Hilfee! - Sind Metaller hier?

  • Hallo,

    ich meine wirklich die mit Doppel-L. :) Am besten Leute, die in einem Metallberuf tätig sind/waren und dort bei Berechnungen mit Vereinfachungen/Näherungen/Faustformeln vertraut sind.

    Hintergrund: Ich konstruiere seit über 15 Jahren im Homeoffice-Modus (I like it!) Industrie-Tafos und komme von der E-Technik Seite her.
    Die Grundlagen dazu habe ich von Mentoren gelernt (damals alle schon über 70 Jahre alt!) durch Tagesbesuche, Telefonate, eMails.
    Vieles von der nicht-elektrischen Konstruktion habe ich einfach übernommen ("das machen wir immer so, das hält schon, ...")
    Das fuchst mich nun schon seit längerem... Deshalb möcht ich manches gerne nachvollziehen können - auf Praxis-Niveau und nicht mit FEM oder so!

    Dabei gehts mir hauptsächlich um Schraubenberechnungen (Zug- oder Scherbelastung).
    Spannungs-Dehnungs-Diagramme verstehe ich (uneidliche Selbstauskunft) aber die "Textaufgabe" (= Realität) in einen Rechenansatz zu bringen, ist geprägt von Praxisferne (schöner Ausdruck für "keine Ahnung" in Arbeitszeugnissen).

    Wenn sich also Forenmitglieder finden, die sagen "zeig mal!", würde ich die "Textaufgabe" mal aufbereiten und evtl. fehlende Angaben nachliefern.

    Eine Empfehlung eines Fachforums könnte auch helfen, da ich aber in einigen CAD-Foren bin, kenne ich einige Antwortformen wie Simulation oder Modellierung auf Hochschulniveau, die mir hier nicht hilfreich sind.
    Am besten wäre so was wie "Das erinnert mich an eine Berufs-/Fachschulaufgabe..."

    Gruß, Bernd

    Jaichweiß (Andy Pipkin)

  • also wennde mich fragst, wichtig is bei sowas immer vor dem ehoch2jottpidaumen net den Gefühlsfaktor zu vernachlässige :)
    weil, den AG interessiert vorher sowieso nur watt die Zerstörungsmaschine einmal net überlebt hat ^^
    und die Jerichte interessiert nachher sowieso nur watt die Zerstörungsmaschine xmal überlebt hat :D
    weil im Endeffekt den AG hinterher auch nur interessiert was die Jerichte xmal überlebt hat :thumbup:

  • Die Haken:

    Wenn ich mit der Schraubverbindung keine Betriebskraft (z. B. durch Druck im Kessel) aufnehmen muß, sondern nur eine statische Gewichtskraft (hier über einen zweiseitigen Hebel),
    dann brauche ich doch eigentlich keine Vorspannung der Schraube (Hauptsache, die Mutter bleibt drauf...) - oder habe ich da schon einen Verständnisfehler? Die Schraubendehnung erfolgt dann halt nur durch die Zuglast.

    Im zweiten Schritt wäre dann die Funktion der Schrauben als Deckelklemmung (erst mal isoliert) zu betrachten. Da wäre dann eine einfache Modellierung des Drucks (das ist ein offener Kessel über den Ausdehner kann der "nach außen atmen" aber es stehen ein paar hundert Liter Öl "überm" Kessel).
    Dann das Modell der Klemmung dazu (Kesselrand=Stahl - Dichtung=Gummi - Deckel=Stahl) und die Verteilung auf n Schrauben (wieviel kriegt jede ab?).

    Der dritte Schritt wäre die Kombi aus 1 und 2 für die 3 Schrauben, wobei dann noch eine Gewindeplatte dazukommt - weil der Trafo mit abgenommenen Ausdehner versandt wird und der Kessel dicht bleiben muß (das skizziere ich aber noch).

    Der vierte Schritt betrifft die Verschraubung der Träger mit den Stützen (2 Schrauben in der Skizze). Hier geht es dann um die/das Montagekraft/-moment, damit der Oberbau sicher "klemmt".

    Dabei geht es hauptsächlich immer darum, wie weit man bei den gegebenen Bau- und Montageteilen auf der sicheren Seite ist (also v nicht als Vorgabe sondern als Ergebnis).

    Ich hoffe das trägt jetzt zum Verständnis bei...

