Dimensionierung von Schraubenverbindungen - Versionsgeschichte

Dg am 28. Februar 2022 um 10:53 Uhr

2022-02-28T10:53:22Z

Dg am 18. März 2015 um 17:11 Uhr

2015-03-18T17:11:34Z

Dg: /* Berechnung der Schraubenverbindung */

2014-10-10T10:12:03Z

‎Berechnung der Schraubenverbindung

Dg: /* Übungsaufgabe 2 */

2012-09-21T21:11:44Z

‎Übungsaufgabe 2

Dg: /* Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren */

2012-09-21T21:10:11Z

‎Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren

Dg: /* Interessante Links */

2012-09-21T21:08:21Z

‎Interessante Links

Dg: /* Warum werden Schraubenverbindungen dimensioniert? */

2012-09-21T21:07:35Z

‎Warum werden Schraubenverbindungen dimensioniert?

Dg: /* Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren */

2012-09-21T21:04:47Z

‎Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren

Dg: /* Kräfte am Gewinde (Vereinfacht) */

2012-09-21T21:03:03Z

‎Kräfte am Gewinde (Vereinfacht)

Dg: /* Einfluss der Krafteinleitung in die Verbindung */

2012-09-21T21:01:06Z

‎Einfluss der Krafteinleitung in die Verbindung

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 [[Bild:tornillo.png|717px|]]
 ==Warum werden Schraubenverbindungen dimensioniert?==
 [[Schraubenverbindungen]] werden  [[Dimensionierung|dimensioniert]], weil ein Bruch der [[Schraubenverbindungen|Schraube]] schwerwiegende Folgen haben kann (z. B. [[Maschinen und Geräte| Kraftmaschinen]]) wenn die [[Fügen| Verbindung]] dicht sein muss (z. B. Druckbehältern) und wenn die [[Fügen| Verbindung]] nicht rutschen darf (z. B. [[Kupplungen]]). Wenn eine gefühlsmäßige Auslegung zu unsicher ist, muss [[Dimensionierung|dimensioniert]] werden.

