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Hallo,
habe hier ein Konstruktionskonzept vorliegen. Es soll untersucht werden ob die Schraubenverbindung hält. Ich habe zwar schon was gerechnet bin mir aber nicht sicher ob es richtig ist. Daher bitte ich euch kurz um euer Feedback ob ich alles ordentlich gemacht habe.

Situation:
Eine Werkzeugform wird an einer Aufspannplatte befestigt (über Spanneisen). Die Aufspannplatte ist über vorgespannte Gewindestangen an einer Konsole verschraubt. Das Konsolenelement ist jeweils durch 2 Zylidnerschrauben M16x35 8.8 an einem Pressstempel fixiert. 

Untersucht werden soll ob die M16-Zylinderschrauben halten bzw. wie hoch die erforderlich Vorspannkraft ist!

Mein bisheriges Vorgehen:
Auf die Gewindestange wirkt eine Gewichtskraft Fg=1475 N (Gewicht der Aufspannplatte und der Werkzeugform). Da die Aufspannplatte fixiert werden soll werden die Gewindestangen vorgespannt. Die Vorspannkraft Fv muss hierbei größer sein als die Gewichtskraft Fg (ist das so richtig ?!?). Somit wirkt auf die Gewindestange eine Kraft von F(Gewindestange)=Fg+Fv=1475N + 2170N (1,5*Fg als Annahme)=3645 N

Die Gewindestangenkraft wirkt auch als Querkraft Fq an der horizontalen Schraube. Um ungünstige Scher/Schubbeanspruchung der Schraube zu vermeiden muss die Querkraft auf Reibschluss aufgenommen werden. Dabei ist die Klemmkraft: F(KL)=Fq/Reibwert mit dem Reibwert 0,14 komme ich auf eine erforderliche Klemmkraft F(Kl)=3645/0,14=26035 N

Zusätzlich wirkt um die Kippkante M(K) ein Biegemoment was zu einer zusätlichen Zugbeanspruchung führt. Diese wirkt der Klemmkraft entgegen. Um den Reibschluss weiter zu gewährleisten muss die Klemmkraft um diesen Betrag erhöht werden. Nach umstellen der Momentengleichung komme ich auf eine Zugkraft F(Zug)=3645 N

Die erforderliche Vorspannkraft der Schraube berechnet sich also zu:
Fv=[F(KL)+F(Zug)]*Sicherheitsfaktor
Fv=(26035 N + 3645 N)*1,25=37100 N

Ist die Vorgehensweise das Kräfteschema soweit korrekt? Ich finde die erforderliche Vorspannkraft sehr hoch! (Die M16 8.8 hat eine zulässige Vorspannkraft von 72000 N)

Danke für eure Hilfe!    

[Diese Nachricht wurde von cenit1987 am 21. Mai. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von cenit1987 am 21. Mai. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von cenit1987 am 21. Mai. 2014 editiert.]

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Hallo Cenit, soweit ich das überblicken kann , könnte Diene Rechnung stimmen.
Bei der langen Gewindestange hast du für die Spannkraft nicht die 1,5 sondern die 2,5 fache Sicherheit eingerechnet. Wenn das nötig ist, ist es so in Ordnung.

Bei Drehmomenten sollte man nicht nach Gefühl arbeiten, weil sich da kaum einer etwas vorstellen kann. Das sollte man in der Technik überhaupt nicht.

Das größere Problem sehe ich darin, daß sich diese Winkel verbiegen ( nach Gefühl ).
Die diagonale Lasche ist weit weg von den Belastungspunkten.

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Klaus

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Danke für die Antwort!

Bei der 1,5 bzw. 2,5 fachen Sicherheit bin ich mir nicht sicher, wollte ursprünglich nur die 1,5 fache Sicherheit!

Vielleicht hab ich nur einen Denkfehler:
Auf die Gewindestange wirkt zum einen die Gewichtskraft Fg=1447,45 N und dann noch die zusätzliche Vorspannkraft Fv.
Also: F(Gewindestang)=Fg + Fv=1447,45 N + 1447,45 N = 2894,9 N

Oder ist in der Vorspannkraft bereits die Gewichtskraft enthalten?!

