DD223777A1 - Zwischenelement fuer verbindelemente hoeherer festigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zwischenelement, das zur Verbindung oder Verspannung von Bauteilen niedriger Festigkeit mit hoeherfesten Verbindeelementen dient und das in seinen Abmessungen und in seinen Festigkeitseigenschaften so ausgebildet ist, dass es die volle Auslastung der Tragfaehigkeit der hoeherfesten Verbindeelemente gestattet, eine Eliminierung spannungsbedingter Fliessvorgaenge bewirkt und eine Zerstoerung der Bauteiloberflaeche durch eine anziehbedingte Drehbewegung des Verbindeelementes ausschliesst. Durch die Anwendung des Zwischenelementes ist die Moeglichkeit gegeben, sowohl die Anzahl der Verbindeelemente bzw. deren Querschnitt als auch die Querschnittsabmessungen der zu verbindenden Bauteile zu verringern. Das Wesen der Erfindung besteht in der Zuordnung der Abmessungen und der Festigkeitseigenschaften des Zwischenelementes zur maximal moeglichen Spannkraft der Verbindeelemente, zu den Festigkeitseigenschaften der zu verbindenden Bauteile und zum Verformungswinkel des Zwischenelementes, wodurch erreicht wird, dass die gestellte Aufgabe mit minimalen Abmessungen des Zwischenelementes erfuellt wird. Fig. 1

Description

A Titel der Erfindung

Zwischenelement für Verbindeelemente höherer Festigkeit

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zwischenelement, das bei der Verspannung oder Befestigung von Bauteilen niedriger 'Werkstoffestigkeit mittels Schrauben, Muttern, Bolzen, Uiete oder dergleichen in höherer Werkstofffestigkeit angewendet wird·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ss sind Unterlegscheiben bekannt, die so gestaltet sind, daß'mit ihrer Hilfe, beispielsweise bei der Verspannung mit Schraubenverbindungselementen, ein Ausgleich unterschiedlich gestalteter Auflageflächen und -bedingungen möglich ist, .

So können diese Unterlegscheiben zur Überbrückung von Langlöchem oder zum Ausgleich von geneigten Auflageflächen oder zum Schutz empfindlicher Oberflächenschichten oder zur Überbrückung großer Oberflächenrauheiten oder ähnlichem-verwendet werden·

".· ".. . ' · . · .· . -' ' " . .' * Derartige. Unterlegscheiben sind in vielen Regelwerken : der Mormung undStandardisierung enthalten· ^x Ss sijad ferner UnterlegschailDen bekannt,." die in ihrer geometrischen Gestaltung so ausgebildet sind., daß bei ihrer'Anwendung in Verbindung mit Versehraubungselementenbesondere^Sicherungsfunktionen erzielt werden sollen^ um ein unbeabsichtigtes lösen ,der Verbindung zu vermeiden. .Diese Aufgabe wird durch formschlüssige oder . ' kraftschlüssigeWirkungen der,Unterlegscheibe erzielt. Allen diesen bekannten technischen * !lösungen¹ist gerneinsam_r daß sie der Bedeutung der Eraftübertragung und da- _x ^:' ';.. m±t den 5?lächenpressungen_: und den Pließyorgängen, '.'sowohl zwischen den Verbindungsölemen!fe_<sn und der Unterlegscheibe, als auch zwischen der Unterlegscheibe und dem Bauteil, keine Beachtung schenken* ;_;-

Demzufolge besteht, auch kein Zusammen hang zwischen den geometrischen Größen, wie Scheibendicke und Seheibenr durchmesser und der Werkstoffestigkeit^der Scheibe. Auch stehen diese Größen bei den bekannten Lösungen nicht im direkten Zusammenhang zu den Belastungsverhältnissen und Werkstoffeigenschaften,, die insbesondere bei der Verwen- - dung von hochfesten Verbindeelementen von entscheidendem Einfluß auf die Höhe und Verteilung der Druckspannung und damit der schädlichen Deformation an den zu verbindenden Bauteilen sind.\; ; '::,' '.'^::., .:'.'. '..;/·. ..-...., Durch die dadurch eintretenden lließvorgänge werden hau-^ fig giößere/,Unsicherheite-n;;^;:in>e_;iner vorgespannten Seixraubenverbindung verursacht, als durch unsachgemäße Verrie-

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gelungsslcherungen. oder Verspannungssicherungen verhindert werden- können·.

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¹ . , - 3 - '.-.... Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung.besteht darin, ein Zwischenelement zu. schaffen, das einfach in seiner Herstellung ist und dessen Abmessungen bei einem geringstmöglichen Materialvolumen so gestaltet sind, daß durch Benutzung des . Zwischenelementes höherfeste 'Verbindeelemente zur Verbindung oder Verspannung von Bauteilen niedriger Festigkeit angewendet werden können und zusätzliche Sicherungselemente entfallen, können.

