VDI 2232-2004 Methodical selection of solid connections - Systematic design catalogues assistance for work.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMethodische Auswahl fester VerbindungenSystematik, Konstruktionskataloge, ArbeitshilfenVDI 2232VDI-Handbuch KonstruktionVDI/VDE-Handbuch Mikro- und FeinwerktechnikZu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldor

2、f 2004Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattetMethodical selection of solid connections Systematic, design catalogues, assistances for workICS 21.020 Januar 2004Frhere Ausgabe: 7.90VDI-RICHTLINIENInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . 21 Einleitung und Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Bedeutung der Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 berblick, Einteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Methoden und Arbeitshilfen . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . . . 21.4 Funktionelle Grundlagen der festen Verbindungen . . . . . . . . . . . 21.5 Begriffsfestlegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.6 CAD-Untersttzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Grundlagen und Begriffsbestimmungen . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . 32.1 Einteilung in feste und bewegliche Verbindungen . . . . . . . . . . . 32.2 Feste Verbindungen, Verbindungselemente, Verbindungsverfahren . . 42.3 Schlussarten die Prinzipien der Kraftbertragung . . . . . . . . . . 53 Bercksichtigung fester Verbindungen im Konstruktionspro

6、zess. . . . 63.1 Ablauf der Verbindungsfestlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2 Arbeitshilfen zur Konstruktion fester Verbindungen . . . . . . . . . . 83.3 Konstruktionskataloge fester Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . 94 Beispiele zur Verbindungsauswahl mit Konstruktionskataloge

7、n . . . . 104.1 Flugzeugindustrie Auswahl einer Blindnietverbindung . . . . . . . 114.2 Kraftfahrzeugindustrie Auswahl einer Schraubenverbindung . . . . 114.3 Anlagenbau Auswahl einer Verbindung fr einen Tropfenabscheider. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Arbeitshilfen. . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.1 Checklisten zur Anforderungsermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2 Verfgbare Konstruktionskataloge fester Verbindungen . . . . . . . . 226Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697 Dat

9、enbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebFachbereich KonstruktionAusschuss VerbindungstechnikB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD

10、9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 2 VDI 2232VorbemerkungDas Gebiet der technischen, mechanischen Verbin-dungen, insbesondere der festen Verbindungen, wirdim Schrifttum

11、und im Unterricht punktuell zwar in-tensiv, aber als Ganzes doch etwas unterbewertet be-handelt. Es fehlte bisher eine Gesamtschau, welchedie Verbindungen von ihrer gemeinsamen physikali-schen Funktion her und nicht allein auf Grund derTatsache des Verbindens und der dazu erforderlichenFgeverfahren

12、ordnet. Dieser Versuch ist in der vor-liegenden Richtlinie gemacht worden und schlgtsich in einem einheitlichen Gesamtsystem insbe-sondere der festen Verbindungen nieder. Ein Gro-teil des praktischen Wissens auf diesem Gebiet wurdein zahlreichen zum Teil noch nicht verffentlichtenKonstruktionskatalo

13、gen festgehalten und konstruk-tionsfreundlich aufbereitet.Der Ausschuss Verbindungstechnik hatte bei seinerArbeit zwei Hauptziele vor Augen: Zum einen solltedie Richtlinie die Grundprinzipien einer mglichenVerbindungslehre enthalten und die physikalischenGemeinsamkeiten aller Verbindungen als einhei

14、t-liches System darstellen, zum anderen sollte sie prak-tische Anleitungen und methodische Hilfsmittel ent-halten sowie Verweise auf nicht aufgenommeneKataloge geben, um fr eine vorliegende Konstruk-tion methodisch vorgehend eine optimale Verbin-dung finden zu knnen. Der Ausschuss knpfte darandie Ho

15、ffnung, dass dem Gebiet der festen Verbindun-gen in Zukunft mehr Aufmerksamkeit gewidmetwird, damit es in der Gesamtsicht fr Praxis undUnterricht attraktiver wird, denn die festen Verbin-dungen sind schlielich das, was die Welt (unserertechnischen Produkte) im Innersten zusammenhlt“.1996 erschien da

