Berechnung großer Flanschverbindungen von ... - GL Group

4 Berechnungsmethode nach VDI 2230
Die derzeit gültige Fassung der Richtlinie VDI 2230 beinhaltet zwei Verfahren zum Nachweis der
SV. Dies sind der elementare lineare und der nichtlineare Rechengang.
Beim linearen Rechengang wird vorausgesetzt bzw. sichergestellt, daß die Trennfugen der ver-
spannten Teile sich nicht voneinander trennen und im vollen Kontakt bleiben. Bei exzentrischem
Kraftangriff ist daher eine hohe Vorspannung erforderlich, um ein beginnendes Klaffen sicher zu
vermeiden. Der lineare Berechnungsansatz berücksichtigt auch Biegespannungen in der Schraube.
Für den Nachweis der Betriebsfestigkeit wird in der Regel der lineare Rechengang angewendet, da
für die normalen Betriebslasten kein Klaffen zugelassen wird.
Bei Extremlasten kann es zum Klaffen kommen, so daß die Anwendung des nichtlinearen Rechen-
gangs notwendig ist. Biegespannungen in der Schraube werden hier nicht berücksichtigt. Da das
derzeitige Verfahren recht aufwendig ist, wird im Entwurf für die neue VDI 2230 ein „Kreisbogen“-
Ansatz für die Abbildung des Aufklaffens im FS/FA- Diagramm eingebracht. Die Verfasser stellen
diesem Ansatz einen „Parabel“- Ansatz gegenüber.
Die Grundbeziehungen der VDI 2230 werden im
Folgenden als bekannt vorausgesetzt bzw. es wird
auf die Richtlinie verwiesen. Die Variablenbe-
zeichnungen sind entsprechend der VDI 2230 ge-
wählt.
Für die Krafteinleitungshöhe Faktor n bietet die
VDI 2230 lediglich grobe Anhaltswerte zwischen
n=0.3 bis 0.7. Für n = 0.3 erhält man eine gute
Anpassung an die mit Hilfe der FE- Methode be-
rechneten Schraubenkraftverläufe im linearen Be-
reich. Deshalb wird für die folgenden Berech-
nungsansätze dieses Abschnittes mit n=0.3 ge-
rechnet. Im Nachweis der Betriebsfestigkeit der
SV geht die Krafteinleitungshöhe stark ein. Ist mw
die inverse Steigung der zur Betriebsfestigkeits-
rechnung herangezogenen Wöhlerlinie, so ist die
Lebensdauer proportional der Schrauben-
Spannungsschwingweite mit dem Exponenten -mw.
D.h. z.B. bei einer 10%-igen Erhöhung der Span-
nungsschwingbreite verringert sich die Lebens-
Abbildung 4.1: Flansch mit Bezeichnungen
nach VDI 2230
dauer (bei mw=4 ) um 32%, bei 20% Spannungszunahme geht die Lebensdauer um 52% zurück.
Bei der Elastizität der Schraube werden im Gegensatz zu den anderen Modellen Elastizitäten von
Schraubenkopf, -mutter und Gewinde berücksichtigt. Diese Vereinfachung der anderen Modelle
führt zu einer steiferen Schraube. Dies bedeutet eine konservative Annahme im Sinne der Schrauben-
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