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Schraubenverbindung mit hintereinandergeschalteten Verspanabereichen
zunehmenden Vorbelastungsgrad's Die Schraubenverbindungen sind durch eine verhältnismäßig
geringe Widerstandsfähigkeit bei Wechsellast gekennzeichnet. Zur Erhöhung dieser
Widerstandsfähigkeit hat man a) die bei Belastung -:auftretenden Spannungsspitzen
abgebaut, z. B. durch größere Abrundungen, künstlich - aufgebrachte Eigenspannungen,
Verbesserung des Kraftflusses; b) die Zunahme der Wechselbelastung der Schraube
bei gegebener Betriebswechsellast herabgesetzt, z. B. durchgeeignet@eVorf-Spannung,
durch größere; federnde Nachgiebigkeit der Schraube.
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Beide Maßnahmen unterstützen sich, wirken also sowohl getrennt als
vereint günstig. " Im allgemeinen herrscht in einer Schraubenverbindung an allen
Stellen die gleiche Vorspannkraft. Es sind aber auch Schraubenverbindungen bekannt,
- bei denen zwei oder mehr Verspannbereiche hintereinandergeschaltet sind und jeder
Verspannbereich seineeigene Vorspannkraft besitzt. Hierbei ergibt sich als Eigenheit,
daß jeder nachfolgende Verspannbereich @durchdie Vorspannkraft des vorgeschalteten
Ver;spannbereichs vorbelastet wird. Wir haben also Verspannbereiche zunehmenden
Vorbelastungsgrads.
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Die Vorbelastung bewirkt eine Minderung der eigenen Vorspannkraft
des durch sie vorbelasteten Verspannbereichs; so daß die Belastungszunahme der Schraube
in diesem. Verspannbereich nur den Wert zugeleitete Vorbelastung abzüglich Minderung
der eigenen Vorspannkraft hat. Da eine zugeleitete Betriebslast - die in -dem einzelnen
Verspannbereich
vorhandene Vorsp,annkraftebenfalls mindert; gilt
auch für sie, wie bekannt, Be-Iastungszunahrne der Schraube im Verspann-Bereich
= zugeleitete Betriebslast abzüglirlf Minderung der vorgefundenen Vorspannkraft
Im Verspannbereich höchsten Vorbelastungs grads ist demnach Belastungszunahme der:
Schraube durch die Betriebswechsellast P" "i" = Anfangsbetriebswechsellast.
(!.''). abzüglich Summe der Minderungen der einzelnem Vorspannkräfte E Pä) der hintereinandergeschalteten
Verspannbereiche zunehmenden Vorbelastung sgrads. P3-in = P- P@.
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Man hat es also in der Hand, durch -die an sich bekannten Maßnahmen
zur Regelung der Minderung. der Vorspannkiaft indem einzelnen Verspannbereich und
die Zahl der hintereinandergeschalteten Verspannstellen zunehmenden Vorbel.astungsgrads,
die Zunahme der Wechseaast im Verspannbereich höchsten Vorbelästungsgrads bei bestimmter
regeln.
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Als wesentlich ist hierbei zu beachten, daß nur die Summe der Minderungen
der Vorspannkräfte aller Verspannbereiche die Größe der Belastungszunahme im Verspannbereich
höchsten Vorbelastungägrads bei gegebener Betriebslast bestimmt, während' das Verhältnis
der Minderung - der- Vorspannkraft von zwei aufeinanderfolgenden Verspannbercichen
wechseln kann. Am besten lassen die Berechnungsformeln die Einflüsse der einzelnem
Faktoren erkennen. Den. der größten -Betriebsbelastung entsprechenden. Werten P""
und P"2 müssen mindestens gleich große Vorspannkräfte in den einzelnen Verspannbereichen
zwecks Aufnahme der Betriebsbelastung ohne völlige Entspannung entgegenstehen, wozu
im Verspannbereich höheren Vorbelastungsgrads noch der Anteil der Vorbelastung.,
herrührend von der Vorspannkraft des : vörgeschä-lteten Verspanübereich s, hinzukommt.
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Man hat bei den bekannten Ausführungen von Schraubenverbindungen die
Gewinde in den hintereinandergeschalteten. Verspanntereichen zunehmenden . V`orhelastungsgrads
gleich stark gemacht oder sogar das. Gewinde im Bereich niederen Vörbelästungsgrads
stärker gewählt; auf - die Größe der erforferliehen Vöxspannung nicht geachtet,
selbst als man erkannt hatte, daß der Kraftfuß in der Verschraubung Stiftende-Stiftmutter,
einem der bekanntesten Merspannhereiche höheren Vor: Belastungsgrads, an- sich günstiger,
als bei der üblichen Verschraubung Bolzengewinde-Tragmutter ist. Auch die Erkenntnis,
daß es u. a. durch länge Gewinderille 'und entspre-'chend, abgerundete übergänge
vom Bund zum Schaft des Stiftendes möglich ist, die Gestalt-Jestigkeit im Verspannbereich
höheren Vor-#1)cla,stungsgrads der Gestaltfestigkeit an den ellchen Gewindestellen
des Schraubenbolzens @.:neigleichen, änderte nichts. Man machte @.=.'hl von diesen
genannten Erkenntnissen Gebrauch, verschärfte aber dadurch nur den Unterschied im
Ausnutzungsgrad der Gewinde gleicher Stärke in. den Verspannbereichen verschieden
hohen: Vorbelastungsgrads bei Wechsellast.
