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Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Konstruktion und Werkstoffe Schraubverbindungen Grundlagen der Konstruktion.

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Präsentation zum Thema: "Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Konstruktion und Werkstoffe Schraubverbindungen Grundlagen der Konstruktion."—  Präsentation transkript:

1 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Konstruktion und Werkstoffe Schraubverbindungen Grundlagen der Konstruktion Vorlesung

2 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Die Idee der Schraube Archimedes schuf um 250 v. Chr. die Schraube ohne Ende ( heute noch als Archimedische Schraube bekannt), die im wesentlichen dazu diente, Wasser von einem niedrigen Wasserspiegel auf einen höher gelegenen zu befördern. Preß- und Hebeschrauben waren schon den alten Römern bekannt. Ein weiterer Beweis sind die Beschreibungen von Wein-, Öl-, Tuch- und Buchdruckerpressen im Mittelalter. Sie beruhen ebenfalls auf dem Prinzip der Schraubenspindel.

3 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Die ersten Schraubverbindungen Erst in der 2. Hälfte des 18. Jahrhunderts erkannten die Konstrukteure beim Bau der gerade erfundenen Dampfmaschine die ungeheure Wichtigkeit und Notwendigkeit eiserner Halte- und Verbindungsschrauben. Wie primitiv diese anfangs gefertigten Schrauben und Muttern waren veranschaulicht das nebenstehende Bild, das eine Schraubenverbindung an einer der ersten Dampfmaschinen von James Watt zeigt. Diese Befestigungsschrauben wurden mühselig vom Schmied gefertigt, der zu jeder seiner Schrauben auch die Mutter herstellte.

4 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Schraubenarten

5 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Gewinde

6 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Schraubbewegung Eine Schraubenbewegung ist eine räumliche Bewegung um und längs einer festen Achse, der Schraubenachse. Die relative Längsbewegung und die relative Drehbewegung z.B. der Mutter gegenüber dem Schraubenbolzen sind kinematisch gekoppelt. Die Schraubenbewegung wird durch ein Gleiten der Gewindeflanken (Wirkflächen) der beiden Teile formschlüssig erzwungen.

7 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Befestigungsschrauben

8 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Gewindearten

9 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Gewindearten Metrisches ISO-Gewinde nach DIN 13

10 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Schraubenbezeichnung

11 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Metrisches Trapezgewinde - Bewegungsgewinde Wird in Bewegungsspindeln geschnitten zur Übertragung von Kräften in beiden Achsrichtungen, z.B. bei Leitspindeln.

12 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Sägengewinde - Bewegungsgewinde Sägengewinde Die Axialkraft erzeugt fast keine Radialkomponente. Anwendung: Deckelverschraubung von Hochdruckventilen, Übertragung von Kräften durch Bewegungsspindeln in nur einer Achsrichtung, z.B. bei Schlagspindelpressen.

13 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Schraubenarten

14 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Mutternarten

15 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Schraubensicherungen Diesem selbsttätigen Losdrehen ist entweder durch konstruktive Gegenmaßnahmen zu begegnen (Erhöhung der Vorspannkraft und der elastischen Dehnungen) oder durch wirkungsvolle Sicherungen an den Auflagen (Verriegelung) oder im Gewinde (Verklebung). Unwirksame Sicherungen sind: die weder bezüglich des Lockerns noch bezüglich des Losdrehens eine Sicherungswirkung besitzen. Dazu zählen: Federringe DIN 127 Federscheiben DIN 137 Zahnscheiben DIN 6797 Fächerscheiben DIN 6798 Sicherungsbleche DIN 432

16 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Verliersicherungen Als Verliersicherungen werden jene Elemente und Methoden bezeichnet, die zwar ein teilweises Losdrehen und damit Vorspannkraftverluste bis zu ca. 80% nicht verhindern können, wohl aber das vollständige Auseinanderfallen der Verbindung. Hierzu gehören: Sechskantmuttern mit Klemmteil, Schrauben mit Kunststoffstreifen und -pfropfen im Gewinde, axial oder /und radial verformte Muttern (künstliche Steigungs- oder Durchmesserfehler), Kronenmuttern mit Splinten, Drahtsicherungen (bei hohen Vorspannkräften oder dünnem Draht kann der Sicherungs-Draht abreißen; dann Einstufung als unwirksam).

17 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Losdrehsicherungen Elemente und Methoden, welche die Bezeichnung Losdrehsicherung verdienen, erhöhen die Grenzverschiebung so weit, dass sie unter den Bedingungen der Praxis nicht mehr überschritten werden kann. Damit bleibt annähernd die volle Montage- Vorspannkraft bis zum Dauerbruch der Schraube erhalten, die Verbindung dreht sich nicht los. Sie sind deshalb auch nur bei querbelasteten Schraubenverbindungen erforderlich.

18 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Verspannungsschaubild

19 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Verspannungsschaubild

20 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Aufteilung der Schraube in einzelne zylindrische Körper

21 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Berechnung der Nachgiebigkeiten Die Nachgiebigkeiten der Platten wird analog berechnet.

22 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Schraubenbeanspruchung Rastlinien Ausgeprägte Rastlinien deuten auf eine zeitlich veränderliche dynamische Beanspruchung hin, d.h. sie lag teils über, teils unter der Dauerhaltbarkeit, und der Anriss setzte sich schrittweise fort. Restbruch Die kleine Restbruchfläche gibt Aufschluss auf eine geringe Restvorspannkraft im Augenblick des Bruches.

23 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Druckverteilung in den Platten

24 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Bestimmung der Ersatzhülse

25 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Beispiel Druckgehäuse

26 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Kräfte am Spitzgewinde

27 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Gewindereibmoment Die Wirkung der Flankenneigung auf die Reibung wird durch einen fiktiven Reibungswert μ.

28 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Reibung im Schraubenkopf

29 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Anziehmoment Beim Festdrehen der Schraube ist im letzten Augenblick, also beim Erreichen der Montage- Vorspannkraft F V, außer dem Gewindereibmoment noch das Reibmoment an der Auflagefläche des Schraubenkopfes bzw. der Mutter, das Auflagereibmoment M A zu überwinden. Damit ergibt sich das Anzugsmoment allgemein:

30 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Festigkeitsklassen für Schrauben und Muttern nachDIN EN 20898

31 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Mindest-Einschraubtiefen nach VDI 2230

32 Technische Universität Berlin AG Konstruktion Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer Kritische Stellen bei Schrauben


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