Darlegung, des ¥esens der, Erfindung

Die Aufgabe der*. Erfindung besteht darin, ein Zwischen- ! element zu schaffen, das unter Einbeziehung der zu ver-. bindenden Bauteile und deren Verbindeelemente so gestaltet ist, um die Anwendung von hochfesten Verbindeelemen- : , ten auch auf Bauteilen, geringer Festigkeit bei Verwendung eines definierten Zwischenelementes :bis zur maximalen Tragfähigkeit des Verbindeelementes zu ermöglichen, wodurch der Mangel bisher bekanntgewordener Lösungen wir·» .._ kungsvoll beseitigt wird·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zwischenelement -in den Verspannungszustand einer Verbindung Bauteil-Verbindeelement integriert und in Abhängigkeit von diesen unter Einbeziehung des Verformungswinkels des Zwischenelementes geometrisch gestaltet ist. Die Hauptabmessungen Außendurchmesser und Dicke untereinander sowie die Festigkeit des Zwischenelementes stehen in An- : : passung an die Belastungsverhältnisse und Werkstoffeigenschaften der Bauteilverbindung in Wechselbeziehung.-"

r. die Dicke gilt die Beziehung

Ber Außendurchmesser und die Festigkeit sind durch, die maximal, übertragbare Spannkraft des höherfestenVerbindeelementes und die Grenzflächenpressung des zu verspannenden Bauteils unter Berücksichtigung des wirksamen Kopfdurchmessers des Verbindeelementes definiert. Der.Verformungswinke1 liegt in einem Bereich swischen

Ausführungsbe-ispiel · .... . ν '- . '. ' '.! .· . _: . .

In einem. Ausfiihrungsbeispiel solldie erfindungsgemäße Lösung an Hand einer Schraubenverbindung entsprechend ^;einer^: Zeichnung erläutert werden·

Die Figur »1 stellt das Zwischenelement 1 in Verbindung mit einer ,Schraube 2 und dem zu verspannenden Bauteil _:3-darv. ; ' ,..· -'.: :.; '/-'/-'^ ' · .' " ' ,' :· -. . "'''. . '.; ' . . '' .

Die;,Figuren 2 und 3 zeigen eine kreisrunde und ebene Ausführungsform des Zwischenelementes im Schnitt und ; in. der: Drauf sieht. -_ . -.. ·.. "' ..." ^: .

Erfindungsgemäß ergibt sich der Außendurchmesser d_a einer beispielsweise kreisriigförmigen und ebenen Scheibe 1 gemäß Figur 1 entsprechend der.Beziehung (1) in Abhängigkeit vom Durchmesser dg der für das zu :verspannende Bauteil vorzusehenden Durchgangsbohrung, in Abhängigkeit von der maximal übertragbaren Spannkraft F^max und in Abhängigkeit von der zulässigen Grenzflächenpressung p_sui des zu verspannenden. Bauteiles.Bs gilt . . . .

^ ^PZUl > ... . : .

:· ' · .. ..: , .- 5 -

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen wird, bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Zwischenelementes mit einem Außenrand entsprechend der angegebenen Beziehung (1), die Flächenpressung zwischen Scheibe und zu verspannendem Bauteil nicht überschritten, wenn die Festigkeit der Scheibe den erfindungsgemäßen Anspruch, -wie er im weiteren noch.erläutert wird, erfüllt. Eine -Vergrößerung', 'des·' Außenrandes über die durch die Beziehung (1) angegebenen Grenzen hinaus, ist nicht von Nachteil für die Übertragung der Spannkraft, sie vergrößert aber iir unnötiger Weise die Abmessungen des Zwischenelementes·

Für den Innendurchmesser d. gemäß Beziehung ,(2) der Scheibe 1 nach FigSar 3 ist in Anlehnung an Formative in bestehenden Regelwerken.der Normung, und Standardisierung ein Wert vorgesehen, der'um_einen kleinen Betrag größer als der Schaftdurchmesser d„ des Verbindeelementes 2 entsprechend Figur 1 und im allgemeinen kleiner als der ' Durchmejsser d-g der Durchgangsbohrung der Verspannteile nach Figur 1 ist, entsprechend,

d_B ^d₁ - 1,05 d_s ^ (2)

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß für die Dicke E des Zwischenelementes 1 in Figur 2 die Beziehung (3) gilt, _-.'..'

Smax . , 2

-——" ^B - ^dK

* * I ^ ^Pgul ^ 13)

¹ . - ²

wodurch gewährleistet ist, entgegen den bisher bekanntgewordenen Lösungen, daß die Dicke des Zwischenelementes ebenfalls in Abhängigkeit von der maximal übertragbaren Spannkraft und den Werkstoffeigenschaften der au verspannenden Teile gestaltet ist. . .

Pur dg ist derwirksame Kopfdurchmesser des Verbinde- elementes einzusetzen.

