Infobrief Nr. 63 - September/Oktober 2000

In WL1+ wurde als zusätzliche Option die Berechnung nach DIN 743 aufgenommen, welche vor wenigen Tagen als Weißdruck erschienen ist. Die bisherigen Berechnungsoptionen mit Berechnung von Kerbfaktoren, Vergleichsspannung und Sicherheit nach Dubbel, Holzmann, Zammert können weiterhin verwendet werden. Die wichtigsten Unterschiede zu der bisherigen Berechnung:

• nur für Werkstoff Stahl (nicht für GG, GS, NE-Met.)
• 2 Sicherheiten: gegen Dauerbruch (dynamisch) und Fließen (statisch)
• Spannungsspitzen aus Kerbwirkung: keine Erhöhung der Spitzenspannung, sondern Erniedrigung der zulässigen Festigkeit des Werkstoffs an dieser Stelle
• Oberflächenfaktor wird bei Kerbzonen durch Pressverband, Keilwellen, Zahnwellen nicht berücksichtigt.
• Neue Berechnungsformeln für Kerbfaktoren
• Mindestsicherheit 1,2 gefordert

Die Berechnungsbeispiele in DIN 743-4 sind etwas unglücklich gewählt, wahrscheinlich waren hier reine Theoretiker am Werk. So kommt in Beispiel 1 und Beispiel 3 ein Biegemoment mit statischem und wechselndem Anteil zur Anwendung. In der Praxis kommt dieser Fall so gut wie nie vor, für drehende Wellen bewirken alle statischen Querkräfte und Streckenlasten eine dynamische Beanspruchung. Bei sich drehenden Wellen wirkt die Biegespannung immer wechselnd, auch wenn die Querkräfte statisch wirken (Umlaufbiegung). In WL1+ kann man für Drehmomente und Axialkräfte wählen, ob sie statisch, schwellend oder wechselnd wirken. Die Biegespannung wird jedoch immer als wechselnde Last berücksichtigt.

Im Oktober 2000 ist die endgültige Fassung der DIN 743 erscheinen. Im Teil 2 mit den Kerbwirkungszahlen gibt es viele Änderungen. Die Kerbzahlen für Keilwellen und Zahnwellen sind jetzt nur noch halb so groß wie bisher, demnach ist nun eine doppelt so große Belastung zulässig. Auf der anderen Seite wurden die Kerbzahlen für Paßfedernuten um 0.3 erhöht. Unverändert blieben die Zahlen für Preßverbände ohne Entlastungsnut. Die Tabelle mit den Kerbzahlen für Preßverbände mit Entlastungsnut wurde ersatzlos gestrichen.

Für einsatzgehärtete Keil- und Zahnwellen ist der Kerbfaktor bei dBK=29mm nun 1.0, d.h. bedeutungslos (bisher 1.8). Demnach wird der Kerbfaktor bei d<29mm kleiner als 1 !

Im Beiblatt 1 wurden die Berechnungsbeispiele aus dem Gelbdruck (DIN 743-4) übernommen, im Beispiel 2 korrigiert um die neuen Kerbfaktoren. Beispiel 1 und 3 kann man mit WL1+ nicht berechnen, da die Berechnung der Dauerfestigkeit von ruhenden Achsen mit dem Programm nicht vorgesehen ist. Beispiel 2 muss auf 2mal berechnet werden, einmal mit den wechselnden Belastungen, dann mit den statischen Spitzenwerten.

Bei Berechnung nach DIN 743 muss der Werkstoff aus der Datenbank nach DIN 743-3 gewählt werden. So gibt es z.B. für die Bestimmungen des Größenfaktors unterschiedliche Formeln für Baustähle, Einsatzstähle, Vergütungsstähle und Nitrierstähle. Wenn Sie die Werkstoffdatenbank erweitern, müssen Sie den Stahl einer der Tabellen A.1 bis A.5 nach DIN 743-3 zuordnen (Datenbankfeld Tab_A).

Wenn DIN 743 als Berechnungsmethode gewählt wurde, werden die Kerbfaktoren nach der neuen DIN für Kerbverzahnung, Evolventenverzahnung, Preßverband, Paßfedernuten und Keilwelle berechnet. Gegenüber der bisherigen Berechnung gibt es z.T. erhebliche Unterschiede. So sind z.B. nach DIN 743 (entwurf 98) die Kerbfaktoren von Kerbverzahnung und Evolventenverzahnung gleich, während sie bisher für Kerbverzahnung fast doppelt so groß waren wie bei der Zahnwelle. Anm.: Beim DIN 743 Weißdruck gab es eine Korrektur, die Abweichung zu den bisherighen Werten sind nun nicht mehr so extrem.

Die Kerbfaktoren für Biegung und Zug/Druck sind nach DIN 743 gleich, während sie bisher für Zug/Druck wesentlich geringer waren (bis 1.0) als für Biegung. Nach DIN 743 wird für Wellenabschnitte mit Kerbzonen kein Oberflächenfaktor berücksichtigt.

