Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente: Unterschied zwischen den Versionen
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− | == Funktion | + | == Funktion == |
− | Bauteile lassen sich einfach und günstig durch Bolzen, | + | Bauteile lassen sich einfach und günstig durch Bolzen, Stifte oder andere Formteile miteinander verbinden. Diese Verbindungselemente werden sowohl für lose als auch für [[Formschlüssige_Verbindungen|feste Verbindungen]], für Lagerungen, Führungen, Halterungen und zum Sichern von Bauteilen gegen Überlastung, z. B. als Brechbolzen in Sicherheits[[Kupplungen|kupplungen]], verwendet. Bei losen [[Formschlüssige_Verbindungen|Verbindungen]] und zur Aufnahme von axialen Kräften müssen die Bolzen bzw. die gelagerten oder verbundenen Teile häufig durch Sicherungselemente, wie Splinte, Sicherungsringe oder Querstifte, gegen Verschieben oder Verdrehen gesichert werden. |
− | == | + | == Verwendung == |
+ | Unter einem '''Bolzen''' versteht man ein [[Maschinenelemente|Maschinenelement]] zur gelenkigen Verbindung von Werkstücken. In der Verbindung wird der Bolzen nicht nur auf [[Zugversuch|Zug]], sondern überwiegend auf Scherung belastet. Bolzen können verschraubt oder durch Sicherungsstifte in der Verbindung gehalten werden. Hochwertige Bolzenverbindungen mit großem Durchmesser werden über einen Achshalter gesichert, die zugehörige [[Passungen|Passung]] ist meist eine [[Passungen#Spielpassung|Spielpassung]]. Bolzenverbindungen werden nach dem Passungssystem Einheitsbohrung gefertigt. | ||
− | + | '''Stiftverbindungen''' werden hergestellt, indem in eine durch alle zu verbindenden Teile gehende Aufnahmebohrung ein Stift mit Übermaß eingedrückt wird. Die entstehende Verbindung ist form- und [[kraftschlüssig]]. Stifte dienen zur Sicherung der Lage von Bauteilen. Neben der Lagesicherung von zwei Teilen, dienen Stiftverbindungen zur Kraftbegrenzung (Scherstift), zur Sicherung von Schrauben (Steckstift) oder zur gelenkigen Verbindung und Lagerung von Scheiben oder Rollen (Gelenkstift). | |
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− | '''Stiftverbindungen''' werden hergestellt, indem in eine durch alle zu | ||
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+ | Zu den '''Sicherungselemente'''n zählen Sicherungsringe, Splinte, Achshalter u.a. derartige Elemente. Diese dienen zur Sicherung von Maschinenteilen gegen axiales Verschieben. Sicherungsringe nach DIN 471 für Wellen und [[DIN]] 472 für Bohrungen werden in Ringnuten (übliche [[Toleranzen|Toleranz]] H13, H11) eingesetzt. Durch die besondere Form der aus Federstahl bestehenden Ringe wird erreicht, dass diese sich beim Einbau rund verformen und mit gleichmäßiger radialer Vorspannung in der Ringnut sitzen. Aufgrund der hohen Kerbwirkung der Nuten sollen Sicherungsringe möglichst nur an den Enden von Bolzen, Achsen oder Wellen angeordnet werden. Durch funktionsgerechte Verwendung der Sicherungsringe lässt sich oftmals eine konstruktive Vereinfachung erzielen und somit Kosten einsparen. Sicherungsringe werden üblicherweise nach Firmenangaben (z.B. [http://www.seeger-orbis.de/de Seeger-Orbis-GmbH]) gegen Umstülpen durch Axialkraft und Ablösen durch Fliehkraft berechnet. | ||
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Welche Verbindungsart entsteht bei einer Stiftverbindung? | Welche Verbindungsart entsteht bei einer Stiftverbindung? | ||
− | zur Antwort [[Bolzen-% | + | zur Antwort [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#1._Wie_werden_Bolzen_in_der_Regel_beansprucht.3|Frage 1]] |
− | zur Antwort [[Bolzen-% | + | zur Antwort [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#2._Welche_Verbindungsart_entsteht_bei_einer_Stiftverbindung.3F|Frage 2]] |
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+ | === Bolzen === | ||
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+ | | Mit und ohne Kopf siehe [[DIN]] EN 22340 (Tab.B. S. 238) || [[Bild:Bolzen.gif|right]] | ||
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+ | | Mit und ohne Splintloch [[DIN]] EN 22341 | ||
+ | Einsatzgebiet ist hier als Gelenkbolzen für z. B. Stangenverbindungen | ||
+ | || [[Bild:Bolzen_mit_Kopf.gif|right]] | ||
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+ | | Bolzen mit Kopf und Gewindezapfen [[DIN]] 1445 | ||
+ | diese werden vorwiegend als festsitzende Lager- und Achsbolzen, z. B. für Seil- und Laufrollen verwendet. | ||
+ | || [[Bild:Bolzen_mit_Kopf_und_Gewindezapfen.jpg|center]] | ||
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! '''''zurück zum''''' | ! '''''zurück zum''''' | ||
[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | ||
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− | + | === Stifte === | |
werden unterteilt in... | werden unterteilt in... | ||
− | + | * Zylinderstifte [[DIN]] EN ISO 2338 (Tab.B.S 237)[[Bild:Zylinderstift.gif]]. | |
