Das Maschinenzeichnen: Band 2 Ausgeführte Konstruktionsbeispiele [4. Aufl. Reprint 2019] 9783111614601, 9783111238708

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Sammlung

G ö s c h e n B a n d 590

Das Maschinenzeichnen mit Einführung

in das

Konstruieren

Von

Dipl.-Ing. W . T o c h t e r m a n n Professor an der staatl. Ingenieurschule Eßlingen a. N.

II Ausgeführte Konstruktionsbeispiele Mit 58 Tafeln • Vierte Auflage

WALTER

DE G R U Y T E R

& CO.

vormals G. J . Göschen'sehe Verlagshandlung • J . G-uttentag, Verlagsbuchhandlung • Georg Keimer • Karl J . Trübner • Veit & Comp.

B e r l i n 1950

A l l e R e c h t e , i n s b e s o n d e r e d a s U b e r s e tz u n g s r ech t , von der V e r l a g s h a n d l u n g

vorbehalten

Archiv-Nr. 11059;) Druck von Walter de Gruyter & Co., Berlin W 35 Printed in Germany

Inhalt. Seite

Literatur Einleitung Niete und Nietverbindungen Nietgrößen Nietkopfformen Überlappungsnietungen Laschennietungen Genieteter Behälter

Schweißverbindungen Schmelzschwei ßungen Geschweißter Behälter

Schrauben und Schraubenverbindungen Einteilung der Schrauben Das Schraubengewinde Die Gewindesysteme der Befestigungsschrauben Die Gewindesysteme für Bewegungsschrauben Schraubenformen für Befestigungsschrauben Schraubenmuttern Anwendungsbeispiele von Befestigungsschrauben Anwendungsbeispiel für Bewegungsschrauben

Keile und Keilverbindungen • Längskeile Federn Querkeile

Zapfen Tragzapfen Spurzapfen Einzelzapfen

Achsen und Wellen Kupplungen Feste Kupplungen Schalenkupplung Scheibenkupplung Bewegliche Kupplungen Gelenkkupplung Ausrückkupplungen Beibungskupplung

4 5 6 6 7 9 10 11

16 16 17

21 21 22 25 28 28 37 39 43

53 53 56 59

61 61 64 64

66 72 72 72 73 75 75 77 77

4

Inhalt. — Literatur. Seit«

Lager

79

Geschlossene, einteilige Lager Augenlager Offene, zweiteilige Lager Bingschmierlager Wälzlager

84 84 86 87 90

Zahnräder Stirnrädergetriebe Elegelrädergetriebe Schneckengetriebe

94 95 97 100

;

Konstruktionsaufgabe: Entwurf einer Preßwalze Register

,

106 129

Literatur. Bach, 0., Die Maschinenelemente, 2 Bände, Leipzig 1922. Bamag-Katalog Nr. 500: Das Triebwerk. Din-Bücher, Beuth-Verlag, Berlin. Ende, E. vom, Die Maschinenelemente, 2. Aufl., Sammlung Göschen Band 3, 1949. H a a s , Ausgew. Schweißkonstruktionen Band 2, VDI-Verlag, Berlin 1931. Holler u. F i n k , Ausgew. Schweißkonstruktionen Band 3, VDIVerlag, Berlin 1932. L a u d i e n , K., Vergleichende Konstruktionsbeispiele, Leipzig 1929. L e h m a n n , R., Wirtschaftlich Konstruieren, VDI-Verlag, Berlin 1932. Lehrblätter über Lichtbogenschweißen, Reichsinstitut für Berufsausbildung in Handel und Gewerbe, Berlin 1941. R ö t s c h e r , F., Die Maschinenelemente, 2 Bände, Berlin 1927 und 1929. T o c h t e r m a n n , W., Maschinenelemente, Berlin 1930.

Einleitung. Zur Erlangung einer genügenden Fertigkeit in der Herstellung richtiger, sauberer Maschinenzeichnungen ist ein vielseitiges und eifriges Üben unerläßlich. Hierzu allen denen, die das Maschinenzeichnen studienhalber betreiben, die Möglichkeit zu geben, ist der Zweck dieses Bändchens. Es enthält eine Sammlung von Darstellungen einfacher Maschinenteile, soweit es im Hinblick auf den beschränkten Umfang im Rahmen dieses Buches möglich war. Die Zeichnungen auf den einzelnen Tafeln sind genau nach den für Werkstattzeichnungen gültigen Regeln, wie sie in Teil I ausführlich beschrieben sind, behandelt, jedoch sind Schriftfeld und Stückliste nur in jenen Tafeln aufgeführt, die Teile einer zusammenhängenden Konstruktion enthalten, auch ist noch die DinPassung beibehalten worden. In Befolgung des Gebots, daß der Zeichner in das Wesen seiner verarbeiteten Materie eindringen soll, ist im Text das zum vollkommenen Verständnis der aufgeführten Maschinenteile Nötige über Zweck, Verwendimg, Werkstoff und bauliche Gestaltung angeführt. Damit bietet der Inhalt des vorliegenden Bändchens, auch ohne besonderes Eingehen auf die den Festigkeitsverhältnissen entsprechende Dimensionierung, die wesentlichsten Grundlagen für das Konstruieren einfacher Maschinenteile als belebenden Teil des so wichtigen Maschinenzeichnens.

Niete und Nietverbindungen. Z w e c k der N i e t e ist: eine dauernde, unlösbare (nur mit Gewalt zerstörbare) Verbindung zwischen irgendwelchen Stäben, Platten oder Maschinenteilen herzustellen. Um dies zu erreichen, wird das Niet, dessen Werkstoff in der Regel zäher, unbearbeiteter Stahl ist (für Sonderzwecke auch Kupfer, Messing und Aluminium) und der aus einem zyl. Schaft mit Kopf — dem sog, S e t z k o p f — besteht, mit

6

Niete und Nietverbindungen.