Da laut DIN 743 die Kerbwirkung aus Wellenübergängen und Kerbzonen nicht die Randspannung erhöht, sondern die Bauteil-Gestaltfestigkeit vermindert, wurde in WL1+ die Aufnahme neuer Diagramme für Bauteilfestigkeit und Sicherheiten erforderlich, da nunmehr in jedem Punkt nicht nur die Maximalspannung, sondern auch die um Kerbwirkung, Größen- und Oberflächenfaktor verminderte Bauteilfestigkeit berechnet werden muss.

Nach DIN 743 berechnet WL1+ die Sicherheiten gegen Dauerbruch (aus Amplitude wechselnder Last) und gegen Fließen (aus maximaler statischer Beanspruchung).

Nach DIN 743 werden Kerbfaktoren bei der Berechnung der (statischen) Sicherheit gegen Fließen nicht berücksichtigt.

Ab 1.10.2000 gibt es nur noch die WL1+ Software für die Wellenberechnung. Die einfache Version WL1 ohne Datenbanken ist nicht mehr erhältlich, da für die Berechnung nach DIN 743 die zugehörige Werkstoffdatenbank benötigt wird. WL1-Kunden können zum Preis von 350 DM ein Upgrade auf WL1+ erhalten.

Die Welle mit Querkräften und Streckenlasten kann man als 3D-Zeichnung am Bildschirm anzeigen, oder via DXF / IGES in CAD übernehmen.

Im neuen OLE-Menü kann man Ergebnisausdruck und Tabellenwerte für die Diagramme direkt an Excel übergeben, sowie bidirektional die Eingabedatei in Excel anzeigen oder von Excel übernehmen. Das erleichtert die Übernahme von Daten aus anderen Programmen in WL1+.

SR1 – Exzentrischer Lastfall

Für exzentrischen Lastfall gibt es ein neues, komfortableres Eingabefenster.

Mit den "<"-Buttons kann man Vorgabewerte berechnen lassen. Die berechneten Flächen und Flächenträgheits-momente beziehen sich jedoch auf die eingegebenen Ersatzdurchmesser der Klemmteile, meist wird man es jedoch mit unsymmetrischen Klemmteilen zu tun haben. Für die Berechnung von Flächen, Schwerpunkt und Flächenträgheitsmoment ist die GEO1-Software geeignet.

SR1 – Datenbanken

Alle Datenbankdateien wurden um ein oder zwei Infofelder erweitert, wo noch nicht vorhanden. In der Auswahl für Schrauben und Schraubenkopf werden keine DIN-, ISO-, ANSI-, EN-Bzeichnungen mehr angegeben, dafür werden im Ausdruck die Infofelder aus der Datenbank mit ausgegeben.

Die Axialkraft FA bei Berechnung nach VDI 2230 kann statisch (Fau=Fao) oder dynamisch sein (Fau<Fao), und wirkt erst im Betriebsfall. Nun gibt es auch den Fall, dass eine (statische) Axialkraft bereits bei der Montage wirksam ist, z.B. in der Automobilindustrie bei Karosserieteilen mit C-Profil (Clevis Joint). In SR1+ wurde deshalb eine neue Eingabemöglichkeit für die statische, axiale Vorspannkraft FApre geschaffen. Diese wird der Belastung durch Fao und Fau überlagert, und bewirkt außerdem eine höhere Montagevorspannkraft sowie ein höheres Anziehdrehmoment.

SR1 – Zul.Klemmkraft und Anziehdrehmoment nach VDI 2230

Für die Berechnung der zulässigen Klemmkraft gilt nach dem neuen VDI-Entwurf eine andere Formel als bisher. Statt dem Faktor 2*d2/d0 steht nun 3/2*d2/d0 in der Wurzel unter dem Bruchstrich. Dadurch erhält man höhere zulässige Klemmkräfte und Anziehdrehmomente für die Schraube. Die Tabellen im Anhang A wurden entsprechend angepasst, bei gleicher Festigkeit ist nun eine höhere Klemmkraft und ein größeres Anziehdrehmoment möglich. Die Tabellen sind mit Vorsicht zu genießen: Sie sollen gelten für Sechskantschrauben nach DIN EN 24014 und für Zylinderschrauben nach DIN 912. Da jedoch der Kopfdurchmesser von Sechskant- und Zylinderschrauben unterschiedlich ist, erhält man wegen des entsprechenden mittleren Reibdurchmesser unterschiedliche Werte für FM und MA. Für eine Sechskantschraube M10 mit Schlüsselweite 17 benötigt man z.B. eine höheres Anziehdrehmoment als für M10 mit SW 16. Die VDI-Tabellen können Sie als SR1-Anwender getrost vergessen, im Computerzeitalter arbeitet man schließlich nicht mehr mit Logarithmentafeln !

In SR1+ können Sie nun wählen, ob FM und MA gemäß dem VDI2230-Entwurf 1998, oder nach der VDI von 1986 berechnet werden soll. Die neue Formel berücksichtigt wohl den verminderten Einfluß der Torsion nach Beendigung des Anziehvorgangs. Allerdings wirkt während des Anziehvorgangs die volle Torsion, so daß u.U. eine Vorschädigung durch Überschreiten der Fließgrenze beim Anziehvorgeng riskiert wird.Der Reduktionskoeffizient k tau wird gemäß VDI 2230 bei der Berechnung von FM und MA nicht berücksichtigt.

