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senkkopf0001.jpg

Hallo,
ich möchte in einen PC-Deckel(8mm Stark) eine Senkbohrung einbringen muss aber den Einfluss der Senkkopfschraube (M5) auf das PC-Material belegen. Wie sieht den das Kräftedreieck am Kopf der Senkkopfschraube aus.
Die Senkbohrungen sind am Rand des Deckels. Der kritische Bereich wird wahrscheinlich die Stelle "A" sein (kleinste Distanz zum Rand).
FE-Tool steht mir nicht zur Verfügung.
lg

[Diese Nachricht wurde von 007schraubendreher am 04. Apr. 2017 editiert.]

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Dan rechne halt einen Ring mit der dünnsten Stelle als umlaufend.

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Klaus

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Querschnitt0001.jpg

Hallo Klaus,
die Senkkopfschraube kann ja maximal ihre Vorspannkraft in den Deckel einbringen (F blau). Die im Deckel horizontal verlaufende Kraft (F rot) kann meiner Meinung nach den Deckel zum bersten bringen.
Mein Problem ist nun folgendes:
- Ist das Kraftdreieck blau/rot richtig?
- Wie ermittele ich die zulässige Flächenpressung, um zu belegen das die Senkkopfschraube nicht im PC-Material (Polycarbonat)einsinkt?

LG

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Hallo , das mit der Kraft ist so richtig.

Den Rest schaue ich mir die nächsten Tage mal an. Das weiß ich auch nicht aus dem Stegreif .

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Klaus

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Also ich seh' da 2 (zwei) Kräftedreiecke:
Eines besteht aus 3 Pfeilen mit blauer Spitze und schwarzem Schaft.
Das andere besteht aus einem dieser 3 Pfeile sowie 2 komplett roten Pfeilen.
Letzteres ist m. E. geeignet, um die Frage nach der Flächenpressung zu beantworten, ersteres nicht.

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Ich zitiere jetzt mal:
http://www.matom.ch/index.php/produkte-service?id=104
"Spreizwirkung durch Schrauben vermeiden
Kunststoffe dürfen nie mit Senkkopfschrauben befestigt werden, da hierdurch zu große Spannungen auftreten, die zum Versagen führen. Flachkopfschrauben sorgen beim Anziehen für eine gleichmäßigere Spannungsverteilung."

Mit Dicke 8mm reicht ja wohl der Platz für eine Zylinderschraube oder Linsenkopfschraube mit zylindrischer Senkung. Senkschrauben sollte man bei Kunststoffen nicht verwenden, nur falls konstruktiv nicht anders möglich.
Falls doch mal erforderlich dann aber bitte das Anzugsdrehmoment deutlich reduzieren ("von Hand anziehen"), sonst gibt es Risse bei der Stelle A. I musste da vor einiger Zeit ähnliche Teile Konstruieren ...

Gruß Alex

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Hallo , ziemlich mühsam da einen Rechenweg zu finden. 

Ich habe das so vereinfacht. Schraube M5 8.8 bei µ =0,10 ( Reibung )
nach Roloff/ Matek ergibt sich eine Vorspannung von  6900 N.
( bei einem Anzugsmoment von  4,9 Nm )
Der Kegel der Senkung hat einen Winkel von 90 ° also 45 ° Kraftumlenkung ohne Reibeng bedeutet das 1 : 1.

Das ergibt eine tangentiale Ringskraft in dem angenommenen Ring von
wieder 6900 N.
Nach Campus für PC von Bayer ergibt sich eine Streckgrenze von ca. 65 MPa .
Nach Dubbel für dickwandige Rohre unter Innendruck ergibt sich ein
Faktor für die höhere Spannung innen von max. 2 .
Das ergibt dann eine max. Spannung für den Ringquerschnitt von ca.
30 MPa .
Die Tangentialkraft / Spannung ergibt dann 6900 / 30 = 230 mm² für den Mindestquerschnitt der Ringfläche.

Das kleine Dreick der Sinkung Form B (Senkschraube DIN 7991) nach
DIN 74 hat eine Fläche von ca. 4 mm² .

