SR1+ und VDI 2230 Blatt 2
Der VDI hat im November 2011 einen Entwurf VDI 2230 Blatt 2 für Mehrschraubenverbindungen herausgegeben. Darin wird beschrieben, wie aus einer Mehrschraubenverbindung die größte Beanspruchung einer einzelnen Schraubenverbindung ermittelt wird.
In SR1+ war diese Berechnung für eine Mehrschraubenverbindung auf einem Kreisflansch mit Schrauben auf einem Lochkreis auch bislang schon enthalten. So kann man jetzt vergleichen, ob die Berechnung nach Dose in SR1+ identisch ist mit den Formeln in VDI 2230 Blatt 2. Die Formeln nach Dose sind im Hilfebild SR1D-105 dargestellt:
In VDI 2230-2 ist dieser Anwendungsfall in Kapitel 6.3.2 beschrieben. Bei Beanspruchung durch zentrische Axialkraft und Drehmoment kann von einer gleichmäßigen Belastung aller Schrauben ausgegangen werden. Dies ändert sich bei Beaufschlagung durch ein Biegemoment Mb.
Diese wird in 6.3.2.3. beschrieben: Bei Belastung durch ein (rein äußeres) Betriebs- bzw. Drehmoment berechnet sich die größte Betriebskraft analog Gleichung (34):
FA(M)max = Mz * xmax / Σ xiČ
Diese Formel stimmt weitgehend mit der in SR1+ verwendeten Formel überein. Allerdings sind wohl die x-Koordinaten nach VDI 2230-2 auf das Kreiszentrum bezogen, und nach Dose auf die Außenkante Flansch (0).
Weiter in VDI 2230-2: "Wirkt zusätzlich noch zentrisch eine Längskraft, gilt unter der Voraussetzung, daß es nicht zum partiellen Klaffen kommt, bei steifen Anschlüssen in Näherung [4] für die maximale Zug-Betriebskraft an der äußeren Schraube (1) bei Anordnung auf der Achse x-x mit MB=Mz":
FA,max = Mz/(ns*dt) * (FB*dt/Mz + 4) (43)
Komplizierte Formel. Ausmultipliziert sieht sie verständlicher aus:
FA,max = FB/ns + 4*Mz / (ns*dt)
Der Anteil des Biegemoments ist nach dieser Formel (FB=0):
FA,max = 4*Mz/(ns*dt)
Formel (43) aus VDI 2230-2 wird nun in SR1+ als alternative Berechnung aufgenommen, konfigurierbar unter "Bearbeiten->Berechnungsmethode" oder "Bearbeiten->Flansch". In der Flanscheingabe kann man die Berechnungen umschalten und beobachten, wie sich die Ergebnisse unterscheiden.
In Formel (43) wird aus der Geometrie nur der Lochkreisdurchmesser verwendet, während in der Berechnung nach Dose außerdem der Flanschaußendurchmesser eingeht. Ob in Gleichung (34) die Flanschabmessungen in xi und xmax berücksichtigt werden, ist nicht definiert. Es scheint aber eher, dass xi und xmax vom Kreismittelpunkt gemessen werden. Bei der Berechnung nach Dose dagegen ist der Momentenpol bzw. Gelenkpunkt die Flanschaußenkante. Deshalb sind bei der Berechnung nach Dose zwei gegenüberliegende Schraubenverbindungen auf Zug beansprucht, während nach Formel (43) in VDI 2230-2 eine Schraubenverbindung auf Zug und die gegenüberliegende Schraubenverbindung auf Druck beansprucht ist.
Es gibt eine Möglichkeit, mit beiden Formeln dasselbe Ergebnis zu erhalten: Flanschdurchmesser auf 0 mm setzen, dann erhält man für die Berechnung nach Dose und VDI2230-2 (43,44) für FAo und FAu dieselben Werte (für ns >= 3).
Was ist nun richtig? Bei der Berechnung nach VDI 2230-2 werden die Schraubenkräfte bei Biegemoment berechnet wie die Auflagerkräfte eines gelenkig gelagerten Balkens. Bei der Berechnung nach Dose liegt das Gelenklager an der Außenkante des Flansches, und das Biegemoment wird je nach Hebelarm auf die Schrauben verteilt. Bei der Berechnung nach Dose werden die Flansche als steif betrachtet und die Schraubenverbindungen als elastisch. Die Berechnung nach VDI 2230-2 ist dagegen zutreffend, wenn der Flansch mit dem Biegemoment sowie die Schraubenverbindungen als steif, und der Gegenflansch als elastisch betrachtet wird.
