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DEUTSCHE NORM

Entwurf

März 2010

DIN 25201-4

ICS 21.060.10; 21.060.30

D

Einsprüche bis 2010-09-30 Vorgesehen als Ersatz für DIN 25201-4:2004-06

Entwurf

Konstruktionsrichtlinie für Schienenfahrzeuge und deren Komponenten ­ Schraubenverbindungen ­ Teil 4: Sichern von Schraubenverbindungen

Design guide for railway vehicles and their components ­ Bolted joints ­ Part 4: Securing of bolted joints Méthode de conception pour véhicules ferroviaires et ses constituants ­ Raccords à vis ­ Partie 4: Protection des raccords à vis

Anwendungswarnvermerk

Dieser Norm-Entwurf mit Erscheinungsdatum 2010-05-24 wird der Öffentlichkeit zur Prüfung und Stellungnahme vorgelegt. Weil die beabsichtigte Norm von der vorliegenden Fassung abweichen kann, ist die Anwendung dieses Entwurfes besonders zu vereinbaren.

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Stellungnahmen werden erbeten ­ vorzugsweise als Datei per E-Mail an [email protected] in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet unter www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; ­ oder in Papierform an den Normenausschuss Fahrweg und Schienenfahrzeuge (FSF) im DIN (Hausanschrift: Panoramaweg 1, 34131 Kassel). Die Empfänger dieses Norm-Entwurfs werden gebeten, mit ihren Kommentaren jegliche relevante Patentrechte, die sie kennen, mitzuteilen und unterstützende Dokumentationen zur Verfügung zu stellen.

Gesamtumfang 20 Seiten

Normenausschuss Fahrweg und Schienenfahrzeuge (FSF) im DIN

DIN Deutsches Institut für Normung e.V. · Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin, gestattet. Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin ©

Preisgruppe 12 www.din.de www.beuth.de

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1622065

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Inhalt

Seite

Vorwort ................................................................................................................................................................3 1 2 3 4 4.1 4.2 4.3 5 5.1 5.2 5.3 5.4 6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 Anwendungsbereich .............................................................................................................................3 Normative Verweisungen ......................................................................................................................3 Begriffe ...................................................................................................................................................4 Allgemeines............................................................................................................................................5 Schraubenverbindungen für maschinenbauliche Anwendungen ....................................................5 Schraubenverbindungen für elektrischen Anwendungen ................................................................6 Schweißen von Schraubenverbindungen ...........................................................................................6 Maßnahmen ............................................................................................................................................7 Allgemeines............................................................................................................................................7 Maßnahmen gegen Lockern .................................................................................................................8 Maßnahmen gegen selbsttätiges Losdrehen......................................................................................8 Maßnahmen gegen Verlieren................................................................................................................9 Sichern mit anaeroben Flüssigklebstoffen (FK).................................................................................9 Allgemeines............................................................................................................................................9 Anaerobe Flüssigklebstoffe..................................................................................................................9 Anforderungen .......................................................................................................................................9 Prüfung .................................................................................................................................................10 Bezeichnung.........................................................................................................................................10

Anhang A (normativ) Übersicht zur Schraubensicherung............................................................................11 Anhang B (normativ) Prüfvorschrift zum Nachweis der Losdrehsicherheit von gesicherten Schraubenverbindungen ....................................................................................................................13 B.1 Ziel und Versuchsarten .......................................................................................................................13 B.2 Prüfeinrichtung ....................................................................................................................................13 B.3 Prüfgarnitur ..........................................................................................................................................15 B.4 Versuchsbedingungen ........................................................................................................................15 B.4.1 Prüffrequenz.........................................................................................................................................15 B.4.2 Teileverwendung..................................................................................................................................15 B.4.3 Oberflächen ..........................................................................................................................................15 B.4.4 Güteklassen (Toleranzen) ...................................................................................................................15 B.4.5 Einbaulage der Schraubenverbindung..............................................................................................16 B.4.6 Klemmlängenverhältnis der Schraubenverbindung ........................................................................16 B.5 Versuchsdurchführung .......................................................................................................................16 B.5.1 Verspannen und Vorspannkraft .........................................................................................................16 B.5.2 Schmierung der Prüfgarnitur..............................................................................................................16 B.5.3 Einstellversuche ..................................................................................................................................17 B.5.4 Nachweisversuche...............................................................................................................................17 B.5.5 Messgrößen..........................................................................................................................................17 B.6 Beurteilung ...........................................................................................................................................17 B.7 Prüfbericht............................................................................................................................................18 Anhang C (informativ) Theorie des selbsttätigen Losdrehens.....................................................................19 Literaturhinweise ..............................................................................................................................................20

