Visualisierung und Verspannungsschaubild im Betriebszustand

Nachdem die Schraubenverbindung vorgespannt wurde und der entsprechende Montagezustand vorliegt, treten im Betriebzustand zusätzliche Kräfte auf, die die Verbindung belasten. 

Dabei werden um den gleichen Betrag sowohl die Schraube länger als auch die verspannten Teile gegenüber dem Montagezustand dicker (können sich wieder elastisch ausdehnen). Dieser Unterschied zum Montagezustand ist entsprechend in der nächsten Abbildung dargestellt:

Schraubenverbindung im Betriebszustand

Die Betriebskraft $ F_A $ führt, wie in der Abbildung dargestellt, zu einer Längenänderung. Letztere setzt sich aus einem Schraubenanteil $ f_{SA} $ und einem Verspannungsteilanteil $ f_{PA} $ zusammen, die betragsmäßig identisch sind $ \rightarrow f_{SA} = f_{PA} $. 

Tabellarischer Vergleich von Montage- und Betriebszustand:

Infolge der Betriebskraft $ F_A $ kommt es zu einer Verschiebung des Kräftegleichgewichts innerhalb der Schraubenverbindung. In der nächsten Tabelle ist die Änderung der Kraftanteile aufgeführt:

• $ F_{SA} $ = Betriebskraft der Schraube
• $ F_{PA} $ = Betriebskraft der verspannten Teile (negativ einzusetzen)

Verspannungsschaubild

Im ersten Schritt erstellen wir das Schaubild für den Montagezustand wie gehabt.

Verspannungsschaubild unbelastet

Eingezeichnet sind die Montagekraft $ F_M $ und die Längenänderungsanteile für die Schraubenverformung $ f_{SM} $ und die Verspannteilverformung $ f_{PM} $. 

Im nächsten Schritt zeichnen wir die Betriebskraft $ F_A $ ein (graue Linie).

Verspannungsschaubild belastet

Diese unterteilt sich in Anteile von $ F_{SA} $ (Schraube) und $ F_{PA} $ (Verspannteile). Dort wo die Gerade der Betriebslast die Gerade der Schraubenkraft schneidet, befindet sich unsere Gesamtschraubenkraft $ F_S $ im Betriebszustand. Also die Belastung, die die Schraube insgesamt aushalten muss. Im Gegensatz dazu sinkt die Kraft, die die Verspannteile aushalten müssen auf den Wert $ F_K $. $ F_K $ beschreibt die Klemmkraft.