Technisches Handbuch

6. Montage von Schraubenverbindungen

6.6.1. 6.1.1.

Montage von SchraubenverbindungenVorspannkrfte und Anziehdrehmomente Krfte und Verformungen bei einer Schraubenverbindung (Schema)

6.1.2.

Berechnungsgrundlagen Fr die Berechnung hochfester Schraubenverbindungen wurde die VDI-Richtlinie 2230 entworfen. In dieser Richtlinie werden Geltungsbereich, Berechnung, Herleitung der Berechnungsgrundlagen, Einflussgren und Tabellen dargestellt. Die folgenden Gleichungen sind vereinfachte Berechnungsformeln (n. BSK). Vorspannkraft Nherungsformel fr die Gesamtbeanspruchung durch Vorspannkraft und Torsion bei 90 % der Mindeststreckgrenze ist: FV = 0,7 Rpo 0,2 AS AS = Spannungsquerschnitt As = 4

( d 2+ d )2 3

2

Anziehdrehmoment MA = FV [0,16 P + ges (0,58 d2 + Dm)] Nm 2 P = Steigung (mm) ges = Gesamtreibungskoeffizient d2 = Flanken- Dm = da + dw 2 mittlerer Reibungsdurchmesser der = Kopf- oder Mutternauflage da = dw = Durchmesser der Durchgangsbohrung Auendurchmesser der Kopf- bzw. Mutternauflage

469

Technisches Handbuch6.1.3.

6. Montage von Schraubenverbindungen

Die richtigen Schraubenverbindungen berschlgig erhlt man aus Tabelle 1 folgende Dimensionen: Festigkeitsklasse 8.8: M20 Festigkeitsklasse 10.9: M16 Festigkeitsklasse 12.9: M16 Unter Bercksichtigung aller Randbedingungen, wie Anzahl und Rauhigkeit der Trennfugen, Klemmlnge, Krafteinteilung und Anzugsbedingungen, ergibt der exakte, nach der VDI-Richtlinie 2230 durchgefhrte Rechnungsgang folgende Dimensionen: Festigkeitsklasse 8.8: M16 Festigkeitsklasse 10.9: M14 Festigkeitsklasse 12.9: M12 Damit liegt man mit der berschlgigen Dimensionierung nach Tab. 1 auf der sicheren Seite. Tabelle 1 Betriebskraft pro Schraube Steigung, Spannungsquerschnitt und KernquerschnittStatisch in Ausrichtung FA[N] 1600 2500 4000 6300 10000 16000 25000 40000 63000 100000 160000 250000 dynamisch in Ausrichtung FA[N] 1000 1600 2500 4000 6300 10000 16000 25000 40000 63000 100000 160000 statisch und/oder dynamisch senkrecht zur Ausrichtung FQ[N] 320 500 800 1250 2000 3150 5000 8000 12500 20000 31500 50000 Vorspannkraft1) FV[N] 2500 4000 6300 10000 16000 25000 40000 63000 100000 160000 250000 400000 Nenndurchmesser1) [mm] Festigkeitsklasse 8.8 10.9 4 --5 4 6 5 72 ) 6 8 72) 10 92) 14 12 16 14 20 16 24 20 30 27 --30

12.9 --4 5 5 72) 8 10 12 16 20 24 30

1) Die angegebenen Vorspannkrfte gelten fr Schaftschrauben; bei Dehnschrauben ist wegen des verringerten Taillenquerschnittes diejenige Abmessung zu whlen, die der nchsthheren Laststufe entspricht. 2) Abmessung M7 und M9 nur in Sonderfllen verwenden.

