DE4110362A1 - Steifigkeitsoptimierte schraubenverbindung erhoehter sicherheit gegenueber impulsartiger zugbelastungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine steifigkeitsoptimierte Schraubenverbindung er­ höhter Sicherheit gegenüber zivil- oder wehrtechnischen impulsartigen Zug­ belastungen, die auch extremen Überlastungen ohne Bruch ihrer Schrauben standhält. Sie ist durch eine gezielte lokale und quantitative Konzentra­ tion der Fugenkontaktflächenpressung gekennzeichnet.

Schraubenverbindungen mit einer gezielten Konzentration der Fugenkontakt­ flächenpressung wurden vom Anmelder bereits 1987 in einer Veröffentlichung offenbart. Diese erschien im VDI-Bericht Nr. 627 auf den Seiten 133-149 und trägt den Titel "Erhöhung der Dämpfung fester Fugenverbindungen durch dichtungslos eingeschlossene Flüssigkeitsschichten". Gemäß dieser Veröf­ fentlichung kann durch gezielte Plazierung von Stahl-Folienstreifen in der Fuge einer unter Zugbelastung stehenden Schraubenverbindung deren Fugen­ kontaktflächenpressung im Sinne einer Maximierung ihrer Zugsteifigkeit be­ einflußt werden. Eine weitergehendere Beschreibung derartiger Schrauben­ verbindungen enthält die 1990 erschienene Dissertation des Anmelders mit dem Titel "Zur Schwingungsdämpfung von Fugenverbindungen", die vom Anmel­ der bezogen werden kann.

So zeigt Fig. 1 den Schnitt durch eine mit Stahl-Folienstreifen in ihrer Steifigkeit optimierte Schraubenverbindung, wobei FS die Schraubendruck­ kraft bezeichnet, FB die an den Flanschblättern beziehungsweise an den mit ihnen verbundenen Bauteilwänden angreifende, von der Fuge weggerichtete Betriebskraft und F1, F2 die die Folienstreifen belastenden Druckkräfte. Letztere entsprechen in ihrer Summe der Schraubendruckkraft FS und sind in ihrem Betrag vom Längenverhältnis B/C abhängig.

Für eine hohe Steifigkeit der Schraubenverbindung unter den Betriebskräf­ ten FB soll das Längenverhältnis B/C möglichst klein sein, da dann die Druckkraft F1 entsprechend hoch ist. Solange die Druckkraft F1 größer ist als die Betriebskraft FB kann die Fuge nicht aufklaffen, die Schraube kei­ ner nennenswerten Biegebelastung oder zusätzlichen Zugbelastung ausgesetzt werden, und weist die Schraubenverbindung eine entsprechend hohe Zugstei­ figkeit auf.

Fig. 2 zeigt den Schnitt durch eine konventionelle Schraubenverbindung und in der Draufsicht auf deren unteres Flanschblatt die idealisierte Darstel­ lung des Schraubendruckkraftbereichs in der von den beiden Flanschblättern gebildeten Fuge. Wie in Fig. 2 verdeutlicht ist, wirkt bei einer konven­ tionellen Schraubenverbindung nur der durch ein Punktraster gekennzeichne­ te Schraubendruckkraftbereich einem Fugenklaffen entgegen, wobei die rech­ te dieser beiden Teilflächen lediglich der Abstützung der zwei Flansch­ blätter dient. Der viel größere kreuzschraffierte Schraubendruckkraftbe­ reich kann hingegen das Fugenklaffen und damit auch die Biegung der Schrauben einer unter Zugbeanspruchung stehenden Schraubenverbindung nicht verhindern und ist diesbezüglich deshalb nutzlos. Durch Stahl-Folienstrei­ fen oder andere funktionsgleiche Bauteile beziehungsweise Merkmale, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellte streifenförmige Erhabungen 0, ver­ steifte Schraubenverbindungen nutzen somit die Schraubendruckkräfte we­ sentlich effektiver zur Vermeidung des Fugenklaffens aus und sind deshalb besonders dazu geeignet, hohen Zugkräften ausgesetzt zu werden.

