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8 Schraubenverbindungen (Antworten zu den Kontrollfragen)

8.1 Befestigungsschrauben sollen selbsthemmend sein. Daher sind Gewinde mit großen Flankenwinkeln und kleinen Steigungswinkeln günstig. Der Gewindegrund sollte rund gestaltet sein, um die Kerbwirkung klein zu halten. Gebräuchliche Gewinde sind: Metri-sches ISO-Regel- und Feingewinde. - Bewegungsschrauben können selbsthemmendes oder nichtselbsthemmendes Gewinde haben. Für die Anwendung Umwandlung einer Längsbewegung in eine Drehbewegung ist nicht selbsthemmendes Gewinde erforder-lich. Gebräuchliche Gewinde sind: Trapezgewinde (eingängig, selbsthemmend), Tra-pezgewinde (mehrgängig, nicht selbsthemmend), Sägengewinde (nur einseitig hoch be-anspruchte Gewinde), Rundgewinde (bei rauem Betrieb mit stoßartigen Belastungen).

8.2 Gewinde für druckdichte Verschraubungen bei Rohren, Fittings und Armaturen: Whit-

worth-Rohrgewinde DIN 2999 mit zylindrischem Innen- und kegeligem Außengewinde.

8.3 S 40 x 14 P7: Metrisches Sägengewinde mit 40 mm Nenndurchmesser und 14 mm Stei-gung, zweigängig (14/7 = 2). - M36 x 2 - LH: Metrisches ISO-Feingewinde mit 36 mm Nenndurchmesser und 2 mm Steigung, als Linksgewinde ausgeführt (LH = Left-Hand). - Tr44 x 7: Metrisches ISO-Trapezgewinde mit 44 mm Nenndurchmesser und 7 mm Steigung. - G 1 1/2: Rohrgewinde mit Nennweite (Innendurchmesser) von 1 1/2 Zoll. Die Skizzen sind mit Lehrbuch Bild 8-2 e, b, d und c zu vergleichen.

8.4 Selbsthemmung liegt im Gewinde vor, wenn die Umwandlung einer Längsbewegung in

eine Drehbewegung nicht möglich ist, z.B. die Spindel beim Scherenwagenheber durch das Gewicht des Autos nicht gedreht wird. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn gilt: Gewin-de-Steigungswinkel ϕ < Gewinde-Gleitreibungswinkel ρ' (tan ρ' = µ').

8.5 Differenzgewinde s. Lehrbuch Bild 8-6, Zeile 8. - Prinzip: Die Gewindebolzen werden

mit zwei Gewindeabschnitten gleicher Gangrichtung aber unterschiedlicher Steigung versehen. Die zwei zu verspannenden Teile erhalten Gewinde mit der Steigung des ent-sprechenden Gewindeabschnitts des Bolzens. Beim Verdrehen des Bolzens werden die Teile infolge der unterschiedlichen Steigungen zusammengedrückt. Je kleiner die Stei-gungsdifferenz, umso größere Spannkräfte sind bei gleichem Anziehmoment erreichbar. - Funktion: Verspannen von zwei Bauteilen so, dass Spannungsspitzen durch scharfe Kraftumleitung wie z.B. an den Kopf- und Mutterauflageflächen von Durchsteckschrau-ben vermieden wird. - Anwendung: Bei der Befestigung von Wendeschneidplatten, bei Pleuelverschraubungen, usw.

8.6 Kopfformen: Sechskantkopf, Zylinderkopf, Senkkopf, Flachrundkopf, Linsenkopf, Lin-

sensenkkopf, Vierkantkopf, Flügel, Ring, Sechskantkopf mit Flansch. - Antriebsformen: Außensechskant, Vierkant, Innensechskant, Schlitz, Kreuzschlitz, Rändel, Ring, Flügel, Kreuzloch, Nuten. - Schraubenarten: Sechskantschrauben, Sechskant-Passschrauben, Zylinderschrauben mit Innensechskant, Rundkopfschrauben, Schlitzschrauben, Stift-schrauben, Gewindestifte, Bohrschrauben, Vierkantschrauben, Gewindefurchende Schrauben, Hammerschrauben.

