Kapitel 15
Bolzen und Stifte

    15.1   Berechnungsmodul starten
    15.2   Verbindungsarten
    15.3   Stiftarten
    15.4   Werkstoffauswahl
    15.5   Anwendungsfaktor
    15.6   Meldungsfenster
    15.7   Ergebnisse
    15.8   Dokumentation: Protokoll
    15.9   Berechnung speichern
    15.10   Button „Vorwärts“und „Zurück“
    15.11   Einstellungen

15.1 Berechnungsmodul starten

Melden Sie sich auf der Startseite www.eAssistant.eu mit Ihrem Benutzernamen und Ihrem Passwort an. Öffnen Sie das Berechnungsmodul aus dem Listenfenster „Berechnungstyp“ im Project Manager.

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Abbildung 15.1: Allgemeiner Überblick

Mit Hilfe von Bolzen und Stiften werden Bauteile miteinander verbunden. Stifte dienen zum Verbinden, Befestigen, Fixieren und Verschließen von Bauteilen. Bolzen dienen zur Übertragung von Querkräften und verbinden zwei oder mehr Teile, wobei meist ein Teil beweglich bleibt. Alle Berechnungen erfolgen auf Basis anerkannter Fachliteratur, wie zum Beispiel nach Niemann oder Decker.

Funktionen von Stiftverbindungen:

Funktionen von Bolzen:

15.2 Verbindungsarten

Mit diesem Modul können die folgenden Einsatzfälle aus der Listbox gewählt werden:

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Abbildung 15.2: Wahl der Verbindungsart

Hinweis: Wählen Sie eine bestimmte Verbindungsart, dann werden die entsprechenden Eingabefelder, die für die Auslegung der jeweiligen Verbindung notwendig sind, eingeblendet. Für jede Verbindungsart wird Ihnen rechts eine graphische Abbildung gezeigt.

15.2.1 Längsstift unter Drehmoment

Wird eine Welle mit einer Nabe über einen längs eingelegten Rundkeil verbunden, dann entsteht ein Längsstift unter Drehmoment.

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Abbildung 15.3: Längsstift unter Drehmoment

15.2.2 Steckstift unter Biegekraft

Bei der Steckstiftverbindung entstehen durch die angreifende Kraft F im Stift ein Biegemoment sowie eine Querkraft an der Einspannstelle, die zu einer kombinierten Biege- und Schubbeanspruchung führen.

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Abbildung 15.4: Steckstift unter Drehmoment

15.2.3 Querstift unter Drehmoment

Wenn man ein Außenteil und ein Innenteil mit einem Stift des Durchmessers d miteinander verbindet, so entsteht eine Querstiftverbindung unter Drehmoment.

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Abbildung 15.5: Querstift unter Drehmoment

15.2.4 Querbelastete Bolzenverbindung

Bei einer Bolzenverbindung werden die Bolzen auf Biegung, Schub und Flächenpressung beansprucht. Bei nicht gleitenden Flächen ist die Biegung maßgebend, bei gleitenden Flächen die Flächenpressung.

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Abbildung 15.6: Querbelastete Bolzenverbindung

15.3 Stiftarten

Stifte unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Form. Die Wahl einer Stiftform richtet sich nach den unterschiedlichsten Anforderungen, wie Fixiergenauigkeit, Herstellkosten, Sitzfestigkeit, Lösbarkeit sowie geforderter Scherfestigkeit. Wählen Sie die verschiedenen Stiftarten aus der Listbox aus:

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Abbildung 15.7: Auswahl der Stiftart

Hinweis: Klicken Sie auf das Fragezeichen neben der Listbox, dann erhalten Sie eine Übersicht mit den verschiedenen Bolzen- und Stiftenarten.

15.3.1 Bolzen bzw. Vollstift

Bolzen verbinden zwei oder mehr Teile, wobei zwischen den Teilen Schwenkbewegungen zugelassen werden. Eine Spielpassung macht eine Sicherung gegen Herausfallen erforderlich. Für Splinte müssen die Bolzen Querlöcher enthalten, für Sicherungsringe und -scheiben Rillen. Bolzen ohne Kopf werden aus Preisgründen bevorzugt. Bei den Bolzen lassen sich unterscheiden:

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A Bolzen ohne Kopf
B Bolzen ohne Kopf mit Splintlöchern
C Bolzen mit Kopf und mit Splintlöchern
D Bolzen mit Kopf und mit Gewindezapfen

Die Bolzen ohne Kopf und Bolzen mit Kopf werden als Gelenkbolzen in Stangenverbindungen eingesetzt. Bolzen mit Kopf und Gewindezapfen werden überwiegend als festsitzende Lager- und Achsbolzen verwendet (z.B. für Seilrollen).

