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Autor Thema:  Klemmkraft Schraubenberechnnung (11315 mal gelesen)
ledock
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erstellt am: 08. Sep. 2008 17:33    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo Ihr,

ich bin gerade dabei eine rein auf Zug beanspruchte Schraubenverbindung zu berechnen. Die Verbindung muss nicht die Funktionen einer Dichtung erfüllen.
Lege ich die Schraube richtig aus, wenn ich als Klemmkraft die maximale Betriebskraft annehme?
Oder muss die Klemmkraft immer größer der Betriebskraft gewählt werden, damit die zu verbindenen Elemente nicht abheben?

Grüße Matthias

------------------
Treffen sich ne Null und ne Acht. Sagt die Null: "Hey schicker Gürtel"     

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ThoMay
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erstellt am: 09. Sep. 2008 07:24    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ledock 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo und einen schönen Tag Mathias.

Muss wohl schon lange her sein das du dies gemacht hast. 

Hier ein paar Denkanströße.

Hoffe es hilft weiter.

Gruß
ThoMay


EDIT Mögliche Verletzung des Urheberrechtes EDIT
------------------
Schaut mal nach im Bereich Wissenstransfer.
Neues Forum: Schweißen, Löten, Kleben

Es gibt keine dummen Fragen, nur unzweckmäßige.
Hierauf bekommt man dann machesmal eine unzweckmäßige, freundliche Antwort.

[Diese Nachricht wurde von ThoMay am 09. Sep. 2008 editiert.]

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ledock
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erstellt am: 09. Sep. 2008 09:24    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo ThoMay,

danke für deine Tips.
Die Dokumente sind mir jedoch in einer ähnlichen Art schon bekannt.
Eigentlich ist es auch noch nicht allzulange her, seit wir das im Studium durchgenommen haben (so ca. 5 Jahre).
Trotzdem steh ich momentan zumindest in der Ermittlung der erforderlichen Mindestklemmkraft total auf dem Schlauch. Ich hab den Roloff Matek und die Studienunterlagen vor mir liegen, finde aber immer nur Beispiele bei denen durch die Schraubverbindung einen Reibschluss oder eine Dichtfunktion übernommen werden muss. Da meine vermeindlich "einfache" Verbindung dies jedoch nicht erfordert bin ich mir bei der Ermittlung der Mindestklemmkraft einfach nicht sicher.
Laut der Abschätzung nach VDI2230 bleib ich ja bei statisch zentrisch wirkender Axialkraft in der gleichen Reihe, was ich darauf schließen könnte, dass ich bei der Ausführlichen Berechnung nur mit der Betriebskraft rechnen könnte.
Wie gesagt die "einzige" Anforderung meiner Verschraubung ist ein verhindern des Abhebens beider Partner unter Betriebslast.

Grüße Matthias

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Wyndorps
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erstellt am: 09. Sep. 2008 12:17    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ledock 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich wüsste nicht, dass es eine Regel oder Vorschrift für die "Auswahl" der Restklemmkraft gibt. Deren Bedarfsermittlung ist ureigenste Ingenieuraufgabe und ergibt sich allein aus der Funktion der zu fügenden Bauteile und der Sicherheitsanforderungen.

Wenn keine Klemmkraft zur Aufrechterhaltung einer Dichtwirkung erforderlich ist und ebenfalls keine Querkräfte reibschlüssig übertragen werden müssen, sich demnach die Funktion allein auf ein "Nicht-Klaffen" beschränkt, dann dürfte im Extremfall die Restklemmkraft gegen Null gehen, wenn man vorher bei der Auslegung die Unsicherheiten des Anziehverfahrens, eventuelle Abweichungen von der ideal zentrischen Geometrie und das Setzen ausreichend berücksichtigt hat.

Da oft ein paar Unsicherheiten bzgl. der tatsächlichen Größe der Betriebskräfte bestehen, oder die Geometrie nicht exakt zentrisch ist, oder... wird meistens die mindest erforderliche Klemmkraft etwas höher als der rechnerische Wert angesetzt.

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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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ledock
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erstellt am: 09. Sep. 2008 13:42    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Zitat:
Original erstellt von Wyndorps:

Wenn keine Klemmkraft zur Aufrechterhaltung einer Dichtwirkung erforderlich ist und ebenfalls keine Querkräfte reibschlüssig übertragen werden müssen, sich demnach die Funktion allein auf ein "Nicht-Klaffen" beschränkt, dann dürfte im Extremfall die Restklemmkraft gegen Null gehen, wenn man vorher bei der Auslegung die Unsicherheiten des Anziehverfahrens, eventuelle Abweichungen von der ideal zentrischen Geometrie und das Setzen ausreichend berücksichtigt hat.

