Für die Vergleichsspannungen der Stifte und Bolzen gilt:
mit der Fliessgrenze: σF und
der Sicherheitszahl gegen Fliessen SF. SF=1,5–2,0
Für Kerbstifte wird empfohlen, die zulässigen Spannungswerte auf 70% zu reduzieren.
Für die Bohrungen bei festen Verbindungen (keine drehende Bewegung) gilt, dass die zulässige Flächenbelastung pzul auf die Bruchgrenze σB bezogen wird:
• Für ruhende Belastung: pzul≤0,4σB,
• für schwellende Belastung: pzul≤0,3σB und
• für wechselnde Belastung: pzul≤0,2σB.
Bemerkung: Falls der Stift das schwächere Material darstellt, muss auch dort die Flächenpressung überprüft werden (unabhängig von anderen Spannungen)
Die zulässigen Werte schliessen auch die Flächenpressung infolge der Einspannverhältnisse mit ein.
Bei gleitenden Verbindungen (v-relativ>0) ist die Abriebfestigkeit des Lagers die limitierende Grösse und die maximale Flächenbelastung muss nochmals reduziert werden. Die Bolzen sollten eine Oberflä-chenqualität von Ra≈0,4µm aufweisen.
σ σ (42) zul F
SF
=
Gleitpartner (Lager-/Bolzenwerkstoff) Pzul in N/mm2
bei Trockenlauf (wartungsfrei)
Bifo-Lager/St 150
Iglidur X/St gehärtet 150
Iglidur G/St gehärtet 80
DU-Lager/St 60
Sinterbronze mit Festschmierstoff/St 80 Verbundlager (Laufschicht PTFE)/St 30
PA oder POM/St 20
PE/St 10
Sintereisen, ölgetränkt (Sint-B20)/St 8
bei Fremdschmierung
Tokatbronze/St 100
St gehärtet/St gehärtet 16
Cu-Sn-Pb-Legierung/St gehärtet 10
Cu-Sn-Pb-Legierung/St 8
GS/St 7
Pb-Sn-Legierung/St 3 (7)
Tabelle (T001sbzZ) Empfohlene Flächenbelastungen drehender Bolzen-Verbindungen
5 Zusammenfassung
Stift- und Bolzenverbindungen stellen eine zumeist lösbare Art von Verbindung zwischen unterschiedlichen Bauteilen dar. Ihr Einsatzge-biet erstreckt sich sowohl auf die Sicherung von Bauteilen als auch auf die Verbindung. Durch ihre einfache Form und den geringen Aufwand bei den Bauteilen (Bohrung) sowie die umfassende Normung sind sie relativ leicht auszulegen.
Stifte sind eher dünn (kleines Verhältnis von Durchmesser zu Länge) und werden mit Festsitz in den zu verbindenden Teilen einge-setzt. Dadurch entfallen zusätzliche Sicherungselemente. Es gibt ver-schiedene Arten von Stiften, u. A. zylindrische, kegelige oder geschlitzte Stifte, aber auch sog. Spannstifte (auch Spannhülsen genannt). Stifte sind auf Scherung und je nach Bauteilgeometrie auch auf Biegung oder Flächenpressung zu dimensionieren. Die zugehörige Bohrung wird auf Flächenpressung untersucht. Der Stift sollte aus einem härteren Material bestehen als die verbundenen Bauteile.
Bolzen sind dicker als Stifte, und immer von zylindrischer Form. Es gibt Bolzen mit und ohne Kopf, und meistens werden sie gegen Her-ausfallen gesichert, z. B. durch Splinte. Bolzen werden mit Spielpas-sung in einem oder mehreren der verbundenen Bauteile eingesetzt und sollten aus einem härteren Werkstoff hergestellt sein als diese. Ihr Anwendungsgebiet beinhaltet starre und bewegliche Verbindungen sowie Lagerungen. Bei der Dimensionierung sind verschiedene Model-lierungen möglich, oft wird der konservativste Ansatz mit Auflage in den Bauteilen und Biege-Elastizität verwendet. Der Bolzen sollte auf Biege- und Scherspannung untersucht werden, die Lagerung (Gabel und Stange) auf Flächenpressung in der Bohrung.
