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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

Sie haben Fragen zur Richtlinienreihe VDI 2230? Dann nutzen Sie die Möglichkeit, Ihre Frage über unsere Internetseite zu stellen.

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:

Sehr geehrter Herr Drexler,
nachfolgend die Antwort von Prof. Lori:
Eine Angabe der (Montage-) Vorspannkraft auf der Zeichnung ist sehr ungewöhnlich. Sie müssen diese dann messen können, z.B. mit US. Dann ist die Verwendung der minimalen Montagevorspannkraft als (Mindest-)Vorgabe richtig, ggf. unter Beachtung des Messfehlers (z.B. 3%).
Soll hydraulisch torsionsfrei angezogen werden, so ist die Angabe der Montageverspannkraft F_VM oder des Hydraulikdruckes (gemeinsam mit dem Spannzylindertyp) notwendig.

Der Regelfall ist die Angabe des Anziehdrehmomentes auf der Zeichnung! Da dieses selbst wieder einer Streuung unterliegt, entspricht der mit F_Mmax berechnete Wert streng genommen dem oberen Grenzwert. Der Wert auf der Zeichnung müsste also um die halbe Streuung des Momentes kleiner sein. Die Auswirkungen sind aber erst bei Streuungen des Momentes von größer +/- 5% von Bedeutung, können also meist unbeachtet bleiben, da moderne Drehmomentschlüssel eine kleinere Streuung aufweisen.

Grundsätzlich gilt: Der Anziehfaktor alpha_A beachtet nicht nur die Ungenauigkeiten des Verfahrens bzw. des Werkzeuges, sondern vor allem die typischen Streuungen der Reibungszahlen. Im Grenzfall (vor allem infolge minimaler Reibung) führt dies zu F_Mmax als Basis für die Wahl der Schraubengröße.

Sie vermengen in Ihrer Darstellung unzulässig die Streuung mit F_Mmax, beachten nicht die Reibung und bedenken nicht M_A. Die mittlere Montagevorspannkraft ist als Angabe ungeeignet.

Die mittlere Montagevorspannkraft kann rechnerisch beim Nachweis gegen Gleiten infolge einer Querbelastung verwendet werden: Gesamt-Normalkraft = Summe der (Montage-)Vorspannkräfte = Anzahl Schraubstellen x F_Vmittel.

Antwort:

Die Frage ist bzgl. Delta_P* nicht ganz unberechtigt, es gibt aber bisher keine Untersuchungen dazu. Delta_P** scheidet grundsätzlich aus, da damit der Betriebszustand beschrieben wird. Da es sich um Längenänderungen handelt, ist mit Delta_P zu rechnen, zudem befindet man sich bzgl. der Zusatzkraft damit auf der sicheren Seite, denn Delta_P < Delta_P*.

Antwort:

Sehr geehrter Herr Niesner,
die Kopfauflagefläche zur Berechnung der Pressung in R10 hat die Form eines Ringes. Deshalb wurde die Formel zur Berechnung von Kreisflächen angewendet.

Antwort:

Sehr geehrter Herr Krau,
es ist nicht korrekt, die Mindestzugfestigkeit als Werkstoffkennwert der Tragfähigkeit als Bauteilwert gleich zu setzen. Nichts anderes macht Ihr Zulieferer. Die Werkstoffkennwerte haben nichts mit der Kopfhöhe zu tun. Also gilt für A2-70: R_mmin =700 MPa und R_p0,2= 450 MPa.
In der Norm wird leider nicht darauf verwiesen, dass die Schrauben wegen der geringeren Kopfhöhe nicht voll belastbar sind. Wahrscheinlich hat ihr Zulieferer die geringere Abscherfestigkeit des Kopfes inkorrekt durch eine Reduzierung der Zug- und damit Scherfestigkeit zu beachten versucht.
Bei ähnlichen Schrauben nach ISO 6912 wird auf die eingeschränkte Belastbarkeit verwiesen. Hier ist vorgeschrieben, dass die aus der Zugfestigkeit resultierenden Mindestbruchkräfte nach ISO 3506-1 auf 80% zu reduzieren sind. In diesem Fall dürfte bei A2-70 die Zugspannung im Schaft also 560 MPa nicht überschreiten.

Antwort:

Abgesehen davon, dass unsere Experten aus dem Fachausschuss mit "dieser KFL Beschichtung" nichts anfangen können, gilt grundsätzlich:
Auf die Reibungszahl haben eine große Zahl von Faktoren Einfluss, so dass eine definitive Angabe des für die Berechnung des Anzugsmomentes benötigten Minimalwertes nicht möglich ist. Deshalb finden Sie in VDI 2230-1 auch nur Angaben zu den möglichen Bereichen.

Zum konkreten Problemfall empfiehlt es sich, Reibungsversuche durchzuführen oder auf Werte ähnlicher Verbindungen zurückzugreifen. Wenn man sich sicher ist, die Reibungszahlklasse B einzuhalten, ist mit µ=0,1 bei geschmierten Verbindungen zu rechnen. Aus Sicherheitsgründen sollte dann aber der Anziehfaktor mit mindestens 1,8 angesetzt werden.

Prof. W. Lori

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Bild: baranq/Shutterstock.com