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Maschinenelemente 2 - Setzkraftverlust als Vorspannverlust

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Maschinenelemente 2

Setzkraftverlust als Vorspannverlust

Vorspannverlust durch Setzen

Unter einem Setzen versteht man eine plastische Längenänderung der Schraube und der verspannten Teile. Sie tritt auf, da die Bestandteile der Schraubenverbindung eine gewissen Oberflächenrauhigkeit besitzt, die jedoch beim Anziehen platt gedrückt wird und somit dazu führt dass die Verbindungsteile ein Stück weit entlastet werden. Diese Lockern bezeichnet der Maschinenbauer als Setzkraftverlust. 

Um diesen Verlust mathematisch erfassen zu können, definiert man den Setzbetrag $ f_Z $:

Merke

Setzbetrag: $ f_Z = f_{ZS} + f_{ZP} $

Der Gesamtsetzbetrag setzt sich anteilig aus dem Setzen der Schraube $ f_{ZS}$ und dem Setzen der verspannten Teile $ f_{ZP} $ zusammen. 

Methode

Da der Setzbetrag unerwünscht ist, muss er durch eine entsprechende elastische Vorspannung der Schraubenverbindung vollständig ausgeglichen werden. 

Verspannungsschaubild

Das nachfolgende Verspannungsschaubild soll Ihnen nochmals verdeutlichen, wie sich das Setzen in der Schraubenverbindung äußert.

Setzkraftverlust
Setzkraftverlust

Wie Sie sehen verschiebt sich durch unseren Setzbetrag $ f_Z $ die Kennlinie nach links, wodurch sich unsere Gleichgewichtsbedingung [Schnittpunkt] ändert, die wiederum zu einer geringeren Montagekraft führt. Diesen Verlust bezeichnet man als Setzkraftverlust $ F_Z $. 

Maßnahmen zur Reduzierung des Setzkraftverlustes

Die einfachste Möglichkeit stellt das einfache Nachziehen der Schraube dar, wie es beispielsweise auch nach einen Reifenwechsel von der Werkstatt gefordert wird. Im Maschinenbau wird diese Variante jedoch sehr ungern gewählt. Aus diesem Grund muss die konstruktive Gestaltung der Schrauberverbindung bereits so beschaffen sein, dass der Verlust kompensiert wird.  

  • Verwendung langer Schrauben $\rightarrow $ Erhöhung der Klemmlänge
  • Verwendung festerer Schrauben $\rightarrow $ Erhöhung der Klemmkraft, aber auch Erhöhung der Kerbempfindlichkeit 
  • Verwendung einer federnden Unterlegscheibe unter dem Schraubenkopf
  • Verwendung eines federnden Bereichs im Schraubenkopf