Derartige Schraubenverbindungen sind aber noch nicht so ausgelegt, daß sie einer impulsartigen Zugbelastung auf bestmögliche Weise widerstehen. Sie können nämlich aufgrund ihrer hohen Zugsteifigkeit bei einwirkenden Impul­ sen in Zugrichtung - verursacht beispielsweise durch eine Explosion zivil­ oder wehrtechnischer Art oder ein Erdbeben - nur in beschränktem Maße lm­ pulsenergie aufnehmen ohne geschädigt zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine steifigkeitsoptimierte Schraubenverbin­ dung zu schaffen, die durch eine besonders hohe Sicherheit gegenüber im­ pulsartigen Zugbelastungen gekennzeichnet ist und auch größeren Überla­ stungen ohne Bruch ihrer Schrauben standhält.

Diese Aufgabe wird durch eine Schraubenverbindung nach Anspruch 1 gelöst.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubenverbindungen zeichnen sich trotz ihrer hohen Zugsteifigkeit bei normalen Betriebsbeanspruchungen durch die Eigenschaft aus, impulsartigen Zugbelastungen durch eine ent­ sprechend hohe Energieaufnahme besser als bisher bekannte Schraubenverbin­ dungen ohne Schaden widerstehen zu können, da ihre Schrauben dabei keiner nennenswerten Biegebelastung oder dynamischen Zugbeanspruchung unterlie­ gen, und durch die elastische Biegung der von den Schraubenvorspannkräften belasteten Fugenflächen bzw. Flanschblätter dieselben Vorteile wie bei der Verwendung langer Dehnschrauben erzielt werden. Diese bestehen insbesonde­ re darin, daß auch bei dynamisch parallel zur Fugenebene belasteten Schraubenverbindungen und unvermeidlichen Setzvorgängen in den von den Schraubendruckkräften belasteten Fugen die Schraubenvorspannung nahezu un­ verändert aufrechterhalten bleibt, wodurch ein selbsttätiges Losdrehen der Schrauben zuverlässig vermieden wird.

Diese bereits hohe Sicherheit gegen einen Verlust der Schraubenvorspannung wird nochmals erheblich verbessert, wenn die in der Schraubenverbindung angeordneten Kontaktelemente oder funktionsgleichen Gegenstände gemäß den Patentansprüchen 9 und 10 eine speziell ausgebildete Oberflächenstruktur zur Erhöhung des Haftreibungskoeffizienten aufweisen.

Ein weiterer Vorzug erfindungsgemäßer Schraubenverbindungen beruht darauf, daß bei extremen impulsartigen Zugbelastungen die Fugenflächen beziehungs­ weise die Flanschblätter plastisch verformt werden und somit Energie dis­ sipiert wird, die Schrauben jedoch vor einem Bruch bewahrt werden. Derart überlastete erfindungsgemäße Schraubenverbindungen sind dann zwar für den Normalbetrieb unbrauchbar geworden, erfüllen jedoch immer noch ihre Haupt­ funktion der Verbindung zweier Bauteile. Dies kann zum Beispiel bei einem Unfall eines Verkehrsmittels oder bei erdbebenbeanspruchten Bauwerken von besonderem Vorteil sein.

Im letztgenannten Fall kann der Erfindungsgedanke auch dazu eingesetzt werden, um biegespröde Bauteile - beispielsweise Betonträger - vor einer Zerstörung durch Erdbebeneinwirkung zu bewahren, indem für ihre Fugenver­ bindungen erfindungsgemäße Schraubenverbindungen Anwendung finden. Letzte­ re werden bevorzugt als austauschbare Bauteile ausgebildet, um im Falle einer Überlastung mit möglichst geringem Aufwand durch neue ersetzt werden zu können.

Eine derartige Vorgehensweise bietet sich auch zur nachträglichen Erhöhung der Erdbebensicherheit von Bauwerken an.

Darüberhinaus weisen nach dem Erfindungsgedanken ausgestaltete Schrauben­ verbindungen aufgrund der besser bekannten Kraftübertragungsverhältnisse in der Fuge den Vorteil auf, einer Berechnung - beispielsweise nach der FEM-Methode - wesentlich leichter zugänglich zu sein als herkömmliche Schraubenverbindungen, deren bei Zugbelastung auftretendes Fugenklaffen nichtlineare, nur ungenau und mit großem Aufwand errechenbare Steifig­ keitseigenschaften zur Folge hat.