F(Gewindestange)=Fv

Und Fv=>Fg und mit Sicherheitsfaktor von 1,5:
F(Gewindestange)=1,5 x Fg = 1,5 x 1447,45 N = 2171,18 N

Zum Winkel:
Ich hab die diagonale Lasche mal durch die komplette Bauteillänge gezogen, die Verschraubungspunkte werden aber rausgefräst um den notwendigen Zugang zu erhalten!

Die Wandstärke des Winkels beträgt übrigens 6mm (Baustahl). Eine FEM-Berechnung hat gezeigt, dass sich die Verformung in Z-Richtung gerade mal 0,4 mm beträgt.

Danke

[Diese Nachricht wurde von cenit1987 am 22. Mai. 2014 editiert.]

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Die Vorspannkraft wirkt doch der Gewichtskraft entgegen. Sie muß also nur mindestens so groß sein.

Wenn sich der Winkel nur 0,4 mm verformt, dann steht die Schraube schief. Das kann ungünstige Auswirkungen haben.

Ich würde die langen Schrauben so nah wie möglich an den Kipp-Punkt legen, dann ist das Moment viel kleiner.

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Klaus

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stimmt, danke für den Hinweis!

Also derzeit beträgt der Abstand für Lx=45mm und Ly=45mm. Daraus folgt das Momentengleichgewicht:
M(kipp)=F(Zug) * Lx - F(Gewindestange) * Lx

Und zumit beträgt F(Zug)
F(Zug)= (F(Gewindestange) * Lx)/Ly

Ist das soweit richtig? (Die Richtung/Vorzeichen der Gewindestangenkraft spielt hierbei eigentlich keine Rolle). Hierdurch ändert sich dann doch nur die Zugbelastung und spielt nur eine untergeordnete Rolle weil die Querkraft fast um den Faktor 6 größer ist!

Wenn ich noch näherer an die Wand mit der Gewindestange gehe, dann komme ich doch nicht mehr mit dem Drehmomentenschlüssen dran oder?

[Diese Nachricht wurde von cenit1987 am 22. Mai. 2014 editiert.]

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Die Rechnung stimmt schon. Aber 45 mm Abstand sind bei M16 schon sehr viel. Wird das so oft angezogen, daß es schnell gehen muß ?
Für den Drehmomentschlüssel gibt es doch eine Verlängerung. Habe jetzt keine Unterlagen zur Hand.

Ganz oben den Reibfaktor ny = 0,14 halte ich für etwas zu groß. Üblich ist ein Wert zwischen 0,05 und 0,1.

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Klaus

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Mal 'ne blöde Frage zwischendurch:

Zitat:

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Original erstellt von cenit1987:
Auf die Gewindestange wirkt eine Gewichtskraft Fg=1475 N (Gewicht der Aufspannplatte und der Werkzeugform).

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Der Riesentrümmer wiegt tatsächlich nur 150kg? Aus welchem Material ist das?

Außerdem fehlt mir jetzt irgendwie noch die Situation, in der diese Gewichtskraft auf die Stangen wirken soll...

[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 22. Mai. 2014 editiert.]

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@N.Lesch
Ob es oft angezogen bzw. ab- und Aufbau gebaut wird, kann ich im moment noch nicht sagen.

Okay das mit der Verlängerung hab ich nicht berücksichtigt. Aber ist die Verlängerung so lange, dass ich problemlos die Mutter von der Gewindestange anziehen kann. De Verlängerung müsste über die Oberkante des des Pressstempels gehen (großer dunkel grüner Block).

Das mit dem Reibwert schaue ich mir mal an, aus der Literatur wird Stahl-Stahl im Mittel 0,14 angegeben.

@Niemeier
Also der rießen Trümmer wiegt 500 kg (annahme) und es kommt noch das Gewicht der Aufspannplatte hinzu 90kg. Somit kommt ein Gesamtgewicht von 590kg = 5787,9 N zustande. Dieses wird durch jeweils 4 Gewindestangen abgestützt daher 5787,9 / 4

Was meinst du mit der Situation. Ohne Vorspannung wirkt eben die Gewichtskraft auf die Gewindestange. Da diese jedoch vorgespannt werden wirkt eben nur die Vorspannkraft (größer gleich Gewichtskraft)

Oder hab ich hier einen Denkfehler

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klotz_statt_winkel.pdf

Moin,
ebenso wie Klaus schätze ich den gelben Winkel als ziemlich weich ein.
Anbei ein Vorschlag, wie man es anders machen könnte.