seinem Schaft in die genau übereinanderliegenden Löcher der zu verbindenden Gegenstände eingeführt und hierauf durch Stauchen und Hämmern des herausstehenden Teils der S c h l i e ß k o p f gebildet. Vgl. Tafel 1. Diese Arbeit wird entweder von Hand — H a n d n i e t u n g — oder maschinell (mit hydraul. Pressung oder Drucklufthämmern) — M a s c h i n e n n i e t u n g — vollführt. In der Regel erfolgt die Nietung warm, nur Niete unter 8 mm Stärke werden auch kalt geschlagen, Niete über 25 mm Stärke nur warm. Bei schwächeren Blechen werden die Löcher vielfach gestanzt, stärkere sollten unbedingt gebohrt werden, denn durch Stanzen leidet das Material (es entstehen gern Riefen und Risse). N i c h t g u t ü b e r e i n a n d e r p a s sende Löcher ausreiben, nicht aufdornen! Überh a u p t Sorgfalt bei der N i e t u n g b e o b a c h t e n ! Bei den N i e t v e r b i n d u n g e n handelt es sich um zwei Arten: entweder um die Verbindung von Blechen zu Kesseln, Gefäßen, Behältern u. dgl. oder um die Verbindung von Walzeisen zu Eisenkonstruktionen. Die Anforderungen an die Niete sind je nach der Art der Verbindung verschieden, weshalb für jede der beiden Verbindungsarten eine besondere Nietform verwendet wird. T a f e l 1 zeigt die in der Praxis heute üblichen Formen für Kesselbau und Eisenbau. Die eingezeichneten Abmessungen der Niete gründen sich rein auf praktische Erfahrungen. Die nachfolgenden Tabellen geben Aufschluß über die Einzelabmessungen. Sie sind den DI-Normen 123, 124, 302 und 303 entnommen. Die zu verwendende N i e t s t ä r k e hängt von der Stärke der zu vernietenden Teile ab und diese von der Zahl der die Belastung aufnehmenden Bleche bzw. Stäbe, d. h. von der konstruktiven Gestaltung der Verbindung. Analog wird die für eine bestimmte Nietverbindung zu nehmende

7

Nietformen.

Kesselbauniete

Fig.1

Set:kopf: Halbrundkopf Schließkopf: Halbrundkopf

Fig. 2 Schtießkopf: Senkkopf

Schließkopf: «J

Linsgnsenkkopf

Eisenbauniete Setzkopf: Halbrundkopf

LS J

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^Fig.5

m •3z;

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Schließkopf: Halbrundkopf

1

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Schließkopf: Senkkopf

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Fig.6 ^

SchlieOkopf: Unsensenkkopt

TL

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Mlajs Tafel 4. Heißdampfkühler.

Schematische Übersichtzeichnung.

Genieteter Behälter.

Tafel 6. Heißdampfiüiüer.

Teilzeictuiung.

13

14

Niete und Nietverbindungen.

Weise aufzeichnet mit allem, was dazu gehört, und darnach den nächsten Teil ebenso behandelt. Es ist falsch, gleich alles auf einmal durchrechnen zu wollen, ohne zugleich zu zeichnen, denn vieles für die Rechnung Notwendige und zu Berücksichtigende ergibt sich erst beim Aufzeichnen. Als oberer Abschlußboden wird ein gewölbter Normalboden gewählt. Der Boden ist durch Erwärmen an der Krempe von 1000 mm Außendurchmesser auf 1020 mm aufzutreiben. Wandstärke nach Rechnung 10 mm. Die übrigen normalen Maße sind in den Tabellen der technischen Handbücher zu finden. Sie werden auf der Zeichnung nicht eingeschrieben, da solche Böden nicht selbst hergestellt, sondern geliefert werden. An den Boden schließt sich ein mit demselben einreihig vernieteter, ins Gesenk gepreßter Winkelring aus Flußstahl an, dessen Flanschstärke einschließlich Dichtungsleiste rechnungsgemäß 30 mm beträgt. Denselben Winkelring erhält der anschließende Behältermantel, an den am unteren Ende ein Normalboden von 1000 mm Durchmesser einreihig angenietet ist. Die zur Verbindung der Winkelringe nötigen Schrauben setzt man so nah wie möglich an die Wand. Ihr Abstand wird mit Rücksicht auf Dichthalten und Anziehmöglichkeit durchschnittlich 120 — 130 mm gewählt, was 30 Schrauben zu je 1 " erfordert. Möglichst Durchsteckschrauben verwenden und nicht Stiftschrauben, jedenfalls nie zweierlei A r t e n von S c h r a u b e n . Dichtungsmaterial: Klingerit. Stärke des geschlagenen Niets (Lochdurchmesser) 20 mm, Rohniet 19 mm (s. Stückliste). Die Stärke des Kühlermantelblechs beträgt 10 mm. Rundnähte und Längsnaht einreihig überlappt genietet. Niete mit Halbrundköpfen, bei den Armaturflanschen außen Senkköpfe (Fig. 15). Fig. 16 zeigt das Mantelblech in der Abwicklung. Die Ränder des Kesselblechs, der Böden, der Winkelringe und der

Genieteter Behälter.

Tafel 6. HeiBdampfkühler.

Teilzeichnung.

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Schweißverbindungen.

Flanschen werden nach dem. Meten verstemmt und dazu leicht abgeschrägt. Die gußeisernen Heißdampf-Stutzen sind auf den Mantel ebenfalls aufgenietet. Zum Zweck des Verstemmens ist ein 5 mm starkes Stemmblech dazwischen zu nieten, da Gußeisen nicht verstemmt werden kann. Der Nietflansch der Stutzen muß größer als der Außenflansch sein, um die Niete schlagen zu können. Die Abmessungen der Außenflanschen sind den Rohrnormalien (s. Taschenbücher) entsprechend zu wählen, damit normale gußeiserne Flanschenrohre angeschlossen werden können. T a f e l 6. Fig. 17 u. 18 zeigen die Nietverbindungen des Kühlermantels.

Schweißverbindungen. Im Kesselbau und bei Eisenkonstruktionen, besonders aber im Apparate- und Behälterbau, wo es sich in der Hauptsach« um die Verarbeitung und Verbindung von stählernen Werkstücken handelt, wird heute sehr viel geschweißt statt genietet. Auch im allgemeinen Maschinenbau kommt die Verwendung schmelzgeschweißter Stahlkonstruktionen an Stelle der oft sehr komplizierten und vor allem schweren und teuren Gußkonstruktionen immer mehr auf, sofern es sich hier nicht um serienweise Herstellung handelt. Welchen von den beiden Schmelzschweiß-Verfahren, der elektrischen Lichtbogenschweißung oder der Gasschmelzschweißung, dem sog. autogenen Schweißen, der Vorzug zu geben ist, ist eine wirtschaftliche Frage, doch wird im allgemeinen für das Verschweißen starkwandiger Werkstückteile der elektrische Lichtbogen vorgezogen, da bei ihm die während des Schweißens entstehenden Spannungen in der Schweißnaht, desgleichen das Verziehen und Verwerfen der zu verbindenden Teile, geringer ausfallen wie bei der autogenen Schweißung, deren Naht mehr Zeit zur

Geschweißter Behälter.