Das Eingabefenster mit den Daten zum Anziehvorgang erhielt ein neues, komfortableres Eingabefenster. Mit dem alpha a-Knopf wird die Datenbank zur Auswahl des Anziehwerkzeugs mit den zugehörigen Anziehfaktoren eingeblendet. Dann können Sie wahlweise den Streckgrenzenfaktor, Anziehdrehmoment oder Klemmkraft eingeben. Die beiden anderen Werte werden sofort berechnet und angezeigt.

Für die Eingabe der Reibwerte gibt es ein komfortableres Dialogfenster. Durch Anklicken der Buttons wird die zugehörige Datenbank zur Auswahl der Werte aufgerufen.

Eine häufig verwendete Taillenschraube wurde neu in SR1 aufgenommen. An den Schraubenkopf schließt sich ein Absatz mit dem Nenndurchmesser des Gewindes und einer Länge von 0.5*d an, dann folgt ein Abschnitt im Durchmesser d2 (Flankendurchmesser, Rohmaß vor dem Gewinderollen).

Unterwww.hexagon.de/dose/dose2.htm gibt es eine neue Veröffentlichung mit der Herleitung der Dose-Formeln für die Berechnung der Einschraubtiefe mit SR1.

Die Werkstoffdatenbank in ZAR1+ enthält die Werkstoffkennwerte aus "Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau" (Springer Verlag). Eine Tabelle mit den gleichen Werkstoffen ist in "Niemann: Maschinenelemente, Band II" (Springer-Verlag) veröffentlicht. Allerdings unterscheiden sich die Werkstoffkennwerte, Sigma FE und Sigma Hlim sind bis zu 50% größer, manchmal auch etwas niedriger. In die Zahnradprogramme wurden nun die Werkstoffe nach Niemann zusätzlich aufgenommen, außerdem wurde ein neues Datenbankfeld "Quelle" angefügt. Sie können nun wählen, ob Ihr Tragfähigkeitsnachweis mit den Werkstoffkennwerten nach Niemann oder nach Dubbel durchgeführt werden soll.

2 Eingriffe je Umdrehung, jedoch nur 1 Lastwechsel je Periode gibt es bei Zwischenrädern und Planetenrädern. Die Hilfebilder wurden entsprechend abgeändert.

Im Zweiwellenbetrieb ist entweder Hohlrad, Planetenträger oder Sonnenrad fest (n=0). In der neuen Version kann man alternativ eine Drehzahl eingeben, ZAR5 berechnet dann die entsprechenden Leistungs- und Übersetzungsverhältnisse.

Lastkollektive kann man jetzt von Datei einlesen und speichern. Mit den Programmen mitgeliefert werden 4 Standard-Lastkollektive aus der FEM 9.511 für Hebezeuge.

Länge, Windungszahl, Windungsdurchmesser und Drahtdurchmesser kann man nun auch als Tabelle eingeben.

CSV-Dateien aus Excel konnte man bisher schon mit FED7 austauschen. Mit OLE-Automation geht es noch einfacher: Die Tabellen können online von FED7 in Excel und umgekehrt von Excel in FED7 kopiert werden.

Für den Austausch von Daten mit anderen Programmen kann man Excel als OLE-Server verwenden. Das Dateiformat ist identisch mit den im Handbuch beschriebenen FED-Dateien.

Die Mittellinie einer nichtlinearen zylindrischen Schraubendruckfeder kann man nun auch 3-dimensional am Bildschirm darstellen, oder als 3D-Linie in CAD übernehmen.

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Export Ausdruck nach Excel

Unter "OLE -> Printout -> Excel" kann man bei allen Federprogrammen (demnächst bei allen Programmen) den Ausdruck direkt in Excel anzeigen.

Mit der FED8-Software können nun auch Drehstabfedern mit rechteckigem, quadratischem und ovalem Querschnitt berechnet werden. Außerdem gibt es eine vereinfachte Berechnung für runde Stäbe, wobei die Maße für die Einspannköpfe nicht mehr angeben werden, sondern nur noch Durchmesser und federnde Länge.

Das Fenster zum Anzeigen von Hilfebildern wurde verkleinert, die Lisbox durch eine Combobox ersetzt. Das Dialogfenster kann beliebig verschoben werden, so daß nicht mehr ein Teil des Bildes durch das Auswahlfenster verdeckt wird. Mit den Auf/Ab-Buttons kann man zum nächsten/vorigen Hilfebild weiterschalten.

FED4 - Fertigungszeichnung

Die neue Fertigungszeichnung vom Tellerfederprogramm enthält Tabellen mit Abmessungen, Federkräften, Spannungen, sowie ein Diagramm mit der Federkennlinie

Vom "Decker" Maschinenbaubuch gibt es eine neu überarbeitete Auflage mit einigen neuen Kapiteln. Enthalten ist auch eine CD-ROM mit Arbeitsblättern für Excel und alle Demoversionen von HEXAGON-Software. Info unter http://www.hanser.de.