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Vorwort

Diese Norm wurde vom NA 087-00-12 AA ,,Werkstoffe, Füge- und Verbindungstechnik" des Normenausschusses Fahrweg und Schienenfahrzeuge (FSF) erstellt. DIN 25201 ,,Konstruktionsrichtlinie für Schienenfahrzeuge und deren Komponenten -- Schraubenverbindungen" besteht aus: Teil 1: Einteilung, Kategorien der Schraubenverbindungen Teil 2: Konstruktion ­ maschinenbauliche Anwendungen Teil 3: Konstruktion ­ elektrische Anwendungen Teil 4: Sichern von Schraubenverbindungen Teil 5: Korrosionsschutz Teil 6: Anschlussmaße Teil 7: Montage

Änderungen Gegenüber DIN 25201-4:2004-06 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) b) c)

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Anhang B ,,Prüfvorschrift zum Nachweis der Losdrehsicherheit von gesicherten Schraubenverbindungen" neu aufgenommen; Anhang C ,,Theorie des selbstständigen Losdrehens" neu aufgenommen; vollständige redaktionelle Überarbeitung.

1

Anwendungsbereich

Diese Norm gilt für das Sichern von Schraubenverbindungen im Schienenfahrzeugbereich. Sie soll den Konstrukteur bei der grundlegenden Auswahl von Schraubenverbindungen unterstützen und ihm gewisse Systematiken und Begriffe näher bringen. Grundsätzlich befreit die Norm nicht von experimentellen und /oder numerischen (FEM-Finite element method, BEM- Boundary element method) Untersuchungen zur Verifizierung der Ergebnisse. Dies trifft insbesondere für kritische Verbindungen zu.

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Normative Verweisungen

Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen). DIN 267-27, Mechanische Verbindungselemente -- Teil 27: Schrauben aus Stahl mit klebender Beschichtung; Technische Lieferbedingungen DIN 267-28, Mechanische Verbindungselemente -- Teil 28: Schrauben aus Stahl mit klemmender Beschichtung; Technische Lieferbedingungen DIN 6796, Spannscheiben für Schraubenverbindungen

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DIN 7349, Scheiben für Schrauben mit schweren Spannhülsen DIN 8140-1, Gewindeeinsätze aus Draht für Metrisches ISO-Gewinde -- Teil 1: Maße, Technische Lieferbedingungen DIN 65151, Luft- und Raumfahrt -- Dynamische Prüfung des Sicherungsverhaltens von Schraubverbindungen unter Querbeanspruchung (Vibrationsprüfung) DIN EN ISO 7040, Sechskantmuttern mit Klemmteil (mit nichtmetallischem Einsatz), Typ 1 -- Festigkeitsklassen 5, 8 und 10 DIN EN ISO 7042, Sechskantmuttern mit Klemmteil (Ganzmetallmuttern), Typ 2 -- Festigkeitsklassen 5, 8, 10 und 12 DIN EN ISO 7089, Flache Scheiben -- Normale Reihe, Produktklasse A DIN EN ISO 7090, Flache Scheiben mit Fase -- Normale Reihe, Produktklasse A DIN EN ISO 7092, Flache Scheiben -- Kleine Reihe, Produktklasse A DIN EN ISO 7093-1, Flache Scheiben -- Große Reihe -- Teil 1: Produktklasse A DIN EN ISO 10964:1997-10, Klebstoffe -- Bestimmung der Drehfestigkeit von anaeroben Klebstoffen auf Befestigungselementen mit Gewinde (ISO 10964:1993) VDI 2230, Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen -- Zylindrische Einschraubenverbindungen

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Begriffe

Für die Anwendung dieser Norm gelten folgende Begriffe.

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3.1 Lockern Schraubenverbindung bedingt durch Verlust der Vorspannkraft infolge von Setz- und/oder Kriechvorgängen 3.1.1 Setzen Einebnen von Oberflächen in den Trennfugen, im Gewinde und unter dem Kopf 3.1.2 Kriechen zeitabhängiges Überschreiten der Werkstofffließgrenze der verschraubten Teile infolge einer zu großen Flächenpressung 3.2 selbsttätiges Losdrehen durch das Wirken von Kräften auf eine Schraubenverbindung, die eine Querverschiebung auslösen, ist die Schraubenverbindung je nach der vorliegenden Vorspannkraft und Größe der Querverschiebung der Gefahr des selbsttätigen Losdrehens ausgesetzt. Verursacht wird dieses Losdrehen durch zeitlich die Richtung wechselnde, vibrierende Querkräfte senkrecht zur Schraubenachse. Dabei wird die Reibung bzw. die Selbsthemmung im Gewinde und an den Auflageflächen des Kopfes der Schraube und der Mutter aufgehoben. Die Folge ist selbsttätiges Losdrehen. Dies kann zum völligen Auseinanderfallen der Verbindung führen.

