Bolzen- und Stiftverbindungen Von Susanne Bartels

Überblick Definition Einsatzgebiete Vor- und Nachteile Dimensionierung Berechnungen 2

Definition Unter einem Bolzen versteht man ein Maschinenelement zur gelenkigen Verbindung von Werkstücken Bolzen können verschraubt oder durch Sicherungsstifte in der Verbindung gehalten werden 3

Einsatzgebiete Bolzen Lose und feste Verbindungen Verdrehsicherung für Naben/Wellen Gelenkbolzen Lagegenaue Fixierung von Bauteilen Halterung für Federn Häufig angewendet als Gelenkverbindung. Je enger die Passungen, umso genauer die Führung. Es kann aber auch Gründe für großes Spiel geben, z.B. zur Aufnahme von Wärmedehnungen oder falls starke Verschmutzungen erwartet werden -> Gelenk bleibt auch unter diesen Bedingungen leichtgängig. 4

Vorteile Es lassen sich ungleiche Werkstoffe leicht verbinden Einfache Herstellung Kostengünstige Herstellung Verbindung ist leicht lösbar 5

Nachteile Faserverlauf wird durch Bohrungen unterbrochen Ermüdungsrisse können an den Bohrungen auftreten Durch nötige Überlappung höheres Gewicht Spannungen am Bohrloch durch dickere Wandungen ausgleichen 6

Bolzenarten Bolzen ohne Kopf Bolzen ohne Kopf mit Splintlöcher RM S. 274 Bild 9-1 Bolzen ohne Kopf Bolzen ohne Kopf mit Splintlöcher Bolzen mit Kopf und Splintloch Bolzen mit Kopf und Gewindezapfen 7

Beanspruchung der Bolzen auf Biegung auf Schub auf Flächenpressung Abscherung Typische Hauptbeanspruchung Statisch: Biegung (ETB S.47) Gleitend (Lager): Flächenpressung (Zusätzlich: Schub) RM S. 275 Bild 9-2 a) 8

Dimensionierung Einbaufall 1 Bolzen sitzt in der Gabel und in der Stange mit Spielpassung Biegebelastung: frei aufliegen RM S. 275 RM S. 275 9

Dimensionierung Einbaufall 2 Bolzen sitzt in der Gabel mit Übermaßpassung und in der Stange mit einer Spielpassung Bolzen als beidseitig eingespannter Träger RM S. 275 10

Dimensionierung Einbaufall 3 Bolzen sitzt in der Stange mit einer Übermaß- passung und in der Gabel mit einer Spielpassung Bolzen als mittig eingespannter Träger RM S. 275 11

Dimensionierung Berechnung des Bolzendurchmessers 12 RMFS S. 100/1 Fnenn = Stangenkraft KA = Anwendungsfaktor zur Berücksichtigung stoßartiger Belastung (zwischen 1,0 für geringe und über 2,25 für starke stoßartige Belastung) σbzul = zulässige Biegespannung, typ. 0,3 Rm bei ruhender, 0,2 Rm bei schwellender, 0,15 Rm bei wechselnder Belastung k = Einspannfaktor – abhängig vom Einbaufall (Werte in Klammern für Gleitverbindung): k= 1,6 (1,9) Einbaufall 1 (Bolzen lose in Stange und Gabel) k= 1,1 (1,4) Einbaufall 2 (Bolzen mit Übermaßpassung in Gabel) k= 1,1 (1,2) Einbaufall 3 (Bolzen mit Übermaßpassung in der Stange) RM S. 274 RMFS S. 100 12

Dimensionierung Berechnung der Bolzen länge l = 2 x tG + tS + 2 x z1 RMFS S. 100 l = 2 x tG + tS + 2 x z1 13

Dimensionierung Schubspannung in der Nulllinie 14 RMFS S.100/3 RMFS S. 100 As = Querschnittsfläche des Bolzens 14

Dimensionierung mittlere Flächenpressung 15 RMFS S.100/4 RMFS S. 100 ETB S.45 15

Definition Stiftverbindungen werden hergestellt, indem in eine durch alle zu verbindenden Teile gehende Aufnahmebohrung ein Stift mit Übermaß eingedrückt wird Die entstehende Verbindung ist form- und kraftschlüssig 16

Einsatzgebiete Stifte Sicherung der Lage (Fixzierung/Zentrierung) Sicherung gegen verdrehen Halterung von Federn Sicherung von Bolzen und Muttern Wegbegrenzung von Maschinenteilen (Anschlagstift) 17

Stiftarten Kegelstifte für durchgehende Löcher mit Gewindezapfen, für Grundlöcher mit Innengewinde, für Grundlöcher - Für Passgenauigkeit, - wenn die Verbindung öfters gelöst werden soll. - Kegel gleicht Abnutzung oder Lochaufweitung aus - Einsatz meist als Passstifte, aber auch als Verbindungsstifte - Aufreiben der kegeligen Bohrung ist erforderlich, daher relativ teuer in der Herstellung. - Nicht rüttelfest - Kegelstifte werden in ungehärtetem Zustand eingesetzt - Gewinde zum leichteren Lösen RM S. 281 Bild 9-5 18

Stiftarten Zylinderstifte für durchgehende Löcher b-d) mit Innengewinde und Abflachung oder Längsrille zur Druckentlastung e) lösen mit hilfe einer Abziehschraube f) lösen mit Hilfe eines Schlaggewichtes - Aus ungehärtetem Stahl und aus austenitischem nichtrostenden Stahl - Bohrung muss aufgerieben werden - > teuer - Für hochbeanspruchte Teile durchgehärtete oder einsatzgehärtete Stifte - Zylinderstifte mit Innengewinde, wenn Stift nicht herausgeschlagen werden kann - Abflachung oder Längsrille dient zum Abfließen von Luft oder Öl - Achtung auf Schwächung der Welle durch Bohrung RM S. 281 Bild 9-6 19

Stiftarten Kerbstifte Kerbprinzip Passkerbstift Zylinderkerbstift Kegelkerbstift Zylinderkerbstift mit Fase Steckkerbstift Knebelkerbstift Halbrundkerbnagel k) Senkkerbnagel - 3 Kerbwulstpaare am Umfang - Bohrung einfach herstellbar (kein Aufreiben) - Mein Einpressen nur elastische Verformung der Kerbwulste - Rüttelfeste Verbindung - Mehrfach wieder verwendbar - Sehr wirtschaftliche Verbindung - Einsatz als Sicherungsstifte, - Kerbnägel für gering beanspruchte Teile Kerbstifte i.d.R. aus Stahl oder austenitischem nichtrostenden Stahl Härte der Stifte soll größer sein als die der Bauteile RM S. 282 Bild 9-7 20