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Herstellung erfordert und bei der die Schweißhitze örtlich nicht so eng begrenzt bleibt wie beim Lichtbogen. Die Schweißtechnik steht heute auf einer hohen Stufe der Vollkommenheit und wenn dazu eine Schweißnaht nachträglich ausgeglüht oder während des Erkaltens abgehämmert wird, so kann man zu einer derartigen Schweißverbindung vollstes Vertrauen haben. Die verschiedenen S t o ß - u n d N a h t a r t e n bei Schweißverbindungen sind in DIN 1912 festgelegt, s. Band IS. 91—93. Konstruktiv ist wichtig, daß S c h w e i ß n ä h t e n i c h t an solche Stellen zu legen s i n d , die b e s o n d e r s g r o ß e n Spannungen und F o r m ä n d e r u n g e n , namentlich V e r b i e g u n g e n , a u s g e s e t z t sind. Wenn m ö g l i c h , sollen die W e r k s t ü c k t e i l e s t u m p f geschweißt w e r d e n (V- und X-Naht). Kehlnähte nur für leichtere Beanspruchung verwenden. Die B e r e c h n u n g g e s c h w e i ß t e r Teile i s t m i t einem F e s t i g k e i t s w e r t von 80% gegenüber dem des vollen Werkstoffs durchzuführen. Geschweißter Behälter. T a f e l 7. Fig. 19 zeigt die Zusammenstellungs-Zeichnung eines ganz in Schweißkonstruktion ausgeführten W a s s e r a b s c h e i d e r s für 15 atü. Der zylindrische M a n t e l hat 976 mm lichte Weite und erfordert als längsgeschweißter Kessel eine Wandstärke von 12 mm, so daß die am oberen und unteren Ende stumpf angeschweißten, gewölbten Böden den normalen Außendurchmesser von 1000 mm erhalten. Schweißung der Längs- und Rundnähte mit V-Naht. Zum Zweck des Ansetzens der verschiedenen R o h r s t u t z e n werden mit dem Schneidbrenner aus dem Kesselmantel entsprechende Löcher ausgeschnitten und sodann die Blechteile an den Rändern nach außen uingebördelt (ausgehalst). Auf diese Weise erreicht man ein stumpfes Anschweißen (V-Naht) T o c h t e r m a n n , Daf> Maschinenzeichnen II.

2

18

Schweißverbindungen.

Tafel 7. Behälter. Überaichtzeichnung.

Geschweißter Behälter.

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der Rohrstutzen und vermeidet das Verlegen der Schweißnaht in eine scharfe Ecke mit ihren hohen Spannungen. In derselben Weise ist auch der Rohrstutzen am unteren Boden angesetzt, desgleichen ist der obere Boden für die Einführung und Verbindung des Steigrohrs ausgehalst. Vgl. T a f e l 8, Fig. 20, 22 und 23. Bei niedrigen Drücken ist das direkte Ansetzen von Rohrstutzen an das Mantelblech und Verschweißen mittels Kehlnaht ohne weiteres angängig. An sämtlichen Rohrstutzen sind stählerne, gepreßte F l a n schen stumpf mit V-Naht vorgeschweißt. Die Dimensionierung dieser Flanschen entspricht DIN 2505. Die Ausbildung der Flanschenenden, ebenso die Bördelung der Mantelbleche hat so zu geschehen, daß ein Verschweißen möglichst gleicher Querschnitte erreicht wird. Bemerkenswert an dem Behältermantel ist die eingew a l z t e Rille am unteren Ende (Tafel 8, Fig. 21). Sie hat den Zweck, die beim Schweißen der Rundnaht entstehenden, unvermeidlichen Spannungen in der Längsrichtung des Kessels auszugleichen, wozu sie zufolge ihrer federnden Eigenschaft hervorragend geeignet ist. Für die obere Rundnaht des Mantelblechs übernimmt der angeschweißte Boden diese Funktion in genügendem Maße. Mit dem unteren Boden ist ein 6 mm starker Blechmantel in unterbrochener Schweißnaht (Punkt-Schweißung) verbunden, Tafel 8, Fig. 21, an den sich ein stumpf vorgeschweißter Winkeleisenring anschließt, auf den sich der gesamte Behälter stützt. Die Wirkung des nachträglichen, oft nur schwer möglichen und verteuernden Ausglühens oder Abhämmerns der Schweißnähte wird auch erreicht durch Schweißen des Hauptteils der V-Naht mit Materialzugabe und anschließendem Schweißen des Rests des Stoßes (Unterseite des Blechs) ohne Materialzugabe. Dabei kommt der zuvor geschweißte Hauptteil der 2*

20

Schweißverbindungen.

Naht auf Rotglut, erfährt also die gleiche Behandlung wie beim besonderen Ausglühen, außerdem hat man die Garantie, eine wirklich durch und durch geschweißte Verbindung zu haben.

Einteilung der Schrauben.

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Schrauben und Schraubenverbindungen. Einteilung der Schrauben. Neben unlösbaren Verbindungen kommen im Maschinenb a u — und zwar in weitaus häufigerem Maße— solche lösbarer Art vor. Das hierzu in großem Umfang verwendete Maschinenelement ist die S c h r a u b e . Den Namen hat dieses Element von dem bei ihm charakteristischen Gewinde, das Schraubenlinienform besitzt. Die Schrauben werden stets paarweise verwendet: bei dem einen Teil des Paares, dem Schraubenbolzen, liegt das Gewinde auf dem Mantel eines vollen Zylinders, bei dem andern Teil, der Mutter, mit derselben Ganghöhe auf dem Mantel eines Hohlzylinders. Die Bewegung zwischen Schraube und Mutterist stets zweifach: d r e h e n d u n d f o r t s c h r e i t e n d zugleich in folgender Weise: a) wird der Bolzen festgehalten, so schreitet bei der Drehung die Mutter gleichzeitig fort, wie z. B. beim Anziehen einer Mutter; b) wird die Mutter festgehalten, dann schreitet bei der Drehung der Bolzen zugleich fort, z. B. bei der Drehung einer Kopfschraube; c) wird die Schraube gedreht, aber gegen Fortschreiten gesichert, so schreitet die gegen Drehung gesicherte Mutter fort, z. B. Support und Leitspindel einer Drehbank; d) wird die Mutter gedreht und dabei am Fortschreiten verhindert, dann schreitet der gegen Drehung gesicherte Bolzen fort, wie z. B die Schaltspindel einer Bohrmaschine. Dementsprechend findet die Schraube Verwendung: 1. als Befestigungsmittel für lösbare Verbindungen (Fall a und b); 2. als Mittel, eine drehende Bewegung in eine fortschreitende umzusetzen, wie z. B. bei Schraubenpressen, oder, was dasselbe ist, die drehende Bewegung in eine andere drehende Bewegung umzuändern (indem das fortschreitende Organ dreh-

