Schraubenverbindungen (eBook)

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
Formelzeichen 11
1 Einführung 23
1.1 Zur Geschichte der Schraube 23
1.2 Zum Inhalt des Buches 25
Literatur 26
2 Normung 27
2.1 Gewindenormung 28
2.2 Maßnormen (Produktnormen) 34
2.3 Grundnormen 41
Literatur 68
3 Werkstoffe 69
3.1 Allgemeines 69
3.2 Werkstoffe für Schrauben und Muttern bei mechanischer Beanspruchung 70
3.3 Werkstoffe für Schraubenverbindungen bei Komplexbeanspruchung 77
3.4 Technische Lieferbedingung des DSV für Schraubenstähle mit erhöhten Anforderungen 77
3.5 Einfluss der wichtigsten Legierungselemente auf die mechanisch- technologischen Eigenschaften von Stählen 80
Literatur 82
4 Berechnung von Schraubenverbindungen 85
4.1 Einführung 85
4.2 Kraft-Verformungs-Verhältnisse 86
4.3 Rechenschritte 126
4.4 Grafische Darstellung der Kräfte und Verformungen 139
4.5 Berechnungsbeispiel – Pleuelschraubenverbindung 140
Literatur 156
5 Tragfähigkeit von Schraubenverbindungen bei mechanischer Beanspruchung 157
5.1 Tragfähigkeit bei zügiger Beanspruchung 157
5.2 Tragfähigkeit bei Schwingbeanspruchung 191
Literatur 227
6 Korrosion und Korrosionsschutz von Schraubenverbindungen 231
6.1 Einführung 231
6.2 Grundlagen der Korrosion 232
6.3 Korrosionsarten 238
6.4 Möglichkeiten des Korrosionsschutzes 247
6.5 Prüfung des Korrosionsschutzes 270
6.6 Normen 271
Literatur 276
7 Schraubenverbindungen bei hohen und tiefen Temperaturen 279
7.1 Schraubenverbindungen bei hohen Temperaturen 279
7.2 Schraubenverbindungen bei tiefen Temperaturen 312
7.3 Werkstoffe für hohe und tiefe Temperaturen 313
7.4 Normen und Regelwerke 315
Literatur 316
8 Montage von Schraubenverbindungen 319
8.1 Einführung 319
8.2 Anziehdrehmoment und Vorspannkraft 319
8.3 Beanspruchung und Haltbarkeit von Schraubenverbindungen beim Anziehen 337
8.4 Montageverfahren 349
8.5 Motorisches Anziehen 378
8.6 Automatisierte Schraubenmontage 387
Literatur 398
9 Selbsttätiges Lösen und Sichern von Schraubenverbindungen 401
9.1 Die Bedeutung der Vorspannkraft für die Betriebssicherheit 401
9.2 Ursachen eines Vorspannkraftverlusts 401
9.3 Maßnahmen zur Vermeidung eines unzulässig großen Vorspannkraftverlusts 407
9.4 Wirksamkeit und Anwendungsgrenzen von Schraubensicherungen 430
Literatur 432
Index 435

1 Einführung (S. 1)

1.1 Zur Geschichte der Schraube
Wie bei vielen technischen Bauteilen, z.B. Rädern, Propellern, Tragflügeln, Versteifungsrippen usw., finden sich auch beim Gewinde bzw. der Schraube in der Natur Vorbilder. Möglicherweise geht die Idee der Schraube auf eine an einem Pfahl oder einem Baumstamm sich spiralenförmig hochrankende Pflanze, z.B. eine Bohnenpflanze, zurück.

Geschichtlich ist der Beginn der Herstellung und Nutzung einer Schraube für technische Bedürfnisse nicht genau festzulegen. Die älteste bekannte Ausführung dürfte auf Archimedes (ca. 250 v. Chr.) zurückzuführen sein. Mit der sog. ,,Archimedischen Schraube" bzw. Schneckenspindel, die sich in einem schräg stehenden Rohr drehte, wurde Wasser auf ein höheres Niveau angehoben [1.1].

Derartige ,,Bewegungsschrauben" sind aus der Zeit der altgriechischen, römischen und ägyptischen Geschichte bekannt. Aber auch in Ostasien (China und Japan) benutzte man die Schraubenspindel als Förderelement. Als Werkstoffe dienten Holz und später zunehmend Metalle.

Im Gegensatz zur „Bewegungsschraube" steht die „Befestigungsschraube", mit der sich das vorliegende Buch befasst. Sie ist wohl ebenso alt wie die Bewegungsschraube, nur in der Anwendung der damaligen Zeit seltener zu finden. Sie wurde für Schmuck- und Gebrauchsgegenstände, für einfache medizinische Geräte sowie für Zeichen- und astronomische Instrumente aus Edelmetall hergestellt. Mit zunehmendem Einsatz von technischen Geräten, Werkzeugen, Uhr- und Räderwerken, Waffen, Rüstungen usw. hat sich der Anwendungsbereich der Schraube wesentlich erweitert.

Im Mittelalter war es vor allem Leonardo da Vinci, der in vielen Skizzen von Geräten, Werkzeugen, Maschinen und Waffen Anwendungsmöglichkeiten der Bewegungs- und Befestigungsschraube aufzeigte. Auch Agricola, wohl der bedeutendste Technologie-Schriftsteller des Mittelalters, hat wie auch andere zeitgenössische Naturwissenschaftler in vielen Text- und Bilddarstellungen auf Anwendungsmöglichkeiten der Schraube hingewiesen [1.1].

Gegen Ende des 17. Jahrhunderts entstanden mit zunehmendem Bedarf an Schrauben im Rheinland und in Westfalen die ersten Schraubenschmieden. Die benötigten Stückzahlen wurden durch Warmschmieden in Handarbeit gefertigt. Diese Schraubenschmieden waren die Vorgänger der gegen Mitte des 18. Jahrhunderts und mit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert entstehenden Schraubenfabriken, in denen Schrauben bereits maschinell hergestellt wurden.

Im Jahre 1797 baute Maudslay die erste ,,automatische Drehbank", die eine Leitspindel besaß [1.1]. Gleichzeitig erschienen Fachveröffentlichungen, die sich mit der Herstellung von Schrauben aus Holz, Kupfer, Messing und Eisen befassten. In einer Buchreihe von Jakob Leupold ,,Theatrum Machinarum Generale" (1824) ging der Verfasser wohl erstmalig auf die hohe Tragfähigkeit von Schrauben aus Eisen und deren Prüfmöglichkeit ein.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Werkstoffprüfmaschinen entwickelt. Der ehemalige Leiter der Cramer-Klettschen Fabrik (Vorgängerin der heutigen MAN) in Nürnberg, Ludwig Werder, konstruierte die unter seinem Namen bekannt gewordene liegende Zugprüfmaschine. In dem von ihm geleiteten Werk wurden außer Lokomotiven, Wasserturbinen, Mühlen und Eisenbahnwaggons auch – was hier besonders interessiert – Maschinen zur Herstellung von Schrauben und Muttern gebaut.

Der technische Fortschritt in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts, insbesondere im Eisenbahnwesen, bei der Dampfmaschine und später in der Elektrotechnik, stellte ständig steigende Anforderungen an die Konstruktionselemente.