Hierbei ist weiter von Bedeutung, daß in Serie gefertigte erfindungsge­ mäße Schraubenverbindungen - im Gegensatz zu solchen herkömmlicher Art - in ihren Steifigkeitseigenschaften aufgrund der in der Fuge exakt vorgege­ benen Kraftübertragungsverhältnisse durch eine wesentlich kleinere Streu­ ung gekennzeichnet sind.

Erfindungsgemäße Schraubenverbindungen weisen auch in ihrem Schwingungs­ verhalten einen besonderen Vorteil auf. Führen nämlich hohe dynamische Be­ triebskräfte FB zu größeren Schwingungsamplituden der durch die Schrauben verbundenen Bauteile, beziehungsweise zu einem Aufklaffen der Fuge an der Wirkstelle der Druckkraft F1, dann ergibt sich aufgrund der dadurch her­ vorgerufenen zusätzlichen Flanschblattbiegung eine abrupte Anderung der statischen Steifigkeit der Schraubenverbindung und somit auch der Eigen­ frequenz der angeregten Schwingungsform, wodurch eine weitere Zunahme der Schwingungsamplituden erschwert wird.

Weitere Vorzüge erfindungsgemäßer Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen von Ausführungsbeispie­ len des Erfindungsgedankens.

Im folgenden wird auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eingegan­ gen. Dabei können die der Beschreibung und den Figuren zu entnehmenden Merkmale bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schraubenverbindung im Schnitt,

Fig. 5 eine andere erfindungsgemäße Schraubenverbindung im Schnitt,

Fig. 6 den Schnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Schraubenverbin­ dung und

Fig. 7 erfindungsgemäß ausgebildete Flanschblätter unterschiedlicher Bau­ art.

In Fig. 4 ist im Schnitt eine erfindungsgemäße Schraubenverbindung darge­ stellt, die eine spezielle Ausgestaltung derjenigen von Fig. 1 ist. In einer neben der Schraube 5 im Flanschblatt 3 angeordneten Gewindebohrung befindet sich ein Gewindestift 6, der vorzugsweise eine Klebstoff-Gewinde­ sicherung aufweist. Er wird nach dem Anziehen der Schraube 5 mit einem derartigen Drehmoment gegen das Flanschblatt 4 verspannt, daß er die Druckbelastung des Folienstreifens 1 etwa um 50% herabsetzt. Die Reduzie­ rung der auf den Folienstreifen 1 wirkenden Druckkraft F1 ist so bemessen, daß die üblichen Betriebskräfte FB, die entgegen der zeichnerischen Dar­ stellung auch als zur Schraube 5 gerichtete Biegekräfte an den Wänden 8, 9 angreifen können, keine vollständige Druckentlastung des Folienstreifens 1 zur Folge haben, die Zugsteifigkeit der Schraubenverbindung im Normalbe­ trieb also nicht beeinträchtigt wird. Dies ist erst dann der Fall, wenn an den Wänden 8, 9 Zugkräfte beziehungsweise Biegemomente wirken, die dieje­ nigen normaler Betriebszustände betragsmäßig deutlich übertreffen und bei­ spielsweise von einer Explosion oder einem Erdbeben verursacht werden kön­ nen.

Bei einer derartigen vollständigen Entlastung des Folienstreifens 1 tritt eine Biegung des zwischen ihm und dem Gewindestift 6 liegenden Bereichs der Flanschblätter 3, 4 auf, durch die ein so hoher Anteil der durch den Impuls einwirkenden Energie aufgenommen werden kann, wie dies auch bei Schrauben extrem hoher Bruchdehnung und entsprechend niedriger Zugfestig­ keit nie möglich ist. Eine vollständige Entlastung des Gewindestifts 6 und eine damit verbundene nachteilige zusätzliche Biegebelastung der Schraube 5 wird auf diese Weise verhindert.