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 Von einer Querkraft ''F<sub>Q</sub>'' ist dann die Rede, wenn die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]] (Wirkkraft) senkrecht zur Schraubenachse wirkt.
-Bei einer Querbelasteten [[Schraubenverbindung]] sollen die Schrauben ein Verschieben der Teile verhindern. Dafür muss die Querkraft ''F<sub>Q</sub>'' von einer Reibungskraft F<sub>R</sub> aufgenommen werden.
+Bei einer querbelasteten [[Schraubenverbindung]] sollen die Schrauben ein Verschieben der Teile verhindern. Dafür muss die Querkraft ''F<sub>Q</sub>'' von einer Reibungskraft F<sub>R</sub> aufgenommen werden.
 Die Reibungskraft ''F<sub>R</sub>'' entsteht durch eine entsprechend hohe [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Vorspannkraft | Vorspannkraft]]  der Schrauben, zwischen den Berührungsflächen der verspannten Teile.
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 ===Anziehdrehmoment M<sub>A</sub>===
-Um eine [[Schraubenverbindung ]]  Festzudrehen wird ein bestimmter Kraftaufwand benötigt. Beim Festdrehen der Schraube entsteht Reibung zwischen den Berührungsflächen. Deshalb muss beim Anziehen neben des Gewindemomentes M<sub>G</sub>  auch das Reibungsmoment M<sub>RA</sub>   überwunden werden. Daraus ergibt sich das Anziehdrehmoment M<sub>A</sub> = M<sub>G</sub> + M<sub>RA</sub>
+Um eine [[Schraubenverbindung ]] festzudrehen wird ein bestimmter Kraftaufwand benötigt. Beim Festdrehen der Schraube entsteht Reibung zwischen den Berührungsflächen. Deshalb muss beim Anziehen neben des Gewindemomentes M<sub>G</sub>  auch das Reibungsmoment M<sub>RA</sub>   überwunden werden. Daraus ergibt sich das Anziehdrehmoment M<sub>A</sub> = M<sub>G</sub> + M<sub>RA</sub>
-Es gibt eine vereinfachte Formel für das Anziehdrehmoment, bei der das aufwendig zu berechnende Gewindemoment und Reibungsmoment nicht benötigt werden. Der Klammerausdruck der oben aufgeführten Formel wird ersetz durch K ∙ d. Daraus ergibt sich für das Anziehdrehmoment '''M<sub>A</sub> = F<sub>VM</sub> ∙ K ∙ d'''. Die K-Werte liegen für die üblichen Reibungszahlen μ<sub>G</sub> und μ<sub>K</sub> von 0,08 bis 0,14 entsprechend zwischen 0,12 und 0,19.
+Es gibt eine vereinfachte Formel für das Anziehdrehmoment, bei der das aufwendig zu berechnende Gewindemoment und Reibungsmoment nicht benötigt werden. Der Klammerausdruck der oben aufgeführten Formel wird ersetzt durch K ∙ d. Daraus ergibt sich für das Anziehdrehmoment '''M<sub>A</sub> = F<sub>VM</sub> ∙ K ∙ d'''. Die K-Werte liegen für die üblichen Reibungszahlen μ<sub>G</sub> und μ<sub>K</sub> von 0,08 bis 0,14 entsprechend zwischen 0,12 und 0,19.
 === Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren ===
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 '''a)''' Signalgebender Drehmomentschlüssel mit Schnellverstellung
-Beim Drehmoment gesteuertem Anziehen mit anzeigenden oder signalgebenden Drehmomentschlüssel, auftretende Streuung der Montagevorspannskraft, wird im Wesentlichen durch die Steuerung des Anziehdrehmoments und der Reibungen hervorgerufen.
+Beim Drehmoment gesteuertem Anziehen mit anzeigenden oder signalgebenden Drehmomentschlüssel, auftretende Streuung der Montagevorspannkraft, wird im Wesentlichen durch die Steuerung des Anziehdrehmoments und der Reibungen hervorgerufen.
 '''b)''' Elektronischer Messschlüssel für drehmoment-, drehwinkel- und streckgrenzengesteuertes Anziehen
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 Eine Schraubenhersteller Zuordnung Nach Produkten [http://www.schraubenverband.de/webd002d.htm| Welche schraube brauchen Sie?]
-=Powerpoint Präsentation=
+=Powerpoint-Präsentation=
-Eine Powerpoint Präsentation zum Runterladen [[Media: Dimensionierung_von_Schraubenverbindungen.ppt]]
+Eine Powerpoint-Präsentation zum Runterladen [[Media: Dimensionierung_von_Schraubenverbindungen.ppt]]
 = Quellen=

