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Die bisherigen Überlegungen setzten voraus, dass die axiale Betriebskraft die gesamte Schaft- und anteilige Gewindelänge der Schraube beanspruchte und die gesamten verspannten Teile entlastete.

Das folgende Bild zeigt jedoch, dass je nach Konstruktion der verspannten Teile die Krafteinleitung zwischen Kopf- und Mutternauflage in einem bestimmten Bereich der verspannten Teile geschieht.

Bild: Unterschiedliche Positionen des Krafteinleitungspunktes,

Durch die Krafteinleitung innerhalb der verspannten Teile wird ein Teil der Platten zusätzlich belastet, während der andere Teil entlastet wird

Der Einfluss des Krafteinleitungsortes auf die Aufteilung der Plattennachgiebigkeit auf die be- und entlasteten Bereiche wird durch den Krafteinleitungsfaktor n (0 ≤ n ≤1) ausgedrückt.

Nachgiebigkeit der entlasteten Plattenteile

Nachgiebigkeit der zusätzlich belasteten Plattenteile

Die federnde Länge der Schraube reduziert sich dadurch auf ein Maß

n · lK, mit 0 ≤ n ≤ 1
n = Krafteinleitungsfaktor

Bei n=1 greift die Kraft FA direkt unter dem Schraubenkopf an und verursacht keine zusätzliche Plattenbelastung. Bei n=0 greift FA in der Trennfuge an und wird vollständig von den Platten aufgenommen, womit FSA zu Null wird und die Schraube keine Längenänderung erfährt.

Bei der Schaltung von Federn unterscheidet sich die Parallel- von der Reihenschaltung durch den Ort der Krafteinleitung.

Das Ersatzmodell der Schraubenverbindung mit der Krafteinleitung innerhalb der verspannten Teile ist eine Reihenschaltung der weiter belasteten Plattenanteile und der Schraube, s. Bild.

In diesem Ersatzmodell sind die zusätzlich belasteten Plattenteile und die Schraube in Reihe geschaltet. Diese Ersatzfeder ist mit dem entlasteten Anteil der Platten parallel geschaltet.

Bild: Federmodell der Krafteinleitung innerhalb der verspannten Teile
Bild: Einfluss von n im Verspannungsdiagramm

Im Bereich von fp'' und fS treten gleiche Kräfte auf, daher liegt dort die Reihenschaltung vor.

Infolge der erläuterten Parallelschaltung gilt für die Gesamtanordnung:

und damit für die Schrauben- und Plattenzusatzkraft

Daher wird durch die Krafteinleitung innerhalb der verspannten Teile FSA kleiner.

Die exakte Ermittlung des Krafteinleitungsfaktors n ist schwierig und z.T. nur mit aufwendigen FEM-Berechnungen möglich. Für viele praxisnahe Verbindungen lässt sich der Krafteinleitungsfaktor durch ein vereinfachtes Verfahren bestimmen s. [Niem-81].

Zur Anwendung dieses Verfahrens müssen die folgenden Punkte beachtet werden:

  1. Die Platten müssen den gleichen Elastizitätsmodul aufweisen.
  2. Die Verbindung muss einem der Verbindungstypen im folgenden Bild a zugeordnet werden können. Dabei ist zu beachten, dass die Trennfuge in dem markierten Bereich liegt. Dieser kennzeichnet den gleichmäßig verspannten und konstruktiv sinnvollen Bereich der Verbindung. Er kann näherungsweise an jeder Verbindung ermittelt werden, indem, ausgehend von der Schraubenauflagefläche, ein Kegel von 30° zur Schraubenachse eingezeichnet wird.
  3. Aus der Geometrie der Verbindung müssen die Höhe h, der Abstand aK sowie die Länge lA bestimmt werden. Bei Einschraubverbindungen ist h die Höhe der oberen Platte, s. Bild b.
  4. Der Krafteinleitungsfaktor kann schliesslich direkt oder durch lineares Interpolieren der folgenden Tabelle entnommen werden.
Bild a: Verbindungstypen nach der Art der Krafteinleitung
Bild b: Parameter zur Ermittlung des Krafteinleitungsfaktors

Animation: Krafteinleitungsfaktoren n zu den Verbindungstypen SV1 bis SV6

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