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Hallo,
ein Versuch die Werte einer Schraubenberechnung zum Befestigen eines Verschleißteiles (wird vom Kunden selbst getauscht)  für die Praxis zu deuten:
Ich habe eine Schraube, sagen wir M20 8.8, die axial stark belastet wird (Errechnete Belastung,  zusätzliche Belastungsspitzen sind nicht definierbar), mit Hilfe eine professionellen Berechnungsprogramm rechnen lassen.
Danach hält diese mit ausreichenden Sicherheiten.
Das Programm errechnet eine minimale und maximale erforderliche Montagevorspannkraft und das dazugehörige Anzugsdrehmoment.
Mit diesem kann ich dann die Schraube anziehen.
Soweit OK, nun gibt es noch die maximale erreichte Vorspannkraft. Dieser Wert kann  für Schraubengröße, Festigkeit und Reibfaktor aus Tabellen entnommen werden.
Zu diesem Wert gibt es auch ein Montageanziehdrehmoment, welches höher liegt als das oben errechnete.
Mit dieser maximal erreichten Vorspannkraft werden Sicherheiten errechnet, die teilweise kleiner sind als die Sicherheiten, die mit der maximal erforderlichen Montagevorspannkraft berechnet wurden.
Fazit daraus:
Ich ziehe die Schraube mit dem Anzugsdrehmoment der maximal erforderlichen Montagevorspannkraft an (kleinere als das Moment der maximal erreichten Vorspannkraft)  und liege auf der sicheren Seite, ODER?
Nachteile ist, dass wenn die Axialkraft größer wird als für die Berechnung angenommen (unbekannte Belastungsspitzen), die Teile sich dann nicht mehr berühren, ODER?
Welches Anzugsmoment ist „besser“, wie wird das in der Praxis gemacht?
Meiner Erfahrung nach wird viel mit den Werten aus der Tabelle gearbeitet.

Was gewinne ich, wenn ich 10.9 Schrauben verwende und diese nur mit einem der beiden  oben aufgeführten Anzugsmomenten anziehe?
- Höhere Sicherheiten  gegen Streckgrenze ?
- Gefahr dabei, der Monteur sieht die 10.9er Schrauben und zieht diese mit dem dazugehörigen Drehmoment aus der Tabelle an, dadurch wird die zulässige Flächenpressung unter dem Kopf stark überschritten.

Im Voraus vielen Dank
Gruß Flecki

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Auf meiner letzten Stelle haben wir mal umfangreiche Versuche zur besten Anzugsmethode für Schrauben an Bauteilen gemacht, die starken Vibrationen ausgesetzt sind. Das Ergebnis war, dass wir die beste Wiederholgenauigkeit der Vorspannkraft und die beste Haltbarkeit der Schraubverbindung mit folgender Methode hatten.

1. Anziehen auf geringes Schwellmoment - Schraube berührt gerade so die Oberfläche
2. Weiterdrehen der Schraube um einen definierten Winkel ohne Berücksichtigung des Moments (wenn ich mich richtig erinnere waren das noch so ca. 2 Umdrehungen)

Es scheint also so zu sein, dass das Anzugsmoment nur einen deutlich groberen Rückschluss auf die Vorspannung zulässt als der Drehwinkel. Eigentlich ist das ja klar, weil das µ 1. unbekannt, 2. wahrscheinlich extrem variabel ist (Oberflächenbehandlung, Fettreste,...) und 3. vermutlich auch noch von der Vorspannung abhängt.

Fazit: Wenn du genau wissen willst, welches Anzugsverfahren das beste ist, müsstest du wohl mal ein paar Versuche mit deiner Einbausituation machen.

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Perfection is our goal. Excellence will be tolerated.
Thank you for your understanding.

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Zitat:

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Original erstellt von Flecki:
...Errechnete Belastung, zusätzliche Belastungsspitzen sind nicht definierbar...