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Die Erfindung greift hier ein. Sie stellt . sich die Aufgabe, die
geringere Zunahme der Wechsellast. im Verspannbereich höheren VorbeIastungsgrads
mit ihrer sich daraus ergebenden unterschiedlichen Wechselbeanspruchung bei- gleichen
Gewindestärken in den Verspannbereichen verschiedenen Vorhelästungsgrads für Schraubenverbindungen
nutzbar- zu- machen, insbesondere zur Erhöhung der von der Schraubenverbindung ertragbaren:
Betriebswechsellast. Sie #erreicht dieses -durch die Anordnung abnehmender Gewindestärke
in den hintereinandergeschalteten- Vexspannbereichen- zunehmenden Vorbelastüngsgrads.
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Haben beide Gewindestellen bei gleicher Stärke: gleiche Gestaltfestigkeit,
so isst die zulässige Wechsellast der beiden Gewindestellen ebenfalls. gleiaeh:.
Da: aber der verschiedene Vorbelastungsgrad einen Unterschied der Zunähme der Wechselbelastung
in - den Verspannbereichen um P,1 -P,2 ergibt, so kann man das einfach verspannte
@@- Gewinde-- gegenüber .dem Gewinde im Verspannbereich höheren Vorb.elastungsgrads
um so viel verstärken, daß die zulässige Wechsel-Belastung urn. P"-P,2 steigt. Ist
beispielsweise Pzi - i, 5 Pz@, was leicht zu erreichen ist, ja sich meist steigern
läßt, so wird P4 - M2 = i/2 P,2, d. h. der Querschnitt des verstärkten Gewindes
muß etwa i, 5 Querschnitt des schwächeren Gewindes. werden, was eine Steigerung
der zulässigen Betri:ebswechselläst auf ungefähr das 1,5 fache ergibt. Die genaueren
Werte lassen. sich bei Berücksichtigung der zugehörigen Dehnungsänderungen in bekannter
Weise ermitteln. Erst wenn die Gestaltfestigkeit ih dem Verspannbereich höheren
Vorbelastungsgrads bei dem vorstehenden Beispiel nur zwei: Drittel der Gestaltfestigkeit
im Verspannbereich. niederen Grads ist,, geht der durch die Erfindung entstandene
Vorteil auf Null zurück. Man wird: daher die bekannten Maßnahmen zur Erhöhung der
Gestaltfestigkeit neben. der Erfindung anwenden,: soweit sie dabei im Einzelfall
vorteilhaft oder notwendig sind. Da i bekanntlich eine gleichmäßigere Belastung
der Gewindegänge die Spannungsspitzen im Gewindegrund
herabsetzt;
wird beispielsweise die bekannte Ausführung mit in bestimmten Grenzen voneinander
abweichender Steigung der zusammenarbeitenden Mutter- und Bolzengewinde die Wirkung
der Erfindung vorteilhaft ergänzen können.
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In Abb. i ist zur Veranschaulichung eine Ausführungsmöglichkeit der
Erfindung dargestellt, und zwar eine Ausführungsform, bei der der Verspannbereich
höheren Vorbelastungsgrads dem einer Stiftschraubenverbindung im wesentlichen entspricht.
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Der Schraubenbolzen ,a besitzt an seinen Enden einerseits das. schwächere,
dem Verspannbereich höheren Grads zugeordnete Gewinde b, anderseits das stärkere,
dem Verspannbereich niederen Grads zugehörige Gewinde b. Der Flansch e trägt unmittelbar
dass Muttergewinde für das Bolzengewinde g. Zum Einbau kann der Bolzen, da das verstärkte
Gewinde g einen größeren Außendurchmesser als das Durchgangsloch im. Flansch f besitzt,
mit seinem schwächeren Ende durch das Gewindeloch im Flansch e hindurchgesteckt
werden. Alsdann wird das Gewindeg in das zugehörige Muttergewinde so weit,eingeschraubt,
daß die Stiftmutter q genügend fest gegen den Bund der Schraube verspannt werden
kann. Danach wird,der Bolzen durch Drehen an der Stiftmutter so weit in dem Flansch
e zurückgeschraubt, daß der erforderliche Dichtungsdruck entsteht. Es ist dann im
Schaft und in dem Gewindeg die normale Vorspannung vorhanden, während oberhalb des
Bundes ein Verspannbereich höheren Grads vorliegt.
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Der Ringkragen r der Mutter q und die Rille serleichtern die Verspannung
und verringern die Biegungsbeanspruchung bei schlechter Mutterlage. Sie sind auch
von Einfiuß auf die Größe der Minderung der Vorspannkraft bei gegebener Belastung.
Entsprechendes gilt für Halsmuttern als Vorspannmuttern. Das Gewinde g im Flansch
e kann beispielsweise auch in einer normalen, auf dem Flansch sitzenden Tragmutter
angeordnet sein. Die erhöhte zulässige Wechselbelastung der Schraubenverbindung
durch die Erfindung ermöglicht u. a. bei gegebener Betrieb Wechselbelastung die
Schraube starrer aUszubilden, beispielsweise zu verkürzen oder den Durchmesser des
Dehnschaftes auf Kerndurchmesser oder darüber zu vergrößern, damit auch die statische
Festigkeit zu heben oder die Verstärkung beider Gewinde zu vermeiden. Demgegenüber
ist der durch die Erfindung erforderliche Mehraufwand gering. Bringt man beispielsweise
in bekannter Weise den Schaft und den schwächeren Gewindeteil durch Verfestigung
auf höhere statische Festigkeit, so entsteht die Schraubenform der Abb. i nahezu
zwangsläufig.
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Verwendbar ist die Erfindung für alle Arten von Schraubenverbindungen
mit hintetreinandergeschalteten Verspannbereichen zunehmenden Vorbelastungsgra,ds.