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Schrauben und Schraubenverbindungen

bar gelagert wird), wie z. B. bei Schrauben- und Schneckengetrieben (Fall c und d); 3. als Mittel, eine geradlinig fortschreitende Bewegung in eine drehende zu verwandeln, wie z. B. beim Drillbohrer (Umkehrung von Fall c und d, kommt sehr selten vor.). Ganz allgemein kann man demnach die Schrauben bezügl. ihrer Verwendung e i n t e i l e n i n B e f e s t i g u n g s s c h r a u b e n u n d ¿n B e w e g u n g s s c h r a u b e n . Das Schraubengewinde. Es wird gebildet durch eine Reihe von — der gewählten Profilform gemäß verlaufenden — nebeneinander liegenden Schraubenlinien (im Kern und außen), deren Zahl, Neigung und Windungsrichtung sich nach dem einzelnen Verwendungszweck richten. Als P r o f i l f o r m findet sich bei den Schrauben das scharf- oder spitzgängige Gewinde in verschiedenen Systemen (s. unten) für Befestigungsschrauben. Die große Reibung in den Gewindegängen bei der Bewegung infolge der Keilwirkung ist hier ein willkommenes Mittel gegen das selbsttätige Lockern der Schraubenmuttern. Für Bewegungsschrauben wäre diese Profilform schlecht, weil man hier im Interesse eines geringen Kraftbedarfs eine möglichst geringe Reibung anstrebt. Man hat deshalb für Bewegungsschrauben entweder flachgängiges Gewinde oder Trapez-, Sägen- oder Rundgewinde. Sämtliche Gewindeformen werden links- oder rechtsgängig verwendet, ebenso eingängig oder mehrgängig. Befestigungsschrauben sind stets eingängig, ebenso Bewegungsschrauben für sehr große Übersetzungen. T a f e l 9 zeigt die Konstruktion der Schraubenlinie. Beim Gewindeschneiden auf der Drehbank entsteht die Schraube dadurch, daß sich der Schraubenbolzen dreht und der Support mit dem Drehstahl von der Leitspindel zwangsläufig und gleichmäßig im Verhältnis zur Umdrehungszahl der Schraube vorgeschoben wird. Die Entfernung „s" von einem

Das Schraubengewinde.

Tafel 9. Konstruktion der Schraubenlinie.

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24

Schrauben und Schranbenverbindungen.

Gewindegange big zum anderen heißt die Steigung der Schraube oder die Ganghöhe, „d" ist der Bolzen-0 und „ a " der Steigungswinkel. Hieraus folgt, daß eine Schraube mit großer Ganghöhe auch einen großen Steigungswinkel haben muß, daß aber der Steigungswinkel vom Durchmesser der Schraube abhängt, da er desto größer wird, je kleiner der Schraubendurchmesser ist. Denkt man sich auf einer Fläche z. B. 12 Linien in gleichem Abstände von je 10 mm Entfernung (entspricht ca. 38 mm Bolzen-0) und beträgt die Gewindesteigung für eine Umdrehung des Bolzens = 24 mm, so folgt, daß lt. Fig. 24 vom Punkte 0 an bis zum Punkte 12 die Gewindeganglinie an der Teilstelle 2 um 2 mm von der Grundlinie entfernt ist, an der Teilstelle 2 um 4 mm, Teilstelle 3 um 6 mm usw. bis zur Teil* stelle 12 = 24 mm, was der angenommenen Steigung gleichkommt. Wird das auf diese Weise entstandene Dreieck ausgeschnitten und um einen Bolzen von 38 mm 0 herumgelegt, so entsteht die genaue Schraubenlinie, wie sie in Fig. 24 dargestellt ist. Der zweite Gewindegang setzt sich in gleicher Entfernung wie der erste an. Bei doppelgängigem Gewinde fängt der erste Gang im Punkte 0 (Fig. 24) auf der Grundlinie an, der zweite Gang im gegenüberliegenden Punkte auf der gleichen Linie. Bei dreigängigem Gewinde liegen die Anfänge um ein Drittel des Schraubenbolzenumfanges voneinander entfernt. s Der Steigungswinkel berechnet sich zu tg oc = , — , d •71 zeichnerisch läßt er sich sofort darstellen, indem der Schraubenumfang d • 7i als Linie gezeichnet wird, an deren Ende die Gewindesteigung „s" anzutragen ist. Werden die Punkte 0 und 0' miteinander verbunden (siehe Fig. 25), so kann mit dem Winkelmesser der Steigungswinkel mit ziemlicher Genauigkeit ermittelt werden. In Wirklichkeit ist das Gewindeprofil keine Linie, sondern eine Dreieck-, Viereck- oder

Gewindesysteme der Befestigungsschrauben.