16、s von Roth verfasste Standardwerkder Verbindungen 19, in welchem sowohl die allge-meine Theorie des Verbindens entwickelt wird, alsauch zahlreiche Konstruktionskataloge von Verbin-dungen zum praktischen Gebrauch verffentlichtsind. Die nahe verwandten Verschlsse sind ebenfallsdarin enthalten.Die Bede

17、utung der festen mechanischen Verbindun-gen (im Folgenden kurz Verbindungen“ genannt)und grundlegende neue Forschungsarbeiten machteneine berarbeitung der vorliegenden Richtlinie erfor-derlich.1 Einleitung und Zielsetzung1.1 Bedeutung der VerbindungenVersteht man die Verbindungen als Zusammen-schlss

18、e fester Krper, deren Zusammenhalt auchunter Betriebsbedingungen bestehen bleibt, aber jenach Anforderung eine Relativbewegung der Krpererlaubt oder nicht erlaubt (siehe Abschnitt 6 und19), dann bestehen alle Maschinen, Gerte undApparate beinahe nur aus der Verbindung verschiede-ner Einzelteile, Bau

19、gruppen usw. Selbst wenn mandie beweglichen Verbindungen ausschliet und nurdie festen betrachtet, bilden diese noch einen groenTeil der technischen Produkte und tragen zu ihrerGte, ihrer Funktionstchtigkeit, ihrem Aussehen,aber auch zu ihren Herstellkosten einen wesentlichenAnteil bei. Grund genug,

20、das groe und komplexeGebiet der Verbindungen, insbesondere der festen,nach den wesentlichen Gesichtspunkten ihrer Wir-kungsweise zu ordnen, mit Konstruktionskatalogenanwenderfreundlich aufzubereiten und die wichtigs-ten Begriffe einheitlich festzulegen. Gleichzeitig solldie Bedeutung der festen Verb

21、indungen fr die Kon-struktion und Herstellung technischer Produkte aufGrund der Analyse ihrer wichtigen Funktionen be-sonders hervorgehoben werden.1.2 berblick, EinteilungEine Unterteilung in bewegliche und feste Verbin-dungen kann man auf Grund des Freiheitsgrades(bzw. Freiheitssinnes) zwischen den

22、 betrachtetenVerbindungspartnern vornehmen 1; 19.Den Zusammenhalt von Krpern bewirken verschie-dene Arten von Schlssen. Daher lassen sich die fes-ten Verbindungen nach Schlussarten in Gruppen un-terteilen 1; 19; 36. Die Auswirkung dieses Prinzipswird in Abschnitt 2 nher erlutert.1.3 Methoden und Arb

23、eitshilfenAuf der Grundlage des methodischen Konstruierenswird eine Vorgehensmethode vorgeschlagen, die aufzweckmig aufbereitete Arbeitshilfen und Unter-lagen zurckgreift. Solche Arbeitshilfen sind z.B. diein Abschnitt 5 beispielhaft vorgestellten Konstruk-tionskataloge und Checklisten.Fr viele wich

24、tige Verbindungsarten wurden neueKonstruktionskataloge aufgestellt, die eine bishernoch nicht erzielte bersicht ber die einzelnen Ver-bindungsgruppen und eine genaue Information imDetail ergeben. Sie bezieht sich auf Funktionsweise,Gestalt und andere charakteristische Eigenschaften.Auf Grund des met

25、hodischen Vorgehens wird dierechtzeitige Bercksichtigung der Verbindungen imKonstruktionsprozess und damit gnstige Auswahlgewhrleistet.1.4 Funktionelle Grundlagen der festen VerbindungenDie festen Verbindungen haben bezglich der Funk-tion, die den Zusammenhalt bewirkt, viele Gemein-samkeiten. Diese

26、bestehen darin, dass erstens zur Be-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 2232 3 grenzung der Relativbewegung eine bestimmte geo-

27、metrische Form vorhanden sein muss (formal darge-stellt durch die Sperr-Matrix) und dass zweitens au-erdem der Zusammenhalt auch bei Einwirkung vonBetriebskrften durch verschiedene Schlussarten ge-whrleistet wird (formal dargestellt durch dieSchlussarten-Matrix).1.5 BegriffsfestlegungDie Begriffsfes