Stifte, welche Bauteile zueinander positionieren, brauchen norma-lerweise nicht auf ihre Festigkeit überprüft werden.
Verständnisfrage 1
Welches sind die Unterschiede zwischen Stiften und Bolzen?
Verständnisfrage 2
Was sind Kerbstifte?
Verständnisfrage 3
Woran erkennt man unterschiedliche Stiftqualitäten und was sind deren Durchmesser-Toleranzen?
Verständnisfrage 4
Was sind Spannstifte und aus welchem Material sind diese gefertigt?
Verständnisfrage 5
Welche Bolzenformen werden unterschieden?
Verständnisfrage 6
Wie werden Bolzen axial gesichert?
Verständnisfrage 7
Von welchen Grössen ist die zulässige Flächenpressung eines Materials abhängig?
Antwort 1
Stifte sind eher schlankere, rotationssymmetrische Bauteile, die meist eine feste Verbindung darstellen.
Bolzen sind im Durchmesser bzw. in der Länge eher grösser und stellen meist eine gelenkige Verbindung dar.
Antwort 2
Stifte, die auf dem Durchmesser 3 Wülste eingeformt haben, welche sich in die Bohrung eintreiben lassen und den Stift formschlüssig ver-ankern.
Antwort 3
An der Körperform der Stifte. Die
• kugelige Form (A) ist von der Qualität m6, die
• angefaste Form (B) von der Qualität h8 und die
• glatte Form (C) von der Qualität h11.
Antwort 4
Spannstifte haben die Form eines dünnwandigen Zylinderrohrs und sind längs aufgeschlitzt. Die Hülsen sind aus Federstahl hergestellt und verspannen die Teile durch radiale Ausdehnung.
Antwort 5
Antwort 6
Durch Splinte oder Federstecker, teilweise auch lediglich mit Festsitz.
Antwort 7
Von der Belastungsart: ruhend, schwellend, wechselnd – und von der relativen Bewegung: fest, gleitend.
Relevante Cases
• Bolzen-Verbindung
Publikationsverzeichnis – Weblinks
• http://www.wilde-trading.de/
• http://www.intec-industrietechnik.de/
• http://www.brueser-industrie.de/
• http://www.bossard.com/group/en
• http://www.hsf-online.de/
• http://www.iew-gmbh.de/
Nietverbindungen
Autor: Prof. Dr. Markus Meier
1 Überblick
Motivation
Obschon die Nietverbindung durch Schweissen und Kleben in vielen Anwendungsfeldern verdrängt wird, werden z. B. Flugzeugrümpfe nach wie vor genietet. Tausende von Nietstellen übertragen die Kräfte und gewährleisten die Sicherheit in der Luft.
Bild (B201nivZ) Nieten im Flugzeugbau (Quelle: www.bae.regional.co.uk/44.html)
Lernziele
Die Studierenden sollen:
• die wichtigsten Nietformen und Verfahren,
• die Eignung und Einsatzzwecke der Nietverbindung,
• den Herstellprozess des Warm- und Kaltnietens,
• die Dimensionierung von kraft- und formschlüssigen Verbin-dungen sowohl des Niets als auch der zu verbindenden Bauteile kennen
• einfache Dimensionierungsaufgaben selbständig durchführen können sowie
• einige Gestaltungsrichtlinien kennenlernen.
Einleitung
Die Nietverbindung ist eine unlösbare bzw. bedingt lösbare (Zerstö-rung des Niets) Verbindung. Sie wird in der Regel als feste Verbindung ausgeführt, in Einzelfällen werden auch bewegliche, führende Verbin-dungen eingesetzt.
Nietverbindungen sind meist formschlüssige Verbindungen, bei geeigneter Ausführung (Warmnietung) ist auch Kraftübertragung durch Kraftschluss anteilmässig oder vollständig möglich.
Nietverbindungen übertragen Kräfte und Momente (bei Momen-ten sind mehrere Niete erforderlich).
Bild (B001nivZ) Nietverbindung d
Schliesskopf Nietschaft