Genau das war auch mein Gedanke. Nur haben wir wie schon beschrieben während des Studiums keinen solchen Fall behandelt und im Roloff Matek ist so etwas auch nicht beschrieben.
Wenn ich die Schraubenberechnung nach DIN2230 durchführe berücksichtige ich ja auch die von Ihnen genannten Unsicherheiten. Zusätzlich werde ich natürlich auch nicht mit einer Restklemmkraft von 0 rechnen, sondern eine gewisse Sicherheit miteinbeziehen.

Ich denke auch, dass ich die Verbindung nur mit der groben Anschätzung nach VDI2230 auslegen hätte können, da es keine sicherheitsrelevante Verbindung ist.
Ich wollte die Aufgabe jedoch zum "Test" für mich selbst ordentlich auslegen. Was ja auch ganz sinnvoll war, wie man jetzt an den aufgetretenen Problemen erkennen kann. 

Grüße und Danke
Matthias

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ledock
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erstellt am: 10. Sep. 2008 15:10    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Ersatzquerschnitt.JPG

 
Hallo Ihr,

ich muss euch nochmals kurz stören.
Nachdem ich jetzt langsam wieder in die Schraubenberechnung hineingefunden hab, tut sich mir ein neues Problem auf.

Bei der Berechnung des Ersatzhohlzylinders hab ich leider keinen so tollen Anwendungsfall wie in den Lehrbüchern. Mein Aussendurchmesser der verspannten Teile DA ist kleiner als mein Kopfdurchmesser dw (siehe Sizze).
Ja nach Anwendungsfall geht nun die Fläche des Eratzhohlzylindes gegen null oder wird sogar negativ. Dies kann ja nicht sein und würde das Endergebnis durchaus um den Faktor 5 verändern.

Mein Vorschlag wäre jetzt in Fällen wie im Anhang dargestellt, DA nie kleiner als dw anzunehmen. Ist das so annehmbar, oder mache ich somit einen groben Fehler?

Grüße und Danke
Matthias

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Wyndorps
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erstellt am: 10. Sep. 2008 17:26    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ledock 10 Unities + Antwort hilfreich

Also ich kann mit bloßem Auge erkennen, das der Querschnitt der Zwischenlage innerhalb der Verspannung nie Null oder sogar negativ (!) wird!

Mann, oh Mann! Da wird es mir Angst und bange!
Und diese Verschraubung ist absolut ein Standardfall, wenn denn die türkisfarbene Mutter formschlüssig gegen Verschieben nach rechts gesichert ist!

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ledock
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erstellt am: 11. Sep. 2008 09:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo Hr. Wyndorps,

ok, ich hab mich vielleicht etwas undeutlich ausgedrückt. In meinem Anwendungsfall ist die Querschnittsfläche auch größer null (bie dW=13 dA 12mm)und somit auch in Ordnung.
Wenn jetzt jedoch die graue Zwischenlage z.B. ein Hülse mit dem Durchmesser 11mm wäre, würde sich bei einer M8 Schraube (Kopfdurchmesser=13mm) und einem Durchganslochdurchmesser von 8,5mm ein negativer Spannungsquerschnitte ergeben, was meiner Meinung nach ja nicht sein kein(ich denke da sind wir uns immerhin einig  ).

Ich geb ja auch zu, dass es mir nicht ganz wohl dabei ist, so wenig Ahnung von Schraubenberechnung zu haben aber immerhin bin ich ja gerade dabei das ehemals gelernte wieder aufzufrischen.
Leider ist das in meiner aktiven Karriere die erste wirkliche Schraubenberechnung die ich durchführe. Dabei merkt man dann erst den Unterschied zwischen schön gestellter und eindeutigene Aufgaben wärend des Studiums und der doch nicht so einfachen und eindeutigen Realität.

Danke und Grüße
Matthias

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erstellt am: 11. Sep. 2008 11:05    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ledock 10 Unities + Antwort hilfreich

Klären wir zunächst einmal die Grundlagen:
Die Zusammenhänge bzgl. des Einflußkegels kann man sich gut mit Hilfe eines größeren Schwamms vorstellen. Drückt man diesen zwischen Daumen und Zeigefiner zusammen, dann verformt sich der Scxhwamm dementsprechend im Bereich der Kraftwirkung der Finger. Je weiter man den Schwamm davon entfernt betrachtet, desto geringer ist die Verformung, also die Wirkung der Druckkraft. Am äußeren Rand des Schwammes passiert nahezu gar nichts mehr.
Anlog verhält es sich, wenn man z. B. 2 Platten verschraubt. Über die Schraube wird die Kraft eingeleitet, deren Wirkung aber nicht überall an der Platte gleich ist.

