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8 bolted Nr. 1 2009
So ermitteln sie die richtige Grösse Schraubverbindungen Im Maschinenbau, bei der Fertigung und der Konstruktion macht man sich häufig wenig Gedanken über Schraubverbindungen. Werden Verbindungen mithilfe eines einfachen Schraubverbunds aus Schrauben und Muttern zusammengehalten, besteht bisweilen die Tendenz, die Komplexität des Systems zu unterschätzen. Ein häufig gemachter Fehler ist das Überdimensionieren der Schraube, was zu teuren Ausfällen und Reklamationen führen kann. TEXT: Huw Kidwell FOTOS: tidningskompaniet A M MORGEN DES 7. NOVEM- BER 1940 fegte ein Wind durch die Tacoma Narrows zwischen Tacoma und der Kitsap-Halbinsel im amerikanischen Bundesstaat Washington. Kein besonders starker Wind, der aber dennoch die kürzlich eröffnete doppelspurige Hängebrücke über den Sund in Schwingung versetzte. Barney Elliott, der Eigentümer des örtlichen Fotogeschäfts, holte seine Kamera hervor und fotografierte den Vorfall und schuf so ein einzigartiges, historisches Dokument. Es war schon vorher aufgefallen, dass es an der Brücke an windigen Tagen zu Schwingungen und Verwerfungen kam. An diesem besonderen Tag ging die Drehbewegung jedoch in eine sogenannte Torsionsschwingung über, die dazu führte, dass die Brücke zusammenstürzte. Glücklicherweise kam niemand zu Schaden. Ein Artikel, der 2008 im Journal of Sound and Vibration veröffentlicht wurde, verdeutlicht, dass der Kollaps durch selbsterregte Schwingungen verursacht wurde, die durch den Schlupf des nördlichen mittleren Spannkabels (aufgrund des Verlusts der Reibungshaftung) verstärkt wurden. Die Schrauben, welche die Kabel zusammenhielten, wurden Kräften ausgesetzt, die deren Belastbarkeit überstiegen. Der Zusammensturz der Tacoma-Narrows-Brücke dient auch heute noch als abschreckendes Beispiel und Lehrstück für angehende Bauingenieure. Eine Schraube muss auf ihre vorgegebene Vorspannung angezogen werden, damit eine Vorspannkraft auf die Verbindung ausgeübt wird, um eine optimale Funktionalität zu erreichen. Jede Abweichung führt zu einer Schwächung der Verbindung. In einer Schraubverbindung lastet auf der voll angezogenen Schraube nur ein kleiner Teil der externen Kräfte, die auf die Verbindung einwirken. Die beiden Extreme sind einerseits eine harte Verbindung, bei der die Schraube aus einem Material mit geringer Steifigkeit und die Verbindung aus Material mit hoher Steifigkeit besteht sowie andererseits eine weiche Verbindung, bei der die Schraube aus Material mit hoher Steifigkeit und die Verbindung aus Material mit geringer Steifigkeit besteht. Im bolted Nr. 1 2009 9
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