− | * Zylinderstifte [[DIN]] EN ISO 2338 (Tab.B. | + | kommen zur Verbindung und zum Fixieren von Teilen an Vorrichtungen oder Werkzeugen in Frage. Sie haben außerdem das gleiche Einsatzgebiet wie Kegelstifte, sind allerdings schwerere lösbar als diese und sehr kostspielig. |
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* Kegelstifte [[DIN]] EN 22339[[Bild:Kegelstift.gif]] | * Kegelstifte [[DIN]] EN 22339[[Bild:Kegelstift.gif]] | ||
− | werden genutzt, um die bei häufigem Ausbau auftretenden | + | Kegelstifte werden genutzt, um die bei häufigem Ausbau auftretenden Abnutzungen oder Lochaufweitungen auszugleichen, und somit immer wieder die genaue Lage von Bauteilen zueinander zu gewährleisten. |
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* Kerbstifte, Spannstifte [[DIN]] EN ISO 8752 [[Bild:Kerbstift.gif]] | * Kerbstifte, Spannstifte [[DIN]] EN ISO 8752 [[Bild:Kerbstift.gif]] | ||
− | + | Durch die Kerben am Umfang hält der Kerbstift in einer "glatten" Bohrung rüttelfest. Selbst bei Demontage ist es möglich, dass dieser Stift in der Bohrung weiterhin rüttelfest hält. Eine so hergestellte Verbindung ist aufgrund der einfachen Arbeitsweise sehr wirtschaftlich. | |
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Welche Vorteile bieten Kerbstifte gegenüber Kegel- oder Zylinderstiften? | Welche Vorteile bieten Kerbstifte gegenüber Kegel- oder Zylinderstiften? | ||
− | zur Antwort [[Bolzen-% | + | zur Antwort [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#3._Welche_Vorteile_bieten_Kerbstifte_gegen.C3.BCber_Kegel-_oder_Zylinderstiften.3F|Frage 3]] |
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[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | ||
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− | + | === Sicherungselemente === | |
− | '''''Sicherungsringe''' (''Halteringe) [[Bild:Sicherungsring.gif]] | + | '''''Sicherungsringe''' (''Halteringe ugs. [http://www.seeger-orbis.de/de/ Seegering] o.a. Sprengring) [[Bild:Sicherungsring.gif]] |
[[DIN]] 471 für Wellen | [[DIN]] 471 für Wellen | ||
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[[DIN]] 472 für Bohrungen | [[DIN]] 472 für Bohrungen | ||
− | Sicherungsringe werden federnd in Nuten eingesetzt. Der aus der Nut ragende Sicherungsring bildet dann eine axiale belastbare Schulter und dient zum Festlegen von Bauteilen wie z. | + | Sicherungsringe werden federnd in Nuten eingesetzt. Der aus der Nut ragende Sicherungsring bildet dann eine axiale belastbare Schulter und dient zum Festlegen von Bauteilen wie z.B. Wälzlagern. |
[[Wälzlagerungen]] | [[Wälzlagerungen]] | ||
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[[DIN]] EN ISO 1234 | [[DIN]] EN ISO 1234 | ||
− | Die einfache und billige Splintsicherung wird vorwiegend bei losen, gelenkartigen Bolzenverbindungen und bei Schraubenverbindungen angewendet. Als Werkstoff für Splinte wird überwiegend weiches Material wie z. | + | Die einfache und billige Splintsicherung wird vorwiegend bei losen, gelenkartigen Bolzenverbindungen und bei Schraubenverbindungen angewendet. Als Werkstoff für Splinte wird überwiegend weiches Material wie z.B. [[Kupfer]], [[Kupfer]]-[[Zink]]- und [[Aluminium]][[legierungen]] verwendet. |
Achtung: '''Splinte dürfen bei wichtigen Verbindungen nur einmal verwendet werden!''' | Achtung: '''Splinte dürfen bei wichtigen Verbindungen nur einmal verwendet werden!''' | ||
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'''''Stellringe''''' [[Bild:Stellring.gif]] | '''''Stellringe''''' [[Bild:Stellring.gif]] | ||
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[[DIN]] 705 | [[DIN]] 705 | ||
− | Stellringe sollen das axiale Spiel von Wellen, Achsen und Bolzen begrenzen oder lose auf diesen sitzende Teile seitlich führen. Die Stellringe werden durch Gewindestifte befestigt. Um mögliche Unfallgefahren zu vermeiden dürfen Stellringe nicht überstehen. | + | Stellringe sollen das axiale Spiel von Wellen, Achsen und Bolzen begrenzen oder lose auf diesen sitzende Teile seitlich führen. Die Stellringe werden durch Gewindestifte befestigt. Um mögliche Unfallgefahren zu vermeiden, dürfen Stellringe nicht überstehen. |
[http://www.habermann-schrauben.de/normteile%20edelstahl/din705.php Habermann - Schrauben] | [http://www.habermann-schrauben.de/normteile%20edelstahl/din705.php Habermann - Schrauben] | ||
− | + | '''''Achshalter''''' [[Bild:Achshalter4.GIF]] | |
− | '''''Achshalter''''' | + | |
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[[DIN]] 15058 | [[DIN]] 15058 | ||
− | Achshalter sind | + | Achshalter sind [[Maschinenelement]]e zur Sicherung von Bolzenverbindungen gegen unbeabsichtigtes Lösen des Bolzens. Der Achshalter besteht aus einem mit zwei Befestigungsschrauben verschraubten rechteckigen Blechstreifen, der in eine in den Bolzen eingestochene Nut eingreift. Soll der Bolzen auch gegen Verdrehen gesichert werden, so wird diese Nut gefräst. Achshalter werden eingesetzt an Bolzenverbindungen mit einem Durchmesser von mehr als 18 mm, sie sind in sechs Stufen bis zu einem Bolzendurchmesser von 250 mm genormt. |