28、tlegungen wurden so getroffen, dasses mglich wird, die Verbindungsprinzipien eindeu-tig zu definieren. Zu diesem Zweck wurde der Form-schluss gegenber den anderen Schlssen als beson-dere Kategorie hervorgehoben, weil er im Wesent-lichen eine Aussage ber die geometrische Anord-nung der Paarungsflchen

29、 macht, whrend die ande-ren Schlsse die Wirkungen der Krfte beschreiben.Die Definitionen der wichtigen Begriffe sind in Ab-schnitt 6 zusammengefasst.1.6 CAD-UntersttzungDie Eindeutigkeit der Begriffe, die konsequentdurchgefhrte Systematik und die mit Prinzipskizzeneinheitlich und auf Vollstndigkeit

30、angelegten Kon-struktionskataloge ermglichen auch ein sinnvollesAbspeichern der Informationen ber feste Verbin-dungen in Rechenanlagen, einen schnellen Zugriffauf sie und damit eine wirksame Rechnerunterstt-zung beim Konstruieren. Aufgrund der algebraischenErfassung der Verbindungsfunktion mit Hilfe

31、 derSchlussarten und Schlussartenmatrizen ist es auchmglich, den Rechner weitgehend automatisch aufGrund der Funktionsvorgabe neue Verbindungsgeo-metrien entwickeln und als 3D-Zeichnung vorschla-gen zu lassen 36; 41; 42; 44.2 Grundlagen und BegriffsbestimmungenVerbindungstechnische GrundlagenTechnis

32、che Produkte sind hufig aus mehreren Ein-zelteilen zusammengesetzt. Das Zusammensetzender Produkte aus Einzelteilen kann aus Grnden derFertigung, der Montage, der Funktion (z.B. Bewe-gungsmglichkeiten, verschiedene Werkstoffe), derWartung und Instandsetzung, der optimalen Werk-stoffausnutzung, der W

33、irtschaftlichkeit usw. (verglei-che Abschnitt 5.1) notwendig sein.Die Einzelteile wiederum mssen durch bestimmteManahmen zusammengehalten werden, Manah-men, die die funktionelle Beziehung der Teile herstel-len und gewhrleisten. Die konstruktive Realisierungerfolgt durch Verbindungen, die die genannt

34、en Auf-gaben des Zusammenhalts oder der eingeschrnktenBeweglichkeit erfllen.2.1 Einteilung in feste und bewegliche VerbindungenDie Verbindungen knnen wie folgt beschrieben wer-den: Verbindungen (Definition: Abschnitt 6 und 19)sind Zusammenschlsse von zwei oder mehrerenwiderstandsfhigen Krpern (bzw.

35、den beiden Endeneines Krpers), die eine Trennung der Krper auchunter Betriebskrften verhindern. Sie knnen in be-wegliche und feste Verbindungen unterteilt werden, jeBild 1. Einteilung der Verbindungen fester Krper 19Der Begriff berhrungsschlssig“ an Stelle von formschlssig“ wird gewhlt, um jede Asso

36、ziation mit Kraftbertragung“ zu vermeiden.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 4 VDI 2232nachdem, ob an der Verbindungsstelle eine R

37、elativbe-wegung der Partner mindestens in einem Richtungs-sinn mglich ist oder nicht. Die Relativbewegung be-zieht sich nicht auf eventuelle elastische Verformun-gen, Wrmedehnungen, Quellungen usw. 2; 3.Diese Definition ist der Einteilung von Bild 1, dasim Einzelnen noch feiner untergliedert ist, zu

38、 Grundegelegt. Dort werden feste und bewegliche Verbindun-gen auf Grund des Freiheitsgrades 4, genauer nochauf Grund der Freiheitssinne 2 der verbundenenPartner unterschieden (fest f 0),und es werden die festen Verbindungen die in dieserRichtlinie allein behandelt werden noch weiter un-terteilt.Je n