Eine derart ausgeführte Schraubenverbindung gestattet deshalb die Verwen­ dung extrem hochfester Schrauben, die eine entsprechend große Druckbela­ stung des Folienstreifens 1 und des Gewindestifts 6 ermöglichen. Bei kon­ ventionellen Schraubenverbindungen, die der Gefahr einer größeren impuls­ artigen Zugbelastung ausgesetzt sind, können solche Schrauben kaum verwen­ det werden, da sie aufgrund ihrer geringen Streckgrenze und kleinen Bruch­ dehnung eine zu hohe Empfindlichkeit gegenüber einer belastungsbedingten Biegung und eine zu niedrige Kerbschlagarbeit aufweisen.

Entsprechend dem geschilderten Funktionsprinzip der Schraubenverbindung von Fig. 4 können deren Eigenschaften unter statischer und impulsartiger Zugbelastung in einem weiten Bereich durch eine entsprechende Bemessung des Abstands des Folienstreifens 1 und des Gewindestifts 6 zur Achse der Schraube 5 variiert werden. Dabei gilt grundsätzlich, daß für den Abstand zwischen der Achse der Schraube 5 und dem Folienstreifen 2 ein den gege­ benen Randbedingungen entsprechender Maximalwert anzustreben ist, um so einen möglichst hohen Betrag der Schraubendruckkraft FS auf dem Folien­ streifen 1 und dem Gewindestift 6 wirken zu lassen.

Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schraubenverbindung im Schnitt. Zwischen den Flanschblättern 13, 14 sind die aus Stahl bestehenden Folien­ streifen 11, 12, 16 angeordnet. Die zu beiden Seiten der Schraube 15 pla­ zierten Folienstreifen 12, 16 weisen dieselbe Dicke auf. Der Folienstrei­ fen 11 jedoch ist gerade um einen solchen Betrag dicker als die beiden an­ deren bemessen, daß er aufgrund einer entsprechenden, in Fig. 5 nicht dar­ gestellten Biegung der Flanschblätter 13, 14 stets einer genügend hohen Druckkraft F1 ausgesetzt ist, um ein Aufklaffen der Flanschblätter unter den an den Wänden 18, 19 angreifenden Betriebskräften FB zu verhindern.

Die Schraubenverbindung von Fig. 5 weist gegenüber derjenigen von Fig. 4 den Vorteil auf, daß ihre Montage einfacher ist, allerdings ist die exakte Bemessung der Dickendifferenz zwischen den Folienstreifen 11 und 16 mit größerem rechnerischen und/oder experimentellen Aufwand verbunden als die Ermittlung des optimalen Anzugsmoments des Gewindestifts 6.

Die Schraubenverbindung von Fig. 5 bietet sich deshalb bevorzugt für grö­ ßere Serien an, was auch für die nachfolgend beschriebene Schraubenverbin­ dung von Fig. 6 zutrifft.

Fig. 6 zeigt den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schraubenverbindung, deren Folienstreifen 22, 26 gleich dick sind, und die sich gegenüber der­ jenigen von Fig. 5 durch den Verzicht auf den Folienstreifen 11 unter­ scheidet. Die Funktion des Folienstreifens 11 wird erzielt, indem die Flanschblätter 23, 24 vor ihrem Verschrauben einer auf die Dicke der Foli­ enstreifen 22, 26 abgestimmten überelastischen und damit bleibenden Bie­ gung im Sinne der zeichnerischen Darstellung ausgesetzt werden.

Das Verschrauben der Flanschblätter 23, 24 bewirkt dann einen Fugenkontakt in den aus ihnen herausgebogenen Teilbereichen 20, 21, deren Mitte die Wirkstelle der Druckkraft F1 kennzeichnet. Dieser Fugenkontakt weist eine derart hohe Flächenpressung auf, daß ein Aufklaffen der Flanschblätter un­ ter den auftretenden üblichen Betriebskräften FB verhindert wird.