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Hier scheint mir der Kern des Problems zu stecken. Wenn ich die Lasten nicht kenne, wie will ich dann für die Haltbarkeit der Verbindung gerade stehen? Da sind Deine analytischen Betrachtungen zwar gut und schön, die Frage bleibt offen, wie realistisch sind sie?

Vor jeder Analyse müssen die Randbedingungen und Lasten definiert sein, die Aussage "nicht definierbar" ist ein Tabu!

Soweit die Theorie  : Ein praktischer Ansatz wäre, die Schraube mit der höheren Vorspannung zu nehmen und das Problem der erhöhten Flächenpressung zu lösen...

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Gruß Frank

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• Die tabelliert verfügbaren Daten zu Vorspannkraft und Anzugsmoment von Schrauben gelten nur für ganz bestimmte Fälle, z. B. was die Reibwerte angeht usw.
  
• Diese Tabellendaten können daher, insbesondere bei dynamisch beanspruchter Schraubenverbindung allein, zur Vordimensionierung, d. h. Abschätzung der erforderlichen Schraubengrößen und -anzahl genutzt werden.
  
• Die Tabellendaten erlauben keinerlei Aussagen zur Sicherheit einer Schraubenverbindung. Der beliebte Ansatz der Ahnungslosen: "Meine Vorspannkraft ist kleiner als der tabellierte Wert => Schraubenverbindung ist sicher!" ist falsch, da keinerlei Betriebskräfte und deren Zeitverhalten berücksichtigt sind!
  
• Die maximale und minimale Montagekraft unterscheiden sich allein um den Anziehfaktor. D. h. es werden hier ausschließlich Ungenauigkeiten im Anzugsmoment aufgrund des gewählten Anziehverfahrens berücksichtigt. Die minimale Montagekraft muss so groß gewählt werden, dass nach dem Setzen die mindestens erforderliche Klemmkraft in der Trennfuge ansteht. Die max. Montagekraft ist das, was ungünstigstenfalls (Anzieh-Unsicherheit) dann tatsächlich auftreten kann.
  
• Betriebskräfte (statisch und dynamisch) treten erst nach dem Anziehen auf. Diese verändern die Schraubenbelastung, ausgehend vom Montagezustand. Für eine Schraubennachweisrechnung werden daher ausgehend vom ungünstigsten Fall der max. Montagekraft die mittlere Schraubenbelastung bei max. Montagekraft FSm_max für den statischen Nachweis und die dynamische Schraubenzusatzbelastung FSAa "pendelnd" um FSm_max für den dynamischen Nachweis verwendet.

Zitat:

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Original erstellt von Flecki:
...  zusätzliche Belastungsspitzen sind nicht definierbar...

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• Eine Schraubenberechnung ohne Kenntnis bzw. sinnvolle Angaben zu Betriebskräften (zusätzliche Belastungsspitzen) ist gar nicht möglich!
  

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Hallo,
danke für diese ausführlichen Antworten.
Das mit den fehlenden zusätzlichen Belastungsspitzen ist mir klar. Aber das sind Werte, die nicht bestimmbar sind.
Es handelt sich um einen schnell drehenden Rotor auf den Verschleißelemente aufgeschraubt werden.
Die Fliehkräfte können als Belastung berechnet werden, die Kräfte durch auftreffendes Material nicht.

Ziel ist es einen Vektoranteil dieser Fliehkräfte durch die Schrauben aufzunehmen und dann noch genug Reserve zu haben für Kräfte die durch auftreffendes Material verursacht werden.
Wenn ich nun mit dem Berechnungsprogramm die Belastung so lange erhöhe bis die Schraube rechnerisch gerade noch nicht versagt (Streckgrenze, Dauerbruch, Pressung... berücksichtige)  und dann das daraus berechnete maximale erforderliche Montagedrehmoment verwende, erhalte ich doch die höchste Sicherheit der Schraubenverbindung ODER? 

