Funktion Befestigung

Um die zuvor definierten Kräfte übertragen zu können, ist es notwendig,
eine ausreichend dimensionierte mechanische Befestigung für die
Drehverbindung auf dem dazugehörigen Gestell zu definieren,
so dass die Drehverbindung dauerhaft und fest mit dem Unterbau verbunden ist.
Es sind mehrere Befestigungsmethoden durchführbar, die leistungsfähigste ist
jedoch immer noch die Befestigung mit Schrauben und Muttern.
Schweißverfahren sind absolut unzulässig.
Die richtige Definition der Verschraubung und ihre fachmännische
Ausführung bestimmen die richtige Funktionsweise der Drehverbindung
und die Sicherheit der Anwendung.

Qualität der Verschraubung

Die Normen ISO 898-1 definieren die Qualitätsklassen von Verschraubungen für die Montage von Konstruktionen wie Drehverbindungen. ROLLIX empfiehlt die Verwendung der Qualitätsklasse 10.9. In Ausnahmefällen kann ROLLIX auch die Klassen 8.8 oder 12.9 zulassen. Es muss hierbei ein nach dem Härten gerolltes Gewinde eingesetzt werden.
Die Muttern müssen der Klasse der zugehörigen Schraube entsprechen oder besser sein. Bei einer Schraube entsprechen mit dem Durchmesser d wird eine Mutter mit der Länge 1 · d empfohlen. Für Drehverbindungen aus normalisiertem Stahl Z oder N ist der Einsatz von flachen Unterlegschreiben erforderlich.
Diese müssen folgende Merkmale aufweisen:
- Streckengrenze von mindestens 600 Mpa
- Durchmesser: DU = 2 · d
- Dicke: h ≥ 0,3 · d

Mechanische Mindesteigentschaften (nach ISO)

Klasse

Zugfestigkeit
(MPa)

Streckgrenze
(MPa)

Verschleiß-
festigkeit
(MPa)

8.8

800

640

40

Ausnahme

10.9

1040

940

40

Empfehlung

12.9

1220

1100

40

Ausnahme

Schrauben mit Sechskantköpfen sind Zylinderschrauben vorzuziehen, wo immer dies möglich ist. ROLLIX empfiehlt, gepaarte und vorgeschmierte Verschraubungen (Schraube + Mutter) mit garantierten mechanischen Eigenschaften einzusetzen, so dass ein konstanter und bekannter Reibbeiwert vorliegt. Die Oberflächenbelastung durch die Verschraubung darf nicht zu einer Versprödung führen.

BERECHNUNG DER BEFESTIGUNG

Die Berechnungsregeln von ROLLIX wurden so ausgearbeitet, dass alle geltenden Normen und Vorschriften sowie zahlreiche Ergebnisse aus Forschungs- und Versuchsarbeiten einbezogen wurden. Diese Berechnungen beruhen insbesondere auf AFNOR FD E 20.030, der VDI Empfehlung 2230 (1988) sowie der Norm API 2C (1995).

Man muss zwischen aufliegenden und hängenden Lasten unterscheiden. Im Fall von hängenden Lasten ist ROLLIX zu konsultieren.

Aufliegende Last

Hängende Last

Normale Berechnungsgrundlage sind:
- aufliegende Lasten als Druckkräfte wirkend
- Schrauben gleichmäßig über den Umfang des Lochkreises verteilt
- Drehverbindung und Anschlusskonstruktion aus Stahl
- Drehverbindung gemäß unserer Vorschriften: Dicke, Steifigkeit, Planparallelität
- Drehverbindung wird direkt mit den Auflagerflächen verbunden
- Verwendung von Zentrierungen zur Vermeidung von Abscherkräften auf die Verschraubung, sofern große Radialkräfte vorliegen
- Kleben der Drehverbindung, ebenfalls anzuraten bei großen Radialkräften
- Die Länge der Verschraubung ist mindestens gleich dem fünffachen Durchmesser: L_K ≥ 5 · d

Calculation of the number of bolts
When the ring has been previously selected according to its utilization and its load capacity, the bolting is then determined to correspond to the bearing capacity. The calculation of the minimum number of fasteners is carried out according to the following formula for the most unfavourable load case. In any case, a sufficient number of bolts ensuring an effective connection between ring and support frames must be kept, in order to avoid any ring deformation.

Where :
N = Number of bolts theoretically necessary.
1,6 = Tightening factor (assembly error factor) for torque wrench Grade B according to FD E 25-030.
Fk = Bolt stretch factor, see sketch.
MT = Total tilting moment applied to the ring in kNm.
FA = Axial load in kN.
Df = Fastener pitch circle diameter in m.
D = Bolt diameter in mm.
Øm = Raceway mean diameter in m.
Ts = Tighteningt tension.
Fpc = Loss of tension due to embedding in kN, see graph.
Lk = Clamping length in mm.
N = 1,6 . FK (4 . MT - FA . Df) / Df (Ts - Fpc)

Bolt stretch factor F_k
This factor takes the assembly geometryn into account. It is based on the bolt diameter and the ratio of clamping length to diameter.
The best fastening is obtained with throug-holes in the ring and the supports : by using screws and nuts, the clamping length is long, bolt stiffness is satisfactory and tension losses are minimised.
In case of screw fastening into tapped holes, the setting depth must not be less than 1,25.d

Tightening tension : T_s
Thightening tension of fastening bolts must be sufficient to warrant the absence of looseness which is essential to ensure the resistance of the assembly fatigue.

Calculation of the minimum fastener preload :
It is useful to check that the standardized preload of the chosen bolt diameter is sufficient compared to the dynamic stresses imposed when operating.
T_s > (2,25/N) [ (4.M_T/Øm) - F_A + 80 N.D 10 ^-3 ]

The standardized tightening tension at 80% of Re must be selected from the following table according to the chosen bolt diameter : bolting grade 10.9.

Diamètre (mm)	12	14	16	20	22	24	27	30	33
Tension (kN)	56	77	106	166	208	239	315	385	480

Loss of tension
During tightening and under external loads, penning of the surface roughness of the contact part occurs, reducing the initial bolts elongation and thus oriducing a loss of tension which decreases the preload in the assembly. This loss of tension has been tabulated on the following graphn which shows values in function of diameter d and teh ratio L_k/d.

Calculation of under head contact pressure :
Usually, this calculation is not required when treated flat washers are used. It is however recommended when cap screws are used(Chc).

We must have :
FB max / Ac < P adm
with
FB max = Ts + 0,13 . FE
with
FE = ( 1/N )[ (4. MT/ Øm) - FA ]
And
Ac = ( π /4 ) ( dw ² - D i ² )