Die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 weisen eine Länge von etwa dem 1-2 fachen Durchmesser der Schrauben 5, 15, 25 auf. Ihre Funktion kann auch von anderen flachen Gegenständen ausgeführt werden, wie z. B. sol­ chen, die Ünterlegscheiben ähneln oder insbesondere sogenannten Kontakt­ elementen. Letztere sind äußerlich vergleichbar einem Hohlniet mit einem großen Flachkopf, dessen stiftförmiger Teil sich in einer Bohrung einer der beiden Flanschblätter befindet. Sie sind in einer zeitgleich einge­ reichten Deutschen Patentanmeldung des Anmelders mit dem Titel "Steifig­ keitsoptimierte Schraubenverbindung erhöhter Sicherheit gegen ein selbst­ tätiges Losdrehen ihrer Schrauben" weitergehend beschrieben.

Die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 und der Gewindestift 6 können teilweise oder vollständig auch durch in Fig. 3 dargestellte entsprechend bemessene streifenförmige Erhabungen 0 ersetzt sein.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann bei Schraubenver­ bindungen mit Dichtungsfunktionen der durch die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 oder funktionsgleichen anderen Gegenstände geschaffene Fu­ genspalt im sogenannten Kraftnebenschluß mit einer bevorzugt druckweichen Flachdichtung ausgefüllt werden. Deren Dicke ist im unbelasteten Zustand größer als die des leeren Fugenspalts und so bemessen, daß die Flachdich­ tung im eingebauten Zustand einer für ihre Dichtwirkung genügend hohen Flächenpressung ausgesetzt ist. Letztere soll jedoch auch wiederum nicht zu groß sein, da sie sonst die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 oder den Gewindestift 6 zu sehr entlastet. Statt der Flachdichtung kann auch eine Dichtungspaste Anwendung finden, wenn der Fugenspalt nicht dik­ ker als etwa 0.25 mm ist.

Die Anwendung von Flachdichtungen, anderen druckelastischen geschlossenpo­ rigen dünnen Platten bzw. Folien oder Dichtungspasten sowie aushärtenden pastösen Massen in der Fuge einer erfindungsgemäßen Schraubenverbindung ist auch dann empfehlenswert, wenn die Fuge keinerlei Dichtungsfunktionen aufweisen muß, da auf diese Weise eine Fugendämpfung erzielt werden kann, wie in der bereits genannten Dissertation des Anmelders aufgezeigt wird.

Die Fugendämpfung wäre ohne derartige in die Fuge eingebrachte Hilfsmittel so extrem niedrig, daß erfindungsgemäß verschraubte Bauteile häufig eine in akustischer Hinsicht nachteilig geringe Körperschalldämpfung aufweisen würden. Auch ergibt sich bei einer höheren Fugendämpfung eine größere Si­ cherheit der Schraubenverbindung bei schwingungsbedingten Belastungen, beispielsweise durch Erdbeben.

Eine lediglich zum Zweck der Fugendämpfung eingesetzte Flachdichtung soll nur um so viel dicker als die verwendeten Kontaktelemente sein, daß zwi­ schen den Flanschblättern und der Flachdichtung überall ein Fugenkontakt besteht, die dadurch bewirkte Druckentlastung der Kontaktelemente jedoch unerheblich ist. Deshalb sind hierzu unter statischer Druckbelastung zum Fließen neigende Dichtungswerkstoffe vorteilhafter als solche mit größerer Drucksteifigkeit und Fließsicherheit.

Zur Bedämpfung von Flanschblättern erfindungsgemäßer Schraubenverbindungen sind Dichtungspasten und andere aushärtende pastöse Massen, gegenüber Flachdichtungen oder geschlossenporigen Folien vorzuziehen, da sie im Ge­ gensatz zu letzteren praktisch keine Druckentlastung der Kontaktelemente zur Folge haben. Außerdem weisen sie aufgrund des fehlenden Fugenklaffens eine verbesserte Dichtwirkung auf, wodurch ihnen ein erweiterter Anwen­ dungsbereich zukommt.

Eine besonders hohe Dämpfung kann erreicht werden, wenn gemäß der Be­ schreibung von S. 142 des VDI-Berichts Nr. 627 in der Fuge ein noch unge­ füllter Fugendämpfer wie eine Flachdichtung im Kraftnebenschluß angeordnet wird und nach dem Anziehen der Schrauben mit einem Druck von etwa 2-5 bar mit Flüssigkeit befüllt wird. Ein Beispiel für einen derart in einer Fuge plazierten Fugendämpfer zeigt S. 93 der Dissertation des Anmelders.