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Trapezfläelie usw., für welche die Schraubenlinie für jede sichtbare Kante zu konstruieren ist. Die Gewindesysteme der Befestigungsschrauben. Früher waren hierfür eine ganze Reihe von Gewindearten anzutreffen. Die sich hieraus ergebenden Unzuträglichkeiten führten schließlich zu einer Vereinheitlichung und Normung durch den DNA. Von diesem ist bezüglich der Gewindesysteme folgendes festgesetzt worden: „Für Deutschland sollen folgende Gewindesysteme künftig allein in der Industrie verwendet werden: 1. das metrische Gewinde von 1 - f - 1 5 0 mm, 2. das Whitworth-Original-Gewinde von Vi" 6"." Das Whitworth-Gewinde wird ohne und mit Spitzenspiel zwischen Schraube und Mutter ausgeführt. Die Ausführung ohne Spitzenspiel stellt ein dampfdichtes Gewinde vor; bei der Ausführung mit Spitzenspiel ist luft- und dampfdichter Abschluß nur mit besonderen Hilfsmitteln erreichbar. Die einzelnen Abmessungen der Gewinde sind den entsprechenden DIN zu entnehmen. Es behandelt 1 ) T a f e l 10: DIN 11, Whitworth-Gew. nach Original (Fig. 26), „ 12, Whitworth-Gew. mit Spitzenspiel (Fig. 27) „ 13 u. 14, Metrisches Einheitsgewinde (Fig. 28) T a f e l 11: 239 u. 240, Whitworth-Feingewinde (Kg. 29) „ 241, 242, 243, Metrisches Feingewinde (Fig. 30). ') Für die hier wiedergegebenen Werte bleiben die DIN verbindlich.

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Schrauben und Schraubenverbindungen.

Tafel 10. Gewindesysteme nach DIN 11, 12, 13 u. 14.

Gewindesysteme der Befestigungsschrauben.

Whitworth-Feingewinde

Metrisches Feingewinde

Tafel 11. Feingewinde.

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28

Schrauben und Schraubenverbindungen.

Die Gewindesysteme für Bewegungsschrauben. (Tafel 12.) Üblich sind, wie schon erwähnt: a) das Flachgewinde, Fig. 31, b) das Rund- oder Kordelgewinde, Fig. 32, c) das Trapezgewinde, Fig. 33, ' d) das Sägengewinde, Fig. 33 a. Das Flachgewinde hat meist quadratisches Profil, das durch Drehen hergestellt wird. Kräftiger ist das durch Fräsen und damit genauer herstellbare Trapezgewinde, das heute vorherrscht. Das Rundgewinde findet sich seltener (für Schrauben, die oft mit den Händen angefaßt werden müssen, z. B. Kupplungsschrauben an den Eisenbahnwagen). Alle 4 Systeme kommen ein- und mehrgängig vor; es ist deshalb auf den Zeichnungen genau zu vermerken, welcher Fall vorliegt. Zu diesem Zweck, gibt man an wieviel Gänge des Gewindes auf 1" entfallen. Hieraus läßt sich dann die Gewindesteigung sehr einfach berechnen, ebenso bei Bedarf durch Umrechnung der Steigungswinkel. Die S t e i g u n g wird vorteilhaft so gewählt, daß pro engl. Zoll eine ganze Gangzahl sich ergibt. Bei mehrgängigen Schrauben ist stets zu beachten, daß sich die Steigung auf ein und denselben Gewindegang bezieht. T a f e l 12 zeigt das Flach-, Rund-, Trapez- und Sägengewinde in der üblichen, zum Teil genormten Form. (DIN 103. 378, 379 und 405.) Schraubenformen für Befestigungsschrauben. Es haben sich im Laufe der Zeit für die mannigfachen Bedürfnisse des Maschinenbaus eine ganze Reihe von Schraubensorten herausgebildet, die alle hier aufzuzählen bzw. aufzuzeichnen weit über den vorhandenen Rahmen gehen würde. Wie für das Schraubengewinde, so war es auch für die Schrauben selbst von großem Wert, im Interesse der Vereinfachung,^Verbilligung,schnellen Ersatzbeschaffung,Auswechselbarkeit, eine weitgehende Vereinheitlichung durchzuführen,

Schraubenformen für Befestigungsschrauben.

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Der DNA hat eine Normung durchgeführt, die sich auf die wichtigsten und meist vorkommenden Schraubenarten er-

30

Schrauben und Schraubenverbindungen.

streckt. Die für das Aufzeichnen der verschiedenen Schrauben erforderlichen Maße sind den entsprechenden DIN zu entnehmen. In den T a f e l n 13-^17 sind die wichtigsten Schraubenformen gezeichnet. Sämtliche Darstellungen sind in Übereinstimmung mit den diesbezüglichen DIN gebracht bzw. stellen sie eine direkte Kopie 1 ) davon dar. T a f e l 13. Fig. 34 zeigt die gewöhnliche K o p f s c h r a u b e als Sechsk a n t s c h r a u b e . Sie wird als rohe und als blanke Schraube benützt mit oder ohne Mutter. Fig. 35 "zeigt die S t i f t s c h r a u b e . Kopfschrauben können nicht überall verwendet werden, weshalb für gewisse Fälle besondere Schrauben anzufertigen sind. Die einfache Stiftschraube ist ein glatter Bolzen, der an beiden Enden Gewinde erhält. Das eine Ende wird fest in den Gegenstand eingeschraubt, auf das andere Ende kommt die Mutter. Die Kuppe des eingeschraubten Teils ist kegelig. Zum Zweck des Einschraubens kann man die Stiftschrauben mit Vierkant versehen, andernfalls muß man das Gewinde des oberen Teils so lang machen, daß 2 Muttern aufgesetzt werden können. Fig. 36 zeigt Schraubenformen, die als S t e l l s c h r a u b e n und als D r u c k s c h r a u b e n benützt werden. Sie dienen dazu, Teile festzustellen und gegen Lockerwerden zu sichern. Die Körnerspitzen oder Zapfen sind an der Welle anzubohren. Fig. 37 zeigt eine Schraube, deren Kopf die Form eines Hammers hat: die H a m m er s c h r a u b e . Sie wird vorzugsweise zum Befestigen von Stopfbüchsen, Lagern und kleineren Maschinen verwendet, in diesem Fall in Verbindung mit gußeisernen A n k e r p l a t t e n nach DIN 191 und 794. Fig. 38 zeigt einen S c h r a u b e n s t i f t , ein roher oder blanker Bolzen mit Gewinde zu beiden Seiten. Diese Schraubenform benützt man vorteilhaft an Stelle von Durchsteckschrauben bei geteilten Bädern und Scheiben, desgl. bei Flan') Für die wiedergegebenen Werte bleiben die DIN verbindlich.

Schraubenformen für Befestigungsschrauben. Hohe Sechskantschraube V-TS m 601

Blanke Stitlschraube 1%'-1?0 W

T a f e l 13.

Verschiedene

31

)tferkanlschraubemiZapfen

Schraubenformen.