Tabelle 2 Kraft an der Mindest-Streckgrenze Steigung, Spannungsquerschnitt und Kernquerschnitt Schaftschrauben mit metrischem Regelgewinde nach DIN 13, Teil 13 Abmessung SpannungsKernKraft an der Mindest-Streckgrenze F0.2 (mit Steigung P) Querschnitt Querschnitt ermittelt mit dem Spannungsquerschnitt As[mm2] As[mm2] 8.8[N] 10.9[N] 12.9[N] M 4 x 0,7 8,78 7,75 5600 8250 9650 M 5 x 0,8 14,2 12,7 9100 13300 15600 M 6x1 20,1 17,9 12900 18900 22100 M 8 x 1,25 36,6 32,8 23400 34400 40300 M10 x 1,5 58,0 52,3 37100 54500 64000 M12 x 1,75 84,3 76,2 54000 79000 92500 M14 x 2 115 105 73500 108000 127000 M16 x 2 157 144 100000 148000 173000 M18 x 2,5 192 175 127000 180000 211000 M20 x 2,5 245 225 162000 230000 270000 M22 x 2,5 303 282 200000 285000 333000 M24 x 3 353 324 233000 332000 388000 M27 x 3 459 427 303000 431000 505000 M30 x 3,5 561 519 370000 527000 617000 Tabelle 3 Schaftschrauben mit metrischem Feingewinde nach DIN 13, Teil 13 M 8x1 M10 x 1,25 M12 x 1,25 M12 x 1,5 M14 x 1,5 M16 x 1,5 M18 x 1,5 M20 x 1,5 M22 x 1,5 M24 x 2 M27 x 2 M30 x 2 39,2 61,2 92,1 88,1 125 167 216 272 333 384 496 621 36,0 56,3 86,0 81,1 116 157 205 259 319 365 473 596 25100 39200 59000 56500 80000 107000 143000 180000 220000 253000 327000 410000 36800 57500 86500 83000 118000 157000 203000 256000 313000 361000 466000 584000 43100 67500 101000 97000 138000 184000 238000 299000 366000 422000 546000 683000

470

Technisches Handbuch

6. Montage von Schraubenverbindungen

6.1.4.

Wahl der richtigen Reibungszahlen Zur genauen Bestimmung der Vorspannkraft und des Anziehdrehmomentes ist die Kenntnis der Reibungszahlen wesentliche Voraussetzung. Unterschiedliche Oberflchen- und Schmierbedingungen lassen ein groes Spektrum an Reibungzahlen zu (Tab. 4). Um die Bedingungen einer definierten Montage weitestgehend zu untersttzen, werden moderne Verbindungselemente durch zustzliche Schmierungen beim Hersteller in ein Fenster der Reibungszahlen von 0,08 bis 0,14 (gemessen nach DIN 946) gelegt, das fr die Berechnung der Vorspannkraft herangezogen werden sollte. Fr andere Reibungszustnde wird auf die Angaben der VDI 2230 verwiesen. Sicherungsschrauben mit Verrieglungszhnen oder Sicherungsrippen an der Kopfauflageflche haben eine erhte Reibungszahl ges.Tabelle 4 Oberflche Mutter schwarzvergtet phosphatiert metallisch blank metallisch blank metallisch blank metallisch blank Mittlere Reibungszahl ges fr Schmierzustand ungeschmiert gelt MoS2-Paste 0,14-0,18 0,14-0,18 0,14-0,18 0,10-0,15 0,08-0,12 0,12-0,17 0,12-0,20 0,10-0,16 0,14-0,19 0,08-0,14 0,08-0,14 0,08-014

Schraube schwarzvergtet phosphatiert dnnschichtphosphatiert galvanisch verzinkt Dacromet 320 Dacromet 500

Gegenlagen

gem DIN 946

6.1.5.

Mindesteinschraubtiefen

Empfohlene Mindest-Einschraubtiefe ohne Ansenkungen fr die Schraubenfestigkeitklassen 8,8 d Gewindefeinheit P 10,9 12,9

Bauteilwerkstoff mit eingeschnittenem Muttergewinde

Rm in N/mm2 > 360 (Ferrit/PerlitGefge) >500 (Ferrit/PerlitGefge)

6 bis 9 Regelgewinde 1,0 x d 2) [1,5 x d] 0,9 x d 2) [1,3 x d]

10 bis 13 Feingewinde 1,25 x d

6 bis 9 Regelgewinde 1,25 x d 2) [1,8 x d] 1,0 x d

10 bis 13 Feingewinde 1,4 x d

6 bis 9 Feingewinde 1,4 x d 2) [2,1 x d] 1,2 x d 2) [1,8 x d]