(230 +4 ) mm² / 8 mm Dicke ergibt dann eine Ringbreite von 29,25 mm.

Beim Ø des Durchgangslochs von 5,5 mm und Radius von 2,75 mm ergibt sich dann ein Abstand MItte Bohrung Außenkante von 32 mm .

Wenn das zuviel ist, mußt Du einfach das o.g. Anzugsmoment entsprechend linear herunterrechnen aber nicht so weit , daß sich die
Schraube löst.

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Klaus

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SWX_Scheibe.PNG

Ich würde ein Scheibe nach Bild im Anhang verwenden, die die Axialkraft abfängt.

Es geht auch eine dünnen Hülse um die Schraube.

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Klaus

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Mit (Vorsicht, Schleichwerbung!) GN 184 brauchst Du noch nicht mal mehr die Senkung im PC.
Außerdem kann man die, anders als das abgebildete Teil, fertig kaufen. 

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

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Hallo Roland, Sinn und Zweck einer Senkkopfschraube ist es den Kopf zu versenken. 

Mit den GN 184 steht aber noch ziemlich viel über. 
Dann könnte ich gleich eine große Scheibe nach DIN 9021 verwenden, eine Senkschraube drauf. Die drück da innen einen
Kegel rein.
Dann ist der Kopf auch versenkt.

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Klaus

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Hallo,
muß es denn unbedingt eine Senkschraube sein? Ginge nicht auch z.B. eine Zylinderschraube DIN 6912 (Kopfhöhe 3,5mm bei M5)?
8mm - 3,5mm = 4,5mm
Dann könnte mann die Wandung unter dem Schraubenkopf 3,5mm - 4mm machen, zylindrische Senkung. Das sollte doch ausreichend sein?

Gruß Alex

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Das Problem ist dann die Flächenpressung.

Die Schraubenköpfe sind für Stahl ausgelegt, nicht für Kunststoff. 
Auch da wäre dann eine Hülse notwendig, die die Vorspannkraft abfängt.

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Klaus

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Berechnung0001.pdf

Hallo,

zunächst einmal möchte ich mich bei allen für das rege Interesse bedanken. Der Deckel wird an einem Drehmomentscharnier befestigt und ist aufklappbar.
Die Vorspannkraft der Schraube (F Blau) kann nicht im vollen Umfang für das reißen des Deckels herangezogen werden, sondern meiner Meinung nach der Kraftanteil F(rot).
Ich komme jetzt nach meiner Betrachtungsweise auf eine vorhandene Zugspannung von ca. 14 N/qmm.

Bleibt jetzt noch zu klären wie das mit zulässigen Flächenpressung zu betrachten ist.

LG

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" Die Vorspannkraft der Schraube (F Blau) kann nicht im vollen Umfang für das reißen des Deckels herangezogen werden "

Doch, weil die axiale Kraft sich nicht aufhebt. Wenn man die Reibung vernachläßigt, ist die radiale Kraft dann genauso groß wg. 45° Winkel.
Die ist hier entschedend. Die muß man dann noch in eine Spannung umrechnen.
Die Kraft in 45 ° ist dann um den Faktor Wurzel 2 größer.
Das ist zu einfach da jetzt eine Skizze zu malen.

Was meinst Du mit RKL 70 ?
Der Reibungsfaktor 0,16 ist schon sehr groß , ich würde da höchsten 0,12 bis 0,10 nehmen.
Die Spannung verteilt sich nicht gleichmäßig über den Querschnitt, sondern ist innen viel höher.
Aber innen reißt der Kunststoff zuerst auf.

Es gibt noch eine andere Methode. Die Vorspannkraft der Schraube in einen Druck axial in den Kegel umrechnen.
Wegen der 45° Schräge herscht dann der gleiche Druck auch radial.
Diesen Druck dann auf den theoretischen Zylinder über die ganze Dicke
umrechnen.
Mit den Formeln für dickwandicke Rohre kommst Du dann auf die
Spannung.
Ich rechne das demnächst noch mal durch.

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Klaus

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Hallo Klaus,

mit FKL 70 ist die Festigkeitsklasse 70 einer Schraube (z.B. DIN 912) aus Edelstahl gemeint.