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3.3 Losbrechmoment MLB Anfangsdrehmoment, das benötigt wird, um in einer vorgespannten Verbindung eine Axialbelastung zu vermindern oder zu eliminieren [DIN EN ISO 10964:1997-10] 3.4 Ausschraubdrehmoment MAus Drehmoment, das nach der ersten Relativbewegung der Schraubenverbindung bei einem festgelegten Drehwinkel der Mutter gemessen wird [DIN EN ISO 10964:1997-10] 3.5 Vergleichsfestigkeit ver Festigkeitsbereich, der den einzelnen Beanspruchungsklassen zugeordnet ist. Sie ergibt sich im Allgemeinen aus dem Losbrechdrehmoment. Ist jedoch das Ausschraubdrehmoment größer, wird dieses zur Bestimmung der Vergleichsfestigkeit eingesetzt.

ver =

2 M LB

d22 l

oder

ver =

2 M Aus d22 l

3.6 Flankendurchmesser d2 Durchmesser des Bolzengewindes 3.7 Überdeckungslänge l Länge, die vom Außen- und Innengewinde überdeckt wird

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4.1

Allgemeines

Schraubenverbindungen für maschinenbauliche Anwendungen

Sie sind konstruktiv so auszulegen, dass ihre aufgebrachte Vorspannkraft erhalten bleibt. Schraubenverbindungen müssen immer so dimensioniert werden, dass bei betrieblichen Lastfällen kein Rutschen aller verspannten Bauteile auftreten darf. Werden Schrauben für alle Lastfälle gleitfest1) ausgelegt sind keine zusätzliche Schraubensicherungen gegen Losdrehen erforderlich. Ist bei außergewöhnlichen Lastfällen eine gleitfeste Auslegung nicht möglich, kann auf ein Sicherungselement verzichtet werden wenn die Querverschiebung unter der Grenzverschiebung bleibt.

ANMERKUNG 1 Bei extrem hohen dynamischen Schraubenkräften (,,Schläge") ist eine gleitfeste Auslegung zur Schraubensicherung nicht immer ausreichend, hier sollen weitere Reserven vorgesehen und/oder zusätzliche wirksame Maßnahmen (Abschnitt 5) vorgesehen werden, z. B.: unabgefederter Bereich im Fahrwerk.

1)

Gleitfest: Übertragung der Schubkräfte auf die Schraubenverbindung ohne dass Rutschen zwischen den verspannten Bauteilen auftritt.

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ANMERKUNG 2

Nach einem Gleiten muss die volle Funktionsfähigkeit der Verschraubung erhalten bleiben.

4.2

Schraubenverbindungen für elektrischen Anwendungen

Sie sind konstruktiv so auszulegen, dass ein Mindestkontaktdruck erhalten bleibt. Um das sicherzustellen, ist immer bei Einschraubverbindungen mindestens ein Sicherungselement und bei Durchsteckverbindungen auf beiden Seiten mindestens ein Sicherungselement

als Lockerungssicherung mit zu verspannen.

4.3

Schweißen von Schraubenverbindungen

Das Schweißen von Schraubenverbindungen ist nur zulässig, wenn die Schrauben oder Muttern eine nachgewiesene Schweißeignung besitzen, (z. B. Anschweißbolzen, Anschweißmuttern) Sichern mit Schweißpunkten ist nicht zulässig.

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5.1

Maßnahmen

Allgemeines

Im Bild 1 werden die Zusammenhänge des selbsttätigen Lösens dargestellt und Maßnahmen aufgezeigt, die dem selbsttätigen Lösen entgegenwirken.

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Bild 1 -- Darstellung der Zusammenhänge des selbsttätigen Lösens

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5.2

Maßnahmen gegen Lockern

Tabelle 1 -- Maßnahmen gegen Lockern Maßnahme Wirksam gegen Setzen Kriechen

Gestaltung von Verbindungen mit großen Nachgiebigkeitsverhältnis (harter Schraubfall ) Verringern der Flächenpressung durch Vergrößerung der Auflageflächen Verringerung der Anzahl der Trennfugen Verwenden von Schrauben mit erhöhter Festigkeit zur Vergrößerung der Ausgangsspannung (Vorspannkraft) Vergrößern der Klemmlänge Verwenden von federnden Verbindungselementen, jedoch unter der Bedingung, dass die wirksame Federkraft dieser Elemente der erforderlichen Vorspannkraft der Schraubenverbindung angepasst ist das eingefügte Teil nicht das Risiko einer zusätzlichen Setzung mit sich bringt die Elastizität der Verbindungselemente während der gesamten Lebensdauer der Verbindung erhalten bleibt