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Welche Arten von Sicherungselementen gibt es und welchem Einsatzzweck dienen sie? | Welche Arten von Sicherungselementen gibt es und welchem Einsatzzweck dienen sie? | ||
− | zur Antwort [[Bolzen-% | + | zur Antwort [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#4._Welche_Arten_von_Sicherungselementen_gibt_es_und_welchem_Einsatzzweck_dienen_sie.3F|Frage 4 |
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− | == | + | == [[Dimensionierung]] == |
− | Für die Bolzen wählt man überwiegend einen härteren Werkstoff | + | Für die Bolzen wählt man überwiegend einen härteren Werkstoff als für die übrigen Bauteile, um Fressgefahr und übermäßigen Verschleiß zu vermeiden. Normbolzen werden aus [[Automatenstahl]] ([[Härte]] 125 bis 245 HV) hergestellt. Bolzen für höherwertige Belastungen stellt man aus entsprechendem Einsatz- und Vergütungsstahl her. Hierbei empfiehlt es sich, die Oberflächen zu härten und zu schleifen. |
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− | + | Bolzen werden in der Regel auf Biegung, Schub und Flächenpressung beansprucht. Im Normalfall sind die Biegung und die Flächenpressung für die Auslegung einer Verbindung ausschlaggebend. | |
+ | Hier kannst Du Dir [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Bolzen_2|Formeln zur Berechnung]] ansehen | ||
+ | Stiftverbindungen werden hergestellt, indem in eine durch alle zu verbindenden Teile gehende Aufnahmebohrung ein Stift mit Übermaß eingedrückt wird. Die entstehende Verbindung ist form- und [[kraftschlüssig]]. | ||
+ | Stifte dienen: | ||
+ | * zur Sicherung der Lage von Bauteilen (Passstifte), | ||
+ | * zur scherfesten Verbindung von Maschinenteilen (Verbindungsstifte), | ||
+ | * zur Sicherung von Bolzen und Muttern (Sicherungsstifte) und | ||
+ | * zur Wegbegrenzung von Maschinenteilen (Anschlagstifte). | ||
+ | Wie auch bei der Herstellung von Bolzen, werden Stifte in der Regel aus ungehärtetem [[Stahl]] gefertigt. Um ein Fressen der Stifte zu verhindern, muss ihre [[Festigkeit]] größer sein, als die der übrigen Bauteile. Bei ge[[härte]]tem [[Stahl]] oder Guss ist stets ein Stiftwerkstoff mit hoher [[Festigkeit]] zu verwenden. | ||
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Stiftverbindungen, die hauptsächlich zur Zentrierung und Lagesicherung von Bauteilen dienen und nur geringe Kräfte aufnehmen, werden in der Regel nicht berechnet. Der Durchmesser der Stifte wird erfahrungsgemäß in Abhängigkeit von der Größe der zu verbindenden Teile gewählt. | Stiftverbindungen, die hauptsächlich zur Zentrierung und Lagesicherung von Bauteilen dienen und nur geringe Kräfte aufnehmen, werden in der Regel nicht berechnet. Der Durchmesser der Stifte wird erfahrungsgemäß in Abhängigkeit von der Größe der zu verbindenden Teile gewählt. | ||
− | Die Dimensionierung bzw. der Tragfähigkeitsnachweis von Stiftverbindungen erfolgt in Abhängigkeit von der dominierenden Beanspruchung durch Bewertung | + | Die [[Dimensionierung]] bzw. der Tragfähigkeitsnachweis von Stiftverbindungen erfolgt in Abhängigkeit von der dominierenden Beanspruchung durch Bewertung der: |
− | + | *Schubspannung im Stift (Abscheren), | |
− | + | *Flächenpressung zwischen Stift und Bohrung (Lochleibung) und/oder | |
− | + | *Biegespannung im Stift. | |
− | + | Hier kannst Du Dir [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Stiftverbindungen|Formeln zur Berechnung]] ansehen | |
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+ | Da sich das Materialgefüge von Splinten beim Sichern und Entsichern verändert, dürfen Standardsplinte nach ISO 1234 aus Sicherheitsgründen nach einer Demontage und Montage nicht wieder verwendet und müssen durch neue Teile ersetzt werden. | ||
− | + | Durchmesser von Splint und zugehöriger Bohrung ("Splintloch") müssen aufeinander abgestimmt sein. Sie bilden gemeinsam eine [[Passungen#Spielpassung|Spielpassung]]. Der Splint muss leicht durchsteckbar sein, darf aber radial und axial nur wenig Spiel haben. Die Schenkel werden nach dem Durchstecken gegeneinander aufgebogen (gespreizt). Sie dürfen durch Abschneiden gekürzt werden. Keinesfalls ist aber die Verwendung zu kurzer Splinte gestattet. Deshalb sollte die Länge ungefähr das Doppelte der Bohrungslänge betragen. | |
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Woraus werden Bolzen für höherwertige Belastungen hergestellt und welche Besonderheiten gibt es dabei? | Woraus werden Bolzen für höherwertige Belastungen hergestellt und welche Besonderheiten gibt es dabei? | ||
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Welches ist die häufigste Anwendungsart von Stiften? | Welches ist die häufigste Anwendungsart von Stiften? | ||