32

Schrauben und Schraubenverbindungen.

sehen, eben überall da, wo das Durchstecken der Schraube von außen her unmöglich ist oder unvorteilhafte Konstruktionen ergibt. Fig. 39 zeigt die S t e i n s c h r a u b e , die zum Befestigen von Maschinen und Maschinenteilen auf Fundamenten dient und die in diese eingegossen wird. Fig. 40 zeigt die A n k e r s c h r a u b e zum Befestigen größerer Maschinen, die starke Stöße auszuhalten haben, wofür der lange Schaft sehr geeignet ist, da er der Schraube die nötige Elastizität verleiht. Zugehörige A n k e r p l a t t e n nach DIN795. T a f e l 14. Fig. 41: V i e r k a n t s c h r a u b e . Meist rohe Schraube mit vierkantigem Kopf. Viel als Flanschen- und Lagerschrauben verwendet, wo der Kopf in entsprechenden Vierkantaussparungen liegt, so daß die Schraube gegen Verdrehung gesichert ist. Fig. 42: Ö s e n s c h r a u b e , findet Verwendung da, wo Schrauben oft gelöst werden müssen (Deckelschrauben). Rasches An- und Abmontieren und kein Verlorengehen der Schrauben. Fig. 43: S e n k s c h r a u b e , rohe Schraube. Nase am Kopf als Sicherung gegen Verdrehen. Fig. 44: F l ü g e l s c h r a u b e , bequem zu handhaben. Fig. 45: V e r s c h l u ß - S c h r a u b e , mit Sechskantkopf und zylindrischem Bund für Dichtung. Fig. 46: R i n g s c h r a u b e , für Abheben und Transport schwerer Maschinenteile, Gehäusedeckel und dergl. Fig. 47a-rd zeigen die verschiedenen genormten K u p p e n f o r m e n von Schrauben. T a f e l 15. Fig. 48: Z y l i n d e r s c h r a u b e nach DIN 65 u. 84. Fig. 49: H a l b r u n d s c h r a u b e nach DIN 67 u. 86. Fig. 50: S e n k s c h r a u b e nach DIN 68 u. 87. T a f e l 16. Fig. 51: L i n s e n s c h r a u b e nach DIN 85.

Schraubenformen für Befestigungsschrauben. Roht VxrMtsihmtoeA1'MSS6

OsvBOraube M20-H0

33

Rohe Senkst/raibe ml Note

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Flügelschniibe\/' Sahskant-Verschkaschrb. M10-20 OH 316 fludsiohi R mtStO. ntUM . , iltl flg.kk

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Tafel 14. Verschiedene Schraubenformen. T o c h t e r m a n n , Das Maschinenzeichnen II.

34

Schrauben und Schraubenverbindungen.

Schraubenformen für Befestigungsschrauben.

3*

35

36

Schrauben und Schraubenverbindungen.

Flach ru ndvierkantsch rau be 71

-H

Fig.54

Blanke Schlitzschaftschraube

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Blanke Schlitzschraube mit Zapfen

-2 flg. 56

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Tufe] 17. Versclüedeue SchraulieiJt»riu«u.

Schraubenmuttern.

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Fig. 52: L i n s e n s e n k s c h r a u b e nach DIN 88. Fig. 53: K r e u z l o c h s c h r a u b e nach DIN 404. Die Schrauben der Tafeln 15 und 16 werden sämtlich blank und meist in kleineren Abmessungen ausgeführt (vielfach mit Feingewinde für Elektrotechnik und Apparatebau der Feinmechanik). T a f e l 17. Fig. 54: Flachrundvierkantschraube (Schloßs c h r a u b e ) nach DIN 559. Rohe Schraube zum Einlassen in Holz. Fig. 55 und 56: S c h l i t z s c h r a u b e n , blank, in verschiedenen Variationen (mit Spitzen, Zapfen, Ansätzen versehen) nach DIN 416, 417, 426 und 427. Schraubenmuttern. Der Werkstoff ist in der Regel derselbe wie für die Bolzen, also Flußstahl. Daneben kommt auch Bronze (rostet nicht), Gußeisen und Leichtmetall vor. Die Grundform der Mutter ist in den meisten Fällen ein gleichseitiges, sechseckiges P r i s m a , roh oder blank. Außerdem findet sich noch die V i e r k a n t f o r m (quadratisch) und die runde Mutter. Zum Anziehen der Muttern werden entsprechend geformte Schlüssel benützt. Abmessungen der S e c h s k a n t m u t t e r n siehe in den Schraubentabellen. Die Schlüsselweite der Vierkant- und Sechskantmuttern derselben Schraubenbolzen ist gleich groß. Für die Höhe der s t ä h l e r n e n S e c h s k a n t m u t t e r n ist m = d und m = 0,8 d genormt. M u t t e r n aus Guß und Bronze sind mit m = 1,25 d bis 1,5 d auszuführen. T a f e l 18. S c h r a u b e n m u t t e r n . Fig. 57: S e c h s k a n t m u t t e r . Die im Auf-, Grund- und Seitenriß dargestellte Mutter ist oben und unten kegelförmig abgeschrägt worden. Der Kanvenwinkel a beträgt 30°, läßt sich also sehr leicht mit dem

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Schrauben und Schraubenverbindungen.

Anwendungsbeispiele von Befestigungsschrauben.

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Zeichendreieck richtig angeben. Durch das Abdrehen der vorstehenden Kanten bildet sich auf der Oberfläche ein Kreis. Ist der Durchmesser dieses Kreises so groß als die Schlüsselweite, so sind die Kanten genau winklig. Vier- und Sechskantmuttern werden abnormal auch niedriger ausgeführt, als sog. n i e d r i g e und f l a c h e Muttern. Letztere erhalten dann keine Kegelandrehung mehr an den Stirnseiten, sie sind also reine Prismen. Fig. 58: H u t m u t t e r , Verschlußmutter, die einen staubund schmutzsicheren Abschluß nach außen gewährleistet (Räder an Fahrzeugen), desgl. gegen Flüssigkeiten und Gase dichtet. Fig 59: F l a c h e N u t m u t t e r . Als Sicherung entweder kleine Schraube mit Feingewinde oder doppelte Mutter. Fig. 60: R ä n d e l m u t t e r , zum Lösen und Festmachen von Hand. T a f e l 19 zeigt eine Reihe weiterer üblicher Schraubenmuttern. Fig. 61: K r o n e n m u t t e r ; im Automobil- und Motorenbau durchweg eingeführt, mit 6—10 eingefrästen Schlitzen zur Aufnahme des Sicherungssplints. Abmessungen s. DIN 71 und 90. Fig. 62: S c h l i t z m u t t e r , nach DIN 546. Fig. 63: Z w e i l o c h m u t t e r , nach DIN 547. Fig. 64: K r e u z l o c h m u t t e r , nach DIN 54&. Anwendungsbeispiele von Befestigungsschrauben. Fig. 65 in T a f e l 20 zeigt die Verwendung verschiedener Befestigungsschrauben an einem Absperrventil. Der Anschluß des Ventils an die Rohrleitung ist durch die D u r c h s t e c k s c h r a u b e n a vollzogen. Zum Zweck des bequemen Anziehens ist es geboten, in die zwei Hauptachsen (senkrecht und waagrecht) keine Schrauben zu legen. Diese Flanschenschrauben sind normale Sechskantschrau-