Die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 oder anderen funktionsglei­ chen, nicht in eine der Fugenflächen integrierten Gegenstände können aus Gründen der Montagevereinfachung auch auf einer dünnen Metallplatte von der Form einer Flachdichtung fixiert beziehungsweise aufgeklebt, gelötet, geschweißt oder gewalzt sein. Ebenso können sie in einer Metallplatte kon­ struktiv integriert sein. Eine derartige Metallplatte läßt sich beispiels­ weise durch stellenweises Ätzen, Schleifen oder Fräsen in einer bereichs­ weise unterschiedlichen Dicke herstellen. Auf ihr können zusätzlich auch noch Flachdichtungen oder zum Zwecke der Dämpfung druckelastische ge­ schlossenporige dünne Platten beziehungsweise Folien fixiert sein.

Die genannte Metallplatte als Träger für die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 oder andere funktionsgleiche drucksteife Gegenstände kann auch durch eine Wand eines Fugendämpfers gebildet werden, wie auf S. 95 der Dissertation des Anmelders an zwei Beispielen dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt drei verschiedene, mit sogenannten Kontaktelementen 31, 32, 36, 41, 42, 46, 51, 56 beIegte FlanschbIätter 34, 44, 54. Die Kontaktele­ mente zeichnen sich alle durch kreisförmige Scheiben aus, die durch ihre geringe Dicke von beispielsweise 0.2 und 0.1 mm für den Einsatz einer Dichtpaste ausgelegt sind. Sie sind in ihrer Lage auf den Flanschblättern durch mittensymmetrisch angeordnete zylindrische Stifte festgelegt, die sich in entsprechenden, nicht dargestellten Bohrungen der Flanschblätter befinden. Die Kontaktelemente sind somit in ihrer Bauart mit Reißbrett­ stiften vergleichbar und weisen die Funktionen der Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26 sowie des Gewindestifts 6 auf.

Die Mindestdicke der Kontaktelemente 36, 46, 56 wird entsprechend dem Er­ findungsgedanken durch die Bedingung vorgegeben, daß sich die Flanschblät­ ter 34, 44, 54 im Bereich der Gewindebohrungen 35 beziehungsweise der Schraubenbohrungen 45, 55 äußerstenfalIs nur bis zur leichten gegenseiti­ gen Berührung durchbiegen sollen, damit die Schraubendruckkräfte bei im­ pulsartiger Zugbelastung der Flanschblätter entsprechend dem Erfindungsge­ danken ausschließlich über die Kontaktelemente 36, 46, 56 übertragen wer­ den.

Wie Fig. 7 zeigt, sind die Kontaktelemente 31 auf dem Flanschblatt 34 zur Erzielung der größtmöglichen Versteifungswirkung in der Mittelebene der Wand 39 jeweils im maximalen Abstand zu den Gewindebohrungen 35 angeordnet und üben somit dieselbe Funktion wie die Folienstreifen 11 aus. Den Kon­ taktelementen 32 kommt die Funktion der Folienstreifen 12 zu, weshalb sie entlang der anderen Längsseite des Flanschblatts 34 im maximalen Abstand zu den Gewindebohrungen 35 plaziert sind.

Die Funktion des Folienstreifens 16 wird durch je 2 Kontaktelemente 36 er­ füllt, die einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Kontaktelemente 31 und 32. Die Mittelpunkte der Kontaktelemente 36 befinden sich alle auf den Verbindungslinien zwischen den Symmetrieachsen der Kontaktelemente 31 und den ihnen zugeordneten Gewindebohrungen 35, wobei sie zu diesen je­ weils einen identischen Abstand aufweisen.

Die Kontaktelemente 41, 42 auf dem Flanschblatt 44 sind in der Verlänge­ rung der Rippen 43 plaziert, da angenommen wird, daß betriebsbedingte Zug­ kräfte überwiegend durch die Rippen 43 und nicht durch die Wand 49 über­ tragen werden. Die Schraubenbohrungen 45 sind mittensymmetrisch zu den Rippen 43 angeordnet. Die Kontaktelemente 46 üben jeweils die Funktion des Folienstreifens 16 aus und sind auf den Verbindungslinien zwischen den Symmetrieachsen der Kontaktelemente 41 bzw. 42 und den ihnen zugeordneten Schraubenbohrungen 45 plaziert, wobei sie zu diesen wiederum einen jeweils gleichen Abstand aufweisen.