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 =Berechnung der Schraubenverbindung=
 Die Berechnung teilt sich in vorgespannte und nicht vorgespannte [[Fügen |Verbindungen]]. Im Maschinenbau kommen häufiger vorgespannte Verbindungen in Einsatz.
-Bei nicht vorgespannten [[Schraubenverbindungen]] sind die Schrauben nicht festgedreht also unbelastet vor dem Angreifen einer äußeren Kraft z.B Spannschlösser.
+* Bei nicht vorgespannten [[Schraubenverbindungen]] sind die Schrauben nicht festgedreht, also unbelastet vor dem Angreifen einer äußeren Kraft z. B. Spannschlösser.
-Bei vorgespannten [[Fügen|Verbindungen]] sind die Schrauben festgedreht (z. B. mit einer Mutter) also mit einer [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Vorspannkraft | Vorspannkraft]] ''F<sub>V</sub>'' bereits vor dem Angreifen der [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]] ''F<sub>B</sub>'' belastet.
+* Bei vorgespannten [[Fügen|Verbindungen]] sind die Schrauben festgedreht (z. B. mit einer Mutter), also mit einer [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Vorspannkraft | Vorspannkraft]] ''F<sub>V</sub>'' bereits vor dem Angreifen der [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]] ''F<sub>B</sub>'' belastet.
 == Kraft- und Verformungsverhältnisse ==
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 Zum Bild:
-a)Vorspannungs- (Montage-)zustand b) Betriebszustand c) Verspannungsschaubild
+a) Vorspannungs- (Montage-)zustand b) Betriebszustand c) Verspannungsschaubild
 ====Verspannungsschaubild====
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 Von einer Querkraft ''F<sub>Q</sub>'' ist dann die Rede, wenn die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]] (Wirkkraft) senkrecht zur Schraubenachse wirkt.
 Bei einer Querbelasteten [[Schraubenverbindung]] sollen die Schrauben ein Verschieben der Teile verhindern. Dafür muss die Querkraft ''F<sub>Q</sub>'' von einer Reibungskraft F<sub>R</sub> aufgenommen werden.
 Die Reibungskraft ''F<sub>R</sub>'' entsteht durch eine entsprechend hohe [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Vorspannkraft | Vorspannkraft]]  der Schrauben, zwischen den Berührungsflächen der verspannten Teile.
 Die Reibungskraft muss ''F<sub>R</sub> > F<sub>Q</sub>'' sein, damit die Schrauben dann nur noch statisch auf Zug beansprucht werden.
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 === Setzverhalten ===
 Zur Montage einer [[Schraubenverbindung]] wird eine [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren  | Montageverspannkraft]] F<sub>VM</sub> über den Schraubenkopf  (bzw. die Mutter) in die Verbindung eingeleitet.
 Bereits während der Montage gleichen sich die Berührungsflächen einander an. Nach der Montage kommt es zu einer plastischen Verformung der zusammengepressten Verschraubungselemente. Hierbei spricht man von einem Setzen der Schraubenverbindung. Dieses Setzen der Verbindung führt zu einem Vorspannkraftverlust F<sub>Z</sub>.
-Ist der Vorspannkraftverlust F<sub>Z</sub> so groß das die (Rest-) Klemmkraft = 0 ist, würden die Teile lose aufeinander liegen, d.h. die [[Fügen | Verbindung]] wäre locker.
+Bereits während der Montage gleichen sich die Berührungsflächen einander an. Nach der Montage kommt es zu einer plastischen Verformung der zusammengepressten Verschraubungselemente. Hierbei spricht man von einem Setzen der Schraubenverbindung. Dieses Setzen der Verbindung führt zu einem Vorspannkraftverlust F<sub>Z</sub>.
 Deshalb muss eine entsprechend hohe Montageverspannkraft F<sub>VM</sub> gewählt werden um eine geforderte Klemmkraft zu gewährleisten. Vorspannkraftverluste können durch [[Sicherungselemente#Setzsicherungen | Setzsicherungen ]] verhindert werden.

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 ==Übungsaufgabe 2==
+Für die Verschraubung des Deckels eines Druckbehälters sind Festigkeitsklasse und Anzahl der im Entwurf festgelegten Sechskantschrauben M20 ''überschlägig'' zu ermitteln. Es wird ein Welldichtring (''d<sub> a</sub>'' = 650 mm, d<sub> i</sub> = 610 mm) eingelegt. Der Lochkreisdurchmesser ist auf D = 700 mm festgelegt. Der Behälter hat einen Innendurchmesser von d<sub> i</sub> = 600 mm  und steht unter dem konstanten inneren Gasdruck p<sub> e</sub> = 8 bar.
 [[Bild:Schrauben(9).jpg| 222px| center|Druckbehälter]]

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 === Montagevorspannkraft, Anziehfaktor und Anziehverfahren ===
 Die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Vorspannkraft | Vorspannkraft]] unterliegt bei der Montage einer Streuung zwischen einem Größtwert ''F<sub>Vmax</sub>'' und einem Kleinstwert ''F<sub>Vmin</sub>'', das muss bei der Auslegung einer Schraubenverbindung berücksichtigt werden.
-Das Anziehen ohne Einstellkontrollen (z.B. von Hand) führt zu den größten Streuungen. Bei wichtigen Verschraubungen ist ein kontrolliertes Anziehen unbedingt erforderlich, um möglichst genau eine geforderte Vorspannkraft zu erreichen. Für das kontrollierte Anziehen der Verbindung gibt es verschiedene Schrauben Anziehgeräte.
+Das Anziehen ohne Einstellkontrollen (z. B. von Hand) führt zu den größten Streuungen. Bei wichtigen Verschraubungen ist ein kontrolliertes Anziehen unbedingt erforderlich, um möglichst genau eine geforderte Vorspannkraft zu erreichen. Für das kontrollierte Anziehen der Verbindung gibt es verschiedene Schraubenanziehgeräte.
 '''a)''' Signalgebender Drehmomentschlüssel mit Schnellverstellung