39、achdem, mit welcher Schlussart 2; 5; 19 derZusammenhalt in der Hauptbelastungsrichtung er-folgt, gibt es danach stoff-, rein formschlssige undkraftschlssige feste Verbindungen (vergleiche Ab-schnitt 2.3).2.2 Feste Verbindungen, Verbindungselemente, VerbindungsverfahrenEs hat sich als hilfreich erwie

40、sen, eine feste Verbin-dung durch eine Gliederkette darzustellen, die gleich-zeitig die Schlusskette (siehe Bild 2 und Bild 3) ist,wenn ber alle Elementpaarungen und Glieder Krftegeleitet werden. In ihr sind die einzelnen Teile (dieGlieder oder auch Wirkrume) durch eine symboli-sche Verbindungslinie

41、 und die bergnge an denOberflchen (die Elementenpaarungen oder auchWirkflchenpaarungen) durch entsprechende Quer-linien dargestellt, hnlich den Elementen und Ele-mentenpaaren in der Getriebelehre.Diese abstrakte Darstellung einer festen Verbindungist in Bild 4 am Beispiel einer SchraubenverbindungBi

42、ld 2. Kette seriellGesamtschluss: kraftschlssig (elastisch nachgiebig)Elementschlssea, b, c Wirkraumschlsse (innere)a/b, b/c Wirkflchenschlsse (uere)Der Gesamtschluss setzt sich aus Wirkraum-Elementschlssenund Wirkflchen-Elementschlssen (a, b, c und a/b, b/c) zusam-men (obere Darstellung: Schlussket

43、te) 1. Bei seriellem Ketten-aufbau und schon einem einzigen elastisch nachgiebigen Gliedist auch der Gesamtschluss elastisch nachgiebig (untere Dar-stellung: technische Ausfhrung) 1; 19.Bild 3. Kette parallelGesamtschluss: rein formschlssig (steif/starr) Elementschlssea bis e Wirkraumschlsse (innere

44、) d/a bis c/e Wirkflchenschlsse (uere)Bei parallelem Kettenaufbau und schon einer einzigen steifenSchlussbrcke a oder c ist der Gesamtschluss zwischen Teil dund e auch steif. Es entsteht zwischen den krzeren Gliedernund den Teilen d und e loses Spiel, also so genannter Berh-rungsschluss, der bei bei

45、dseitiger Anlage immer Spiel hat (linkeDarstellung: Schlusskette; rechte Darstellung: technische Aus-fhrung) 1.zu erkennen. Feste Verbindungen knnen danach wiefolgt bestimmt werden (siehe auch Abschnitt 6):Feste Verbindungen sind ber Wirkflchenpaare und/oder Wirkrume gekoppelte Wirkflchen eines oder

46、mehrerer Einzelteile. Die Eigenschaften der Wirkfl-chen, ihre Anordnungen und ihre Schlsse erhaltendie vorgesehene Relativlage der Wirkflchen bzw.Einzelteile unter Betriebskrften aufrecht.Bild 4. Zuordnung von Elementen zu Verbindungsbegriffen amBeispiel einer SchraubenverbindungFr die Begriffe Verb

47、indungsmittel“, Verbindung“ und Verbin-dungsverfahren“ sind unterschiedliche Teile, Wirkflchen oderWirkrume von Bedeutung 7.BeispielSchraubenverbindungZuordnung von Elementenzu VerbindungsbegriffenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthS

48、tandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 2232 5 Feste Verbindungen liegen nicht nur zwischen denEinzelteilen technischer Produkte vor. Zum Beispielsind Verbindungen fr krzere Dauer bei der Ferti-gung und der Montage notwendig. Hierzu g

49、ehrenunter anderem aufgeklebte Schutzfolien oder dieAufnahme in Werkzeugspannvorrichtungen.Die Herstellung fester Verbindungen erfolgt, wenndafr vorbereitete Teile durch Verbindungsverfahrenso zueinander angeordnet werden, dass die Teile inihrer Relativlage festgelegt sind. Der Fertigungsvor-gang, bei dem die beiden Verbindungspartner zusam-mengebracht werden