12 Schrauben

Schraube als Maschine

• Stellfunktion

  • Ausrichten von Geräten und Instrumenten bspw

• Arbeitsfunktion (Bewegungsschrauben)

  • Drehbewegung in Längsbewegung übersetzen

    • Bspw Wagenheber, Spindelpresse, …

    • Selbsthemmung möglich

  • Kraftübersetzung

Schraube als Verbindungselement

• Lösbares Verbinden von Bauteilen über Verbindungskraft

• Prinzip der Selbsthemmung

  • Reibung zwischen Flanken und dem Gegenstück

• Kraftspeicherung

Schraube als Dichtung (mittelbare Dichtungsfunktion)

• Öffnungen verschließen

• Keine Kraftübersetzung

• Besondere Formen der Schraube

  • Allg. kurze Gewinde mit kleiner Steigung

• Offenes Gewinde

• Geschlossenes Gewinde

• Mehrgängiges Gewinde

Schrauben mit

• Metrischem ISO-Gewinde

• Withworth-Rohrgewinde

Schrauben mit

• Rundgewinde

• Sägengewinde

• Trapezgewinde

• Schrauben

• Muttern

• Scheiben

Einsatzgebiet

• große dynamische Belastungen

Merkmale

• Bauformen sind nicht genormt und sind idR eine sog. Anpasskonstruktion

• Rezession (Verjüngung) für Trennflächenfixierung und Zentrierung

• Übergang von Schaft zu Kopf ist immer gerundet

• Oberflächengüte des Schaftes ist gering, da Bruch idR im Gewinderbereich stattfindet und nicht am Schaft

• Durchsteckverbindungen

• Aufschraubverbindungen

• Aufschraubverbindungen mit Stiftschraube

• werden am häufigsten bei lösbaren Bauteilverbindungen genutzt

• Einfach und oft am konstenünstigsten

• Bei Durchsteckverbindungen: geringe Toleranzanforderungen

• Einfache und zuverlässige Montage auch unter schwierigen Bedingungen

• Beanspruchung nur durch Längskräfte (Zug/Druck)

• Scherbeanspruchung nur in Sonderfällen

• Übertragung von Querkräften zwischen den Bauteiken erfolgt mittels Reibkräften in den Trennfugen

  • Ausreichend hohe Vorspannung erforderlich

Die Zahl vor dem Punkt steht für die Zugfestigkeit und die Zahl hinter dem Punkt steht für die Streckgrenze.

Für die Zugfestigkeit gilt:

Für die Streckgrenze gilt:

Bsp Festigkeitsklasse 10.9:

Zugfestigkeit:

10 x 100 = 1000N/mm^2

Streckgrenze:

10 x 9 x 10 = 900N/mm^2

Hochfeste Schrauben:

8.8, 9.8, 10.9 und 12.9

Normal: Rechtsgewinde oder auch rechtssteigend.

Man dreht nach rechts: Schraube wird festgezogen

Man dreht nach links: Schraube löst sich

• 
  

• Gewindegang / Steigung

  • Der Abstand zwischen zwei Flanken

• Gangzahl

  • Produkt aus dem Gewindegang und der Anzahl der Gänge

  • Nur “relevant” bei mehrgängigen Gewinden

• Steigungswinkel [phi]

  • Winkel zwischen der Gewindespirale und der Achse der Schraube

  • Gibt an, wie steil die Gewindegänge auf der Schraube sind

  • Ist geometrische Eigenschaft der Schraube

• Reibungswinkel [rho]

  • Winkel zwischen der Gewindeneigung der Schraube und der (gedachten) horizontalen Ebene

  • Gibt an, wie steil die Gewindegänge relativ zur Horizontalen sind

• Flankenwinkel [alpha]

  • Gibt an, wie spitz die Flanken sind

  • IdR 60°

Es tritt keine Bewegung auf:

• Haftreibung maximal

Es tritt Bewegung auf:

• Gleitreibung

Reibfaktor der Schraube hängt ab von:

• Werkstoffen

• Oberflächenrauheit

• Schmiermittel

Reibfaktor hängt NICHT ab von:

• Größe der Fläche

• Größe der Flächenpressung

• Relativgeschwindigkeit

• Nenndurchmesser d

• Kerndurchmesser d_3

• Flankendurchmesser d_2

Eine Kerbe ist eine lokale Veränderung in der Geometrie eines Bauteils, die zu einer Spannungskonzentration führt. Diese Spannungskonzentrationen können zu einer Reduzierung der Festigkeit des Bauteils führen und das Risiko von Versagenserscheinungen wie Bruch oder Ermüdung erhöhen. Man nennt dies Kerbwirkung.

Hauptschluss

• Axialkräfte und Biegemomente wirken in Verformungsrichtung der Vorspannkraft (Schraubenlängsachse)

• Es gibt eine Zusatzbeaspruchung (neben der eigentlichen Beanspruchung der Schraube durch die Verschraubung selbst) welche einen neuen Gleichgewichtszustand bewirkt

  • erhöhte Pressung in den Fugen

  • Betriebskräfte werden durch die Schraube geleitet

  • Schraube liegt im Hauptschluss zur Betriebskraft

Nebenschluss

• Querkräfte und Umfangskräfte (aus Torsionsmomenten) werden durch Reibung in den Bauteilfugen übertragen

• Keine Veränderung des Verspannungszustandes

• Keine Beanspruchung aus Betriebskräften

• Schraube liegt im Nebenschluss zur Betriebskraft

Unabhängig von Haupt- oder Nebenschluss wird durch die Montage (Anziehen der Schraube) eine Vorspannkraft auf die Verbindung aufgebracht, die zu einer elastischen Verformung aller Komponenten führt.

Beim Verspannungsdiagramm wird die Summe aus Betriebskraft und Vorspannkraft F auf die Längenänderung f von Flansch und Schraube bezogen.

Schraube: blau, Flansch: grün.

• positive Spannung

  • Längung

• negative Spannung

  • Kürzung

Ziele der Berechnung

• Dimensionierung der Schraube

  • Festigkeit bzgl. Vorspann- und Betriebskräften

• Gewährleistung der Funktion

  • Einhalten einer Mindestklemmkraft

  • Erfüllen der Dichtungspressung

Dazu muss bekannt sein:

• Werkstoffe der zu verbindenden Teile

• Schraubentyp

• Klemmlänge

• Zahl der SchraubeN

• Betriebskraft pro Schraube

• Mindeklemmkraft (erforderliche Klemmkraft)

• Anziehverfahren

Je nach Krafteinleitungshöhe wird eine unterschiedliche Anzahl an Flanken beansprucht, was zur Folge hat, dass je weniger Flanken “bedeckt” sind, die Verbindung schwächer wird.

• zeitabhängiges Angleichen der Kontaktflächen

• zeitabhängiges plastisches Verformen (Dichtungen, Farbschichten)

• Belastungen über die Streckgrenze hinaus

• Anziehen weiterer Schrauben in der Umgebung

• Selbsttätiges Losdrehen

• Relaxation der Werkstoffe

• Temparaturwechsel

• Grenzflächenpressung der Auflageflächen ausreichend hoch wählen

• Oberflächenzustand der Trennflächen optimieren (Feinschlichten)

• Anzahl der Trennfugen minimieren (Unterlegscheiben!)

• Nachziehen nach kurzer Betriebszeit