15.3.2 Kerbstift

Man verwendet Kerbstifte für feste Verbindungen. Bei Kerbstiften wird der Festsitz durch drei Wulstkerben am Stift erreicht, die sich beim Einschlagen des Stiftes elastisch-plastisch verformen. Für elastische Kerbwulste genügen gebohrte Löcher, die mit einem Spiralbohrer gefertigt werden. Kerbstifte mit Hals dienen zum Einhängen von Federn oder Aufschieben von Dichtungsringen. Kerbstifte werden aus Stahl oder austenitischem nichtrostenden Stahl hergestellt. Um ein Fressen der Stifte zu vermeiden, muss ihre Festigkeit größer als die der Bauteile sein. Bei gehärtetem Stahl und Guss ist stets ein Stiftwerkstoff mit hoher Festigkeit zu verwenden.

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A Passkerbstift mit Hals
B Zylinderkerbstift mit Einführende
C Kegelkerbstift
D Passkerbstift

15.3.3 Spannstift oder Spannhülse

Spannstifte können zusammen mit Sechskantschrauben zur Sicherung der Lage gefügter Teile zueinander gefügt werden. Spannstifte werden aus gewalztem Federbandstahl gerollt und aus Stahl, austenitischem nichtrostenden Stahl und martensitischen nichtrostendem Stahl hergestellt.

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A Spannstift
B weiche Federung
C harte Federung
D Verbundspannstift

15.3.4 Spiralspannstift

Man benutzt Spiralspannstifte als Passstifte oder bei geringer Zentriergenauigkeit als Sicherungselement und zur Übertragung von Querkräften. Spiralspannstifte werden durch spiralförmiges Abwickeln von kaltgewalztem Bandstahl hergestellt.

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Abbildung 15.8: Spiralspannstift

15.4 Werkstoffauswahl

Stifte sollen aus einem härterem Werkstoff bestehen als die Bauteile, damit er sich beim Einschlagen nicht verformt und beim Austreiben nicht anstaucht. Durch den Härteunterschied wird auch ein Festfressen im Loch vermieden.

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Abbildung 15.9: Werkstoff

Für die Bolzen wählt man meist einen härteren Werkstoff als für die Bauteile, um Fressgefahr und Verschleiß zu vermeiden. Normbolzen werden aus Automatenstahl hergestellt. Hochbelastete Gelenkbolzen werden aus Vergütungs- und Einsatzstahl hergestellt, wärmebehandelt und geschliffen. Wählen Sie einen Werkstoff direkt aus der Listbox oder klicken Sie auf den Button „Werkstoff“. Dann öffnet sich ein neues Fenster mit detaillierten Informationen (z.B. Elastizitätsmodul, Flächenpressung, Zugfestigkeit) zum ausgewählten Werkstoff. Da sich das Feld für die Flächenpressung über den Schloss-Button freischalten lässt, können Sie die Flächenpressung hier auch manuell anpassen und zum Beispiel Ihre eigenen Erfahrungswerte eingeben.

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Abbildung 15.10: Werkstoffauswahl

Dieses Modul bietet Ihnen die Möglichkeit, einen individuellen Werkstoff festzulegen. Wählen Sie in der Listbox unter „Werkstoff“ den Eintrag „Eigene Eingabe“ aus. Die Eingabefelder werden aktiviert und Sie können einen individuellen Werkstoff vorgeben. Dabei können Sie das Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit, Flächenpressung, Streckgrenze und die Werkstoffart definieren. Bestätigen Sie anschließend mit dem „OK“- Button.

15.5 Anwendungsfaktor

Hier erhalten Sie einige Anhaltswerte für die Anwendungs- bzw. Betriebsfaktoren KA  für Schweiß-, Niet-, Stift- und Bolzenverbindungen.