ja ­ ja ja ja jaa

ja ja bedingt nein nein nein

Verringern der Rautiefen Zweckmäßige Form- und Lagetoleranzen wählen Vermeiden von dicken Beschichtungen

a

ja ja ja

nein ja nein

nur zum Ausgleich von Oberflächenrauheiten

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5.3

Maßnahmen gegen selbsttätiges Losdrehen

Zur effektiven Sicherung der meisten Schraubenverbindungen müssen folgende Vorgaben eingehalten sein (Schlupf vermeiden): Gleitfest auslegen nach VDI 2230, d. h. kein Gleiten an den Klemmflächen, für statische und betriebliche Lastfälle oder Gleitfest auslegen nach VDI 2230 für betriebliche und zusätzliche formschlüssige Verbindung (z. B. spielbehafteter Formschluss). Dabei muss der auftretende Verschiebeweg einer Formschlussverbindung (Spiel einer Passung) geringer sein als die Grenzverschiebung der Schraubenverbindung.

Weitere Maßnahmen die dem Lösen entgegenwirken Erhöhung der Ausgangsspannung (Vorspannkraft) Erhöhung der Elastizität der Schraube Erhöhung der Reibung an den Auflageflächen von Schraube und Mutter und/oder im Gewinde

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Verwendung von wirksamen sperrenden Verbindungselementen zur Verhinderung der Relativbewegung von Schraube bzw. Mutter. Die Wirksamkeit muss durch Prüfung der Elemente mit dem Verfahren nach Anhang B nachgewiesen sein. Verkleben (Flüssigklebstoff oder mikroverkapselter Klebstoff).

5.4

Maßnahmen gegen Verlieren

Die Selbsthemmung kann durch den Einsatz von entsprechenden klemmenden Elementen im Gewinde der Schraube oder der Mutter erhöht werden. Verliersicherungen (Muttern mit Klemmteil) können einen Verlust der Vorspannkraft nicht verhindern, sie verhindern nur ein Auseinanderfallen der Verbindung.

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6.1

Sichern mit anaeroben Flüssigklebstoffen (FK)

Allgemeines

Die Anwendung der Klebstoffe mit den in diesem Abschnitt genannten Eigenschaften dienen der Erhaltung der Vorspannkraft bei Schraubenverbindungen der Vibrationssicherung bei nicht vorgespannten Schraubenverbindungen

und sie verhindern ungewolltes Verdrehen der Verschraubung und Korrosion im Bereich der Gewindeüberdeckung.

6.2

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Anaerobe Flüssigklebstoffe

Anforderungen Temperaturbereich

6.2.1 6.2.1.1

Die Anforderungen gelten für den Temperaturbereich - 40 °C bis 100 °C.

6.2.1.2 Beanspruchungsklassen

Je nach Anforderung wird für die klebende Schraubensicherung nach drei Beanspruchungsklassen unterschieden. Diese werden durch Vergleichsfestigkeiten abgegrenzt.

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Tabelle 2 -- Kurzzeichen, Beanspruchungsklasse und zugehörige Vergleichsfestigkeit Kurzzeichen Beanspruchungsklasse Vergleichsfestigkeit ver

N/mm2 3 bis 6 7 bis 15 über 16

N M H

niedrigfest, leicht demontierbar mittelfest, demontierbar hochfest, schwer demontierbar

6.2.1.3

Viskositätsbereiche

Durch die Wahl unterschiedlicher Viskositätsbereiche kann je nach Gewinde bzw. Spaltbreite ein Auslaufen des Flüssigklebstoffes während der Aushärtung vermieden werden.

Tabelle 3 -- Viskositätsbereiche in Abhängigkeit von Gewinde bzw. Spaltbreite Kennzahl Viskositätsbereich Gewinde Maximale Spaltbreite mm

mPa · s 1 2 3 niedrigviskos: 200 mittelviskos: von 200 bis 1 000 hochviskos: von 1 000 bis 8 000 M 10 M 24 M 16

0,1 0,2 0,25

6.2.2

Prüfung

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Die Zugehörigkeit des Klebstoffes zu einer Beanspruchungsklasse wird an der Originalschraubenverbindung durch Ermittlung des Losbrechdrehmomentes MLB oder des Ausschraubdrehmomentes MAus geprüft. Die Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO 10964.

6.2.3 Bezeichnung

Bezeichnung eines Flüssigklebstoffes (FK), der Beanspruchungsklasse H und mit Viskositätsbereiche der Kennzahl 3.