+ | zur Antwort [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#Woraus_werden_Bolzen_f.C3.BCr_h.C3.B6herwertige_Belastungen_hergestellt_und_welche_Besonderheiten_gibt_es_dabei.3F|Frage 5]] | ||
− | zur Antwort [[Bolzen-% | + | zur Antwort [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#Welches_ist_die_h.C3.A4ufigste_Anwendungsart_von_Stiften.3F|Frage 6]] |
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[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | ||
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+ | ==== Bolzen ==== | ||
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! Biegebeanspruchung des Bolzendurchmessers !!Festlegen der Bauteilabmessungen !!Berechnung der Biegemomente in Bolzenmitte!! | ! Biegebeanspruchung des Bolzendurchmessers !!Festlegen der Bauteilabmessungen !!Berechnung der Biegemomente in Bolzenmitte!! | ||
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− | '''d'''= Durchmesser | + | '''d''' = Durchmesser |
− | '''K<sub>A</sub>'''= Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | + | '''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung |
− | '''F<sub>nenn</sub>'''= Stangenkraft | + | '''F<sub>nenn</sub>''' = Stangenkraft |
− | '''σ<sub>b zul</sub>'''= zulässige Biegespannung | + | '''σ<sub>b zul</sub>''' = zulässige Biegespannung |
− | Abhängig von der | + | Abhängig von der Mindest[[zugfestigkeit]] R<sub>m</sub> = K<sub>t</sub>*R<sub>mN</sub> gilt erfahrungsgemäß: 0,3*R<sub>m</sub> bei ruhender, 0,2*R<sub>m</sub> bei schwellender und 0,15*R<sub>m</sub> bei wechselnder Belastung |
− | '''k'''= Einspannfaktor, abhängig vom Einbaufall (Klammerwerte bei Gleitverbindungen) | + | '''k''' = Einspannfaktor, abhängig vom Einbaufall (Klammerwerte bei Gleitverbindungen) |
− | k= 1,6 (1,9) für Einbaufall 1 (Bolzen lose in Stange und Gabel) | + | k = 1,6 (1,9) für Einbaufall 1 (Bolzen lose in Stange und Gabel) |
− | k= 1,1 (1,4) für Einbaufall 2 (Bolzen mit Übermaßpassung in der Gabel) | + | k = 1,1 (1,4) für Einbaufall 2 (Bolzen mit [[Übermaßpassung]] in der Gabel) |
− | k= 1,1 (1,2) für Einbaufall 3 (Bolzen mit Übermaßpassung in der Stange) | + | k = 1,1 (1,2) für Einbaufall 3 (Bolzen mit [[Übermaßpassung]] in der Stange) |
− | '''F'''= aus maßgebender Einwirkungskombination ermittelte Stabkraft | + | '''F''' = aus maßgebender Einwirkungskombination ermittelte Stabkraft |
− | '''t<sub>m</sub>'''= Dicke der Mittelachse | + | '''t<sub>m</sub>''' = Dicke der Mittelachse |
− | '''t<sub>A</sub>'''= Dicke der äußeren Laschen | + | '''t<sub>A</sub>''' = Dicke der äußeren Laschen |
− | '''s=''' Spiel zwischen Mittel- und Außenlasche | + | '''s =''' Spiel zwischen Mittel- und Außenlasche |
− | '''S<sub>M</sub>'''= Teilsicherheitsbeiwert 1,1 (DIN 18800-1) | + | '''S<sub>M</sub>''' = Teilsicherheitsbeiwert 1,1 (DIN 18800-1) |
− | '''R<sub>e</sub>'''= Streckgrenze des Bauteilwerkstoffes unter Berücksichtigung der Erzeugnisdicke | + | '''R<sub>e</sub>''' = [[Streckgrenze]] des Bauteilwerkstoffes unter Berücksichtigung der Erzeugnisdicke |
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+ | '''M<sub>b max</sub>''' = Größtes Biegemoment | ||
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[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | ||
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! '''''zurück zu''''' | ! '''''zurück zu''''' | ||
[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Auslegung|Auslegung]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Auslegung|Auslegung]] | ||
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− | === Stiftverbindungen === | + | ==== Stiftverbindungen ==== |
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− | ==== Querstift- Verbindungen ==== | + | ===== Querstift- Verbindungen ===== |
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− | '''T<sub>nenn</sub>''' = von der Verbindung zu übertragendes | + | '''T<sub>nenn</sub>''' = von der Verbindung zu übertragendes Nenn[[drehmoment]] |
'''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | '''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | ||
'''d''' = Stiftdurchmesser; | '''d''' = Stiftdurchmesser; | ||
− | Erfahrungsgemäß wird für den Entwurf gewählt: d= (0,2-0,3) | + | Erfahrungsgemäß wird für den Entwurf gewählt: d = (0,2 - 0,3) <b>·</b> d<sub>w</sub> |
− | '''s''' = Dicke der Nabenwand | + | '''s''' = Dicke der Nabenwand; |
− | Erfahrungsgemäß wird für den Entwurf gewählt: s= (0,25...0,5 | + | Erfahrungsgemäß wird für den Entwurf gewählt: s= (0,25...0,5 <b>·</b> d<sub>w</sub> für [[St]]- und GS-Naben, s = 0,75 <b>·</b> d<sub>w</sub> für GG-Naben |
'''d<sub>w</sub>''' = Wellendurchmesser | '''d<sub>w</sub>''' = Wellendurchmesser | ||
− | '''p<sub>zul</sub>''' = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7 fache Werte | + | '''p<sub>zul</sub>''' = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7-fache Werte |
