Bewertung des Scherfestigkeitsverhältnisses für Schrauben festgelegter Festigkeitsklassen

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.

The knowledge of the shear capacity of bolts is essential for the design of shear joints. Preloading of joints in steel constructions is in more than 90 % of cases not necessary [1]. In aircraft construction, bearing type fitted joints are very common. In rail vehicle construction these joints are primarily used for risk class G (low) (DIN 25201-7 [2]). In machine and plant construction, the bearing type joint is not common, but there is a demand that slip resistant joints are designed for an overload against a shearing/ bolt-bearing-stress [3]. In the course of earlier investigations on the shear strength ratio, discrepancies for the design according to the various regulations were determined. For this purpose, the authors of this paper carried out over 500 shear tests. The bolts were tested with the nominal diameters ranging from M8 up to M20 with grade 4.6 to 10.9 to determine the shear strength ratio. The focus was on the influences of the single-/double shear test arrangement as well on the determination of a suitable method for statistical evaluation of the test results. Finally, recommendations are made for the future calculation of the shear resistance.