Klebstoff DIN 25201 -- 4 -- FK -- H3

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Anhang A (normativ) Übersicht zur Schraubensicherung

Tabelle A.1 -- Übersicht zur Schraubensicherung

Ursachen des Vorspannkraftabfalls

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Sicherungsart

Funktionsart

Sicherungselement Schrauben/ Muttern Festigkeitsklasse

Anwendungshinweise Scheiben Härteklasse 200 HV 300 HV

Scheibe nach LockerungsSicherung mitverspannt Flächenpressung herabsetzend DIN EN ISO 7089 DIN EN ISO 7090 DIN 7349 DIN EN ISO 7092 DIN EN ISO 7093-1 mitverspannt federnd Spannscheibe nach DIN 6796, Elemente mit Nachweis nach Anhang B, z. B.: sperrend, z. T. mitverspannt Rippschraube, Rippmutter a Keilscheibenpaar a Zur Reduzierung von Setzbeträgen max. 20 m Federkraft muss auf die Vorspannkraft abgestimmt sein. Überall dort anzuwenden, wo hoch vorgespannte Schraubenverbindungen wechselnden Querbelastungen ausgesetzt sind und keine gehärteten Oberflächen vorhanden sind. Härte der Auflagefläche muss niedriger als die der Auflageflächen von Schraube und Mutter bzw. der mitverspannten Elemente sein. Diese Sicherungselemente sind nur wirksam, wenn sie direkt unter dem Schraubenkopf und der Mutter angeordnet sind Mikroverkapselter Klebstoff entsprechend DIN 267-27 Selbsttätiges Losdrehen Losdrehsicherung klebend Überall dort anzuwenden, wo hoch vorgespannte Schraubenverbindungen wechselnden Querbelastungen ausgesetzt sind und gehärtete Oberflächen den Einsatz sperrender Verbindungselemente nicht erlauben. Temperaturabhängig. Einsatz bei elektrischen Anwendungen nicht erlaubt. Bei Einsatz von Klebstoffen dürfen die Gewinde nicht geschmiert werden. Flüssigklebstoff Abschnitt 6 dieser Norm Die Temperaturgrenzen für die zur Anwendung kommenden Klebstoffe sind unbedingt zu beachten. Einsatz bei elektrischen Anwendungen nicht erlaubt. Bei Einsatz von Klebstoffen dürfen die Gewinde nicht geschmiert werden. 8.8/ 8 10.9/ 10 A2-70/ A2-70 Ja Nein Ja Ja Ja Nein

Lockern

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Tabelle A.1 (fortgesetzt)

Ursachen des Vorspannkraftabfalls Sicherungsart Funktionsart Sicherungselement Muttern mit Klemmteil nach DIN EN ISO 7040, DIN EN ISO 7042, Gewindeeinsätze Form B nach DIN 8140-1, Schrauben mit KunststoffBeschichtung im Gewinde nach DIN 267-28

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a siehe Literaturhinweise

Anwendungshinweise Dort einzusetzen, wo es bei Schraubenverbindungen primär darum geht, eine restliche Vorspannkraft zu erhalten und die Verbindung gegen Auseinanderfallen zu sichern. Für Muttern und Schrauben mit Kunststoffeinsatz ist die Temperaturabhängigkeit zu beachten. Bei elektrischen Anwendungen darf es zu keiner Spanbildung durch Ganzmetallmuttern kommen.

Verliersicherung

klemmend

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Anhang B (normativ)

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Prüfvorschrift zum Nachweis der Losdrehsicherheit von gesicherten Schraubenverbindungen

B.1 Ziel und Versuchsarten

Ziel der Versuche bildet die Ermittlung und vergleichende Beurteilung des Losdrehverhaltens von Schraubenverbindungen bei dynamischer Querbelastung unter definierten Prüfbedingungen. Die vergleichende Beurteilung wird durch den Ergebnisvergleich von Einstellversuchen mit einer ungesicherten Schraubenverbindung und Nachweisversuchen mit einer mit einem Sicherungselement gesicherten Schraubenverbindung

ermöglicht. Die Einstellversuche dienen dazu, die effektive Querverschiebung als Bezugsgröße für die in den Nachweisversuchen zu bestimmende Sicherungswirkung zu ermitteln. Der Prüfvorschrift liegt der Grundsatz zugrunde, dass das Element entsprechend seines Anwendungsbereiches geprüft wird. Die dem Montageverfahren zugrunde liegende geringste Vorspannkraft wird berücksichtigt. Eine Übertragung der Prüfergebnisse auf andere Größen (Durchmesser, Oberflächen, Werkstoffe) ist nicht zulässig.