Als Ersatzmodell dieses Vorgangen wird der Einflußkegel verwendet, den Sie in Ihrer linken Skizze mit den Querstrichen auch dargestellt haben.

Der nächste Schritt der Vereinfachung ergibt sich daraus, dass die Steifigkeit vereinfacht als konstant zu c=(E*A)/l angesetzt wird. Würde man das Modell Einflußkegel weiterverfolgen, wäre A ein Funktion von l und das Ganze müsste integriert werden.

Um nun trotzdem einigermaßen realistische Werte für die Steifigkeit zuerhalten, definiert man als weitere Vereinfachung einen Ersatz-Hohlzylinder mit dem Querschnitt Aers.

Für diesen Querschnitt Aers hat man nun auf der Basis von Erfahrungen oder FEM-Analysen Näherungsansätze gefunden, die eine gute Übereinstimmung mit der Praxis ergeben. Einen solchen Ansatz haben Sie angegeben, in der Literatur sind aber mehrere dokumentiert, z. B. auch für den Fall einer engen rohrförmigen Zwischenlage.

Nun zur konkreten Anwendung:

Wenn Sie also beispielsweise einen ringförmigen Anschlußflansch haben, der radial nach außen und innen jeweils nur Ihre 11/2mm von der Schraubenachse aus beträgt und Sie einen Schraubenkopf mit 13mm Auflagendurchmesser haben, dann kann sich mangels Material weder nach radial innen noch nach außen ein Einflußkegel ausbilden. Auch der Einflußbereich in Umfangsrichtung ist durch die enge Eingrenzung behindert. In so einem Fall könnte man also vereinfachend den Ersatz-Hohlzylinder als ein Rohr mit Außendurchmesser 11mm und Innendurchmesser 8,5mm annehmen.

[OT]
Was mich an dieser Stelle ärgert ist, dass ein Ingenieur nicht fähig ist, seine offensichtlich vorhandene (Grundlagen-)Literatur zu lesen und stattdessen lieber eine weltweite Anfrage stellt.
Sie haben Bild und Formel aus dem Roloff/Matek entnommen. Wenn Sie den Absatz unter der Formel lesen, steht dort die Verfahrensanweisung dessen, was ich oben beschrieben:

Zitat aus Roloff/Matek 17. Auflage: "Für den selten vorkommenden Fall, dass DA<dw gilt Aers=Pi*(DA^2-dh^2)/4."

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ledock
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erstellt am: 11. Sep. 2008 11:36    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Zitat:
Original erstellt von Wyndorps:
Wenn Sie den Absatz unter der Formel lesen, steht dort die Verfahrensanweisung dessen, was ich oben beschrieben:

Zitat aus Roloff/Matek 17. Auflage: "Für den selten vorkommenden Fall, dass DA<dw gilt Aers=Pi*(DA^2-dh^2)/4."


  Asche auf mein Haupt   


Ich hab diesen Satz wirklich überlesen, somit muss ich mich hiermit bei allen, die ich mit dieser Frage geplagt habe entschuldigen.

Herr Wyndorps, vielen Dank für Ihre Hilfe, besonders mit der verständlichen Erklärung der Zusammenhänge des Einflußkegels.

Viele Grüße und einen schönen Tag noch
Matthias

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ich001
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erstellt am: 12. Sep. 2008 11:27    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ledock 10 Unities + Antwort hilfreich

 
Zitat:
Original erstellt von ledock:
        Asche auf mein Haupt       


Ich hab diesen Satz wirklich überlesen, somit muss ich mich hiermit bei allen, die ich mit dieser Frage geplagt habe entschuldigen.

Herr Wyndorps, vielen Dank für Ihre Hilfe, besonders mit der verständlichen Erklärung der Zusammenhänge des Einflußkegels.

Viele Grüße und einen schönen Tag noch
Matthias



Ich hab den Beitrag leider erst jetzt gesehen.
Den selben Fall hatte ich nämlich während meines Studiums bei ner Konstruktionsaufgabe auch mal    . Ich hab mich dann komplett zurückgezogen und in Ruhe Kapitel 8 (Schraubenberechnung) durchgelesen, bis ich auf den besonderen Fall des Ersatzquerschnittes gestossen bin. Gab dann sogar ne sehr gute Note dafür. Und man war dann wenigsten einigermaßen fit in der Schraubenberechnung. 


[Diese Nachricht wurde von ich001 am 14. Sep. 2008 editiert.]

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