Anhaltswerte für Anwendungs- bzw. Betriebsfaktor K
  A
für Schweiß-, Niet-, Stift- und Bolzenverbindungen1




Betriebsart

Art der Maschinen bzw. Bauteile (Beispiele)

Art der Stöße KA




gleichförmige umlaufende Bewegungen

elektrische Maschinen, Schleifmaschinen, Dampf- und Wasserturbinen, umlaufende Verdichter

leicht 1,0 ... 1,1




gleichförmige hin- und hergehende Bewegungen

Dampfmaschinen, Verbrennungskraftmaschinen, Hobel- und Drehmaschinen, Kolbenverdichter

mittel 1,2 ... 1,4




umlaufende bwz. hin- und hergehende stoßüberlagerte Bewegungen

Kunststoffpressen, Biege- und Richtmaschinen, Walzwerksgetriebe

mittelstark 1,3 ... 1,5




stoßhafte Bewegungen

Spindelpressen, hydraulische Schmiedepressen, Abkantpressen, Profilscheren, Sägegatter

stark 1,5 ... 2,0




schlagartige Beanspruchung

Steinbrecher, Hämmer, Walzwerkskaltscheren,Walzenständer, Brecher

sehr stark 2,0 ... 3,0




1 Dieter Muhs, Herbert Wittel, Dieter Janasch, Joachim Voßiek: Roloff/Matek Maschinenelemente: Tabellen, 17. Auflage 2005, Vieweg Verlag, S. 42 TB 3-5









Maschine (Beispiele)


Arbeitsweise
Drehzahl in min- 1
Bezugswert KA


≤ 3600  ≥ 3600





E-Motoren (Gleichstrom) Generatoren für
gleichmäßiger Betrieb, seltenes Grundlast oder
gleichmäßige Anfahren, gleichmäßig beschickte Dauerbetrieb Nennmoment
bis geringe Gutförderer, Verpackungsmaschine, Schleifmaschine,
Stöße Vorschubantrieb für Werkzeug- Verdichter für 1,0 bis 1,1
maschine, Lüfter Klimaanlagen



maximales Schnitt-,
Scheren, Pressen, Stanzen Press-, Stanzmoment


maximales
Drehwerke, Fahrwerke Anfahrmoment





E-Motor (Drehstrommotor) Generatoren für
häufiges Anfahren, Spitzenlast,
leichte bis Hauptantrieb für Zahnradpumpen, Nennmoment
mittlere Werkzeugmaschinen, Zentrifugal- und
Stöße Förderanlage für Stückgut Radialverdichter, 1,2 bis 1,5
Kreiselpumpen Papiermaschinen



Abraum-, Förder-,
Hüttenbetriebs-Wagen statische Achslast


maximales
Kontinuierliches Walzwerk Walzmoment





Mehrzylinder-
Kolbenpumpen
Einzylinder-Kolbenmaschine, Industrie- Nennmoment
Holzbearbeitungsmaschine, ventilatoren bei
mäßige Stöße leichte Kugelmühle häufigem Anfahren



max. Walzmoment 1,5 bis 2
Blockwalzwerk (Strombegrenzung)


Hubwerk max. Hubkraft


Spindelpresse max. Presskraft





Bagger, schwere Kugel-
starke Stöße mühle, Brecher (Stein, Erz), Kolbenmaschine Nennmoment 2 bis 3
mechanische Hämmer 2 oder 1 Zylinder





Niemann, Winter, Höhn: Maschinenelemente, Band 1, 3. Aufl. 2001, Springer Verlag, S. 17 Abb. 1.11





15.6 Meldungsfenster

Das Berechnungsmodul enthält ein Meldungsfenster, in denen Informationen, Hinweise oder Warnungen aufgelistet werden. Der eAssistant erkennt bereits während der Dateneingabe auftretende Fehler und zeigt Ihnen sogleich Lösungsvorschläge im Meldungsfenster an.

Wenn Sie die verschiedenen Hinweise und Warnungen beachten und befolgen, lassen sich schnell Fehler in Ihrer Berechnung beheben.

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Abbildung 15.11: Meldungsfenster

Bewegen Sie den Mauszeiger über ein Eingabefeld oder über einen Button, so erhalten Sie zusätzliche Informationen, die Ihnen in der Kurzhilfezeile angezeigt werden.