− | '''τ <sub>zul</sub>''' = zulässige Schubspannung wie zu Gl. (9.3), für Kerbstifte gelten 0,8 fache Werte | + | '''τ <sub>zul</sub>''' = zulässige Schubspannung wie zu Gl. (9.3), für Kerbstifte gelten 0,8-fache Werte |
− | ==== Steckstift- Verbindungen ==== | + | ===== Steckstift-Verbindungen ===== |
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Zeile 314: | Zeile 265: | ||
|} | |} | ||
− | '''M<sub>bnenn</sub>'''= Nennbiegemoment | + | '''M<sub>bnenn</sub>''' = Nennbiegemoment |
'''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | '''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | ||
Zeile 328: | Zeile 279: | ||
'''p<sub>zul</sub>''' = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7 fache Werte | '''p<sub>zul</sub>''' = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7 fache Werte | ||
− | ==== Längsstift- | + | ===== Längsstift- bzw. Rundkeilverbindungen ===== |
'''Maßgebende mittlere Flächenpressung''' | '''Maßgebende mittlere Flächenpressung''' | ||
[[Bild:Ma%C3%9Fgebende_mittlere_Fl%C3%A4chenpressung.gif]] | [[Bild:Ma%C3%9Fgebende_mittlere_Fl%C3%A4chenpressung.gif]] | ||
− | '''T<sub>nenn</sub>''' = von der Verbindung zu übertragendes | + | '''T<sub>nenn</sub>''' = von der Verbindung zu übertragendes Nenn[[drehmoment]] |
'''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | '''K<sub>A</sub>''' = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung | ||
Zeile 341: | Zeile 292: | ||
'''d<sub>w</sub>''' = Wellendurchmesser | '''d<sub>w</sub>''' = Wellendurchmesser | ||
− | '''l''' = tragende Stiftlänge, abhängig von der Nabenbreite, üblich l= (1 | + | '''l''' = tragende Stiftlänge, abhängig von der Nabenbreite, üblich l = (1 ... 1,5) <b>·</b> d<sub>w</sub> |
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+ | '''p<sub>zul</sub>''' = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7-fache Werte | ||
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[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#|Seitenanfang]] | ||
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[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Auslegung|Auslegung]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Auslegung|Auslegung]] | ||
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== Übungsaufgabe == | == Übungsaufgabe == | ||
+ | Ein Zahnkranz mit z = 52 Zähnen, [[Modul]] m = 6 mm, ist mit einem Kranlaufrad (Ø 315 mm) drehfest zu verbinden. Zahnkranzbohrung und Laufradzapfen werden mit einem Fügedurchmesser von 210 mm und der [[Passungen#Übergangspassung|Übergangspassung]] H7/m6 ausgeführt. Nach dem Aufpressen des Zahnkranzes auf das Laufrad wird die Verbindung durch zwei um 180 Grad versetzte Zylinderstifte DIN ISO 2338 – 16 m6 x 35 – St als '''Längsstifte''' gegen Verdrehen gesichert. Zahnkranz und Laufrad sind aus GS - 52. | ||
+ | Es ist zu prüfen, ob die beiden Längsstifte ein von den Zahnkräften verursachtes, mit mittleren Stößen schwelend auftretendes [[Drehmoment ]] T = 1060 Nm übertragen können. Evtl. vorhandener Reibschluß durch die [[Passungen#Übergangspassung|Übergangspassung]] wird sicherheitshalber nicht berücksichtigt. | ||
+ | [[Bild:Bild Übungsaufgabe.GIF]] | ||
+ | Hier findest Du den Rechengang und die [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente:_L%C3%B6sungen#.C3.9Cbungsaufgabe|Lösung]] | ||
{| {{Tabelle}} | {| {{Tabelle}} | ||
Zeile 369: | Zeile 319: | ||
! '''''zurück zu''''' | ! '''''zurück zu''''' | ||
[[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Auslegung|Auslegung]] | [[Bolzen-%2C_Stiftverbindungen_und_Sicherungselemente#Auslegung|Auslegung]] | ||
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|} | |} | ||
+ | |||
+ | == Links == | ||
+ | === Lieferanten === | ||
+ | * [http://www.alstertaler.de/ Alstertaler.de] | ||
+ | * [http://www.seeger-orbis.de/de Seeger-Orbis-GmbH] | ||
+ | * [http://www.gremako.de Gregory & Maackens GmbH & Co. KG] | ||
+ | |||
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[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]] | [[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]] | ||
+ | [[Kategorie:Fertigungstechnik]] |
Aktuelle Version vom 21. November 2007, 00:23 Uhr
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Funktion
Bauteile lassen sich einfach und günstig durch Bolzen, Stifte oder andere Formteile miteinander verbinden. Diese Verbindungselemente werden sowohl für lose als auch für feste Verbindungen, für Lagerungen, Führungen, Halterungen und zum Sichern von Bauteilen gegen Überlastung, z. B. als Brechbolzen in Sicherheitskupplungen, verwendet. Bei losen Verbindungen und zur Aufnahme von axialen Kräften müssen die Bolzen bzw. die gelagerten oder verbundenen Teile häufig durch Sicherungselemente, wie Splinte, Sicherungsringe oder Querstifte, gegen Verschieben oder Verdrehen gesichert werden.
