einer Überlastung und somit zum Bruch der Schraube oder zur Verformung der zu verschraubenden Elemente. Bei einer zu geringen Vorspannkraft kann sich die Schraubenverbindung lösen und zu Unfällen führen. == Nenne mind. 4 Kriterien, die bei der Festlegung der Schraubenabmessungen rechnerisch überprüft werden müssen.== Antwort: * Festigkeitsklasse * Streuung der Vorspannkraft beim Anziehen* Verminderung der Vorspannkraft durch Setzen* Zugbeanspruchung im Gewinde* Druckbeanspruchung der verspannten Teile durch Schraubenkopf oder Mutter* Zulässige Flächenpressung (verspannte Teile)* Kräfte und Spannungen unter Temperatureinfluss == Wie werden Schrauben und Muttern hergestellt ? == Antwort: Schrauben und Muttern werden spanend durch Drehen, Fräsen, Schleifen oder spanlos durch Pressen, Stauchen, Eindrücken und Rollen hergestellt. == Lösung für Übungsaufgabe ==[[Bild:Druckbehälter-klein.jpg|right]] ''geg.:''Belastung: statisch axial, exzentrisch angreifende Betriebskraft ''d<sub>a</sub>'' = 600 mm ''d<sub>i</sub>'' = 560 mm
aus Roloff/Matek Tabelle 8-8 :''D'' = 630 mm
d''p<sub>he</sub> = 22 mm '' (Durchgangsloch e für Schraube M 20effektiv)= 8 bar = 80 N/cm<sup>2</sup>
Sechskantschrauben M 20
''ges. :d<sub>h</sub>''gewählt aus Roloff/Matek Tabelle 8-8, Durchgangsloch Reihe mittel:
größte zulässige Schraubenabstand l''d<sub>ah</sub> : ?'' = 22 mm
Anzahl der Schrauben n ''ges.: ?''
auf den Deckel wirkende Druckkraft F : der größte zulässige Schraubenabstand ''l<sub>a</sub>'' = ?
Betriebskraft je Schraube F<sub>B</sub> : Anzahl der Schrauben ''n'' = ?
Festigkeitsklasse der Schrauben : auf den Deckel wirkende Druckkraft ''F'' = ?
Betriebskraft je Schraube ''F<sub>B</sub>'' = ?
 
Festigkeitsklasse der Schrauben ?
'''Lösungsweg:'''
 
a)
''l<sub>a</sub>'' / ''d<sub>h</sub>'' &le; 5
 
''l<sub>a</sub>'' &asymp; 5 &times; ''d<sub>h</sub>''
 
'''''l<sub>a</sub>'' &asymp; 5 &times; 22 mm &asymp; 110 mm'''
 
b)
 
''n'' &asymp; ''D'' &times; &pi; / ''l<sub>a</sub>''
 
'''''n'' &asymp; 630 mm &times; &pi; / 110 mm &asymp; 18'''
 
c)
 
''d<sub>m</sub>'' = [(''d<sub>a</sub>'' - ''d<sub>i</sub>'') / 2] + ''d<sub>i</sub>''
 
''d<sub>m</sub>'' = [(600 mm - 560 mm) / 2] + 560 mm = 580 mm''
 
''F = p<sub>e</sub> &times; d<sub>m</sub>''<sup>2</sup> &times; &pi; / 4
 
''F'' = 80 N/cm<sup>2</sup> &times; 58<sup>2</sup>cm<sup>2</sup> &times; &pi; / 4
 
'''''F'' = 211.366 N &asymp; 211,4 kN'''
 
d)
 
'''''F<sub>B</sub> = F / n'' = 211,4 kN / 18 = 11,74 kN'''
 
e)
 
Hinweis: Gemäß Tabelle RM 8-13, Fußnote 1 sind bei Dehnschrauben oder exzentrisch angreifender Betriebskraft ''F<sub>B</sub>'' die Durchmesser der nächsthöheren Laststufe zu wählen. In Zeile "stat. axial" würde bei zentrischem Kraftangriff in der Spalte "bis 16 kN" abgelesen werden, bei exzentrischem Kraftangriff ist aber die nächsthöhere Laststufe zu wählen, es gilt die Spalte "bis 25 kN".
 
Nach der Tabelle 8-13, in der Spalte "bis 25 kN", sind für Nenndurchmesser 20 (M 20) Schrauben der Festigkeitsklassen 4.8 oder 5.6 empfohlen.
 
'''Es werden Schrauben der gängigen Festigkeitsklasse 5.6 gewählt.'''
 