S 235 (St37-2) 2C15 N (C15) E 285 (St50-2) S 355 (St52-3) 2C35 N (C35 N) C45 V 35Cr4 V 34CrMo 4 V 42CrMo 4 V und andere GJL 250 (GG-25) AI 99,51) AIMg3 F181) AIMgSi1 F321) AIMg4,5Mn F281) AICuMg1 F40 1 AICuMgCu 0,5 F501) GMgAI9 Zn1

1,0 x d 2) [1,6 x d]

1,2 x d

> 800 (Vergtungsgefge)

0,8 x d 2) [0,9 x d]

0,8 x d

0,9 x d 2) [1,1 x d]

0,9 x d

1,0 x d 2) [1,2 x d]

> 220 > 180 > 180 > 330 > 330 > 550 > 550 > 230

1,0 x d 2) [1,3 x d] 2,0/2,5 x d [3 x d]2) 2,0 x d 2,0 x d 1,1 x d 1,0 x d 1,5/2,0 x d

1,4 x d

1,4 x d

1,6 x d

1,4 x d

1,4 x d

1,6 x d

1,25 x d

1,25 x d 2) [1,6 x d]

1,4 x d

1,4 x d 2) [1,8 x d]

471

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6. Montage von Schraubenverbindungen

6.1.6.

Vorspannkrfte und Anziehdrehmomente fr ISO Schrauben mit metrischem Gewinde Reibungszahl = 0,08 Schaftschrauben, metrisches Regelgewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 M 12 M 14 M 16 M 18 M 20 M 22 M 24 M 27 M 30 8.8 4400 7150 10100 18600 29500 43000 59000 81000 102000 131000 163000 188000 247000 300000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 6450 10500 14900 27300 43400 63000 86500 119000 145000 186000 232000 268000 352000 428000 12.9 7550 12300 17400 31900 50500 74000 101000 139000 170000 218000 272000 313000 412000 501000 Anziehdrehmoment MA (Nm) 8.8 10.9 12.9 2,1 3,1 3,6 4,2 6,1 7,2 7,3 11 12 17 26 30 34 51 59 59 87 100 95 140 165 145 215 250 210 300 350 295 420 490 395 560 660 510 720 840 740 1050 1250 1000 1450 1700

Schaftschrauben, metrisches Feingewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 8x1 M 10x1,25 M 12x1,25 M 12x1,5 M 14x1,5 M 16x1,5 M 18x1,5 M 20x1,5 M 22x1,5 M 24x2 M 27x2 M 30x2 8.8 20300 31600 48200 45600 65000 88000 118000 149000 183000 210000 272000 342000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 29700 46200 71000 67000 95500 129000 168000 212000 261000 299000 387000 487000 12.9 34800 54500 83000 78500 112000 151000 197000 248000 305000 350000 453000 570000 Anziehdrehmoment MA (Nm) 8.8 10.9 12.9 18 27 32 36 53 62 64 93 110 62 90 105 100 150 175 155 225 260 230 325 380 315 450 530 420 600 700 540 760 900 780 1100 1300 1100 1550 1800

Reibungszahl = 0,10 Schaftschrauben, metrisches Regelgewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 M 12 M 14 M 16 M 18 M 20 M 22 M 24 M 27 M 30 8.8 4250 6900 8750 17900 28500 41500 57000 78000 98000 126000 158000 182000 239000 291000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 6200 10200 14300 26300 41800 61000 83500 115000 140000 180000 224000 259000 340000 414000 12.9 7250 11900 16800 30700 48900 71500 98000 135000 164000 210000 263000 303000 398000 484000 8.8 Anziehdrehmoment MA (Nm) 10.9 12.9 2,4 3,6 4,2 4,8 7,1 8,3 8,3 12 14 20 30 35 40 59 69 49 100 120 110 160 190 170 250 290 245 345 405 340 490 570 460 660 770 590 840 980 870 1250 1450 1200 1700 1950

