Schraubenverbindungen
Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
Begriffserklärung
Eine Schraubenverbindung ist eine lösbare Verbindung von zwei oder mehreren Teilen durch eine oder mehrere Schrauben.Die Schrauben sind dabei so zu bemessen, dass das entstandene Verbundteil die ihm zugedachte Funktion erfüllt und den auftretenden ruhenden oder wechselnden Betriebskräften standhält.
Aufbau und Funktion
Die Schraubenverbindung beruht auf der Paarung von Schraube bzw. Gewindeschtift mit Außengewinde und Bauteil mit Innengewinde (meist Mutter). Bei der Verdrehung von Schraube zu Mutter erfolgt ein Gleiten der Gewindeflanken der Schraube auf den Gewindeflanken der Mutter und damit eine Längstbewegung.Formschluss wird im Gewinde erzielt.
Die wichtigsten Funktionen der Verbindung sind: Vorspannung, Bewegung, Kraftübersetzung, Verschlussfunktion, Dichtfunktion, Hubeinstellung (Stellschraube), sowie Längenmessung (Mikrometerschraube).
Vorteile / Nachteile
Vorteile:
- lösbar
- Einfache Montage und Demontage
- wiederverwendbar im Vergleich zu Nieten
- hohe Temperaturbeständigkeit
- Verbinden unterschiedlicher Werkstoffarten
- keine Gefügeveränderung im Vergleich zu Schweißen
- unterschiedliche Vorspannkräfte möglich
- verschiedene Gewindearten und Festigkeitsklassen
Nachteile:
- Korrosionanfälligkeit
- Vibrationsenfindlichkeit
- Aufwändige Vorberitung der Verbindung(Bohren,Senken,Gewindeschneiden)
- nicht wirtschaftlich im Vergleich zu Kleb-,Schweiß-,Nietverbindung
- Schwächunng der Bauteile durch Bohrungen
- nicht geeignet für schwerereichbare Verbindungsstellen
- Vorspankraftverlust durch Setzten
- nichkontroliertes Anziehen führt zu plastischen Verformungen
Herstellung und Beschaffung
Schrauben werden spanend durch Drehen, Fräsen, Schleifen oder spanlos durch Pressen, Stauchen, Eindrücken und Rollen hergestellt. Die Art der Herstellung ist Abhängig von Werkstoff, Genauigkeit, Gewindeform, Festigkeit und Stückzahl.
Aufbauelemente der Verbindung
Gewinde und Gewindearten
Das Gewinde ist eine profilierte Einkerbung, die längs einer um einen Zylinder gewundenen Schraubenlinien verläuft.Die Schraubenlinie kann rechts-oder linksgängig herrgestellt werden. Dadurch unterscheiden wir Rechts-und Linksgewinde.
Gewindekenngrößen sind:
- Nenndurchmesser = Aussendurchmesser
- Kerndurchmesser
- Flankendurchmesser - theoretisches Maß,das in der Mitte zwischen Nenndurchmesser und Kerndurchmesser liegt
- Steigung - zuruckgelegte Weg (Länsbewegung) bei einer Umdrehung oder der Abstand zwischen zwei Gwindespitzen
- Steigungswinkel
- Teilung = Steigung geteilt durch die Gangzahl
- Flankenform
Ausgehend von den Kenngrößen unterscheidet man folgende Gewindearten:
- metrisches Gewinde nach DIN ISO 13, für Befestigungsschrauben
- metrisches Feingewinde nach DIN ISO 13, Schrauben und Muttern mit grösseren Abmessungen
- Whitworth - Rohgewinde nach DIN ISO 228,nichtdichtend, für Fittings oder Hähnen
- Whitworth - 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/Kuplungsspindeln beim Eisenbahnwagen
- Elektrogewinde DIN 40430 für Lampenfassungen und Sicherungen
Schrauben und Muttern
Je nach Nutzung der Schraubenfunktion unterscheidet man:
- Befestigungsschrauben für die Herstellung von Spannverbindungen(Verspannen von zwei Bauteilen)
- Bewegungsschrauben zum Umwandeln von Drehbewegung in Längsbewegung (Schraubstock,Schraubzwingen, Leitspindel einer Drehmaschine)
- Dichtungsschrauben zum Verschließen von Einfüll- und Auslauflöffnungen(Getrieben, Ölwannen)
Scheiben und Sicherungselemente
Unter den anzuziehenden Kopf oder die anzuziehende Mutter wird eine Scheibe gelegt, wenn der Werkstoff der verschraubten Teile sehr weich oder deren Oberfläche rau und unbearbeitet ist, wenn diese z.B. poliert oder vernickelt ist und nicht beschädigt werden soll. Verschraubungen müssen gesichert sein, wenn sie sich durch betriebliche Stöße oder Erschütterungen lockern können. Schraubensicherungen sollen die Funktion einer Schraubenverbindung unter belibig lange wirkender Beanspruchung erhalten.Wir unterscheiden formschlüssige-,kraftschlüssige-,Stoffschlüssige- und sperrende Sicherungselemente.
Formschlüssige Schraubensichrungen:
- Splint
- Sicherungsblech mit Innennase
Kraftschlüssige Schraubensicherungen:
- Federringe
- Federscheiben gewellt und gewölbt
- Zahnscheiben
- Fächerscheiben
- Sicherungsmutter
- selbstsichernde Sechskantmutter
- Gegenmutter
Stoffschlüssige Sicherungselemente lassen sich durch Verkleben der Gewinde herstellen.
Sperrende Sicherungen verhindern das Losdrehen durch eine Verzahnung.
Kräfte und Momente
Vorspannkraft
Als Vorspannkraft bezeichnet man die in einer Schraube auftretende Spannungs- oder Zugkraft, die durch Streckung der Schraube entsteht, wenn Verschraubungselemente (z.B. zwei Stahlplatten) durch Drehen der Mutter angezogen werden. Zwischen der Verschraubungselementen ensteht eine gleich große Druckkraft. Dadurch längt sich die Schraube und die Verschraubungselemente werden zusammengepresst. 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.Der Zusammenhang zwischen Längendehnung und Vorspannkraft wird meistens in Verschpannungsschaubild dargestellt.
Anziehdrehmoment
Setzen
Die Rauheit an den Oberflächen der Verschraubungselemente werden gröstenteils schon während des Anziehens durch die Reibung entfernt. Nach der Montage kommt es zu einer plastischen Verfohrmung der zusammengepressten Verschraubungselemente, da sich die Auflagepunkte (Kopf und Mutter)aneinander angleichen. Hierbei spricht man von einem Setzen der Schraubenverbindung. Je mehr Trennfugen eine Schraubenverbindung hat, desto größer ist der Setzbetrag.Auserdem ist die umgebungstemperatur zu berücksichtigen. je höher die Montagetemperatur(z.B. die Erwärmung der Schraubenverbindung), desto größer ist der Setzbetrag.
