Schraubenverbindungen: Antworten

Aus BS-Wiki: Wissen teilen
Wechseln zu: Navigation, Suche

Was ist eine Schraubenverbindung ?

Antwort: Eine Schraubenverbindung ist eine lösbare Verbindung von zwei oder mehreren Teilen durch eine oder mehrere Schrauben

Nenne je 3 Vor- und Nachteile einer Schraubenverbindung.

Antwort:

Vorteile:

  • lösbar
  • einfache Montage und Demontage
  • wiederverwendbar im Vergleich zu Nietverbindungen

Nachteile:

  • 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

Druckbehälter-klein.jpg

geg.: Belastung: statisch axial, exzentrisch angreifende Betriebskraft

da = 600 mm

di = 560 mm

D = 630 mm

pe (e für effektiv) = 8 bar = 80 N/cm2

Sechskantschrauben M 20

dh gewählt aus Roloff/Matek Tabelle 8-8, Durchgangsloch Reihe mittel:

dh = 22 mm

ges.:

der größte zulässige Schraubenabstand la = ?

Anzahl der Schrauben n = ?

auf den Deckel wirkende Druckkraft F = ?

Betriebskraft je Schraube FB = ?

Festigkeitsklasse der Schrauben ?

Lösungsweg:

a)

la / dh ≤ 5

la ≈ 5 × dh

la ≈ 5 × 22 mm ≈ 110 mm

b)

nD × π / la

n ≈ 630 mm × π / 110 mm ≈ 18

c)

dm = [(da - di) / 2] + di

dm = [(600 mm - 560 mm) / 2] + 560 mm = 580 mm

F = pe × dm2 × π / 4

F = 80 N/cm2 × 582cm2 × π / 4

F = 211.366 N ≈ 211,4 kN

d)

FB = 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 FB 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 5.6Pfeil.gifRe = 300N/mm2

S = 1,67 (Vordimensionierung lt. Europa TB S. 44)

F = 28kN


ges.:

Spannungsquerschnittsfläche As in mm2


Lös.:

lt. Europa Tb. Seite 45

σzul = Re / S

σzul = 300N/mm2

σzul = 180 N/mm2


lt. Europa Tb. Seite 45

As = F / σzul

As = 28kN / 0,18 kN/mm2

As = 155,6mm2


Gewählt wird M16, da die nächst größere Spannungsquerschnittsfläche 157mm2 ist, lt. Europa Tb. Seite 204.

Vorauswahl mittels Tabellenbuch

Gemäß Tabelle RM 8-13 ist bei einer stat. axialen Betriebskraft FB = 28 kN die Spalte der nächsthöheren Laststufe, also FB = 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:

Re = 180N/mm2 (3.6)

S = 1,67

F = 10kN


ges.:

Spannungsquerschnittsfläche As in mm2


Lös.:

lt. Europa Tb. Seite 45

σzul = Re / S

σzul = 180N/mm2

σzul = 108 N/mm2


lt. Europa Tb. Seite 45

As = F / σzul

As = 10kN / 0,108kN/mm2

As = 92,6mm2


Gewählt wird M16, da die nächst größere Spannungsquerschnittsfläche 157mm2 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:

  • As = 115 mm2 lt. RM TB 8-1
  • FS = 14 kN
  • S = 1,67 gewählt nach Europa Tb. Metall (43. Aufl.) Seite 45, dort S = 1,2 ... 1,8.
    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 Re erf in N/mm2

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) Re erf = σzzul · S lt. Europa Tb. Seite 45

II) σzzul = F / As


Pfeil.gifRe erf = S · F / As

Re erf = 1,67 · 14.000 N / 115 mm2

Re erf = 203,3 N/mm2

Aus RM TB 8-4 wird zur erforderlichen Streckgrenze die nächstgrößere definierte Streckgrenze (Re = 240 N/mm2) gewählt und hieraus die Festigkeitsklasse 4.6 abgeleitet.


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.


für b)

geg:

  • Re = 240 N/mm2
  • S = 1,67
  • FS = 14 kN

ges.:

Nenndurchmesser d, zu ermitteln über Berechnung der erforderliche Spannungsquerschnittsfläche As min in mm2


Lös. 1:


lt. Europa Tb. Seite 45

σzzul = Re / S

σzzul = 240 N/mm2 / 1,67

σzul = 144 N/mm2


lt. Europa Tb. Seite 45

As min = FS / σz zul

As min = 14.000 N / 144 N/mm2

As min = 97,22 mm2

Aus RM TB 8-1 wird zur erforderlichen Spannungsquerschnittsfläche As min die nächstgrößere definierte Spannungsquerschnittsfläche (As = 115 mm2) gewählt und hieraus der Nenndurchmesser d = 14 mm, also eine Schraube M14 abgeleitet.


Lös. 2:

Laut RM TB 8-13 "Richtwerte zur Vorauswahl der Schrauben" ergibt sich bei einer statisch axialen Belastung von 14 kN über die vorgegebene Festigkeitsklasse 4.6 eine 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.