Bei dem Flanschblatt 54 befinden sich die Kontaktelemente 51 in der Mit­ telebene der Wand 59 im jeweils gleichem Abstand zu den in derselben Ebene befindlichen Schraubenbohrungen 55. Die Kontaktelemente 56, denen die Funktion des Folienstreifens 16 zukommt, sind dem Erfindungsgedanken ent­ sprechend zwischen den Kontaktelementen 51 und nahe den Schraubenbohrungen 55 paarweise im jeweils selben Abstand zu letzteren angeordnet.

Die Schraubenverbindung des Flanschblatts 34 stellt eine sehr wirtschaft­ liche und effektive Ausführungsform des Erfindungsgedankens dar. Es kann zwar bei gleicher Dicke der Flanschblätter 34 und 44 sowie der Wände 39 und 49 das Flanschblatt 44 einer noch höheren Betriebs- und Impulsbela­ stung ausgesetzt werden, da bei diesem die gesamten Schraubendruckkräfte einer Entlastung der Kontaktelemente 41, 42 und 46 entgegenwirken. Bei dem Flanschblatt 34 hingegen wirken die auf dem Kontaktelement 32 lastenden Druckkräfte nicht aktiv einem Fugenklaffen entgegen. Dieser Nachteil des Flanschblatts 34 kann aber durch die Vergrößerung seiner Dicke und des Durchmessers seiner Schrauben mit wesentlich geringeren Kosten kompensiert werden als sie für die Rippen 43 erforderlich sind. Dasselbe gilt, wenn die Schraubenverbindungen der Flanschblätter 34 und 44 hinsichtlich ihres Gewichts verglichen werden.

Insbesondere bei der Torsions- oder Schubbelastung einer erfindungsgemäßen Schraubenverbindung ist es vorteilhaft, wenn die Folienstreifen 1, 2, 11, 12, 16, 22, 26, die Kontaktelemente 31, 32, 36, 41, 42, 46, 51, 56, die Erhabungen 0, die Teilbereiche 20, 21 oder andere funktionsgleiche Gegen­ stände eine den Reibungskoeffizienten erhöhende Oberflächenstruktur auf­ weisen. Aus der Literatur - z. B. S. 24 der 20. Auflage der Broschüre "Er­ müdungsbruch" der Fa. Bauer & Schaurte Karcher GmbH, Further Str. 24-26, D-4040 Neuss - ist nämlich bekannt, daß bei Fugenbelastungen beziehungs­ weise Relativbewegungen der Fugenflächen senkrecht zur Schraubenachse, insbesondere bei Schraubenverbindungen mit kleinen Klemmlängen, ein Los­ drehvorgang der Schrauben eingeleitet wird.

Durch Fugenkontaktflächen mit einer besonders rauhen Oberfläche lassen sich die genannten Relativbewegungen und somit ein selbsttätiges Losdrehen der Schrauben mit großer Sicherheit vermeiden. Der Haftreibungskoeffizient von zwei gleichen derartigen Oberflächen soll im trockenen Zustand nicht kleiner als 0.15 sein und den Betrag von 0.3 möglichst überschreiten.

Folienstreifen und Kontaktelemente, die diese Forderungen erfüllen, können beispielsweise dieselbe Oberflächenstruktur aufweisen, wie die als "ETP- Semec" bezeichnete genoppte Reibplatte der Fa. Lenze GmbH & Co KG, Schänz­ le 8, D-7050 Waiblingen 1, und aus einer mit Stahlkörnern beschichteten Stahlplatte durch Laserstrahlschneiden gefertigt werden.