Verwendung
Unter einem Bolzen versteht man ein Maschinenelement zur gelenkigen Verbindung von Werkstücken. In der Verbindung wird der Bolzen nicht nur auf Zug, sondern überwiegend auf Scherung belastet. Bolzen können verschraubt oder durch Sicherungsstifte in der Verbindung gehalten werden. Hochwertige Bolzenverbindungen mit großem Durchmesser werden über einen Achshalter gesichert, die zugehörige Passung ist meist eine Spielpassung. Bolzenverbindungen werden nach dem Passungssystem Einheitsbohrung gefertigt.
Stiftverbindungen werden hergestellt, indem in eine durch alle zu verbindenden Teile gehende Aufnahmebohrung ein Stift mit Übermaß eingedrückt wird. Die entstehende Verbindung ist form- und kraftschlüssig. Stifte dienen zur Sicherung der Lage von Bauteilen. Neben der Lagesicherung von zwei Teilen, dienen Stiftverbindungen zur Kraftbegrenzung (Scherstift), zur Sicherung von Schrauben (Steckstift) oder zur gelenkigen Verbindung und Lagerung von Scheiben oder Rollen (Gelenkstift).
Zu den Sicherungselementen zählen Sicherungsringe, Splinte, Achshalter u.a. derartige Elemente. Diese dienen zur Sicherung von Maschinenteilen gegen axiales Verschieben. Sicherungsringe nach DIN 471 für Wellen und DIN 472 für Bohrungen werden in Ringnuten (übliche Toleranz H13, H11) eingesetzt. Durch die besondere Form der aus Federstahl bestehenden Ringe wird erreicht, dass diese sich beim Einbau rund verformen und mit gleichmäßiger radialer Vorspannung in der Ringnut sitzen. Aufgrund der hohen Kerbwirkung der Nuten sollen Sicherungsringe möglichst nur an den Enden von Bolzen, Achsen oder Wellen angeordnet werden. Durch funktionsgerechte Verwendung der Sicherungsringe lässt sich oftmals eine konstruktive Vereinfachung erzielen und somit Kosten einsparen. Sicherungsringe werden üblicherweise nach Firmenangaben (z.B. Seeger-Orbis-GmbH) gegen Umstülpen durch Axialkraft und Ablösen durch Fliehkraft berechnet.
Fragen zum Artikelabschnitt...
Wie werden Bolzen in der Regel beansprucht? Welche Verbindungsart entsteht bei einer Stiftverbindung? zur Antwort Frage 1 zur Antwort Frage 2 |
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Varianten
Bolzen
Mit und ohne Kopf siehe DIN EN 22340 (Tab.B. S. 238) | |
Mit und ohne Splintloch DIN EN 22341
Einsatzgebiet ist hier als Gelenkbolzen für z. B. Stangenverbindungen |
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Bolzen mit Kopf und Gewindezapfen DIN 1445
diese werden vorwiegend als festsitzende Lager- und Achsbolzen, z. B. für Seil- und Laufrollen verwendet. |
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Stifte
werden unterteilt in...
- Zylinderstifte DIN EN ISO 2338 (Tab.B.S 237)
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kommen zur Verbindung und zum Fixieren von Teilen an Vorrichtungen oder Werkzeugen in Frage. Sie haben außerdem das gleiche Einsatzgebiet wie Kegelstifte, sind allerdings schwerere lösbar als diese und sehr kostspielig.
- Kegelstifte DIN EN 22339
Kegelstifte werden genutzt, um die bei häufigem Ausbau auftretenden Abnutzungen oder Lochaufweitungen auszugleichen, und somit immer wieder die genaue Lage von Bauteilen zueinander zu gewährleisten.