Welche Methode nun genauer ist, hängt davon ab, wie elastisch die als steif angenommenen Bauelemente sind. Da die Berechnungsmethode nach VDI 2230-2 aufgrund kürzerer Hebelarme größere Schraubenkräfte berechnet, ist man damit jedenfalls auf der sicheren Seite.
Das Hilfebild mit den Formeln für die Berechnung der größten Beanspruchung einer Einschraubenverbindung aus den Kräften am Kreisflansch wurde um die Formel aus VDI 2230-2 ergänzt.
SR1+ Quick-Ansicht mit Flanschangaben
Unter "Bearbeiten->Flansch" wird jetzt zunächst abgefragt, ob die Schraubenkräfte der Einschraubenverbindung aus der Mehrschraubenverbindung Kreisflansch berechnet werden sollen. Wenn diese Option gesetzt ist, werden die Flanschabmessungen auch in der Quick-Ansicht angezeigt, und beim Öffnen einer Datei berechnet. Bislang wurden die Einzelkräfte nur direkt in der Flanscheingabe berechnet. Wenn Sie in der neuen Version die berechneten Einzelkräfte ändern wollen unter "Bearbeiten->Last", müssen Sie zuvor unter "Bearbeiten->Flansch" oder "Bearbeiten->Berechnungsmethode" die Option "kein Flansch" wählen.
SR1 - Zwölfkantflanschschrauben
Neu in SR1 und SR1+ aufgenommen wurden Zwölfkantflanschschrauben.
Leider gibt es wohl vom 12-kant Schraubenkopf noch keine ISO, EN oder DIN Norm.
Aufgenommen wurden Abmessungen nach US-Normen NAS624 bis NAS644 (National Aerospace Standards) und Military Standard MS21250, sowie metrische Größen M6 bis M20 nach Unterlagen von Darling Bolt.
FED5 - Federarbeit
In das Diagramm wird die Federarbeit W01, W02 und W0c eingezeichnet.
FED1+, 2+, 3+, 5, 6, 7, 8, 11: Werkstoffauswahl einschränken
Durch laufende Aktualisierungen ist die Anzahl der Federdrähte mittlerweile auf die stattliche Zahl von 85 Werkstoffen angewachsen. Die Werkstoffauswahl wird dadurch unübersichtlich, weshalb die Frage aufkam, ob man hier eine Vorauswahl treffen kann. Wenn man nichtbenötigte Werkstoffe einfach löscht, gibt es Probleme beim Öffnen von früheren Berechnungen sowie mit eventuellen späteren Updates der Werkstoffdatenbank. Man kann aber auch unter "Datenbank->fedwst.dbf" die nicht benötigten Werkstoffe mit "-" Button zum Löschen markieren (tatsächlich gelöscht werden sie erst, wenn man "Bearbeiten->Pack" ausführt). Die Eingabe unter "Bearbeiten->Werkstoff" wurde so angepasst, daß zum Löschen markierte Werkstoffe nicht mehr angezeigt werden.
Bei Netzwerkversionen mit unterschiedlichen Benutzergruppen könnte man unterschiedliche Datenbankdateien in unterschiedlichen Datenbankordnern zuweisen, z.B. für kalt- und warmgeformte Federn.
Kommandozeilenmodus (Batch Mode)
Weithin unbekannt sein dürfte, daß man alle HEXAGON-Programme auch dazu verwenden kann, im Hintergrund Berechnungen durchzuführen. So kann man in kurzer Zeit viele Berechnungen für Varianten, FEM-Berechnungen oder ein Gesamtsystem durchführen. Als Eingabe wird einfach die Textdatei mit den Eingabedaten abgeändert. Als Ausgabe kann man den Ausdruck als Textdatei oder eine Grafik als DXF-, IGES-, oder TXT-Datei konfigurieren. Beispiel:
C:\hexagon\fed1\wfed1.exe c:\hexagon\fed1\train\aktuell.fed /i
FED1 liest die Datei aktuell.fed ein, führt eine Berechnung durch, legt eine Ergebnisdatei aktuell.txt an und beendet sich dann. Ob die Zahlen mit Dezimalpunkt oder Komma ausgegeben werden, kann man konfigurieren unter "Datei->Einstellungen->Einstellungen Dezimalzeichen Excel".
Bei einigen Programmen war mit der Funktion /i nur eine unvollständige Ergebnisdatei ausgegeben worden, dies wurde nun überarbeitet. Änderungen diesbezüglich gab es bei GEO2, GEO4, WN2, WN10, ZAR1, ZAR2, ZAR3, ZAR4, ZAR5, ZAR6.
Windows 8
Alle HEXAGON-Programme (32-bit Versionen seit 1999 und 64-bit Versionen von 2012) können auch als Apps unter dem neuen Betriebssystem Microsoft Windows 8 installiert werden.