    Gruß, Bernd

    Jaichweiß (Andy Pipkin)

  • uiuiui :whistling:
    also die 1530N Zuglast haste uns ja schon ins Diagramm jemalt :thumbup:
    bei Verteilung auf die 3 Schraube noch knapp über die Hälft (?) so 800N :huh:
    is doch aber für ne 8.8er M12 erstmal pillepalle, die macht doch eigentlich zigfach :rolleyes:
    Vorspannung gibt der Tankhersteller, wemma da guten Gewissens die 800N von abziehe kann macht mas, oder :huh:
    aber ich seh scho, det blöde Hartgummi wo ma nix drüber weiss wie's nach ner Stunde und nach nem Monat und nach nem Jahr und alles voll mit Öl und Hitze und wie sich der Deckel biecht und dann die Scherspannung und der Trafo brummselt nebenan :/
    Wenn beim selbsjebauten Röhrenamp die Bude abfackelt is ja echt billich im Vergleich zu 1000m3 ölverseuchtes Erdreich abtragen :S
    Bernd, you made my day :D wat freu isch misch jetzt morchen auf mein unbedeutende und verantwortunglose Job :thumbup:

  • Wenn ich mit der Schraubverbindung keine Betriebskraft (z. B. durch Druck im Kessel) aufnehmen muß, sondern nur eine statische Gewichtskraft (hier über einen zweiseitigen Hebel),
    dann brauche ich doch eigentlich keine Vorspannung der Schraube (Hauptsache, die Mutter bleibt drauf...) - oder habe ich da schon einen Verständnisfehler? Die Schraubendehnung erfolgt dann halt nur durch die Zuglast.

    Die 8.8er Schrauben sind immer vorgespannt, und mit einem Mindestmoment anzuziehen. Genauso wie 10.9er und im Gegensatz zu 4.6er und 5.6er. Aber rein mechanisch gesehen hast du recht.


    Im zweiten Schritt wäre dann die Funktion der Schrauben als Deckelklemmung (erst mal isoliert) zu betrachten. Da wäre dann eine einfache Modellierung des Drucks (das ist ein offener Kessel über den Ausdehner kann der "nach außen atmen" aber es stehen ein paar hundert Liter Öl "überm" Kessel).
    Dann das Modell der Klemmung dazu (Kesselrand=Stahl - Dichtung=Gummi - Deckel=Stahl

    Das ist Maschinenbau, leider nicht mein Resort.


    und die Verteilung auf n Schrauben (wieviel kriegt jede ab?).

    In der Aufgabe ist es ja vereinfacht: Der Druckpunkt ist genau an der Kante (roter Punkt, was genaugenommen nicht richtig ist, er ist etwas weiter rechts, die Druckkraft verteilt sich dreiecksförmig) und betrachtet werden soll zunächst nur die hinterste der drei Schrauben. Daher kann man das einfach übers Hebelgesetz errechnen.
    FSchr = 2450 x 100 / ( 40 + 60 + 60) = 1531N
    In Wahrheit helfen aber die ersten beiden Schrauben schon ein bisschen mit. Ihre Kraft verhält sich proportional zum Hebelarm.

    e1 = 40mm
    e2 = 40+60=100mm
    e3 = 40+60+60=160mm
    Summe e = 300mm

    Fges = F1 x 40/300 + F2 x 100/300 + F3 x160 / 300

    Jetzt muss ich mal kurz überlegen, wie es von Hand ging. Irgendwie konnte man die Hebelarme mitteln, um eine Resultierende auszurechnen. Quasi eine idelle Schraube, die wie alle drei zusammen wirkt.

  • Ist das 'ne Regel: die Hälfte der Kraft jeweils auf 3 Schrauben? Oder aus der Hüfte nach langer Praxis?

    Das das wenig ist, habe ich auch erst kapiert als ich die zulässige Zugkraft für so eine Schraube mal gerechnet/nachgeschlagen habe.
    Trotzdem gab es mal Diskussionen wie "Nehmen wir nicht doch besser 4 statt 3 Schrauben?" - Das verunsicherte mich als Nicht-Mechaniker.

    Der Tankhersteller gibt gar nichts vor: Ich mache auch die gesamte Kesselzeichnung und Herstellungsvorgaben. Unser alter Hersteller (auch so einer aus der Ü70-Riege) hat seinen Betrieb geschlossen und routet unsere Kesselaufträge jetzt nach Italien: Seit dem sind die Unterlagen zweisprachig deutsch/englisch und wenn's trotzdem verbockt wurde die heiklen Anweisungen auch noch auf Italienisch...