Ulrich

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Zitat:

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Original erstellt von cenit1987:
Was meinst du mit der Situation. Ohne Vorspannung wirkt eben die Gewichtskraft auf die Gewindestange. Da diese jedoch vorgespannt werden wirkt eben nur die Vorspannkraft (größer gleich Gewichtskraft)

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Na, ich hab's halt noch nicht verstanden.
Wird das ganze zusammengeschraubte Paket jetzt am Pressstempel angehoben?
Oder wird das ganze Paket so unter die Presse geschraubt?
Und wozu genau soll die Vorspannung in den Gewindestangen dienen?

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@ulrix
meinst du den Klotz/Block durchgehend an beiden Schrauben?
Die querbelasteten M16-Schrauben haben einen Abstand von 570mm und das dann bei Vollmaterial wäre wohl zu schwer!

@Torsten
Der Presstempel kann in der Höhe verfahren werden, daher wird das Paket bewegen. Wofür die Vorspannkraft: Aufspannplatte soll direkt an der Auflagenfläche des Pressstempels anliegen. Dadurch werden die Durchbiegungen teilweise reduziert und Verschiebungen verhindert.

Vielleicht noch als Hintergrund-Info:
Ich habe nur die 4 M16-Bohrungen zur Verfügung, es dürfen kein weiteren Bohrungen bzw. direkte Modifikationen am Pressstempel gemacht werden (Verlust CE-Zertifizierung und vorallem laufen dort Heizkanäle!)

Also wichtig ist schon mal, dass die M16-Schrauben das halten können. Jetzt brauch ich nur eine bessere Biegesteifigkeit der Konsole. Wobei in der FEM-Berechnung die Verformung der Konsole in Z-Richtung: 0,36mm und in X-Richtung 0,1mm beträgt

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Zitat:

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Original erstellt von cenit1987:
Der Presstempel kann in der Höhe verfahren werden, daher wird das Paket bewegen.

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Ah. Ok. Und mit welchen Beschleunigungen?

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mmmh gute Frage aber das spielt hierbei denke ich nur eine untergeordnete Rolle. Es ist eine Labor/Versuchspresse für Composite-Bauteile. Also keine Schueler-Presse im Automobilbereich wo der Presshub in Sekunden durchgeführt wird!

Die Presse hat einen Hubweg von 450 mm und wird diese sicherlich nicht 2-3 Sekunden fahren (gefühlt eher 10 Sekunden!) spielt das in meiner Berechnung eine Rolle? Ich hab statisch und nicht dynamisch gerechnet

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Bei dem Reibwert kannst Du nicht irgendeinen Mittelwert nehmen, sondern den Sichersten.
Der ist aber kleiner als 0,14.

Mit dem Klotz von Ulrich kannst Du auch ganz einfach die Hebelwirkung verringern, wenn Du die Schrauben nicht in die Mitte setzt.  So wie von Ulrich gezeigt.
Den Klotz kannst Du auch hohlbohren oder einen kleineren verwenden.

Diese Verlängerungen gibt es für M 16 in jeder Länge. Bei der Gewindestange mußt Du die Schrauben nur an einem Ende anziehen. Am Anderen kann man sie vorher reinschrauben.

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Klaus

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Wie cenit oben schon schrieb, bringt es doch fast nichts, den Hebelarm jetzt mit allen Mitteln zu verkürzen.
Erst Recht nicht, wenn Du meinst, der Reibfaktor müsse jetzt 0,05 sein...

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Hallo Cenit,

welche Kraft wirkt den nun auf die Gewindestange? Ich sehe das ähnlich wie Torsten. Das Gewicht der Gewicht der Aufspannplatte und der Werkzeugform wirkt nicht auf die Gewindestange reduziert aber sicherlich die Vorspannkraft. Nachgiebigkeiten haben denn deine Composite-Bauteile?

Oder ist die obere Mutter mit dem Winkel verschweißt / verbunden? Dann gehts ja eher Richtung Rechnung als Bewegungsschraube?

Gruß Alex

[Diese Nachricht wurde von alex am 24. Mai. 2014 editiert.]

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