== Lösung für Übungsaufgabe RM 8.1 ==
 
Eine Augenschraube nach DIN 444 soll bei Montagearbeiten eine ruhende Last von 28 kN tragen.
Vorrätig sind folgende Schraubengrößen der Festigkeitsklasse 5.6: M8, M12, M16 und M24.
Welche Schraube ist aufgrund der Gewindetragfähigkeit mindestens zu wählen?
 
=== rechnerische Lösung ===
geg:
 
Festigkeitsklasse 5.6[[Bild:Pfeil.gif]]R<sub>e</sub> = 300N/mm<sup>2</sup>
 
S = 1,67 (Vordimensionierung lt. Europa TB S. 44)
 
F = 28kN
 
 
ges.:
 
Spannungsquerschnittsfläche A<sub>s</sub> in mm<sup>2</sup>
 
 
Lös.:
 
lt. Europa Tb. Seite 45
 
&sigma;<sub>zul</sub> = R<sub>e</sub> / S
 
&sigma;<sub>zul</sub> = 300N/mm<sup>2</sup>
 
&sigma;<sub>zul</sub> = <u>180 N/mm</u><sup>2</sup>
 
 
lt. Europa Tb. Seite 45
 
A<sub>s</sub> = F / &sigma;<sub>zul</sub>
 
A<sub>s</sub> = 28kN / 0,18 kN/mm<sup>2</sup>
 
A<sub>s</sub> = <u>155,6mm</u><sup>2</sup>
 
 
Gewählt wird M16, da die nächst größere Spannungsquerschnittsfläche 157mm<sup>2</sup> ist, lt. Europa Tb. Seite 204.
 
=== Vorauswahl mittels Tabellenbuch ===
Gemäß Tabelle RM 8-13 ist bei einer stat. axialen Betriebskraft ''F<sub>B</sub>'' = 28 kN die Spalte der nächsthöheren Laststufe, also ''F<sub>B</sub>'' = 40 kN zu wählen.
 
Für die Festigkeitsklasse 5.6 ist ein Nenndurchmesser 24 (M 24) zu wählen.
 
== Lösung für Übungsaufgabe RM 8.2 ==
 
Aus Spannschlossmutter und Anschweißenden der Festigkeitsklasse 3.6 bestehende Spannschlösser nach DIN 1480 werden z. B. zum Spannen von Zugstangen und Nachstellen von Bremsbändern verwendet.
 
Zu bestimmen ist die Spannschlossgröße (Gewindedurchmesser ''d'', genormt: Regelgewinde Reihe 1, M6 bis M56) für eine Zugkraft von 10 kN bei ruhender Belastung.
 
=== Lösung gemäß Tabellenbuch Europa ===
geg:
 
''R''<sub>e</sub> = 180N/mm<sup>2</sup> (3.6)
 
''S'' = 1,67
 
''F'' = 10kN
 
 
ges.:
 
Spannungsquerschnittsfläche ''A''<sub>s</sub> in mm<sup>2</sup>
 
 
Lös.:
 
lt. Europa Tb. Seite 45
 
&sigma;<sub>zul</sub> = R<sub>e</sub> / S
 
&sigma;<sub>zul</sub> = 180N/mm<sup>2</sup>
 
&sigma;<sub>zul</sub> = <u>108 N/mm</u><sup>2</sup>
 
 
lt. Europa Tb. Seite 45
 
A<sub>s</sub> = F / &sigma;<sub>zul</sub>
 
A<sub>s</sub> = 10kN / 0,108kN/mm<sup>2</sup>
 
A<sub>s</sub> = <u>92,6mm</u><sup>2</sup>
 
 
Gewählt wird M16, da die nächst größere Spannungsquerschnittsfläche 157mm<sup>2</sup> ist, lt. Europa Tb. Seite 204.
=== rechnerische Lösung gemäß RM ===
Berechnung nicht vorgespannter Schrauben im Maschinenbau gemäß RM FS 8.44
 
== Lösung für Übungsaufgabe RM 8.4c ==
 
Bei einem Druckbehälter wird eine Schraube statisch axial mit einer Betriebskraft von 14 kN belastet.
 
a) Ermitteln Sie für eine Schraube M14 die passende Festigkeitsklasse.
 
b) Ermitteln Sie für die Festigkeitsklasse 4.6 die passende Schraube.
 
 
für a)
 
geg:
* ''A''<sub>s</sub> = 115 mm<sup>2</sup> lt. RM TB 8-1
* ''F''<sub>S</sub> = 14 kN
* ''S'' = 1,67 gewählt nach Europa Tb. Metall (43. Aufl.) Seite 45, dort ''S'' = 1,2 ... 1,8.<br />Hinweis: Eine Sicherheit von 1,67 bedeutet, dass die Schraube mit einer Zugspannung von lediglich 60% der Streckgrenze belastet wird.
 
ges.:
 
Festigkeitsklasse, zu ermitteln über die erforderliche Streckgrenze ''R''<sub>e erf</sub> in N/mm<sup>2</sup>
 
Es werden zwei alternative Lösungswege vorgestellt. Beim ersten Weg werden die Werte rechnerisch ermittelt. Beim zweiten ermittelt man die Werte aus einer Tabelle. Beide Wege werden abschließend verglichen.
 