    Zum Hartgummi kann man das Standard E-Modul nehmen (mach ich bei Stahl auch so 210 bzw 235 kN/mm²)
    Temperatur und Alterung wird nicht näher untersucht sondern durch eine möglichst hohe Sicherheitszahl abgefangen :P

    "... freu isch misch jetzt morchen auf mein unbedeutende und verantwortunglose Job"
    Na ja, auch wenn das Backup in den Vorstufen für mich durch Ruhestand und durch die Auslagerung der Fertigung ins Ausland schwächer wird, habe ich immer noch eine wichtige - und kompetente! Kontrolle "hinter" mir:

    Der Fertiger, der die Trafos vollständig baut und auch abnimmt. Dort ist das Know How von ein paar tausend Trafos nocht nicht in Form von Mitarbeitern abgewandert...
    Das sieht bei den Kunden schon anders aus: Da spürt man den Generationenwechsel häufig durch unsinnige/sich widersprechende Anforderungen. 8o

    Gruß, Bernd

    Jaichweiß (Andy Pipkin)

  • @ Thorsten,

    danke schon mal dafür
    Vorspannung: Ist klar (auch dass die "Weicheier" 4.6 und 5.6 keine kriegen ) Aber zum Aufnehmen einer sich änderndern Betriebskraft braucht es die FVM erst in Schritt zwei.

    Trotz deiner klaren Kompetenzabgrenzung mal nachgefragt:
    Wenn ich einen Druck P im Kessel habe (wie auch immer ich den rauskriege), dann müßte mit der Deckelfläche A die Kraft auf den Deckel F = P·A betragen.
    Aber dann geht's auch los: Kann/muß ich die gegengerichtete Gewichtskraft des Deckels (immerhin 10 mm Stahl) berücksichtigen?
    Und kann ich vereinfacht die Kraft gleichmäßig auf n Schrauben (in der Regel so um die 130 Stück) verteilen?

    Daß der Druckpunkt weiter rechts liegt, kommt das aus den Materialeigenschaften (keine ideale Einspannung/Einleitung, Nachgiebigkeit -> Festigkeitslehre)?

    Zur Verteilung auf drei Schrauben eine einfache Formel wäre schön, aber bei so einer Überbestimmung nicht unbedingt zu erwarten.
    Die Erkenntnis, daß der Tank auch noch mit der einen (äußeren) Schraube oben bleibt, ist schon was wert.
    Das Horrorszenario wäre: Wenn da jetzt eine 200 kg Cu-Schiene aus 3 m Höhe draufkracht, hält es dann auch noch? - Das ist keine Aufforderung zur Berechnung! ^^
    Aber die Cu-Schiene habe ich ja nicht fallen lassen ... :whistling:

    Gruß, Bernd

    Jaichweiß (Andy Pipkin)

  • also:
    der Hebelarm der resultierenden Kraft aller drei schrauben zusammen ist:
    eR = e1 ^2 +e2 ^2 / Σe
    = 40 ^2 + 100 ^2 + 160 ^2 / (40 + 100 + 160) = 124mm

    damit ist die resultierende Kraft:

    M = R x eR
    R = M / eR
    = 245 / 0,124 = 1976 N

    die Kraft der maßgebenden Schraube:

    R x eR = F1 x e1 + F2 x e2 + F3 x e3
    F2 = F3 / e3 x e2
    F1 = F3 /e3 x e1
    das setzt man ein, in Buchstaben wird es unübersichtlich...
    R x eR = (F3 x e1 ^2 + F3 x e2 ^2 + F3 x e3 ^2) / e3
    wenn man die bekannten einsetzt wird es aber schlagartig besser.

    1976N x 124mm = (10mm + 62,5mm + 160mm) F3

    F3 = 1054 N

    gegenüber der 1531 N wenn man nur die dritte Schraube berechnet schon ein Unterschied.

    Was die Dimensionierung allgemein angeht: Was eine Schraube mehr + Einbau mehr kostet steht in keinem Verhältnis zu dem, was es kostet, wenn der Tank, oder der Trafo runter donnert.

    Hargummi: Der verschiebt den Druckpunkt noch weiter nach rechts. Wenn der E-Modul ins Spiel kommt wird es erst richtig kniffelig, sowas rechnet man nicht mehr von Hand, und das macht auch keiner wirklich am Rechner. Die geringe Dicke der Dichtung führ ja zu keinen großen Verformungen.

    Ließt noch jemand mit, was ich schreibe?

  • "Ließt noch jemand mit, was ich schreibe?"