8.7 Zylinderschraube ISO 4762-M12 x 55-10.9: Zylinderschraube mit Innensechskant nach

DIN EN ISO 4762 mit hohem Kopf, Gewinde M12, Nennlänge 55 mm, aus Stahl mit Festigkeitsklasse 10.9. - Sechskantmutter ISO 4032-M16-8: Sechskantmutter nach DIN EN ISO 4032, Typ 1, mit Gewinde M16, Festigkeitsklasse 8. - Scheibe ISO 7090-16-200 HV - A2: Scheibe flach mit Fase nach DIN EN ISO 7090; normale Reihe; Produkt-klasse A; für Sechskantschrauben M16, Nenngröße: d = 16 mm (Lochdurchmesser 17mm); Härteklasse 200 HV; nichtrostender Stahl: A2. - S. Lehrbuch TB 8-5, 8-6, 8-7.

8.8 S. Lehrbuch Bild 8-8, 8-22 und 8-16.

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8.9 Dehnschrauben sind weicher als Schaftschrauben. Infolge der flacheren Kennlinie wird der Anteil der (dynamischen) Betriebskraft, der auf die Schraube wirkt, kleiner.

8.10 Anziehen mit Schlagschraubern oder Impulsschraubern: Die Streuung der Vorspann-

kraft ist von der Anzahl der Einstellversuche und dem Spiel bei der Impulsübertragung abhängig, kA = 2,5…4. - Drehmomentgesteuertes Anziehen: Das Drehmoment wird mit einem anzeigenden oder signalgebenden Drehmomentschlüssel oder Drehschrauber mit dynamischer Drehmomentmessung aufgebracht. Bei versuchsmäßiger Bestimmung der Anziehdrehmomente am Originalbauteil ist kA = 1,4…1,6 , bei Abschätzung der Reibungszahl kA = 1,6…2,0 für Oberflächen mit µ = 0,04…0,1 bzw. kA = 1,7…2,5 für Oberflächen mit µ = 0,08…0,16. - Drehwinkelgesteuertes Anziehen: Die Schrauben-verbindung wird zuerst auf ein Ausgangsdrehmoment vorgezogen, wobei die zu ver-schraubenden Bauteile zur Anlage kommen. Von dieser Drehmomentschwelle aus wird die Schraube um einen in Versuchen ermittelten Winkel bis in den überelastischen Be-reich weiterverdreht. Die Streuung der Montagevorspannkraft wird hierdurch nur durch Messungenauigkeiten verursacht, nicht durch die Gewinde- und Kopfreibung, kA = 1,2…1,4. - Streckgrenzgesteuertes Anziehen: Beim Anziehen wird das Verhältnis von Anziehdrehmoment zu Anziehdrehwinkel stetig gemessen. Bei Rückgang dieses Werts auf einen eingestellten Kleinstwert, das entspricht dem Überschreiten der Streckgrenze des Schraubenwerkstoffs, wird der Anziehvorgang beendet, kA = 1,2…1,4. - Thermi-sches Anziehen: In die Hohlschraube wird ein Heizstab gesteckt. Nach Erwärmung der Schraube auf eine berechnete Temperatur wird die Mutter mit Hand leicht angezogen. Die Torsionsbeanspruchung der Schraube entfällt, kA ≈ 1,2. - Hydraulisches Anziehen: Die Schraube wird mit einer speziellen Hydraulikmutter definiert gelängt. Die unter der Hydraulikmutter befindliche Mutter wird mit der Hand angezogen und anschließend die Hydraulikmutter entlastet und entfernt, kA = 1,2…1,6. - Längungsgesteuertes Anziehen mit Ultraschall: Der Schraubenkopf muss mit einem Sensor versehen sein, der auf dem Schraubenkopf verbleibt. Mit einem Spezialschlüssel wird die Längung der Schraube im unverspannten und verspannten Zustand mittels Ultraschall gemessen, kA = 1,05…1,2.

