Bewertung des Scherfestigkeitsverhältnisses für Schrauben festgelegter Festigkeitsklassen

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2019-04, Vol.50 (4), p.382-404
• Main Authors: Dörre, M, Glienke, R, Denkert, C, Berschneider, G
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Bearing; Bolted joints; Construction planning; Plant construction; Shear strength; Shear tests; Shearing; Slip resistance; Steel construction
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201800106

Die Abschertragfähigkeit von Schrauben ist für die Bemessung von Scherverbindungen unabdingbar. Eine der elementarsten und wichtigsten Scherverbindungen stellt die Scher‐/Lochleibungsverbindung (SL‐Verbindung) dar. Diese wird vorzugsweise im Stahlbau ausgeführt, da hauptsächlich von vorwiegend ruhenden Einwirkungen ohne Lastumkehr ausgegangen wird. Ein Vorspannen von Stahlbauverbindungen ist in über 90 % der Fälle aus rechnerischen Gründen nicht notwendig [1]. Im Luftfahrzeugbau sind Scher‐/Lochleibungspassverbindungen (SLP) hingegen sehr verbreitet. Durch die Verwendung von Aluminiumwerkstoffen mit geringen Bauteildicken scheiden reibschlüssige Verbindungen für den Einsatz in Luftfahrzeugen aus und der aufgrund von Schwingbelastung (mit Lastumkehr) eintretende Schlupf wird durch die engen Toleranzen der Passverbindung minimiert. Im Schienenfahrzeugbau werden Scher‐/Lochleibungsverbindungen vornehmlich Risikoklasse G (gering) in Verbindung mit DIN 25201‐7 eingesetzt [2]. Im Maschinen‐ und Anlagenbau ist die Scher‐/Lochleibungsverbindung zwar nicht gebräuchlich, trotzdem besteht die Forderung, dass reibschlüssige Verbindungen bei einer Überlast gegen eine Scher‐Lochleibungsbeanspruchung ausgelegt sind [3]. Neben der Sicherungswirkung einer vorgespannten Verbindung bestimmt vor allem die Abschertragfähigkeit des Schraubenbolzens die Tragwirkung der Scher‐/Lochleibungsverbindung. Im Zuge früherer Untersuchungen zur Abschertragfähigkeit bzw. zur Ermittlung des Scherfestigkeitsverhältnisses sind Diskrepanzen sowohl für die Versuchsdurchführung als auch für die Bemessung nach den verschiedenen Regelwerken festzustellen. Hierzu haben die Verfasser des vorliegenden Beitrages über 500 eigene Scherversuche an Schrauben im Nenndurchmesserbereich M8 bis M20 der FK 4.6 bis 10.9 zur Ermittlung des Scherfestigkeitsverhältnisses durchgeführt. Im Fokus standen hierbei die Einflüsse aus der ein‐ und zweischnittigen Versuchsanordnung sowie eine geeignete Methode zur statistischen Auswertung der Versuchsergebnisse. Abschließend wurden aus den Versuchsergebnissen Empfehlungen für die zukünftige Bemessung von Scherverbindungen abgeleitet.