B.2 Prüfeinrichtung

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Der prinzipielle Aufbau der Prüfeinrichtung zur Durchführung der Einstell- und Nachweisversuche muss sich an DIN 65151 anlehnen. Das Beispiel eines Prüfblocks zeigt Bild B.1.

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Bild B.1 -- Prüfblock

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Bild B.2 -- Meßstellenanordnung

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B.3 Prüfgarnitur

Eine Prüfgarnitur besteht für den

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Einstellversuch aus einer Schraube und Mutter / Einschraubteil mit jeweils genormten Regelabmessungen und einer Unterlegscheibe und Nachweisversuch aus Schraube und Mutter / Einschraubteil mit jeweils genormten Regelabmessungen, dem zu prüfenden Sicherungselement und einer Unterlegscheibe.

Die Unterlegscheibe ersetzt jeweils die Auflagefläche des Bauteils im Einbaufall. Es sind Unterlegscheiben nach DIN EN ISO 7093-1 zu verwenden. Die Härte der Unterlegscheiben muss 200 HV für Festigkeiten entsprechend der Festigkeitsklassen bis einschließlich. 8.8 und 300 HV für Festigkeiten entsprechend der Festigkeitsklasse über 8.8

betragen. Die Oberfläche der blank hergestellten Unterlegscheiben ist zu schleifen. Die Planparallelität und die Ebenheit muss DIN EN ISO 4759-3 entsprechen. Die Rauheit muss DIN EN ISO 7093-1 entsprechen. Die Schleifrichtung der Unterlegscheiben muss in Richtung der Querverschiebung des Oberschlittens weisen. Ein Mitdrehen der Unterlegscheibe ist sicher zu verhindern.

B.4 Versuchsbedingungen

B.4.1 Prüffrequenz

Die Prüffrequenz beträgt 12,5 Hz. Bei abweichenden Prüffrequenzen muss sichergestellt sein, dass die Prüfeinrichtung hierfür geeignet ist und keine Resonanzen der Prüfeinrichtung das Prüfergebnis beeinflussen.

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B.4.2 Teileverwendung

Für jede Prüfung dürfen nur neue Teile als Prüfgarnitur verwendet werden. Die Wiederverwendung bereits zum Verspannen benutzter Teile einschließlich der Unterlegscheibe und der im Prüfeinsatz des Unterteils eingebauten Schraube oder Mutter ist nicht zulässig. Die Sicherungselemente müssen den Serienteilen in Abmessung und Beschaffenheit vollständig entsprechen.

B.4.3 Oberflächen

Die Oberflächen der als Prüfgarnitur einzusetzenden Teile sind festzulegen. Vorzugsweise sind die Oberflächen entsprechend des Einbaufalls, für den geprüft werden soll, festzulegen. Markttypische Oberflächenausführungen sind vorrangig auszuwählen.

B.4.4 Güteklassen (Toleranzen)

Die Güteklasse aller Teile der Prüfgarnitur ist festzulegen. Im Allgemeinen sollen die Teile der Güteklasse A oder B entsprechen.

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B.4.5 Einbaulage der Schraubenverbindung

Die Schraubenverbindung ist als Durchsteckverbindung zu prüfen. Die zu prüfende Sicherungsschraube oder Schraube mit dem zu prüfenden Sicherungselement wird von dem querverschiebbaren Oberteil der Prüfeinrichtung aufgenommen. Die zum Verspannen erforderliche Mutter nimmt der im feststehenden Unterteil befindliche Prüfeinsatz auf oder Sicherungsmutter oder Mutter mit dem zu prüfenden Sicherungselement wird von dem querverschiebbaren Oberteil aufgenommen. Die zum Verspannen erforderliche Schraube nimmt der im feststehenden Unterteil befindliche Prüfeinsatz auf.

B.4.6 Klemmlängenverhältnis der Schraubenverbindung

Das Klemmlängenverhältnis der zu prüfenden Schraubenverbindung muss 1,7 betragen.

B.5 Versuchsdurchführung

B.5.1 Verspannen und Vorspannkraft

Die Prüfgarnitur wird mit einem Schraubenschlüssel verspannt, bis die entsprechend des Montagevorspannfalls vorgegebene Vorspannkraft erreicht ist. Die Vorspannkraft ist der Tabelle B.1 zu entnehmen und entspricht 50 % den in VDI 2230 angegebenen Werten (obere Grenze Reibwertfenster µG = 0,14).

