Infobrief Nr. 164 - Juli / August 2017

von Fritz Ruoss

Anstelle einer Bohrung mit Durchmesser Di kann man jetzt alternativ auch ein Langloch mit der Breite Di und dem Achsabstand cc eingeben (cc=0 ist runde Bohrung).

Die Fläche des Langlochs wird bei der Berechnung der Flächenpressung (Sicherheit Sp und SpKr) berücksichtigt. Für den Verformungskegel wird aus der ovalen Fläche ein Ersatzdurchmesser berechnet.

Um auch die überlappenden Flächen zweier aufeinanderfolgende Klemmplatten mit Langloch richtig zu berechnen, kann man einen Winkel 0° oder 90° wählen. Dann liegen die Langlöcher aufeinanderfolgender Klemmplatten entweder aufeinander oder über Kreuz. Mitte Langloch ist Schraubenmitte.

Bislang war der Kriechnachweis Spkr mit der Restklemmkraft FKRmin berechnet worden. Bei SpKr=1 war damit Kriechen bis zur Restklemmkraft FKRmin zulässig. Sicherer ist es jedoch, statt FKRmin nur Kriechen bis zur Mindestvorspannkraft FVmin zuzulassen. Ob die Sicherheit SpKr mit FKRmin oder FVmin berechnet wird, kann man jetzt konfigurieren. Voreinstellung ist FVmin.

Die Axialkraft FA auf die Klemmplatten wird an der angegebenen Stelle eingezeichnet. Für FAmax > 0 als Zugkraft und für FAmin < 0 als Druckkraft.

Der Fall, daß die Axialkraft FA statt Zug auch Druck sein kann, wird in der VDI 2230 nur oberflächlich behandelt. Laut VDI 2230-1:2015 ist die Flächenpressung an Schrauben- und Mutterauflageflächen im Betriebszustand pBmax = (FVmax + FSAmax – deltaFVth) / Apmin (Gl. 191). Bei druckbelasteten Verbindungen sei FSAmax=0 zu setzen.

In SR1+ wird genauer gerechnet. Außerhalb der gewählten Klemmteile von Krafteinleitung und Kraftausleitung wird mit FSAmax gerechnet, innerhalb wird der Montagezustand gerechnet ohne FSAmax. Bei Druckbeanspruchung gilt außerhalb der Klemmplatten mit Krafteinleitung und Kraftausleitung die Formel aus VDI 2230 mit FSAmax=0. Aber zwischen den Klemmplatten mit Krafteinleitung und Kraftausleitung gilt aber eine um –FPA erhöhte Kraft:

pBmax = (FVmax – FPAmin – deltaFVth) / Apmin (mit FPAmin < 0)

In dem Fall FAmax > 0 und FAmin< 0 (FA = Wechsellast) wird die Flächenpressung außerhalb von Krafteinleitung und Kraftausleitung um FSAmax erhöht (gemäß VDI 2230), außerdem zwischen den Klemmplatten mit Krafteinleitung und Kraftausleitung um -FPAmin (mit FPAmin<0).

Die Datenbankangaben für die Streckgrenze ist eigentlich die 0,2% Proportionalitätsgrenze. Die Überschriften bei den Werkstoffdatenbanken von Schraubenwerkstoffen und Plattenwerkstoff wurde geändert. Daten ändern sich keine, nur die Überschrift.

Für ZI-Schnecken wird die Profilüberdeckung epsilon alpha im Normalschnitt in Radmitte mit ausgedruckt unter Ausdruck\Abmessungen.

Für die Eingabe der Ösenlänge LH gibt es jetzt Vorschlagsbuttons. Je nach gewählter Ösenform und dem Innendurchmesser Di wird dann die Ösenlänge vorgeschlagen.

Für Zugfedern und Druckfedern kann man die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems berechnen, wenn man die an die Feder angehängte externe Masse eingibt. In der Praxis interessiert statt der Eigenfrequenz auch die Zeit welche die Feder für das Ein- oder Ausschwingen benötigt, deshalb wird jetzt die Periodendauer T=1/f mit ausgedruckt.

Die eingewundene Vorspannkraft F0 kann man aus den Vorschlagswerten nach EN 13906 bei Herstellung mit Wickelbank oder Federwindeautomat berechnen, auf 0 setzen (bei Windungsabstand oder warmgeformten Federn) oder F0 direkt eingeben. Zusätzlich kann man jetzt auch noch alternativ die Vorspannung tau0 eingeben.

