VDI 2230 Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen
Die VDI 2230 gilt weltweit als Standardwerk zur Berechnung von Schraubenverbindungen (SV). Sie stellt dem Konstrukteur und Berechnungsingenieur in Form von Rechenschritten eine systematische Vorgehensweise zur Berechnung von Schraubenverbindungen zur Seite, die ihm eine funktions- und betriebssichere Auslegung bei weitgehender Ausnutzung der Schraubentragfähigkeit ermöglicht. Dabei behandelt Blatt 1 die Einschraubenverbindungen und Blatt 2 Mehrschraubenverbindungen.
Seit dem Erscheinen der Ausgabe 2003-02 von Blatt 1 wurden bei der Anwendung der Richtlinie sowie in analytischen und numerischen Untersuchungen Erfahrungen gemacht und Erkenntnisse gewonnen, die sich in einer Reihe von Hinweisen, Anfragen und Änderungswünschen der Anwender ausdrückten. Diese Hinweise sowie Änderungen im internationalen Normenwerk und vor allem einige neue Forschungsergebnisse und eigene Untersuchungen und Erkenntnisse waren dem VDI-Ausschuss Anlass, die Richtlinie nochmals zu überarbeiten und zu aktualisieren. Dabei wurde sie formal der inzwischen veröffentlichten Richtlinie VDI 2230 Blatt 2 (Mehrschraubenverbindungen) angepasst.
VDI-Software zur Schraubenberechnung nach VDI 2230 Blatt 1
Bei der Berechnung zentrisch und exzentrisch verspannter Schraubenverbindungen müssen verschiedene komplexe Parameter berücksichtigt werden.
Die Software MDESIGN VDI 2230 Edition Schraubenberechnung bietet Konstrukteur*innen und Ingenieur*innen im Maschinen- und Anlagenbau die Möglichkeit, hochbeanspruchte Schraubverbindungen systematisch und richtlinienkonform zu berechnen. Die Software unterstützt die Berechnungen nach der aktuellen VDI Richtlinie.
Der gesamte Berechnungsablauf – einschließlich der Kraft- und Verformungsverhältnisse – basiert auf dem Modell einer Einschraubenverbindung. Darüber hinaus können Mehrschraubenverbindungen wie kreisförmige Kupplungsflansche berechnet werden.
Die Berechnungen basieren auf der Annahme, dass die verspannten Querschnitte eben bleiben. Ausgewählte Beispiele aus der Praxis erläutern die Vorgehensweise.
VDI-Software zur Schraubenberechnung ist über den Beuth Verlag erhältlich.
Fragen und Antworten zur Richtlinienreihe VDI 2230
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Die Inhalte von VDI-Richtlinien entstehen in Übereinstimmung mit der VDI 1000 und bilden den Konsens der Verkehrskreise ab. Sie gelten als anerkannte Regeln der Technik. Die Inhalte dieser FAQ dagegen sind rein informativ und haben nicht den Status anerkannter Regeln der Technik. Sie stellen insbesondere auch keine Rechtsberatung dar, sondern sollen als beispielhafte Fallbesprechungen Hilfestellungen für Richtlinienanwender geben. Sie können nicht die eingehende Rechtsberatung durch eine hierzu berufene Person ersetzen und sind nicht als zusätzliche oder über die Richtlinieninhalte hinausgehende Festlegungen zu verstehen.
Antwort:
Beide Normen verweisen im jeweiligen Abschnitt 5 darauf, dass die Mindestbruchkräfte der Schrauben mit niedrigem Kopf 80% der Werte nach ISO 898-1 erreichen müssen. Somit muss man eine um 20% reduzierte Mindeststreckgrenze rechnerisch zu Grunde legen (obwohl die Schafttragfähigkeit nicht eingeschränkt ist).
Bei Nutzung der Tabellen A1 und A3 in VDI 2230-1 wären die Werte für die Montagevorspannkraft und das Anziehmoment also entsprechend zu reduzieren, da die Zusammenhänge linear sind.
Antwort:
Die Unterschiede zur KTA-Richtlinie wurden vom VDI-Fachausschuss bisher nicht untersucht.
Die EN 1591-1 orientiert sich bei der Schraubenberechnung stark an der VDI 2230-1.
Bei beiden Werken (KTA und EN) ist zu bedenken, dass sie sich primär mit der Flanschabdichtung bei einer Dichtung im Krafthauptschluss beschäftigen. Für diesen Fall gilt die Richtlinie VDI 2230-1 nicht (siehe auch Tabelle 1), u.a. wegen der Berechnung des Verformungswiderstands der Flanschblätter (analog der axialen Plattennachgiebigkeit). Andererseits werden einige Parameter mit einfachen, aber auf der sicheren Seite liegenden Beziehungen berechnet, wie z.B. die Einschraubtiefe, „Federungen“ oder Flanschabmessungen (bei VDI 2230 eine Eingangsgröße aus dem konstruktiven Entwurf).
In einer Reihe von Punkten dürfte man mit der Richtlinie VDI 2230-1 genauer rechnen als mit KTA-Richtlinie oder EN, eine vollständige und umfassende Aussage ist uns dazu aber nicht möglich.
Antwort:
Antwort vom VDI-Fachausschuss:
Die aktuelle Auswertung einer Vielzahl von Werkstoffkennwerten aus dem In- und Ausland ergab eine recht große Streuung. Entsprechend der Philosphie der Richtlinie VDI 2230 wurde als Berechnungsempfehlung der ungünstigste Fall zu Grunde gelegt und die Tabelle entsprechend neu gefasst.
Wenn Anwendern der Richtlinie aus eigenen oder in Auftrag gegebenen Untersuchungen oder aus verlässlichen Quellen des Werkstoff- oder Schraubenherstellers größere Werte vorliegen, so können sie diese natürlich verwenden! Der Anwender muss dies nur jeweils selbst vertreten können.
Der Fachausschuss wird diese Frage aber zum Anlass nehmen, über eine Veränderung der Tabellenüberschrift ("Anhaltswerte") nachzudenken.
Antwort:
Antwort vom VDI-Fachausschuss:
Die Werte für FMTab in den Tabellen A1 bis A4 gelten für 90% der bei Erreichen der Fließgrenze realisierbaren Mindestmontagevorspannkraft. Für diese wird von einem vollplastischen (Grenz-)Zustand ausgegangen, indem neben dem Ausnutzungsgrad von 1 mit dem plastischen polaren Widerstandsmoment WPpl gerechnet wird. Siehe Seite 85 und 86 sowie die Gleichungen (142) bis (145).
Einen Hinweis finden Sie auch unter Gleichung (146).
Damit wird völlg unkritisch der Bezugswert für ny=1 angehoben. Dies hat zur Folge, dass Sie bei Einhaltung der Reibungszahlklasse B gegenüber der vor dem Jahr 2001 gültigen Berechnung mit dem elastischen polaren Widerstandmoment WP eine bis zu 11% größere Mindest-Montagevorspnnkraft erhalten.
Antwort:
Wir wurden bereits von verschiedenen Seiten auf diesen Fehler in der Tabelle A9 hingewiesen. Hier fehlt schlicht eine 1 vor der 300. Der korrekte Wert ist also 1300 MPa.
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