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Infobrief Nr. 88 - November/Dezember 2004

von Fritz Ruoss


FED1,2,3,4,5,6,7: Haigh-Goodman-Diagramm

Das Goodman-Diagramm für die Darstellung der Dauerfestigkeit einer Schraubenfeder ist eine Abwandlung des Smith-Diagramms. Das Smith-Diagramm wird bei der Berechnung der Dauerfestigkeit für dynamisch beanspruchte Bauteile verwendet (wechselnd oder schwellend). Da Schraubenfedern nur in eine Richtung (schwellend) beansprucht werden (Druckfedern nur auf Druck, Zugfedern nur auf Zug), entwickelte Goodman für diese Anwendungen das bekannte Dauerfestigkeitsschaubild für schwellende Beanspruchung. Beim Smith-Diagramm definiert die Diagonale die Mittelspannung (tauM = tauO - tauU), beim Goodman-Diagramm die Unterspannung tauU.

In der allgemeinen Festigkeitslehre wird neben dem Smith-Diagramm das Haigh-Diagramm verwendet. Das Haigh-Diagramm ist eigentlich nicht viel mehr als ein um 45 im Uhrzeigersinn gedrehtes Smith-Diagramm. Statt der Diagonale definiert die x-Achse die Mittelspannung. Vorteil des Haigh-Diagramms: Die Ablesung der ertragbaren Amplitude für eine gegebene Mittelspannung geht einfacher und schneller. In der Werkstoffdatenbank WST1 kann man sowohl Smith- als auch Haigh-Diagramme anzeigen lassen, wenn die Dauerfestigkeitswerte vorliegen.

Smith-Diagramm in WST1 (Torsion, d=10mm)


Haigh-Diagramm in WST1 (Torsion, d=10mm)

Ebenso kann man jetzt in den Schraubenfederprogrammen ein sogenanntes "Haigh-Goodman-Diagramm" anzeigen lassen. Dies ist ein Haigh-Diagramm nur für schwellende Beanspruchung, mit der Unterspannung tauU in der x-Achse und der Hubspannung tauH in der y-Achse.

Goodman-Diagramm in FED1+


Haigh-Goodman-Diagramm in FED1+


SR1 - Kräftetabelle

Zum besseren Verständnis der Kräfte in der Schraubenverbindung gibt es einen neuen Ausdruck, unterteilt in Eingabe, Verspannungsschaubild, erforderliche und wirkliche Kräfte.

Die Bezeichnung der Kräfte mit den Indizes "min, max, erf, zul, Tab,.." ist in der VDI 2230 etwas unglücklichen gewählt. Beispiel: FMmin und FMmax sind nicht Kleinst- und Größtwert der Montagevorspannkraft an der Schraubenverbindung, sondern theoretische Werte (VDI 2230-2003, S.97): FMmax: max. Montagevorspannkraft, für die eine Schraube ausgelegt werden muss, damit trotz Ungenauigkeit des Anziehverfahrens und zu erwartender Setzbeträge im Betrieb die erforderliche Klemmkraft erzeugt wird und erhalten bleibt. FMmin: erforderliche Mindest-Montage-Vorspannkraft; kleinste Montagevorspannkraft, die sich bei FMmax infolge Ungenauigkeit des Anziehverfahrens und und maximaler Reibung einstellen kann.

Die tatsächliche Klemmkraft muss größer sein als FMmax. In der VDI 2230 von 1986 mit FM bezeichnet, wurde nun umbenannt in FMzul (zulässige Montagevorspannkraft). Daneben wurde FMTab eingeführt (Tabellenwert der Montagevorspannkraft aus Tabellen A1 bis A4, für nü=0.9). FMzul und FMTab können identisch sein, wenn durch die Betriebskraft die Streckgrenze der Schraube nicht überschritten wird. In VDI2230:2003 Bild 5.5/1 wird FMzul definiert als Bereich zwischen FMzul,min und FMzul,max. (min/max zulässig: ein Widerspruch in sich?) . FMzul,max ist definiert als 1.4 * FMTab. Gemäß dem Bild führt allerdings das Anziehen der Schraube bis 1.4 * FMTab zum Bruch, wenn man eine Schraube mit R0.2 min erwischt (gestrichelte Linie)!

Der tatsächliche Mindestwert der Montagevorspannkraft (FM,min= FMzul / alpha A in SR1) ist in der VDI 2230 ebensowenig definiert wie das entsprechende Mindest-Anziehdrehmoment (MA,min in SR1).


FED10 - Abmessungen als Tabelle eingeben

Die Abschnitte einer Blattfeder können nun alternativ als Tabelle im Programm oder mit MS-Excel eingegeben werden. Das ist sinnvoll bei komplizierten Formen, oder wenn die Kontur durch eine mathematische Formel beschrieben wird.


WN6 - ISO Toleranz

Die ISO-Toleranzen für den Gleichdickdurchmesser wird berechnet und mit ausgegeben.

Bei der Generierung des P3G-Profiles als DXF- oder IGES-Datei kann man den Gleichdickdurchmesser verändern, oder den Toleranzmittelwert für Wellenprofil oder Nabenprofil einsetzen lassen. Die Profildaten kann man für die Herstellung des P3G-Profils mit CNC-Maschine, Erodierverfahren etc. verwenden.


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