Bei großen Zugfedern laufen die Endwindungen oft konisch zu, oder die Zugfedern sind tonnenförmig. Dann wird die Öse relativ klein. Das ist günstig für eine Verminderung der Biegespannung infolge des kleineren Hebelarms.

Die Federkennlinie der Zugfeder wird durch konische oder tonnenförmige Windungsabschnitte keineswegs progressiv, wie von GUTEKUNST fälschlicherweise in einem Zeitungsartikel behauptet (Hanser Konstruktion 5/2017). Die Federkennlinie ist sogar leicht degressiv, wenn die Windungen mit kleinerem Windungsdurchmesser infolge höherer Vorspannkraft F0 länger anliegen. Die Federrate von Zugfedern beliebiger Form kann man mit FED7 berechnen: Es ist die Federrate R0. R0 ist hier aber nicht die Federrate am Anfang der Federkennlinie, sondern die Federrate am Ende der Federkennlinie, nachdem keine eingewundene Vorspannung mehr wirksam ist. Wenn die Vorspannung bei kleinerem Windungsdurchmesser größer ist, gilt am Anfang die Federrate der Windung mit dem größten Windungsdurchmesser.

Falls Nachfrage besteht, machen wir für diesen Federtyp ein neues Programm "FED7 für Zugfedern".

Mehrfach wurde gefragt, wieso der Werkstoff 1.568 besser sein soll als 1.4310. Aus den Daten der Werkstoffdatenbank ist dies nicht ersichtlich. Beim Vergleich ist zu beachten, daß der Schubmodul von 1.4568 (78000) höher ist als von 1.4310 (73000).

Tatsächlich ist die statische Festigkeit von 1.4568 oder 1.4401 nicht besser als die von 1.4310. Nicht mal die Dauerfestigkeit ist besser, wenn die Vorspannung (tauk1) klein oder 0 ist.

Erst bei großer Vorspannung ist die zulässige Schubspannung von 1.4568 höher. Und auch wenn man statt der Dauerfestigkeit die Zeitfestigkeit bis 100.000 Hübe betrachtet.

In der Beispielberechnung mit F1=30N und F2=70N ist der Unterschied im Goodman-Diagramm deutlich erkennbar. Die Feder aus 1.4568 ist dauerfest, während die Feder aus 1.4310 nach 300.000 Lastspielen bricht.

Von der DIN EN 10270-1 (Patentiert-gezogener Federstahldraht) gibt es eine neue Ausgabe. Wesentliche Änderungen gibt es nicht. In Tabelle 3 mit Mechanischen Eigenschaften wurde für SM und DM die Mindestzugfestigkeit für 14 < d <= 15mm korrigiert. Der Wert war in unserer Datei fedrmmin.dbf schon richtig drin (1110 MPa), somit gibt es nichts zu ändern.

Zu den Schließmaßen kann man jetzt noch zusätzlich Grenzmaße (min/max) eingeben. TOL1 berechnet dann die Ausschußquote der Maße, welche außerhalb der Grenzmaße liegen.

Der Standardausdruck wird dann kürzer: statt der Ausschußquoten für verschiedene Intervalle wird nur noch die Ausschußquote für das eingegebene Intervall ausgedruckt.

In der Grafik "Normalverteilung" werden die Grenzmaße eingezeichnet und die Ausschußquote mit ausgedruckt.

Gleich wie in TOL1 kann man jetzt auch in TOL2 vorgegebene Grenzwerte eingeben, und TOL2 berechnet daraus den zu erwartenden Ausschuß. In der Grafik "Normalverteilung" werden die Grenzmaße eingezeichnet und die Ausschußquote mit ausgedruckt.

Am 1.9.1987 wurde die erste HEXAGON Software fertiggestellt, das Toleranzprogramm TOL1. Damals noch vom Ingenieurbüro Ruoss, die HEXAGON GmbH wurde erst 1990 gegründet. Darauf folgten das Zahnradprogramm ZAR1 und das Federprogramm FED1. Die Programme liefen unter MS-DOS und wurden auf 360 kB Disketten 5.25" ausgeliefert. Damals war ich 28 Jahre alt. Noch 10 Jahre, dann sollen meine Kinder die HEXAGON GmbH weiterf�ühren.