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 = Dimensionierung von Schraubenverbindungen=
 ==Warum werden Schraubenverbindungen dimensioniert?==
-[[Schraubenverbindungen]] werden  [[Dimensionierung|dimensioniert]], weil ein Bruch der [[Schraubenverbindungen|Schraube]] schwerwiegende Folgen haben kann (z.b. [[Maschinen und Geräte| Kraftmaschinen]]) wenn die [[Fügen| Verbindung]] dicht sein muss <br />(z.b. Druckbehältern) und wenn die [[Fügen| Verbindung]]  nicht rutschen darf (z.b. [[Kupplungen]]). Wenn eine gefühlsmäßige Auslegung zu unsicher ist muss [[Dimensionierung|dimensioniert]] werden.
+[[Schraubenverbindungen]] werden  [[Dimensionierung|dimensioniert]], weil ein Bruch der [[Schraubenverbindungen|Schraube]] schwerwiegende Folgen haben kann (z. B. [[Maschinen und Geräte| Kraftmaschinen]]) wenn die [[Fügen| Verbindung]] dicht sein muss (z. B. Druckbehältern) und wenn die [[Fügen| Verbindung]] nicht rutschen darf (z. B. [[Kupplungen]]). Wenn eine gefühlsmäßige Auslegung zu unsicher ist, muss [[Dimensionierung|dimensioniert]] werden.
 ==Vorauslegung der Schraubenverbindung==

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 Das Bild zeigt vereinfacht dargestellt Kraftverhältnisse an jeweils einem Gewindegang. Der Steigungswinkel der schiefen Ebene ist gleich der Gewindesteigungswinkel φ. Das Muttergewinde wurde durch den Gleitkörper ersetzt, an dem die Längskraft F, die Umfangskraft F<sub>u</sub>und Die Ersatzkraft Fe angreifen. Das dargestellte Krafteck muss bei Gleichgewicht geschlossen sein.
-Die Umfangskraft F<sub>u</sub> wird benötigt um das Gewindemoment zu errechnen. M<sub>G</sub> = F<sub>u</sub> ∙ d<sub>2</sub> / 2
+Die Umfangskraft ''F<sub>u</sub>'' wird benötigt, um das Gewindemoment zu errechnen. ''M<sub>G</sub> = F<sub>u</sub> ∙ d<sub>2</sub> / 2
+''
 b) „Last heben“ entspricht dem Festdrehen der Schraube, hier ergibt sich aus dem Krafteck,  ''F<sub>u</sub>  = F ∙ tan (φ + ρ)

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 Bei Vereinfachungen wird meist angenommen, dass die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]] ''F<sub>B</sub>'' durch die äußeren Ebenen eingeleitet wird. Im Normalfall ist das nicht so. Sondern irgendwo innerhalb der verspannten Teile wird sie in die [[Fügen | Verbindung]] eingeleitet. Somit wird nur ein Teil des Verspannungsbereiches entlastet. Der Entlastete Bereich ist ''n*lk''.
-Der durch die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]] ''F<sub>B</sub>'' entlastete Bereich ist kaum exakt zu berechnen. Deshalb wird mit einem Kraft Einleitungsfaktor ''n'' gerechnet.
+Der durch die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft|Betriebskraft]] ''F<sub>B</sub>'' entlastete Bereich ist kaum exakt zu berechnen. Deshalb wird mit einem Kraft Einleitungsfaktor ''n'' gerechnet.
-Die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft | Betriebskraft]]  sollte möglichst nah an der Trennfuge eingeleitet werden. Dadurch kann die Dauerhaltbarkeit der Schraubenverbindung erhöht werden.
+Die [[Dimensionierung von Schraubenverbindungen#Statische Betriebskraft als Längskraft|Betriebskraft]] sollte möglichst nah an der Trennfuge eingeleitet werden. Dadurch kann die Dauerhaltbarkeit der Schraubenverbindung erhöht werden.
 ===Kraftverhältnisse bei statischer oder dynamischer Querkraft===