Online-Tool zur Auslegung von Verschraubungen zylindrischer Körper (Hydraulikzylinderböden, -köpfe)
in Anlehnung an VDI2230
Anwendungsdemo - interaktive Schraubendefinition
1. Anwendungsbereich
Vorliegendes Tool ermöglicht die Vorauslegung von Verschraubungen zylindrischer Körper.
Die Auslegung erfolgt in Anlehnung an die VDI2230. Die eigentliche Bewertung findet im Hintergrund statt und bewertet die Verschraubung aufgrund der Belastung über die Kreisfläche (Kolbendurchmesser -> Bodenverschraubung), oder die Ringfläche (Kolbenfläche - Stangenfläche -> Kopfverschraubung).
Durch die Verwendung dieses Tools verringert sich der notwendige Zeitaufwand für eine vollständige Bewertung von über einer Stunde bei händischer Rechnung (durchgeführt durch einen Berechnungsspezialisten) auf Minuten für nahezu jeden Benutzer.
2. Gültigkeitsbereich
Vorliegende Auslegung ist gültig für Zylinderkopfschrauben ISO 4762 - Regelgewinde.
Grundlage dieser Auslegung ist eine ausreichende Biegesteifigkeit der verschraubten Bauteile.
Gültig ist diese Auslegung für Bauteile mit einer Klemmlänge von mindestens 3xD. Wird diese Klemmlänge unterschritten, so treten möglicherweise zusätzliche relevante Biegebelastungen auf, die gesondert betrachtet werden müssen.
Bei abweichenden Randbedingungen oder signifikanter Biegebelastung aufgrund von Unterbrechungen im Schraubenkreis - kontaktieren Sie uns für einen vollständigen Tragfähigkeitsnachweis.
Die Auslegung beruht auf folgenden Annahmen: Die Belastung aufgrund des Druckes wird um 10% erhöht. Damit liefert diese Auslegung eine Sicherheit gegenüber Klaffen von 10% der Lasthöhe. Als Grundlage der Auslegung dienen die Festigkeitswerte nach VDI2230: Ausnutzung der Streckgrenze von 90% der definierten Schraube.
Setzten und weitere Effekte werden mit einer zusätzlichen Sicherheit von 5% bewertet.
Benötigen Sie eine exakte Auslegung einer kritischen Verschraubungssituation, vollständig normgerecht nach VDI2230 - inkl "Setzten" und Betrachtung der realen Steifigkeitsverhältnisse, kontaktieren Sie uns.
3. notwendige Eingabegrößen
Die einzelnen Eingabegrößen sind dynamisch miteinander gekoppelt und erlauben nur "sinnvolle" Eingaben. Durch die Veränderung einer Eingabegröße werden möglicherweise weitere Eingabegrößen automatisch angepasst, um Kollisionen und ähnliches zu verhindern.
1. Definition Hydraulikzylinder: Definieren Sie die geometrisch relevanten Größen der auszulegenden Verschraubung.Geben Sie hierfür den Innen- und Außendurchmesser ein. Soll eine Kopfverschraubung ausgelegt werden (Kraft aus RIngfläche), geben Sie zusätzlich den Stangendurchmesser ein.
Das Tool überprüft dynamisch, ob ausgewählte Schrauben vom Schraubenkopf zwischen Innen- und Außendurchmesser passen. Wird die Ringfläche zwischen Innen- und Außendurchmesser kleiner als die gewählte Schraubenkopfgröße, so passt sich automatisch der Außendurchmesser an.
2. Definition Lastart: Definieren Sie die Art der Belastung:
Belastung durch Kreisfläche entspricht der Belastung durch die Druckkraft auf den vollen Innenzylinder und entspricht damit der Belastungssituation des Boden eines Hydraulikzylinders.
Belastung durch Ringfläche entspricht der Belastung durch die Druckkraft aufgrund der Ringfläche (Innendurchmesser / Stangendurchmesser) und entspricht damit der Belastungssituation des Kopfes eines Hydraulikzylinders.
3. Betriebsdruck / Prüfdruck: Definieren Sie die Höhe des anliegenden Drucks. Soll die Verschraubung auch unter Prüfbedingungen sicher Klaffen in der Verbindungsebene verhindern, so verwenden Sie als Eingabe den Prüfdruck.
Wenn Unsicherheit bei diesem Punkt besteht, kontaktieren Sie uns.
4. Schraubengröße: Definieren Sie die zu verwendende Schraubengröße. Es können nur Schrauben ausgewählt werden, deren Schraubenkopf zwischen Außen- und Innendurchmesser passen. Kommt es durch Vergößerung der Schrauben in Kombination mit der gewählten Anzahl der Schrauben zu Kollisionen der Schraubenköpfe, wird die Anzahl der Schrauben automatisch reduziert.
4. Schrauben-Festigkeitsklasse: Definieren Sie die Festigkeitsklasse der zu verwendenden Schrauben.
5. Anzahl Schrauben: Bestimmen Sie die Anzahl der zu verwendenden Schrauben. Das Auswahlfeld ist in der Art begrenzt, dass maximal so viele Schrauben ausgewählt werden können, dass die Schraubenköpfe ohne Kollision (mit 5% Abstand des Schraubenkopfdurchmessers) auf dem Teilkreis platziert werden können.