8.11 Schraubensicherungen sollen die Funktion einer Schraubenverbindung unter beliebig

lange wirkender Beanspruchung erhalten. Die Sicherung von Schraubenverbindungen kann gegen Lockern, Losdrehen oder Verlieren erforderlich sein. In der Regel müssen nur in dynamisch längsbelasteten Verbindungen, sehr kurze Schrauben der unteren Festigkeitsklassen (≤ 6.8) und in dynamisch querbelasteten Verbindungen kurze bis mit-tellange Schrauben (lk/d ≤ 5) aller Festigkeitsklassen gegen Losdrehen oder Lockern gesichert werden. Eine Sicherung gegen Verlieren ist z.B. bei Schrauben in Getrieben erforderlich, damit diese nicht in das Getriebe fallen und Folgeschäden verursachen. - Nach der Funktion können Setzsicherungen, Losdrehsicherungen und Verliersiche-rungen unterschieden werden.

8.12 Setzsicherung: Federnde Sicherungselemente, die die plastischen Verformungen kom-

pensieren können, z.B. Tellerfedern, Spannscheiben nach DIN 6796 und 6908, Kombi-schrauben nach DIN 6900 und 6901. - Losdrehsicherung: Klebstoffe können das Ver-drehen der Schraube bei Beanspruchung quer zur Schraubenachse verhindern, Sperr-zahnschrauben blockieren das bei Vibration entstehende innere Losdrehmoment. - Ver-liersicherung: Hierzu gehören formschlüssige Sicherungselemente, wie Kronenmuttern, Schrauben mit Splintloch, Scheibe mit Außennase nach DIN 432 und kraftschlüssige Sicherungselemente, die nicht von der Wirkung der Vorspannkraft abhängig sind, wie Muttern mit Klemmteil aus Kunststoff oder Metall, gewindefurchende Schrauben.

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8.13 Ein Losdrehmoment entsteht, wenn Schrauben quer zur Schraubenachse beansprucht werden und bei Vibration. Hierdurch wird die Selbsthemmung aufgehoben, die verhin-dert, dass die Vorspannung in der Schraube in eine Drehbewegung umgewandelt wird (Losdrehmoment > Reibmoment im Gewinde und in Kopfauflagefläche). - In den meis-ten Fällen ist bei hochfesten Schrauben eine ausreichende Vorspannung als Sicherung gegen Losdrehen ausreichend. Dynamisch querbeanspruchte Schrauben können wirk-sam gegen Losdrehen durch Klebstoff oder Verriegelungszähne oder Rippen an den Schrauben und Muttern gesichert werden.

8.14 Bei der spanlosen Fertigung von Außengewinden (Gewindewalzen) ist ein Gewinde-

auslauf mit einem Innendurchmesser erforderlich, der kleiner als der Kerndurchmesser ist. So wird das Ausbrechen der Walze durch einseitige axiale Belastung einzelner Zäh-ne vermieden. Wegen des Gewindebohreranschnitts erfordern Gewindegrundlöcher zu-sätzlich zur nutzbaren Gewindetiefe und als Späneauffangraum einen ausreichend tiefen Grundlochüberhang (Bohrung). Bei der Fertigung von großen Innengewinde-Grundlöchern erhält man durch Gewindefreistiche nach DIN 76 den erforderlichen Werkzeugauslauf. Gewindebohrungen müssen einen ausreichenden Abstand von Wan-dungen haben und dürfen nicht sehr schräg austreten. Ansonsten tritt eine einseitige Belastung auf, die zum Verlaufen oder gar Bruch des Werkzeugs führen kann.

8.15 Erhöhung der Dauerhaltbarkeit der Schraube: Höhere Festigkeitsklasse wählen,

Schlusswalzen des Gewindes, Gewindeauslauf gestalten (s. Lehrbuch Bild 8-5 Zeile 2). - Maßnahmen zur Erhöhung der Dauerhaltbarkeit der Verbindung: S. Lehrbuch Bild 8-6 Zeile 3, 6 und 10.

8.16 Die Muttern sind so zu gestalten, dass die ersten Gewindegänge elastischer als die

nachfolgenden sind. S. Lehrbuch Bild 8-6 Zeile 1.

8.17 GV-Verbindungen: Die Verbindungen sind vorgespannt. Die Kraftübertragung erfolgt ausschließlich bzw. überwiegend durch „flächigen“ Reibungsschluss. - SL-Verbindun-gen: Die Schrauben sind nicht oder nur teilweise vorgespannt. Die Kraftübertragung erfolgt durch Lochleibungsdruck und Abscherung.