Lös. 1:
 
I) ''R''<sub>e erf</sub> = &sigma;<sub>zzul</sub>{{*}}''S'' lt. Europa Tb. Seite 45
 
II) &sigma;<sub>zzul</sub> = ''F'' / ''A''<sub>s</sub>
l<sub>a</sub> / d<sub>h</sub> &le; 5----
l[[Bild:Pfeil.gif]]''R''<sub>ae erf</sub> &asymp; 5 &times; d= ''S''{{*}}''F'' / ''A''<sub>hs</sub>
l''R''<sub>ae erf</sub> &asymp; 5 &times; 22 mm &asymp; 110 = 1,67{{*}}14.000 N / 115 mm<sup>2</sup>
''R''<sub>e erf</sub> = <u>203,3 N/mm<sup>2</sup></u>
Aus RM TB 8-4 wird zur erforderlichen Streckgrenze die nächstgrößere definierte Streckgrenze (''R''<sub>e</sub> = 240 N/mm<sup>2</sup>) gewählt und hieraus die '''Festigkeitsklasse 4.6''' abgeleitet.
b)
Lös. 2:
Laut RM TB 8-13 "Richtwerte zur Vorauswahl der Schrauben" ergibt sich bei einer statisch axialen Belastung von 14 kN bei einer Schraube M14 eine empfohlene Festigkeitsklasse von ca. 5.8.
n &asymp; D &times; &pi; / l<sub>a</sub>
n &asymp; 630 mm &times; &pi; / 110 mm &asymp; 18für b)
geg:
* ''R''<sub>e</sub> = 240 N/mm<sup>2</sup>
* ''S'' = 1,67
* ''F''<sub>S</sub> = 14 kN
c)ges.:
Nenndurchmesser ''d'', zu ermitteln über Berechnung der erforderliche Spannungsquerschnittsfläche ''A''<sub>s min</sub> in mm<sup>2</sup>
d<sub>m</sub> = [(d<sub>a</sub> - d<sub>i</sub>) / 2] + d<sub>i</sub>Lös. 1:
d<sub>m</sub> = [(600 mm - 560 mm) / 2] + 560 mm = 580 mm
lt. Europa Tb. Seite 45
&sigma;<sub>zzul</sub> = ''R''<sub>e</sub> / S
F = p<sub>e</sub> &timessigma; d<sub>mzzul</sub>= 240 N/mm<sup>2</sup> &times; &pi; / 41,67
F = 80 N/cm&sigma;<supsub>2zul</supsub> &times; 58= <supu>2<144 N/sup>cmmm<sup>2</sup> &times; &pi; </ 4u>
F = 211366 N &asymp; 211,4 KN
lt. Europa Tb. Seite 45
d)''A''<sub>s min</sub> = F<sub>S</sub> / &sigma;<sub>z zul</sub>
''A''<sub>s min</sub> = 14.000 N / 144 N/mm<sup>2</sup>
F''A''<sub>Bs min</sub> = F <u>97,22 mm<sup>2</ n = 211,4 sup></ 18 = 11,74 KNu>
Aus RM TB 8-1 wird zur erforderlichen Spannungsquerschnittsfläche A<sub>s min</sub> die nächstgrößere definierte Spannungsquerschnittsfläche (''A''<sub>s</sub> = 115 mm<sup>2</sup>) gewählt und hieraus der '''Nenndurchmesser ''d'' = 14 mm, also eine Schraube M14''' abgeleitet.
e)
Lös. 2:
Nach der Tabelle Laut RM TB 8-13 sind für Nenndurchmesser 20 ( M 20 ) Festigkeitsklassen 4.8 und 5.6 empfohlen.Es werden "Richtwerte zur Vorauswahl der Schrauben der gängigen " ergibt sich bei einer statisch axialen Belastung von 14 kN über die vorgegebene Festigkeitsklasse 54.6 genommeneine Schraube M20.
Kommentar:
Die Lösung über TB 8-13 ist schnell ermittelt aber ergibt aufgrund der groben Einteilung der Tabelle eine Vorauswahl zur [[Dimensionierung]] einer Schraube, die über die rechnerische Lösung verfeinert werden sollte.
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]][[Kategorie:Fertigungstechnik]]
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Schraubenverbindungen: Antworten

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/* Lösung für Übungsaufgabe RM 8.2 */
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