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Maschinenelemente 2 - Anzugsmoment und Reibungswert im Montagezustand

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Maschinenelemente 2

Anzugsmoment und Reibungswert im Montagezustand

Ein entscheidender Faktor für die Funktionstüchtigkeit einer Schraubenverbindung ist die Vorspannkraft $ F_M $. Daher stellt sich nun die Frage:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Welches Anzugsmoment ist mindestens notwendig, damit die Funktion der Schraubenverbindung vollständig erfüllt werden kann? 

Im ersten Moment gilt jedoch zu klären, wie und wo das Anzugsmoment aufgebracht wird. Man kann die Vorspannkraft durch das Drehen der Schraube oder der Mutter erzeugen und dabei unterschiedliche Anziehmethoden anwenden. Gängige Anziehmethoden sind manuelle oder maschinelle Drehmonentschlüssel, ein Anziehen von Hand und weitere Methoden.

Unabhängig davon wo oder wie die Vorspannkraft $ F_M $ aufgebracht wird, so muss das Anzugsmoment stark genug sein, dass neben der Vorspannung auch die Reibung im Gewinde und unter dem Kopf überwunden werden kann. Ungefähr 90 % des Anzugsmoments werden zum Überwinden der Reibung benötigt, nur ca. 10 % fließen in die gewünschte Axiale Klemmkraft. In der nächsten Abbildung sind die Bereiche markiert, in denen Reibung auftritt. 

Auftretende Momente und Reibungsbereiche
Auftretende Momente und Reibungsbereiche

 

Daher besteht die nachfolgende Gleichung für die Bestimmung des Anzugsmoments aus einem Anteil für das Gewinde und einem Anteil für den Kopf der Schraube. Man spricht in diesem Zusammenhang von einem Kopfreibungsmoment $ M_K $ und einem Gewindereibungsmoment $ M_G $. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Anzugsmoment: $ M_A = M_K + M_G = F_M \cdot \frac{D_{KM}}{2} \cdot \mu_K + F_M \cdot \frac{d_2}{2} \cdot tan (\phi + \rho') $
  • $ F_M $ = Vorspannkraft
  • $ D_{KM} $ = mittlerer Kopfdurchmesser
  • $ \mu_K $ = Reibwert unter dem Schraubenkopf
  • $ d_2 $ = Flankendurchmesser des Gewindes
  • $ \phi $ = Steigungswinkel
  • $ \rho' $ = Reibungswertwinkel

Dabei setzt sich der Term $ tan \rho' $ wie folgt zusammen:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen $ tan \rho' = \frac{\mu_G}{cos \frac{\alpha}{2}} $
  • $ \mu_G = $ Reibwert des Gewindes
  • $ \frac{\alpha}{2} $ = halber Flankenwinkel

Die Reibungszahlen für den Kopf $ \mu_K $ und für das Gewinde $ \mu_G $ richten sich nach unterschiedlichen Faktoren:

  • Herstellungsverfahren
  • Art der Schmierung
  • Art der Werkstoffe
  • Oberflächenbeschaffenheit der Werkstoffe