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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 zweisprachige (de/en) VDI-Software zur Schraubenberechnung bietet gemäß der einschlägigen Richtlinie VDI 2230 Blatt 1 eine akkurate Berechnung.

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.

FAQ

Antwort:

Antwort aus dem VDI-Fachausschuss:

Sie sind nicht an die Tabelle A7 gebunden. Wenn nicht bekannt ist, welche Schraubengröße im konkreten Fall erforderlich ist, weil es z.B. keine Vorgängerkonstruktion oder andere Erfahrungen mit ähnlichen Fällen gibt, dann ist A7 sehr hilfreich. Letztlich muss der Festigkeitsnachweis zeigen, ob man die gewählte Schraubengröße verwenden kann.

In Ihrem Fall ist noch zu vermuten, dass bei den wohl sehr kurzzeitigen und großen Beschleunigungen die Last an der Verschraubungsstelle nicht in der Größe wirkt, die Sie vielleicht berechnet haben. Mit anderen Worten: Die Last hat nicht genug Zeit, um die Verschraubungsstelle mit ganzer Größe zu belasten. Somit würden Sie mit einer zu großen Betriebskraft in die Tabelle A7 "gehen".

Mit freundlichen Grüßen
W. Lori

Antwort:

Richtig ist, dass in Tabelle 4 der Sonderfall "zentrische Verspannung" nicht aufgeführt ist. Dies heißt aber nicht, dass dieser Fall für eine exzentrische Belastung nicht berechenbar wäre: Die erforderliche Klemmkraft ergibt sich aus Gl. (107) mit s_sym=0.

Antwort:

Hello Mr. Sauer. This is Table 5 in the new Standard VDI 2230, November 2015. Please look at Literature Number 30 and 31!
1) Ba -Saleem, M. O. - Theoretische und experimentelle Untersuchungen der Setzverluste an Schraubenverbindungen, Dissertation an der TU Chemnitz 1991 [30]
2) Wiegand, H.;Illgner, K.H.; Beelich, K.H.; Über die Verminderung der Vorspannkraft von Schraubenverbindungen durch Setzvorgänge. "Werkstatt und Betrieb 98" (1965),Seite 823-827 [31]

Antwort:

Eine absolute Aussage zum Berechnungsfehler bzgl. der erforderlichen Klemmkraft gegen Klaffen bei exzentrischer Belastung und Überschreitung von G kann nicht erfolgen. Allgemein steigt der Fehler an, je mehr von G abgewichen wird.
Dies hängt zum einen damit zusammen, dass bei einer Überschreitung von G die Presungsverteilung in der Trennfuge deutlich ungleichmäßiger wird, die Berechnungsbeziehung aber von einer gleichmäßigen Verteilung ausgeht. Weiterhin liegt dann ein nichtlinearer Zusammenhanges zwischen Schraubenzusatzkraft und Last vor. Zudem ist wegen der unterschiedlichen Größe der in die Berechnung eingehenden Parameter die Situation von Schraubfall zu Schraubfall anders.
Randbemerkung: Bei zentrischer Belastung muss G nicht unbedingt eingehalten werden, es sei denn, man legt Wert auf eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung.

Bzgl. der Ermittlung des Hebelarmes a ist Vorsicht geboten, da sich die Lage des virtuellen seitensymmetrischen Verspannungskörpers in der Ebene Betriebskrafteinleitung-Schraubenachse verschiebt und man Gefahr läuft, dass ein zu kleines a verwendet wird. Untersuchungen zum Einfluss stark unterschiedlicher Flächenpressung auf die virtuelle Achslage sind nicht bekannt, weil eben G möglichst nicht überschritten werden sollte. Im übrigen ist eine möglichst konstante Flächenpressung meist auch konstruktiv sinnvoll.
Grundsätzlich ist zu beachten, dass es ab einem gewissen Abstand von der Schraubenachse nur infolge der Verspannung zum Klaffen kommt (s. S. 50 oben), weitere Bereiche mit größerem radialen Abstand also nicht in die Ermittlung von s_sym und damit a einzubeziehen sind.

Mit freundlichen Grüßen

W. Lori

Antwort:

Der aus der Gestaltänderungsenergiehypothese (von Mises) herrührende Wert von 0,58 ist grundsätzlich zu klein! Das zeigen Scherversuche immer wieder. Trotzdem findet er sich in der FKM-Richtlinie zur Festigkeitsberechnung.
Die aufgeführten Werte in der VDI 2230 sind Ergebnisse von Untersuchungen einer großen Anzahl von Autoren an verschiedenen Einrichtungen und auch Resultat einer umfangreichen Suche in Veröffentlichungen, bei Unternehmensangaben und in Fachbüchern. Die sich daraus ergebenden Bereiche wurden in die Richtlinie aufgenommen. Im Einzelnen wurden deshalb keine Literaturangaben aufgenommen, auch weil es Konsens der Mitglieder des FA war, die diese Werte bestätigen.
(PS: Baustahl haben wir erst in der Richtlinienfassung ab 2014 aufgenommen)
Gruß
W. Lori

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Bild: baranq/Shutterstock.com