Berechnung der Montagevorspannkraft | VDI 2230 | Verspannungsdiagramm | Setzen | Schraubenverbindung скачать в хорошем качестве

Berechnung der Montagevorspannkraft | VDI 2230 | Verspannungsdiagramm | Setzen | Schraubenverbindung

Die Richtlinie VDI 2230 beschreibt das Verspannungsdiagramm als Grundlage für die Berechnung von Schraubenverbindungen. Das Modell basiert auf dem elastischen Verhalten der Bauteile, wobei die Schraube als Zugfeder und die zu verspannenden Platten als Druckfedern betrachtet werden. Beim Anziehen entsteht die Montagevorspannkraft, die in beiden Komponenten betragsmäßig gleich groß ist. Aufgrund der geringeren Querschnittsfläche ist die Schraube meist elastischer als die Platten und erfährt daher eine größere Längenänderung. Im Verspannungsdiagramm wird das Hookesche Gesetz angewendet, wodurch die Federkennlinien als Geraden dargestellt werden. Die Steigung dieser Geraden wird durch die Steifigkeit bzw. die Nachgiebigkeit der Bauteile bestimmt. Die Nachgiebigkeit ist dabei proportional zur Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche sowie zum Elastizitätsmodul des Werkstoffs. Wirkt im Betrieb eine zusätzliche axiale Betriebskraft als Zugkraft, erhöht sich die Kraft in der Schraube um die Schraubenzusatzkraft, während die Klemmkraft in der Trennfuge um die Plattenentlastungskraft abnimmt. Die Summe aus Zusatzkraft und Entlastungskraft entspricht der gesamten Betriebskraft. Das Verhältnis dieser Kräfte wird durch das Kraftverhältnis Phi beschrieben, das rein von den Nachgiebigkeiten der beteiligten Partner abhängt. Ein wichtiger Aspekt ist der Krafteinleitungsfaktor n. Er beschreibt, an welcher Stelle innerhalb der Klemmlänge die Betriebskraft angreift. Je tiefer die Kraft im Bauteil eingeleitet wird, desto kleiner ist n, was die zusätzliche Belastung der Schraube reduziert und die Plattenentlastung erhöht. Bei der Auslegung muss stets eine ausreichende Restklemmkraft sichergestellt werden, um ein Ablösen der Platten, ein Verrutschen bei Querkräften oder Undichtigkeiten zu verhindern. Zusätzlich müssen Vorspannkraftverluste durch Setzvorgänge berücksichtigt werden. Dabei werden Rauheitsspitzen an den Kontaktflächen plastisch verformt, was die Klemmkraft reduziert. Auch thermische Einflüsse spielen eine Rolle: Unterscheiden sich die Ausdehnungskoeffizienten von Schraube und Bauteil, führt eine Temperaturänderung zu einer Erhöhung oder Verminderung der Vorspannkraft. Dehnschrauben nutzen das Prinzip der hohen Nachgiebigkeit durch einen verjüngten Schaft. Dies sorgt für eine flachere Kennlinie im Diagramm, wodurch die Schraubenzusatzkraft bei dynamischen Belastungen sinkt und die Dauerfestigkeit der Verbindung gesteigert wird. Zur korrekten Montage muss die berechnete Montagevorspannkraft somit die Restklemmkraft, die Plattenentlastung sowie Verluste durch Setzen und Temperatur kompensieren. 00:00 Berechnungsgrundlage: Elastisches Verhalten 00:37 Elastisches Verhalten der Schraube 01:28 Elastisches Verhalten der Platten 02:07 Längung der Schraube und Stauchung der Platten 03:43 Verspannungsdiagramm ohne äußere Belastung 05:15 Verspannungsdiagramm mit äußerer Belastung (Betriebskraft) 06:52 Ablösen der Platten 08:02 Restklemmkraft bei axialer Betriebskraft als Zugkraft 10:17 Restauflagekraft des Schraubenkopfes bei axialer Betriebskraft als Druckkraft 11:20 Hookesches Gesetz (Steifigkeit und Nachgiebigkeit) 13:13 Herleitung der Schraubenzusatzkraft (Kraftverhältnis), Plattenentlastungskraft und der Montagevorspannkraft 15:35 Dehnschrauben 16:53 Reihenschaltung von Nachgiebigkeiten 18:37 Berechnung der Nachgiebigkeit (Elastizitätsmodul, E-Modul) 20:04 Einfluss des Kraftangriffspunkts auf die Nachgiebigkeiten 21:43 Krafteinleitungsfaktor (Herleitung) 23:30 Aufbringen der axialen Betriebskraft 26:23 Zusammenhang zwischen Längenänderung und Kraftänderung 28:14 Herleitung des Kraftverhältnis mit Krafteinleitungsfaktor 30:39 Krafteinleitungsfaktor: Diskussion 33:09 Extremfall: Krafteinleitungsfaktor n=0 34:29 Gestaltung von Schraubenverbindungen 35:29 Abnahme der Montagevorspannkraft durch Setzen der Kontaktflächen 36:27 Berechnung des Setzkraftbetrags (Vorspannkraft) 38:49 Richtwerte für Setzbeträge 40:18 Abnahme der Montagevorspannkraft durch thermische Ausdehnungsvorgänge I 42:58 Abnahme der Montagevorspannkraft durch thermische Ausdehnungsvorgänge II 45:48 Diskussion der Formel für den thermsichen Vorspannkraftverlust 47:08 Thermsicher Vorspannkraftverlust im Verspannungsdiagramm