Tabelle B.1 -- Für die Versuche einzustellende Vorspannkräfte (Untere Vorspannkräfte Fvmin für allgemeine Montageverfahren) SchraubenVersuchsvorspannkraft FVv [kN] zur Prüfung von Elementen zur Losdrehsicherung festigkeitsklasse ISO 898-1, M5 M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 M36 ISO 3506-1

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8.8 10.9 A2-70 A4-80 Rippschrauben Kl 100

3,5 5,2 2,5 3,3 4,5

4,9 7,2 3,5 4,6 6,3

9,1 13,3 6,4 8,5 11,6

14,4 21,2 10,1 13,5 18,5

21,0 30,8 14,8 19,7 27,0

39,5 58,0 27,7 37,0 51,0

64 91 43,4 57,8

92 130

146 208

214 304

Bei abweichenden Abmessungen müssen die Vorspannkräfte entsprechend festgelegt werden.

B.5.2 Schmierung der Prüfgarnitur

Die Kontaktflächen der Schraubenkopf- und Mutterauflage, des Sicherungselementes und der Unterlegscheibe sind mit einem Schmierstoff der Viskositätsklasse SAE 30, z. B. Schmieröl HD 30, leicht zu ölen. In Abhängigkeit des Einbaufalls kann auch ein vom Hersteller freigegebener Schmierstoff verwendet werden.

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Um bei Edelstahlteilen oder galvanisch verzinkten Teilen eine durch Fressen vorgetäuschte Sicherungswirkung auszuschließen, sind bei der Prüfung dieser Teile das Gewinde und die Kontaktflächen der Unterlegscheibe mit Molybdändisulfid-Paste zu benetzen.

B.5.3 Einstellversuche

Die Einstellversuche sind an einer ungesicherten Schraubenverbindung mit der gleichen Einbaulage und den gleichen Parametereinstellungen, wie sie für die Nachweisversuche zur Bestimmung der Sicherungswirkung des zu prüfenden Sicherungselementes vereinbart sind, durchzuführen. Bei den Einstellversuchen wird die effektive Querverschiebung durch entsprechende Einstellungen des Antriebs der Prüfeinrichtung (Hub) variiert. Die Querverschiebung, bei der nach 300 +/- 100 Lastwechseln ein vollständiger Vorspannkraftverlust eintritt, muss aus Gründen der Reproduzierbarkeit dreimal mit neuen Teilen durchgeführt werden. Diese Querverschiebung wird den Nachweisversuchen zugrunde gelegt. Ein gültiger Einstellversuch muss aus Gründen der Reproduzierbarkeit dreimal mit neuen Teilen durchgeführt werden.

B.5.4 Nachweisversuche

Die Nachweisversuche sind bis zum vollständigen Vorspannkraftverlust durchzuführen, oder nach 2 000 Lastwechseln abzubrechen.

Je Messreihe sind 12 Versuche durchzuführen. Für Typprüfungen muss jeder Durchmesser des Sicherungselements durch den Nachweisversuch erfolgreich geprüft werden. Eine Übertragung eines Nachweisversuches auf andere Nenndurchmesser darf nicht erfolgen.

B.5.5 Messgrößen

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Während der Einstell- und Nachweisversuche sind die Vorspannkraft, Querverschiebung unter Last und Anzahl der Lastwechsel

zu messen und zu registrieren.

B.6 Beurteilung

Aus dem Verlauf der Vorspannkraft in Abhängigkeit der Lastwechselzahl wird auf die Sicherungswirkung des Sicherungselements geschlossen. Zur Beurteilung der Sicherungswirkung sind der vollständige Vorspannkraftverlust bei weniger als 2 000 Lastwechseln oder prozentuale Vorspannkraftverlust nach 2 000 Lastwechseln

heranzuziehen. Eine ausreichende Sicherungswirkung ist dann gegeben, wenn nach 2 000 Lastwechseln die Restvorspannkraft mehr als 80 % der Vorspannkraft vor Versuchsbeginn beträgt und der Verlauf der Vorspannkraft (Gradient) nicht auf einen folgenden vollständigen Vorspannkraftverlust schließen lässt.

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E DIN 25201-4:2010-03

² (QWZXUI ²

B.7 Prüfbericht

Im Prüfbericht sind die benutzten Prüfgarnituren (Anzahl, Abmessungen, Werkstoffbezeichnungen, Oberflächenbezeichnungen, Güteklassen, Art und Typ der Sicherungselemente, Einbaulage), die Prüfparameter (Prüffrequenz, Klemmlängenverhältnis, Vorspannkraft, effektive Querverschiebung, Schmierung), der Aufbau der Prüfeinrichtung und die Prüfergebnisses (u. a. der Verlauf der Restvorspannkraft, z. B. wie in Bild B.3 gezeigt.) die zulässigen Randbedingungen für die Anwendung des Sicherungselementes sind anzugeben (alle Montageverfahren wenn 50 % Vorspannkraftwerte, oder nur Streckgrenzgesteuerte Montage wenn höhere Vorspannkraftwerte zugrunde gelegt wurden; geschmiert mit oder nur ungeschmiert; zulässige Oberflächenbeschichtungen, Durchmesserbereiche des Elements).

darzustellen.