Pur den Verformungswinkeί y ergibt sich aus Versuchen ein Wert zwischen 55° - T - 65°. Eine größere' Dicke als es der Beziehung (3) entspricht, ist ebenfalls nicht;von Nachteil...für die Übertragung' der.'Spannkraft auf das Bauteil, es wird jedoch nur unwesentlich die .plastische.Verformung verringert, die. Abmessung jedoch .unnötig, vergrößerte' ,: .· ; . / ...--. ' . ^: ," ..

Zu den erfinduhgsgemäßen,Merkmalen gehört,ferner, daß das-.Zwischenelement t in Pigur 1 in einer-Werkst offfestigkeit.gefertigi; ist^ deren Streckgrenze D_g der Beziehung (4) entspricht: ;

C'^ : ' Smax:'; . ν \^v

vSntgegen, allen ^bisherigen Xöstaigen 1st .damit Festigkeit. und ßöörnetrie des;Zwischehelemehteis auf 'die Bedingungen Ton Verbindeelefflent und Bauteil bezogen.- ^: '

Eine größere Festigkeit, als durch, die Beziehung (4) angegeben, ist nicht von liachte.il für die Kraftübertragung rauf die; Bauteile, sie erhöht jedoch nur unnötig den fertigung saufwand· ^:^ ^v '. V ': \. . '' Mit αχ wird der.· Reibungskoeffi2ient zwischen Schraubenkopf /und Zwischeneleinent oder Mutter und. Zwischenelement berücks icht igt,;wenn zur Verspannung e in gewinde tragende s .Verbindungselement benutzt, wird.\ .. , . ;

Erfindungsgemäß: ist .das Zwischehelement mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit aer beiden Auflage flächen ', ^:.aüsgeführt, wie dies für kaltgewalzte Bleche üblich ist.·

Damit kann für die meisten <Aawendungsfalle für den Wur-: zelausdruck in Beziehung -.(4) ein. Bereich von 1,06 bis ·· 1,08 angenommen werden· .

Die Einbeziehung des erfindungsgemäßen Zwischenelementes .führt bei einer Vielzahl, von Jirwendungsfallen zu einer ' erheblichen .Verringerung der Anzahl und der Abmessungen (Durchmesserrerringerung) der erforderlichen Verbindungselemente und der entsprechenden Eonstruktionsteile (Yer-,'' kleinerung'der Planschabmessungen) und zu einer Erhöhung der ZuTerläMsigkeit der Verbindung durch Ausnutzen der höheren !Eragfänigkeit .höherfester Verbindeelemente selbst

' . .V ';..·- "' ; · : "

auf Bauteilen.niedriger Werkstoffestigkeit. ·:

Darjiber hinaus werden anziehbedingte GIeitvorgänge von äer!jBautöil^^ eine Zerstörung derdberflächehstruktur:,des Bauteiles unter der-Wirkung⁷-der ausnutzbaren hohen Druckkräfte ausgeschlossen ist· .Perner wird die Möglichkeit geschaffen, bei Anwendung dear Zwischenelementes in dem im Ausführungsbeispiel""ge.zeigt-en Sinne auf zusätzliche Sicherungselemente, die einen VorsOannkraftrerlust, kompensieren sollen, zu verzichten, da I¹Ueßvorgänge vollständig vermieden werden./ : . ; -; i-:'":'·'". ' ·. , " .. .; .'.

Claims (2)

Erfindungsansprüch · * ,

1* Zwischenelement für Verblndeelemente höherer Festige keit, vorzugsweise in lorm eines, ebenen- Kreisringes·-- und rechteckigen Querschnittes zurVerspannung oder Verbindung von Bauteilen niedriger festigkeit, dadurch gekennzeichnet,,, daß" das:,Zwischenelement in den Terspannungszustand einer Verbindung Bauteil-Verbin-

. deelement integriert und .in'Abhängigkeit von diesem unter Einbeziehung des Verformungswinkels (\y des! Zwischenelemente.s geometrisch gestaltet ist und die

. Hauptäbmessungen ,Äuiäendurcniaesser (d_a) und' Dicke (h) ,untereinander_;sowie-die Festigkeit ({f ) in Anpassung an die BelaatungsTerhältnlsse und Werkstoffe igen- '

. schäften der BauteilVerbindung in Wechselbesiehung " stehen und für die Dicke: (h) die Beziehung gilt: ^

wobei der Außendurchmesser (d^) und die festigkeit durch .die. maximal übertragbare. Spannkraft des höherfestea Verbindeelementes'^ind die Grenzflächenpressung des- zu verspannenden, Bauteils unter^Berücksichtigung des" wirksamen 2<^fdürchmessers ν(d_fe) des VerbindeeIementes definiert sind·: '

2· Zwischenelement:; nach ^ankt^:1 ,_r dadurch gekennzeichnet, daß derrye^oimni_e£^/J^:^: zwischen 55° und 65°.liegt

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