6. Anzugsfaktor: Bestimmen Sie die Art, wie die Schrauben angezogen werden. Hierbei wird unterschieden zwischen händischem Anziehen - nicht messend - mit einem Anzugsfaktor von a = 2,0 und dem Anziehen mit einem messenden Drehmomentschlüssel - Anzugsfaktor a = 1,6.
Für die Verwendung anderer Anzugsfaktoren kontaktieren Sie uns.
4. interaktive Definition von Unterbrechungen im Schraubenkreis
Konstruktionsbedingt kann es vorkommen, dass nicht die vollen 360° des Teilkreises für die Verschraubungen zur Verfügung stehen. In diesem Fall definieren Sie bitte zunächst die grundsätzliche Geometrie und Belastung (siehe notwendige Eingabegrößen). Im Anschluss verwenden Sie die interaktive Grafik, um gezielt einzelne Schrauben aus dem Schraubenkreis herauszunehmen. Hierzu klicken Sie mit der linken Maustaste auf die entsprechende Schraube, symbolisiert durch Ihren Schraubenkopfkreis. Hierdurch werden die entsprechenden Schrauben inaktiviert und die Belastung in einer sinnvollen Weise (siehe 7.) auf die umliegenden Schrauben verteilt und die Bewertung erneut durchgeführt.
5. interaktive Grafikdarstellung - Rückmeldung der Auswertung
Neben der Funktionalität der Aktivierung / Deaktivierung von Schrauben liefert Ihnen die Grafik eine direkte Rückmeldung über die Belastungssituation der einzelnen Schrauben:
Für einen Auslastungsgrad von 0-85% ändert sich die Farbe von blau nach grün.
Für einen Auslastungsgrad von 85-95% ändert sich die Farbe von grün nach gelb.
Für einen Auslastungsgrad von 95%-100% ändert sich die Farbe von gelb nach rot
Für einen AUslastungsgrad > 100 % beginnt der Schraubenkopf, rot zu blinken. Die Frequenz des Blinkens steigert sich mit zunehmenden Auslastungsgrad.
6. Auswertung
Folgende Größen werden im Ausgabefeld bereitgestellt:
Gesamtkraft: Die gesamte auf die Verschraubung wirkende Kraft in kN - abhängig vom Druck und Lastart.
Vorspannkraft Schraube 90% Rp: Festigkeitswerte der Schrauben (VDI2230) abhängig von der gewählten Schraubengröße und Festigkeitsklasse.
Verfügbare Vorspannkraft: Die für die Verbindung zur Verfügung stehende Schraubenvorspannkraft nach Minderung durch den Anzugsfaktor und Sicherheitsbeiwerte (10% Last + 5% weitere Effekte)
Anzugsmoment: Das aufzubringende Anzugsmoment der Schrauben für µ = 0,1 (für andere µ kontaktieren Sie uns.)
Anzahl aktiver Schrauben: Die Anzahl der in der Auslegung verwendeten Schrauben
Last je Schraube (Durchschnitt): Gibt die Schraubenlast bei theoretisch gleichmäßig verteilter Gesamtlast auf die Anzahl aktiver Schrauben an.
max. Last Schraube: Durch das entfernen von Schrauben aus dem Schraubenkreis erfahren die einzelnen Schrauben unterschiedliche Lasthöhen. Hier wird die höchst belastete Schraube ausgegeben.
maximaler Auslastungsgrad: Anhand der maximalen Schraubenlast und der verfügbaren Vorspannkraft wird ein Auslastungsgrad bestimmt. Dieser Auslastungsgrad beinhaltet bereits oben genannte Sicherheiten.
maximale Flächenpressung unter dem Kopf: Für die höchst belastete Schraube wird die Flächenpressung unter dem Schraubenkopf bestimmt. Dieser Wert ist mit zulässigen Flächenpressungswerten für verwendeten Grundwerkstoff zu vergleichen. Bei Unsicherheiten bzgl. der Flächenpressung: kontaktieren Sie uns.
7. Kraftumverteilung
Inaktivierte Schrauben führen zu einer Kraftumverteilung auf die verbliebenden aktiven Schrauben des Schraubenkreise. Vorliegende App berechnet die Neuverteilung der Kräfte anhand eines mathematischen Federmodells. Die Gültigkeit des implementierten Modells wird anhand von Validierungsrechnungen auf FEM-Basis nachgewiesen:
8. Validierung analytisches Modell: Federmodell
7. Hinweise
Es handelt sich hierbei um eine Schraubenvorauslegung, angelehnt an die VDI2230. Diese Vorauslegung ersetzt keine abschließende und vollständige Bewertung nach VDI2230.
Für die Richtigkeit und Vollständigkeit der Ergebnisse wird keine Haftung übernommen. Die Anwendung erfolgt auf eigene Verantwortung.
