Die Bedeutung des axialen Flankenspieles beim rein axialen Vorspannen von Schraubverbindungen.
Bei der Auslegung einer Schraubverbindung wird normalerweise nie die Toleranzklasse des Gewindes auf Gängigkeit überprüft.
Bei der Anwendung eines drehenden Verfahrens setzt man voraus, dass die genormte Toleranzklasse genügend axiales und radiales Flankenspiel bietet um ein Klemmen oder Fressen der beteiligten Gewinde zu vermeiden.
Beim ziehenden, also rein axialen Verfahren zum Vorspannen von Schraubverbindungen ist das Spiel zwischen dem Flankendurchmesser der Mutter und dem Flankendurchmesser der Schraube von großer Bedeutung.
Beim Vorspannen mit hydraulischen Schraubenspannvorrichtungen wird die Vorspannkraft durch Ziehen am oberen Schraubenende aufgebracht. Die Schraube erfährt somit auf Ihrer gesamten, im Kraftfluss stehenden Länge, eine Dehnung. Diese Dehnung findet man somit auch im Gewindebereich. Es entsteht also eine Änderung der Gewindesteigung.
Während dieser Zeit ist die Mutter jedoch noch unbelastet. Das Gewinde der Mutter wird somit nicht verformt.
Das axiale Flankenspiel zwischen beiden Bauteilen wird verringert.
Am folgenden Berechnungsbeispiel einer Verbindung M30 mit den Toleranzfeldern 6g/6H soll dies verdeutlicht werden.
| Gewindebezeichnung M | 30 | 3,5 |
| Kleinster Flanken Ø Mutter D2min | 27,727 mm | |
| Größter Flanken Ø Mutter D2max/td> | 28,002 mm | |
| Kleinster Flanken Ø Bolzen d2min | 27,464 mm | |
| Größter Flanken Ø Bolzen d2max | 27,673 mm | |
Gewindeprofil
Aus den oben genannten möglichen mindest- und maximalen Abmaßen ergeben sich folgende Toleranzen:
| Errechnetes Spiel | ||
| Minimales radiales Flankenspiel | 0,054 mm | |
| Maximales radiales Flankenspiel | 0,538 mm | |
| Minimales axiales Flankenspiel | 0,031 mm | |
| Maximales axiales Flankenspiel | 0,311 mm | |
Das minimale axiale Flankenspiel muss nun mit dem sich aus der Vorspannkraft ergebenden Steigungsfehler(Längenzunahme) des Gewindebolzens im Bereich der Mutter verglichen werden.
Diese Längenzunahme errechnet sich aus der Federsteifigkeit mit den Vorgaben der nachstehenden Tabelle.
| Flankenwinkel a: | 30° | |
| Max. Vorspannkraft F v | 309kN – Schaftschr. 10.9 | |
| Mutternhöhe m | 24mm | |
| E – Modul | 210000N/mm² | |
| Sicherheitsfaktor fs | 1,3 | |
| Spannungsquerschnitt As | 537,20mm² | |
Aus der Formel (Δ L =Fv / E * m / As) ergibt sich eine Dehnungszunahme des Bolzens im Bereich der Mutter.
Dieser Wert entspricht dem mindestens erforderlichen Flankenspiel und beträgt in unserem Beispiel:
| Δ L | 0,066 mm | |
Dieser Dehnungswert (0,066mm) verglichen mit dem minimalen axialen Flankenspiel (0,031) aus der Toleranzberechnung ergibt, dass bei ungünstigster Toleranzlage die Mutter im Gewinde des Bolzens verklemmt würde.
Ein Beidrehen der Mutter wäre somit unmöglich.
Das bedeutet, dass entweder die Mutter oder der Bolzen mit erhöhtem axialen Flankenspiel gefertigt werden muss, wobei in der Praxis häufiger das Mutterngewinde verändert wird.
Eine Veränderung der Gewindetoleranz sollte jedoch auch immer mit einer Überprüfung der Gewindeberechnung nach VDI 2230 erfolgen.