    Ich auf jeden Fall - mit großem Interesse :)
    Da wäre dann ja schon die handhabbare Formel zur Kraftverteilung :)
    Ich vollziehe jetzt erst mal deine Formel nach (mit Taschenrechner): Der resultierende Hebelarm ist die Summe der quadrierten Abstände geteilt durch die einfache Summe der Abstände ...

    HArtgummidichtung: Ich hatte mal zur Übung die Schraubennachgiebigkeit bei Klemmung unterschiedlicher Materialien gerechnet (nach so einem YT Anleitungsvideo - leider sind die "Guten" dort meist ziemlich unorganisiert und stimmliche Schnarchnasen ohne Brummfilter). Von daher erwarte ich da auch keine einfache Lösung.

    "Die Schraube mehr" (als die drei) scheint aber hier bei meinem jetzigen Wissenstand nicht wirklich nötig zu sein und ich kann die ganzen Teile rund um den Ausdehner als unveränderliche Fertigteile (=Makros) bereithalten.

    Gruß, Bernd

    Jaichweiß (Andy Pipkin)

  • yeah Thorsten, dat sieht besser aus, isch hab der 3. Schraube einfach nur 16/30 jejeben :)
    kamma dann net noch innen Kessel rein ein U-Profil machen wat die Kraft aufn ganzen Hartgummi und Deckel verteilt :huh:
    oder links an Tank ne Stütze zum Aufliegen dassde ohm am Deckelsche nur noch Scherkraft hast :huh:

  • Hi,
    carcalac, Deine Art von Deutsch kann ich ganz schlecht lesen obwohl ich net soooo weit weg bin vom Würth....

    (((Das ist M12*60 8.8, im Text steht M8.)))

    Die statische Kraft durch das Tankgewicht ist, wie carcalac schon schrieb, für die Schraube kein Thema sigma=F/A << Streckgrenze

    Im Moment sehe ich 2 schwierigere Themen:
    1. Kriechen der Dichtung: Die wandert wahrscheinlich langsam weg unter der Flächenpressung, vor allem unter erhöhter Temperatur, dann wird das undicht, da die Schraubenvorspannkraft verloren geht. Soweit ich verstanden habe, steht die Dichtung dauerhaft unter Öl. Oder wird die Dichtung zusätzlich verklebt? Das erscheint mir mindestens erforderlich.
    2. Wärmedehnung des Kunststoffs/Elastomers.

    Grundsätzlich soll eine Schraubenverbindung so ausgelegt sein, dass die elastische Dehnung der Schraube durch die Vorspannkraft (in µm) größer ist als das (Summe), was sich durch Setzen von Rauheiten im Gewinde und auf den Trennflächen ergibt plus die unterschiedlichen Wärmedehnungen (plus Kriechen) plus dynamische Verformungen. Dieser Grundsatz wird hier durch das dicke Gummi verletzt sein. ==> Schraubenvorspannkraft wird nicht zuverlässig da sein, Schraube kann sich lockern.

    ==> Schraube sichern mit Kontermutter oder Loctite.

    Ich kenne O-Ring-Dichtungen in Nuten o.ä in solchen Flanschen, dort presst die Schraube das Metall neben der Dichtung zusammen, d.h. die Elastizität und das Kriechen der Dichtung spielt dort für den Erhalt der Schraubenvorspannkraft keine Rolle.

    Fürs Anzugsmoment gibt es Tabellen als simpelste Möglichkeit, die unter der Annahme von bestimmten Reibungszahlen und Anziehverfahren gelten. Z.B.: Anzugsmoment / Anzugsdrehmoment M2 bis M68 - anzugsmoment.de
    Zitierfähiger wäre ein Maschinenelemente- Buch z.B. Niemann-Winter(1981, es gibt neueres): 69Nm f. µ=0,1.

    Fächenpressung im Gummi, wäre eine Frage. Was ist für diesen zulässig?
    Edit: Google sagt <10N/mm² bis 70°C, keine Ahnung, ob das auch hier gilt. 1. Anwendungsbereich: (mahnke.de)
    Das Stichwort zur Berechnung wäre "Rötscher-Kegel".

    Gruß schon mal, Christof

  • sehr geehrter Herr Ebersp... von sonstwo wenn schon nicht von Würth
    hätten sie mich jetzt nicht meiner Sprache wegen diskrimminiert so hätten sie durchaus ein Like erhalten können
    in der Zeichnung steht M12
    im Text steht echt M8
    hält's aber auch
    es grüßet von und zu Schaebens

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