Gruß und Danke Flecki

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Normalerweise sollte die Schraube so stark angezogen, dass die Festigkeit der Schraube ausgenutzt wird. Die Vorspannkraft kann bis auf die notwendige Vorspannkraft reduziert werden, wenn es Gründe dafür gibt, z.B. ein Überschreiten der zulässigen Pressung. Sonst sollte man die Festigkeit der Schraube möglichst voll ausnutzen.
Mit den maximalen Betriebskräften ist dann auch noch die maximale Beanspruchung der Schraube zu prüfen.

Die notwendigen Montagevorspannkräfte FMmin und FMmax nach VDI2230 sind erforderlich um die Funktion der Verbindung zu gewährleisten. Es spricht aber nichts dagegen bis zum zulässigen Vorspannkraft FMzul (üblicherweise bei 90% der Streckgrenze) vorzuspannen, wenn die Pressungen oder Betriebsspannungen nicht zu gross werden. Es erhöht nur die Reserven.
Mit einer kleineren Streuung der Vorspannkräfte (kleine Reibwertstreuung oder drehwinkelgesteuertes Anziehen) lassen sich die Reserven noch erhöhen.

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Hallo,

mal ne Frage in die Runde: hat jemand von euch die Berechnungen nach VDI 2230 schon mal in einer Excel-Tabelle verewigt?

Viele Grüße,
Babser

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Hallo Babser,
eventuell hilft Dir das hier weiter.

Beste Grüße

Matthias

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Nihil Ex Nihilo

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Hallo,

Wir haben in der Konstruktion einen bestimmten immer wieder kehrenden Anwendungsfall für welchen ich die an die 2230 angelehnte Berechnung den Konstrukteure als Excel-Tabelle erstellt hab.

Eine Tabelle, welche tatsächlich alle Aspekte der 2230 enthällt... Halte ich für wenig Sinnvoll, da zu komplex und zu aufwendig in der Pflege und ich würde mich nie darauf verlassen ohne nicht 100%ig zu wissen was dahinter steckt.
Selbst käuflich erwerbbare Berechnungssoftware nach 2230 ist mit Vorsicht zu geniessen.

Wenn du so etwas haben willst, empfehle ich dir es wirklich selbst einmal auf dem Papier sauber durch zu ziehen und danach dann für deine Anwendung zu schreiben.

Falls es an einer Stelle hackt, kannst ja immernoch hier fragen.

Grüße,

Gollum

EDIT: Und genau diese Tabelle auf dem Roloff/Matek ist eine derer die ich meinte. Ist schon ganz fetzig, aber bitte nur als Hilfsmittel verwenden, wenn man genau weiss was man da gerade tut.

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Man findet immer dort besonders viel Chaos, wo man nach Ordnung sucht. Das Chaos besiegt die Ordnung, weil es besser organisiert ist.

[Diese Nachricht wurde von Ing. Gollum am 27. Sep. 2010 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von pepper4two:
...
eventuell hilft Dir das hier weiter. ...

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Diese Tabelle halte  ich für hochgradig problematisch. Da sämtliche Berechnungszusmmenhänge über Zellschutz mit einem Passwort gesperrt sind, ist es nicht möglich, die Berechnung nachzuvollziehen. Einiges ist darin aber zumindest seltsam und erklräungsbedürftig:

• Warum ist für den Krafteinleitungsfaktor nur 0,25<n<0,75 angegeben, wo selbst im RM-Buch n bis 1 angegeben wird?
  
• Wie wird im Programm gerechnet, wenn der Krafteileitungsfaktor als unbekannt definiert und mit "ohne Einfluss" gekennzeichnet wird?
  
• Was ist die Weiterführung der Berechnung mit einem internen ca-Wert, der scheinbar nirgendwo ausgegeben wird?
  
• ...

  Zum Glück hat sich bisher noch kein Student getraut, mir so etwas als Schraubenberechnung vorzulegen. Ich weiß nicht, was sonst passiert wäre.