- Kerbstifte, Spannstifte DIN EN ISO 8752
Durch die Kerben am Umfang hält der Kerbstift in einer "glatten" Bohrung rüttelfest. Selbst bei Demontage ist es möglich, dass dieser Stift in der Bohrung weiterhin rüttelfest hält. Eine so hergestellte Verbindung ist aufgrund der einfachen Arbeitsweise sehr wirtschaftlich.
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Welche Vorteile bieten Kerbstifte gegenüber Kegel- oder Zylinderstiften? zur Antwort Frage 3 |
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Sicherungselemente
Sicherungsringe (Halteringe ugs. Seegering o.a. Sprengring)
DIN 471 für Wellen
DIN 472 für Bohrungen
Sicherungsringe werden federnd in Nuten eingesetzt. Der aus der Nut ragende Sicherungsring bildet dann eine axiale belastbare Schulter und dient zum Festlegen von Bauteilen wie z.B. Wälzlagern. Wälzlagerungen
DIN EN ISO 1234
Die einfache und billige Splintsicherung wird vorwiegend bei losen, gelenkartigen Bolzenverbindungen und bei Schraubenverbindungen angewendet. Als Werkstoff für Splinte wird überwiegend weiches Material wie z.B. Kupfer, Kupfer-Zink- und Aluminiumlegierungen verwendet.
Achtung: Splinte dürfen bei wichtigen Verbindungen nur einmal verwendet werden!
DIN 705
Stellringe sollen das axiale Spiel von Wellen, Achsen und Bolzen begrenzen oder lose auf diesen sitzende Teile seitlich führen. Die Stellringe werden durch Gewindestifte befestigt. Um mögliche Unfallgefahren zu vermeiden, dürfen Stellringe nicht überstehen.
DIN 15058
Achshalter sind Maschinenelemente zur Sicherung von Bolzenverbindungen gegen unbeabsichtigtes Lösen des Bolzens. Der Achshalter besteht aus einem mit zwei Befestigungsschrauben verschraubten rechteckigen Blechstreifen, der in eine in den Bolzen eingestochene Nut eingreift. Soll der Bolzen auch gegen Verdrehen gesichert werden, so wird diese Nut gefräst. Achshalter werden eingesetzt an Bolzenverbindungen mit einem Durchmesser von mehr als 18 mm, sie sind in sechs Stufen bis zu einem Bolzendurchmesser von 250 mm genormt.
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Welche Arten von Sicherungselementen gibt es und welchem Einsatzzweck dienen sie? zur Antwort Frage 4 |
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Dimensionierung
Für die Bolzen wählt man überwiegend einen härteren Werkstoff als für die übrigen Bauteile, um Fressgefahr und übermäßigen Verschleiß zu vermeiden. Normbolzen werden aus Automatenstahl (Härte 125 bis 245 HV) hergestellt. Bolzen für höherwertige Belastungen stellt man aus entsprechendem Einsatz- und Vergütungsstahl her. Hierbei empfiehlt es sich, die Oberflächen zu härten und zu schleifen.
Bolzen werden in der Regel auf Biegung, Schub und Flächenpressung beansprucht. Im Normalfall sind die Biegung und die Flächenpressung für die Auslegung einer Verbindung ausschlaggebend.
Hier kannst Du Dir Formeln zur Berechnung ansehen
Stiftverbindungen werden hergestellt, indem in eine durch alle zu verbindenden Teile gehende Aufnahmebohrung ein Stift mit Übermaß eingedrückt wird. Die entstehende Verbindung ist form- und kraftschlüssig.
Stifte dienen:
- zur Sicherung der Lage von Bauteilen (Passstifte),
- zur scherfesten Verbindung von Maschinenteilen (Verbindungsstifte),
- zur Sicherung von Bolzen und Muttern (Sicherungsstifte) und
- zur Wegbegrenzung von Maschinenteilen (Anschlagstifte).
Wie auch bei der Herstellung von Bolzen, werden Stifte in der Regel aus ungehärtetem Stahl gefertigt. Um ein Fressen der Stifte zu verhindern, muss ihre Festigkeit größer sein, als die der übrigen Bauteile. Bei gehärtetem Stahl oder Guss ist stets ein Stiftwerkstoff mit hoher Festigkeit zu verwenden.
Stiftverbindungen, die hauptsächlich zur Zentrierung und Lagesicherung von Bauteilen dienen und nur geringe Kräfte aufnehmen, werden in der Regel nicht berechnet. Der Durchmesser der Stifte wird erfahrungsgemäß in Abhängigkeit von der Größe der zu verbindenden Teile gewählt.
Die Dimensionierung bzw. der Tragfähigkeitsnachweis von Stiftverbindungen erfolgt in Abhängigkeit von der dominierenden Beanspruchung durch Bewertung der:
- Schubspannung im Stift (Abscheren),
- Flächenpressung zwischen Stift und Bohrung (Lochleibung) und/oder
- Biegespannung im Stift.
Hier kannst Du Dir Formeln zur Berechnung ansehen
Da sich das Materialgefüge von Splinten beim Sichern und Entsichern verändert, dürfen Standardsplinte nach ISO 1234 aus Sicherheitsgründen nach einer Demontage und Montage nicht wieder verwendet und müssen durch neue Teile ersetzt werden.