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Schrauben und

chraubenverbindungen.

Blanke Kronenmuttern C!rt /C1 Schlitze bis 1%" IOvonSchlitze 1»/e " bis 2' riy.Ot von Vi" 6

Schlitzmuttern

Zweilochmuttern

Kreuzlochmuttern

Loc/ikanfen abrunden Fig. 64 • h-J Tafel 19.

Schraubenmuttern.

Anwendungsbeispiele von Befestigungsschrauben.

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42

Schrauben und Schraubenverbindungen.

ben mit Mutter, die aber von der Rohrseite her eingesteckt sind, da nicht anders möglich. Es m u ß b e i m E n t w u r f einer K o n s t r u k t i o n s t e t s a u f . d e r W e r k s t a t t z e i c h n u n g g e n a u u n t e r s u c h t w e r d e n , ob die S c h r a u b e n g u t ein- und g u t a u s g e b r a c h t w e r d e n k ö n n e n u n d ob g e n ü g e n d P l a t z zum A n z i e h e n der S c h r a u b e n m u t t e r n v o r h a n d e n ist. Hiergegen wird manchmal verstoßen. F l a n s c h e n s c h r a u b e n sind i m m e r so n a h wie möglich an die I n n e n w a n d zu v e r l e g e n , um den Flansch nicht unnötig stark zu beanspruchen. Die S c h r a u b e n e n t f e r n u n g in den Flanschen richtet sich danach, daß gutes Dichthalten zustandekommt und der Schraubenschlüssel Platz hat. Vgl. hierüber die Tabellen über Rohrnormalien in den technischen Taschen- und Hilfsbüchern. Der Abschlußdeckel ist durch die S t i f t s c h r a u b e n b mit dem Gehäuse verbunden. An deren Stelle könnten auch von oben durchgesteckte Sechskantmutterschrauben treten. Grundsätzlich ist aber zu beachten, daß zum gemeinsamen Tragen einer Last stets nur eine Art von Schrauben benützt werden darf, also entweder nur Durchsteckschrauben oder nur Stiftschrauberi. Die Verwendung von zweierlei Schraubenarten ist unzulässig wegen der verschiedenen Elastizität der Verbindung, die zum Bruch der Flanschen bei Stößen führen würde. Die Führungstraverse der Spindel ist gegenüber dem Gehäusedeckel durch d i e S t e h b o l z e n c i n dem notwendigen Abstand gehalten. Stehbolzen sind also eine Art Stiftschrauben, die zugleich eine Arretierung gewährleisten. Zur Befestigung der Spindelstopfbüchse sind H a m m e r s c h r a u b e n d verwendet, die in den Gehäusedeckel leicht von der Seite eingeführt werden können und ebenso leicht abzumontieren sind. Zu beachten ist das lange Gewinde zum Zweck der Nachstellmöglichkeit.

Anwendungsbeispiel für Bewegungsschrauben.

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Die Spindelmutter ist in die Führungstraverse eingeschraubt (Spitzgewinde) und durch die kleine S c h l i t z s c h r a u b e e, die Feingewinde hat, gesichert. Zur Befestigung des Handrads am Spindelkopf dient die Kopf s c h r a u b e f. Grundsätzlich ist zu beachten, daß K o p f schrauben dann nicht verwendet werden sollen, w e n n sie in G u ß e i s e n e i n g e s c h r a u b t u n d d a b e i ö f t e r s g e l ö s t w e r d e n m ü s s e n , weil sich in diesem Fall das Gewinde sehr bald lockert. Die Verbindung der Spindel mit dem Ventilkegel ist durch die V e r s c h r a u b u n g g vollzogen. Sie ist eine H o h l s c h r a u b e mit zylindrischem Bund, der zum Zweck des Anziehens auf zwei Seiten angefräst ist. Zum Entwässern des Ventilgehäuses dient die V e r s c h l u ß s c h r a u b e h mit Bleiringdichtung. Sämtliche Schrauben der Konstruktion haben nur Kräfte längs ihrer Achse auszuhalten. Querkräfte kommen hier nicht in Frage, weshalb normale Schrauben verwendet sind, die das Schraubenloch nicht ausfüllen. Anwendungsbeispiel für Bcwegungsschrauben. Schrauben-Schlittenwinde für 10t T r a g k r a f t und 800 mm L a s t h u b . Tafel 21. Fig. 66 zeigt den G e s a m t a u f b a u der W i n d e : Sie ist mit 2 stählernen Schraubenspindeln ausgerüstet, die jeweils eingängiges Trapezgewinde haben. Die vertikale Spindel dient zum Heben, die horizontale zum Verschieben der Last. Diese stützt sich direkt auf eine über tden Spindelkopf greifende gußeiserne, geriffelte Haube (Teil 9) ab und wird dann über die Spinde] (Teil 20), die bronzene Spindelmutter (Teil 4), den Stahlblechmantel (Teil 14) und den gußeisernen Lastsupport (Teil 11) auf die gußeiserne Grundplatte (Teil 1) geleitet. Die Drehung der Lastspindel erfolgt durch den in die Stahlguß-Ratsche (Teil 17) eingesteckten Hebel (Teil 43) über die

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Schrauben and Schraubenverbindungen.

Tafel 21.

Sehr uben-Schltttenwinde.

Übersichtzeichnung.

Anwendungsbeispiel für Bewegungsschrauben.