Schaftschrauben, metrisches Feingewinde DIN 13, Blatt 13Abmessung M 8x1 M 10x1,25 M 12x1,25 M 12x1,5 M 14x1,5 M 16x1,5 M 18x1,5 M 20x1,5 M 22x1,5 M 24x2 M 27x2 M 30x2 8.8 19600 30600 40600 44000 63000 85500 114000 144000 178000 203000 264000 332000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 28700 44900 68500 64500 92500 125000 163000 206000 253000 290000 375000 472000 12.9 33600 52500 80000 75500 108000 147000 191000 241000 296000 339000 439000 553000 Anziehdrehmoment MA (Nm) 8.8 10.9 12.9 22 32 37 42 62 72 75 110 130 72 105 125 120 175 200 180 265 310 270 385 450 375 530 620 500 710 830 630 900 1050 920 1300 1550 1300 1850 2150

472

Technisches Handbuch

6. Montage von Schraubenverbindungen

Reibungszahl = 0,14 Schaftschrauben, metrisches Regelgewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 M 12 M 14 M 16 M 18 M 20 M 22 M 24 M 27 M 30 8.8 3900 6400 9000 16500 26300 38400 52500 72500 91000 117000 146000 168000 222000 269000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 5750 9400 13200 24300 38700 56500 77500 107000 129000 166000 208000 240000 316000 384000 12.9 6700 11000 15500 28400 45200 66000 90500 125000 152000 195000 244000 281000 369000 449000 8.8 Anziehdrehmoment MA (Nm) 10.9 12.9 3,0 4,4 5,1 5,9 8,7 10 10 15 18 25 36 43 49 72 84 85 125 145 135 200 235 210 310 365 300 430 500 425 610 710 580 820 960 730 1050 1220 1100 1550 1800 1450 2100 2450

Schaftschrauben, metrisches Feingewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 8x1 M 10x1,25 M 12x1,25 M 12x1,5 M 14x1,5 M 16x1,5 M 18x1,5 M 20x1,5 M 22x1,5 M 24x2 M 27x2 M 30x2 8.8 18100 28300 43300 40800 58500 79500 106000 134000 166000 189000 246000 309000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 26600 41600 63500 60000 86000 116000 152000 191000 236000 270000 350000 440000 12.9 31200 48700 74500 70000 100000 136000 177000 224000 276000 315000 409000 515000 Anziehdrehmoment MA (Nm) 8.8 10.9 12.9 27 39 46 52 76 90 93 135 160 89 130 155 145 215 255 225 330 390 340 485 570 475 680 790 630 900 1050 800 1150 1350 1150 1650 1950 1650 2350 2750

Reibungszahl = 0,20 Schaftschrauben, metrisches Regelgewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 M 12 M 14 M 16 M 18 M 20 M 22 M 24 M 27 M 30 8.8 3450 5650 7950 14600 23200 33900 46500 64000 80500 103000 129000 149000 196000 238000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 5050 8250 11700 21400 34100 49800 68500 94000 114000 147000 184000 212000 279000 339000 12.9 5900 9650 13600 25100 39900 58000 80000 110000 134000 172000 216000 248000 327000 397000 8.8 Anziehdrehmoment MA (Nm) 10.9 12.9 3,6 5,3 6,1 7,1 10 12 12 18 21 30 44 52 60 87 100 105 151 177 165 240 285 260 380 445 365 520 610 520 740 870 710 1000 1200 890 1250 1500 1350 1900 2200 1800 2250 3000

Schaftschrauben, metrisches Feingewinde DIN 13, Teil 13Abmessung M 8x1 M 10x1,25 M 12x1,25 M 12x1,5 M 14x1,5 M 16x1,5 M 18x1,5 M 20x1,5 M 22x1,5 M 24x2 M 27x2 M 30x2 8.8 1600 25100 38400 36100 52000 70500 94500 119000 147000 168000 218000 275000 Vorspannkraft FV (N) 10.9 23500 36800 56500 53000 76000 103000 135000 170000 210000 239000 311000 391000 12.9 27600 43100 66000 62000 89000 121000 157000 199000 245000 280000 364000 458000 Anziehdrehmoment MA (Nm) 8.8 10.9 12.9 33 48 56 64 93 110 115 170 200 110 160 185 180 265 310 280 410 480 420 600 700 590 840 980 790 1150 1300 990 1400 1650 1450 2100 2450 2050 2900 3400

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