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Abbildung 15.12: Zeile mit der Kurzinfo

15.7 Ergebnisse

Die Ergebnisse (Pressungen, Spannungen und Sicherheiten) werden bereits während jeder Eingabe berechnet und immer aktuell im Ergebnisfeld angezeigt. Es wird nach jeder abgeschlossenen Eingabe neu durchgerechnet. Dadurch werden jegliche Veränderungen der Eingabewerte auf die Ergebnisse schnell sichtbar. Werden die Mindestsicherheiten nicht erfüllt, so wird das Ergebnis mit einer roten Markierung angezeigt. Grundsätzlich können Sie jede Eingabe mit der Enter-Taste oder mit einem Klick in ein neues Eingabefeld abschließen. Alternativ können Sie mit der Tab-Taste durch die Eingabemaske springen oder nach jeder Eingabe auf den Button „Berechnen“ klicken. Auch hierbei werden die Werte entsprechend übernommen und die Ergebnisse sofort in der Übersicht angezeigt.

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Abbildung 15.13: Ergebnisse

15.8 Dokumentation: Protokoll

Nach Abschluss Ihrer Berechnungen haben Sie die Möglichkeit, ein Protokoll zu generieren. Klicken Sie dazu auf den Button „Protokoll“, um das Protokoll zu öffnen.

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Abbildung 15.14: Button „Protokoll“

Das Protokoll enthält ein Inhaltsverzeichnis. Hierüber lassen sich die gewünschten Ergebnisse schnell aufrufen. Es werden Ihnen alle Eingaben sowie Ergebnisse aufgeführt. Das Protokoll steht Ihnen im HTML- und im PDF-Format zur Verfügung. Sie können das erzeugte Protokoll zum Beispiel im HTML-Format abspeichern, um es später in einem Web-Browser wieder oder im Word für Windows zu öffnen. Das Berechnungsprotokoll lässt sich speichern oder drucken:

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Abbildung 15.15: Auszug aus dem Protokoll

15.9 Berechnung speichern

Nach der Durchführung Ihrer Berechnung können Sie diese speichern. Sie haben dabei die Möglichkeit, entweder auf dem eAssistant-Server oder auf Ihrem Rechner zu speichern. Klicken Sie auf den Button „Speichern“ in der obersten Zeile des Berechnungsmoduls.

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Abbildung 15.16: Button „Speichern“

Um die Berechnung lokal auf Ihrem Rechner zu speichern, müssen Sie die Option „Lokales Speichern von Dateien ermöglichen“ im Project Manager sowie die Option „lokal“ im Berechnungsmodul aktivieren.

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Abbildung 15.17: Windows-Dialog zum Speichern

Haben Sie diese Option nicht aktiviert, so öffnet sich ein neues Fenster und Sie können Ihre Berechnung auf dem eAssistant-Server speichern. Geben Sie unter „Dateiname“ den Namen Ihrer Berechnung ein und klicken Sie auf den Button „Speichern“. Klicken Sie anschließend im Project Manager auf den Button „Aktualisieren“, Ihre gespeicherte Berechnung wird in dem Listenfenster „Dateien“ angezeigt.

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Abbildung 15.18: Berechnung speichern

15.10 Button „Vorwärts“ und „Zurück“

Mit dem Button „Zurück“ können Sie vorhergegangene Eingaben zurücksetzen. Wenn Sie eine rückgängiggemachte Eingabe wiederherstellen wollen, dann klicken Sie auf den Button „Vorwärts“.

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Abbildung 15.19: Button „Vorwärts“ und „Zurück“

15.11 Einstellungen

Klicken Sie auf den Button „Einstellungen“ in der oberen Zeile des Berechnungsmoduls, dann können Sie die Mindestsicherheiten für Scherung, Biegung, Flächenpressung und Überlastung definieren. Auch können Sie hier die Faktoren für die Flächenpressung, Biegespannung und Schubspannung vorgeben. Mit diesen Faktoren werden durch Multiplikation mit der Streckgrenze/Zugfestigkeit die entsprechenden zulässigen Spannungen berechnet. Außerdem lässt sich die Anzahl der im Protokoll angegebenen Nachkommastellen anpassen.

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Abbildung 15.20: Einstellungen