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in der Ratsche befestigte stählerne Doppelklinke (Teil 29) und das stählerne Sperrad (Teil 28). Der unter Federdruck stehende Bolzen (Teil 33) sorgt dafür, daß nur eine Klinkenseite im Eingriff ist, s. Fig. 66 a. Eine Seite dient zum Lastlieben, die andere zum Lastsenken. Beim Umschalten der Klinke wird der Federbolzen zurückgedrückt und springt dann auf die andere Klinkenseite. Das Drehen der Verschiebespindel erfolgt ebenfalls durch eine Ratsche, Fig. 66 b, die auf das linke und rechte Spindelende aufgesetzt werden kann. Berechnung der Schraubenspindeln. 1. H u b s p i n d e l . WerkstoS: Flußstahl St 42.11. Sie ist auf Knickung und Drehung beansprucht. Zur überschlägigen Berechnung genügt die Untersuchung auf Knickung mit einem Zuschlag für die Drehungsbeanspruchung. Für die am einen Ende als eingespannte, am anderen Ende als freibeweglich aufzufassende Spindel gilt für die zulässige Knickbelastung:

Mit vierfacher Sicherheit gegen Ausknicken, also ( 5 = 4 , ergibt sich als erforderliches Trägheitsmoment für den gefährdeten Kernquerschnitt der Spindel bei rund 1100 mm freier Knicklänge: _ 10000 • 4 • 4 • 1102 _ =

d*

2ÖÖÖÖÖÖ^^

^

1 0 0 em

•

Da J = —, wenn d = Kern 0 der Spindel, so folgt: 4U ä = y 20 • 100 = 6,7 cm. Mit Rücksicht auf die gleichzeitig vorhandene Drehungsbeanspruchung wird ein etwas stärkeres Gewinde gewählt, und zwar: eingängiges Trapezgewinde nach DIN 103, mit

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Schrauben und Schraubenverbindungen.

einem Kerndurchmesser von 69,5 mm und 80 mm äußerem Durchmesser, bei 10 mm Steigung. Der mittlere Steigungswinkel dieser Spindel, die 74,75 mm mittleren Durchmesser hat, ergibt sich aus = 0,043, zu « = 2 o 3 0 ' .

tg« =

Als Reibungskoeffizient für die stählerne Spindel und die bronzene Mutter kann ¡i = 0,08 angenommen werden (geschmierte Reibflächen), dem ein Reibungswinkel entspricht von q = 4° 30'. Die Schraubenspindel ist also selbsthemmend, wie notwendig, d. h. die Last bleibt in jeder Stellung freischwebend, ohne beim Aufhören der Hubbewegung rückwärts zu gleiten, was der Fall wäre, wenn

« >Q. Erforderliches Drehmoment zum Lastheben am Umfang der Spindel: Md=Q-r-tg(oc

+

e

)

= 10 000 • 3,74 • 0,123 = 4600 cmkg. Die Spur- und Halfzapfenreibung in der Spindelhaube ist ganz gering und deshalb vernachlässigt. Bei 1700 mm Hebelarmlänge von Spindelachse bis zum Kraftangriff ergibt dies eine H e b e l k r a f t von P—

- - = 27 kg, was 1 Mann im Dauerbetrieb bewältigen

kann. 2. S p i n d e l m u t t e r . Damit die spezifische Pressung in den Gewindegängen der Mutter nicht zu hoch wird, ist eine gewisse Anzahl tragender Gewindegänge in derselben nötig, die sich bestimmt aus der Gl. 2

Q ^

p> 2

~{d —d\)-p

d _ Außen 0 d1 = Kern 0,

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Anwendungsbeispiel für Bewegungsschrauben. ^ Z

4-10000 jr (64

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48,3) -76

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,

.

„

H

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Z

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wöhnl. Stahl/Bronze. Damit Mindesthöhe der Mutter: E = z • h = 11 • 10 = 110 mm. Mit Rücksicht auf gute Führung der ausgefahrenen Spindel wird R = 150 mm gewählt. 3. T r a n s p o r t s p i n d e l . Die zur Verschiebung der Hubwinde nötige Kraft ist gleich dem Reibungswiderstand zwischen dem Lastsupport und der Grundplatte und beträgt: R = f i - N (N = Normaldruck = Lastdruck). Mit dem Reibungskoeffizienten /j, = 0,3 (für Guß/Guß und trockene Reibflächen, die ungünstigstenfalls angenommen werden müssen) wird R = 0,3 • 10000 = 3000 kg. Mit dieser Kraft muß die Spindel während ihrer Drehung auf den als Mutter dienenden Support drücken, wodurch sie auf Druck und Drehung beansprucht wird. Die Druckbeanspruchung geht gegen Ende der Transportbewegung jeweils in Knickbeanspruchung über, die, wie bei der Hubspindel, auch hier vorerst allein der Berechnung zugrunde gelegt wird. Die Spindel ist dabei in beiden Enden als freiaufliegend zu betrachten, wofür als zulässige Knickbelastung gilt:

n2 • E • J

Mit 3 cm. 95 als mittlerer Durchmesser

Wegen Keilverschwächung gewählt: d = 80 mm. Die Stirnzapfen sind 70 mm stark ausgeführt und die Tragteile der Walze 85 mm. Die genaue Nachrechnung mit eventueller Korrektur dieser überschlägigen Abmessungen kann auch hier erst im Laufe des Entwurfs erfolgen. Die Oberwalze wird durch eingepreßte Zapfen von den Schwinghebeln geführt. Für die Zapfenstärke genügt 65 mm, für die Wurzel 75 mm. f) H e b e l g e s t ä n g e . Die belastenden Kräfte für die Einzelteile ergeben sich im Laufe des Fortgangs des Entwurfs, wenn die Richtungen der einzelnen Stangen und die Hebelübersetzungen festliegen. Die Lage des Gestänges ist beim Entwerfen so auszuprobieren, daß vor allem beim Pressen nur Zug in ihm entsteht und kein Druck (Knickung), wie es die Prinzipskizze vorsieht und daß sodann möglichst günstige Gelenkwinkel erreicht werden und eine bequeme Bedienungslage entsteht. Die G e w i n d e s p i n d e l erhält eine Zugbelastung von „ 2 • 315 • 115 P= = 360 kg. B 200 Als Gewinde ist gewählt: Trapezgewinde, eingängig, nach DIN 103: 36 mm Außen