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Bild B.3 -- Beispiel des Verlaufes der Vorspannkraft in Abhängigkeit der Lastwechselzahl

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² (QWZXUI ²

Anhang C (informativ) Theorie des selbsttätigen Losdrehens

E DIN 25201-4:2010-03

Eine vorgespannte Schraubenverbindung weist Selbsthemmung auf. Die Reibung im Gewinde und unter Kopf bzw. der Mutter wirken gegen das innere Losdrehmoment des Gewindes. Gewindereibmoment ohne Steigungsanteil:

M GR = FV

d 2 G = FV 0,58 d 2 G 2 cos

2

Inneres Losdrehmoment (Steigungsanteil):

M Gst = - M Li = M K = FV

FV P 2

Kopfreibmoment : Anziehdrehmoment einer Verbindung: Losdrehmoment einer Schraubenverbindung: Selbsthemmung wenn gilt:

DKm K 2

M A = + M GSt + M GR + M K M L = - M GSt + M GR + M K M Gst < M GR + M K

(in der Regel ist die Summe aus Kopfreibmoment und Gewindereibmoment etwa acht bis neunmal so groß wie der Steigungsanteil (inneres Losdrehmoment)). Selbsttätiges Losdrehen erfolgt nur wenn gilt:

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M Gst M GR + M K

(z. B. durch Verminderung oder Aufhebung der Selbsthemmung). Also erfolgt das Losdrehen: 1) wenn Relativbewegungen der verspannten Bauteile auftreten und dabei der Reibschluss unter dem Schraubenkopf oder der Mutter aufgehoben wird und Kippbewegungen im Gewinde die Gewindereibung herabsetzen. Dies ist der Fall wenn die ,,Grenzverschiebung" überschritten wird (siehe Bild C.1).Verstärkt wird die Lösewirkung durch Drehmomente, die beim Gleitvorgang zwischen Schraubenkopf und Auflage auftreten können, oder durch ,,atmen" des Muttergewindes bei Axialbeanspruchung.

2)

Der unter 1) genannte Effekt wird für den Test von Sicherungselementen gegen Losdrehen in Vergleichsversuchen angewendet (Anhang B und DIN 65151) Insbesondere bei extrem hohen dynamischen Schraubenkräften (,,Schläge") ist eine gleitfeste Auslegung zur Schraubensicherung nicht immer ausreichend, hier sollen weitere Reserven vorgesehen und/oder zusätzliche wirksame Maßnahmen (Abschnitt 5) vorgesehen werden, z. B.: unabgefederter Bereich im Fahrwerk.

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E DIN 25201-4:2010-03

² (QWZXUI ²

FV K L3 K 12 E I

SGth=

theoretische Grenzverschiebung

B. Die Grenzverschiebung ist definiert als:

Fv : Vorspannkraft (maßgebend ist Fv_min )

µK : LK : E: I: Reibungszahl unter Kopf (Mindestwert!) Klemmlänge (siehe Bild) E-Modul der Schraube (Stahl: 2,1E5N/mm2) Flächenträgheitsmoment der Schraube (Bezogen auf Kern- oder Spannungsdurchmesser bei Ganzgewindeschrauben (d3 bzw. dS), ansonsten Ermittlung eines Ersatzflächenträgheitsmomentes für den abgesetzten Stab (Iers) konservativ erfolgt die Näherungsberechnung mit dem Schaftdurchmesser d der dT) Querkraft (FQ Fv*µK)

FQ :

Bild C.1 B.-- Definition der theoretischen Grenzverschiebung

Wenn der Verschiebungsweg s [mm] der verspannten Bauteile gleich oder größer als die Grenzverschiebung SGth ist, erfolgt Schlupf des Schraubenkopfs; die Schraube wird dadurch losgedreht. Ein Losdrehsicherungselement verhindert nur das Rutschen des Schraubenkopfes und/oder der Mutter, verhindert aber nicht das Gleiten der Bauteile.

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Literaturhinweise

[1] [2] BN 205031-01, Schrauben -- Sechskantschrauben mit Flansch -- Auflagefläche gerippt 2) BN 205 107-02, Muttern -- Sechskantmuttern mit Flansch -- Auflagefläche gerippt -- Form C

2)

Bahn-Norm: Zu beziehen bei DB AG, DB Systemtechnik, TZF 96, Normenmanagement, Ruschestraße 104, 10365 Berlin

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Information

DIN 25201-4

20 pages

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