Bezugszeichenliste

Claims (10)

1. Durch eine lokale Konzentration der Fugenkontaktflächenpressung im Sin­ ne einer Vermeidung des Fugenklaffens steifigkeitsoptimierte Schrauben­ verbindung zweier Bauteile mit erhöhter Sicherheit gegenüber impulsar­ tigen Zugbelastungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Fugenflächen der durch mindestens eine Schraube (5, 15, 25) mit­ einander verbundenen Bauteile bilden zueinander einen Spalt (7, 17, 27), wobei mindestens ein erster Gegenstand als Abstandhalter der Fu­ genflächen fungiert und von einer Druckkraft F1 belastet wird, die auf der von der Schraubenvorspannung verursachten Schraubendruckkraft FS beruht und ihr gleichgerichtet ist.
• - im Spalt (7, 17, 27) ist zwischen dem Wirkort der Druckkraft F1 und der Schraube (5, 15, 25) mindestens ein ebenfalls als Abstandhalter fungierender zweiter Gegenstand angeordnet,
• - der zweite Gegenstand ist in seiner Dicke derart bemessen, daß er die Fugenflächen der miteinander verschraubten Bauteile zueinander in einem die Druckkraft F1 reduzierenden Abstand hält, wobei er selbst einen Teil der Schraubendruckkraft FS aufnimmt und die Druckkraft F1 in ihrem Betrag die ihr entgegengesetzt gerichtete Betriebskraft FB gerade soweit übertrifft, daß nur bei einer Überlastung der Schrau­ benverbindung die Betriebskraft FB größer als die Druckkraft F1 wird und eine vollständige Druckentlastung des ersten Gegenstands sowie eine Biegung der besagten Fugenflächen im Sinne einer Vergrößerung der Dicke des Spalts (7, 17, 27) zwischen dem ersten und zweiten Ge­ genstand auftritt.

2. Schraubenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugenflächen der miteinander verschraubten Bauteile von Flanschblättern (3, 4, 13, 14, 23, 24, 34, 44, 54) gebildet werden.

3. Schraubenverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gegenstand von einem Folienstreifen (1, 11), einem Kontakt­ element (31, 41, 42, 51), einer Scheibe, Platte, einer aus der Fugen­ fläche ragenden Erhabung (0) oder einem aus der Fugenfläche herausgebo­ genen Teilbereich (20, 21) gebildet wird.

4. Schraubenverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Gegenstand von einem Streifen (16, 26), einem Kon­ taktelement (36, 46, 56), einer Scheibe, Platte, einem Gewindestift (6) oder einer aus der Fugenfläche ragenden Erhabung (0) gebildet wird.

5. Schraubenverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten, nicht in eine der Fugenflächen integrierten Gegen­ stände auf einem drucksteifen Gegenstand in Gestalt einer Flachdich­ tung, insbesondere einem Metallblech, fixiert oder in diesem integriert sind.

6. Schraubenverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der von den miteinander verschraubten Bauteilen beziehungswei­ se Flanschblättern (3, 4, 13, 14, 23, 24, 34, 44, 54) gebildete Spalt (17) mit einer Dichtungspaste oder einer anderen pastösen aushärtenden Masse gefüllt ist.

7. Schraubenverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem von den miteinander verschraubten Bauteilen beziehungs­ weise Flanschblättern (3, 4, 13, 14, 23, 24, 34, 44, 54) gebildeten Spalt (17) im Kraftnebenschluß eine Flachdichtung oder ein druckelasti­ scher Gegenstand in Gestalt einer Flachdichtung angeordnet ist.

8. Schraubenverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von den miteinander verschraubten Bauteilen beziehungsweise Flansch­ blättern (3, 4, 13, 14, 23, 24, 34, 44, 54) gebildeten Spalt (17) ein drucksteifer Gegenstand in Gestalt einer Flachdichtung angeordnet ist, auf dem die ersten und zweiten, nicht in eine der beiden Fugenflächen integrierten Gegenstände sowie eine Flachdichtung oder ein druckelasti­ scher Gegenstand in Gestalt einer Flachdichtung fixiert oder in diesem integriert sind.

9. Schraubenverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste und/oder zweite Gegenstand eine Oberfläche mit einem Haftreibungskoeffizienten aufweist, der gegenüber einer gleichartigen, ebenfalls trockenen Oberfläche den Betrag von 0.15 überschreitet.

10. Schraubenverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Gegenstand eine Oberfläche aufweist, die mit aus vorzugsweise Metall bestehenden Körnern belegt ist.