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Hallo Wyndorps,
danke für den Einwurf, da die "freien" Exceltabellen von einer alten Version des RM stammen nehme ich an das sich da was geändert haben könnte. Die Beschreibung auf der Webseite gibt dazu auch keine Erklärung, davon abgeshen war der Link nicht dazu gedacht das Blatt einfach zu übernehmen sonder als Beispiel wie es aussehen könnte. Die Exceltabelle ist ja auch nicht, wie angefragt, explizit als Berechnung nach VDI 2230 gekennzeichnet sondern verweist zur Durchführung einer genauen Berechnung auf eben diese.

Beste Grüße

Matthias

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Nihil Ex Nihilo

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Hallo Matthias,

mein Warnhinweis war auch keineswegs als Vorwurf an Sie gedacht, sondern sollte nur am konkreten Beispiel die Probleme mit derartigen www-Fix&Fertig-Tabellen veranschaulichen.

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Hallo Professor,
danke für die Klarstellung, ich hatte es übrigens nicht als Vorwurf aufgefasst.

Beste Grüße

Matthias

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Nihil Ex Nihilo

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Vielen Dank! Ich finde die Excel-Tabelle sehr hilfreich, zumindest dass man mal ne Idee hat, wie man seine eigene gestalten könnte. Ich werde es so machen, wie Gollum empfohlen hat: für meine Anwendung eine für mich passende Excel-Tabelle erstellen.

Nochmals Danke für Eure Anregungen und Hilfen.

Viele Grüße,
Babser

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Hey,
stellt sich in dem Zusammenhang die Frage ob es nicht günstiger ist sich eine Lizenz einer Software wie Kissoft oder Mdesin (www.tedata.de) zu kaufen.
In der Zeit eine Exceldatei mit den komplexen Vorgängen zu erstellen, die dann auch nicht wirklich offiziellen Charakter hat sind die Kosten für die Software wohl gut angelegtes Geld.
Natürlich - wie schon hier angeklungen - sollte man schon wissen was man damit tut und sich in der Norm 2230 ein wenig auskennen. Aber ohne diese Kenntnisse würde sich ja auch keine Tabelle über Excel bauen lassen...

Gruß

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Who the hell is "General failure"?... and why is he reading my disk... ?

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Zitat:

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Original erstellt von mr:
Normalerweise sollte die Schraube so stark angezogen, dass die Festigkeit der Schraube ausgenutzt wird. Die Vorspannkraft kann bis auf die notwendige Vorspannkraft reduziert werden, wenn es Gründe dafür gibt, z.B. ein Überschreiten der zulässigen Pressung. Sonst sollte man die Festigkeit der Schraube möglichst voll ausnutzen.
Mit den maximalen Betriebskräften ist dann auch noch die maximale Beanspruchung der Schraube zu prüfen.

Die notwendigen Montagevorspannkräfte FMmin und FMmax nach VDI2230 sind erforderlich um die Funktion der Verbindung zu gewährleisten. Es spricht aber nichts dagegen bis zum zulässigen Vorspannkraft FMzul (üblicherweise bei 90% der Streckgrenze) vorzuspannen, wenn die Pressungen oder Betriebsspannungen nicht zu gross werden. Es erhöht nur die Reserven.
Mit einer kleineren Streuung der Vorspannkräfte (kleine Reibwertstreuung oder drehwinkelgesteuertes Anziehen) lassen sich die Reserven noch erhöhen.

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Zu "90% der Streckgrenze" ist mir noch etwas unklar - Wieso steht in der Standard-Formel für die Vorspannkraft (finde jetzt leider gerade die Quelle nicht)
F_V = 0,7 x R_p0,2 x A_S
der Faktor 0,7 und nicht 0,9? Wenn in Tabellen in Katalogen oder Lehrbüchern das Anziehmoment angegeben wird, heißt es ja immer, dass damit 90% der Streckgrenze durch Vorspannkraft und Torsion ausgenutzt sind.

Peter

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ich benutze ein selbst erstelltes MathCAD-Sheet auf Basis der VDI2230, denn wenn man in seiner Excel-Tabelle auch nur einen kleinen Fehler (z.B. falsche Klammer) einbaut, findet man den nicht mehr so einfach.

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