Durchmesser von Splint und zugehöriger Bohrung ("Splintloch") müssen aufeinander abgestimmt sein. Sie bilden gemeinsam eine Spielpassung. Der Splint muss leicht durchsteckbar sein, darf aber radial und axial nur wenig Spiel haben. Die Schenkel werden nach dem Durchstecken gegeneinander aufgebogen (gespreizt). Sie dürfen durch Abschneiden gekürzt werden. Keinesfalls ist aber die Verwendung zu kurzer Splinte gestattet. Deshalb sollte die Länge ungefähr das Doppelte der Bohrungslänge betragen.
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Woraus werden Bolzen für höherwertige Belastungen hergestellt und welche Besonderheiten gibt es dabei? Welches ist die häufigste Anwendungsart von Stiften? zur Antwort Frage 5 zur Antwort Frage 6 |
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Berechnungsformeln
Bolzen
Biegebeanspruchung des Bolzendurchmessers | Festlegen der Bauteilabmessungen | Berechnung der Biegemomente in Bolzenmitte | |
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d = Durchmesser
KA = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung
Fnenn = Stangenkraft
σb zul = zulässige Biegespannung
Abhängig von der Mindestzugfestigkeit Rm = Kt*RmN gilt erfahrungsgemäß: 0,3*Rm bei ruhender, 0,2*Rm bei schwellender und 0,15*Rm bei wechselnder Belastung
k = Einspannfaktor, abhängig vom Einbaufall (Klammerwerte bei Gleitverbindungen)
k = 1,6 (1,9) für Einbaufall 1 (Bolzen lose in Stange und Gabel)
k = 1,1 (1,4) für Einbaufall 2 (Bolzen mit Übermaßpassung in der Gabel)
k = 1,1 (1,2) für Einbaufall 3 (Bolzen mit Übermaßpassung in der Stange)
F = aus maßgebender Einwirkungskombination ermittelte Stabkraft
tm = Dicke der Mittelachse
tA = Dicke der äußeren Laschen
s = Spiel zwischen Mittel- und Außenlasche
SM = Teilsicherheitsbeiwert 1,1 (DIN 18800-1)
Re = Streckgrenze des Bauteilwerkstoffes unter Berücksichtigung der Erzeugnisdicke
Mb max = Größtes Biegemoment
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Stiftverbindungen
Querstift- Verbindungen
mittlere Flächenpressung in der Nabenbohrung | mittlere Flächenpressung in der Wellenbohrung | Scherspannung | |
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Tnenn = von der Verbindung zu übertragendes Nenndrehmoment
KA = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung
d = Stiftdurchmesser; Erfahrungsgemäß wird für den Entwurf gewählt: d = (0,2 - 0,3) · dw
s = Dicke der Nabenwand; Erfahrungsgemäß wird für den Entwurf gewählt: s= (0,25...0,5 · dw für St- und GS-Naben, s = 0,75 · dw für GG-Naben
dw = Wellendurchmesser
pzul = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7-fache Werte
τ zul = zulässige Schubspannung wie zu Gl. (9.3), für Kerbstifte gelten 0,8-fache Werte
Steckstift-Verbindungen
Vorhandene Biegespannung | Maximale mittlere Flächenpressung | |
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Mbnenn = Nennbiegemoment
KA = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung
Fnenn = senkrecht zur Stiftachse wirkende Nennbiegekraft
l = Hebelarm der Biegekraft
s = Einstecktiefe des Stiftes
d = Stiftdurchmesser
pzul = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7 fache Werte
Längsstift- bzw. Rundkeilverbindungen
Maßgebende mittlere Flächenpressung
Tnenn = von der Verbindung zu übertragendes Nenndrehmoment
KA = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung
d = Stiftdurchmesser
dw = Wellendurchmesser
l = tragende Stiftlänge, abhängig von der Nabenbreite, üblich l = (1 ... 1,5) · dw
pzul = zulässige mittlere Flächenpressung wie zu Gl. (9.4), für Kerbstifte gelten 0,7-fache Werte
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Übungsaufgabe
Ein Zahnkranz mit z = 52 Zähnen, Modul m = 6 mm, ist mit einem Kranlaufrad (Ø 315 mm) drehfest zu verbinden. Zahnkranzbohrung und Laufradzapfen werden mit einem Fügedurchmesser von 210 mm und der Übergangspassung H7/m6 ausgeführt. Nach dem Aufpressen des Zahnkranzes auf das Laufrad wird die Verbindung durch zwei um 180 Grad versetzte Zylinderstifte DIN ISO 2338 – 16 m6 x 35 – St als Längsstifte gegen Verdrehen gesichert. Zahnkranz und Laufrad sind aus GS - 52.
Es ist zu prüfen, ob die beiden Längsstifte ein von den Zahnkräften verursachtes, mit mittleren Stößen schwelend auftretendes Drehmoment T = 1060 Nm übertragen können. Evtl. vorhandener Reibschluß durch die Übergangspassung wird sicherheitshalber nicht berücksichtigt.
Hier findest Du den Rechengang und die Lösung
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