Edelstahlschrauben haben geringere Vorspannkräfte. Was noch hinzu kommt ist das
Senkkopfschrauben eine um den Faktor 0.8 geringere Vorspannkraft als vergleichbare andere Schrauben (z.B. DIN 912)  haben.

lg

[Diese Nachricht wurde von 007schraubendreher am 14. Apr. 2017 editiert.]

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Rohr_dick.PNG

Die Rechnung nach der o.g. 2 . Mehtode sieht so aus:

Vorspannkraft 4,7 kN
Ø 5,2 mm -> Umfang 16,3 mm -> Fläche aus diesen Ø 130,4 mm²

Druck innen 4700 N / 130,4 mm = 36 MPa

Streckgrenze von Polycarbonat = 66 MPa

Nach der kompliezierten Formel im Anhang ergibt isch für die tangentiale Spannung stark vereinfacht unter folgenden Annahmen:

ri =2,6 mm
rx = ri
ra =10 mm
pi = 36 MPa
pa = 0 deswegen entfällt der erste Teil in der eckigen Klammer.

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Klaus

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SWX_PC_Platte.PNG

Habe das jetzt FEM durchgerechnet. Bild im Anhang. 
( Wg. Symmetrie und Übersicht ist nur die Hälfte gerechnet )
Die gleichen Werte wie oben. 
Die hohen roten Spannungen beziehen sich auf die Schraube, die  ausgeblendet ist.
Die Spannungen sind zwar höher als die Fließgrenze, aber das sind Druckspannungen .
Das Material kann kaum fließen, weil da kein Platz ist,
deswegen kann das so funktionieren. 

Klaus

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Hallo Klaus,

ich würde das näherungsweise als Kegelpressverbindung rechnen:

https://www.youtube.com/watch?v=rE-_7o9gu5s[/URL]

Mit Deinen Werten oben und Kopfhöhe gleich ~2,5mm / KA = 1 angenommen:
lF = l / (cos (alpha/2))
alpha/2 = 45°
p = (2*M*KA) / (dm²*PI*lF*µ) = (2*4900) / ((5,2+2,5)²*PI*2,5*1,41*0,1)
  = 149 N/mm²

Gruß Alex

[Diese Nachricht wurde von alex am 17. Apr. 2017 editiert.]

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Hallo Klaus,

du hast die Vorspannkraft einer DIN 912er Schraube (Zylinderkopf) von 4700 eingesetzt, ich möchte hier aber eine Senkkopfschraube einsetzen (PDF Punkt 2) da muss man die Vorspannkraft der DIN 912er noch mal mit dem Faktor 0,8 herunterrechnen weil hier der Inbus kleiner ist und man nicht das Drehmoment wie bei einer 912er Schraube übertragen kann, wo der Inbus größer ist (Schlüssel ist stabiler, dicker) und er kann tiefer in den Zylinderkopf der Schraube gesteckt werden.

Dann würde auch dein Ergebnis schon recht dicht an meinem liegen. OK, doppelt so viel.

Und mir fehlt eigentlich auch noch ein aussagekräftiges Kraftdreieck um es einfach auch selbst besser verstehen zu können.

lg

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Mit den 4700 N bin ich in die falsche Zeile gerutscht.
Kannst Du aber entsprechend linear runterrechnen.
Deine Reibungszahl von 0,16 ist recht hoch, aber Chrom-Stahl auf
Chrom-Stahl frißt sich gerne.
Die große Reibungszahl kann hier auch von Vorteil sein, es gibt weniger Vorspannkraft und die Schraube löst sich nicht so leicht.

Das Kräftedreieck mache ich die nächsten Tage. 

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Klaus

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@N.Lesch

Wie wurde dann gerechnet, linear oder nichtlinear mit bilinear bzw. multilinearer SDK?
In der linearen Analyse fallen ja Spannung höher als wirklich aus, da lokale Plastifizierungen nicht berücksichtigt werden.

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Kraftdreieck.PNG

Im Anhang noch das Kräftedreieck wie ich es verstehe.

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Klaus

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