Praktisches Handbuch der gesamten Schweißtechnik: Dritter Band. Berechnen und Entwerfen der Schweißkonstruktionen

242 Pages·1952·15.335 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. Paul Schimpke, Ober-Ing. Hans A. Horn (auth.)

Praktisches Handbuch der
gesamten SchweiBtechnik
III
Praktisches Handhuch der
gesamten SchweifMechnik
Von
Prof. Dr.-Ing.Paul Schimpke u.Ober-Ing. Hans A.Horn
Munchen BerIin~Charlott('nburg
Dritter Band
Berechnen und Entwerfen
der SchweiGkonstruktionen
Unter hesonderer Mitarheit von
Dipl.-Ing. Richard Hanchen
Baurat, Braunlage
Mit 732 Ahhildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
ISBN 978-3-642-53043-2 ISBN 978-3-642-53042-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-53042-5
Alle Rechte, inshesondere das der tlliersetzung
infremde Sprachen, vorhehalten.
Copyright 1952 hy Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag OH G., Berlin/ Gottingen/ Heidelberg. 1952
Softcover reprint of the hardcover Ist edition 1952
Vorwort.
1m Vorwort zur fiinften Auflage des zweiten Bandes dieses Handbuches
wurde bereits darauf hingewiesen, daB - den aus Fachkreisen ergangenen Wiin
schen nachkommend - im nunmehr vorliegenden dritten Bande das Berechnen
und Entwerfen der SchweiBkonstruktionen behandelt werden.
Es erschien zweckmaBig und ","ohl im Sinn aller Interessenten wiinschenswert,
nebeneinander laufende Veroffentlichungen in einem Werke zusammenzufassen.
Dies konnte dadurch verwirklicht werd~n. daB auf Gnmd eines zwischen dem Ver
£asser des 1939 im gleichen Verlag erschienenen Buches "SchweiBkonstruk
tionen", von R. Hanchen, dem Springer-Verlag und den beiden Verfassern
dieses Handbuches getroffenen "Obereinkommens auf eine Neuauflage des Werkes
von Hanchen zugunsten des nunmehr vorliegenden dritten Bandes verzichtet
wurde.
Der Stoff dieses Bandes wurde den anderen Banden angepaBt, vollig iiber
arbeitet und erweitert. Aufgabe dieses Bandes ist es, den jungen Ingenieur und
den mit geschweiBten Bauteilen noch wenig vertrauten Konstrukteur in das Be
rechnen und Entwerfen von SchweiBkonstruktionen einzufiihren, und ihnen die
Wege zu ebnen, die ein erfolgreiches schweiBgerechtes Denken zum Ziele haben.
Dabei werden die in den Banden I und II behandelten Grundkenntnisse im
SchweiBen und die Kenntnis der Arbeitsweise der SchweiBgerate und -maschinen
vorau sgesetzt.
1m Abschnitt "Berechnen der SchweiBkonstruktionen" werden die Grund
begriffe der Dauerfestigkeit (Schwingungsfestigkeit) gebracht, deren Verstandnis
fiir das Festigkeitsverhalten der Werkstoffe und fiir die rechnerische Ermittlung
der Dauerhaltbarkeit geschweiBter Konstruktionen erforderlich ist. An die Be
rechnung auf Dauerhaltbarkeit im Maschinenbau schlieBen sich kurze Abschnitte
an iiber die Berechnung von RQhrleitungen, Dampfkesseln und der Stahltrag
werke imKranbau. Wenn die Berechnung aufDauerhaltbarkeit entsprechend dem
derzeitigen Stande der Forschung auch noch nicht voll befriedigt, so ermoglicht
sie es doch, nach einheitlichen Gesichtspunkten Vergleichsrechnungen anzu
stellen und die Beanspruchung der Bauteile mit groBererTreffsicherheit als bisher
zu ermitteln.
Der Abschnitt "Entwerfen der SchweiBkonstruktionen" bringt die Bauformen
(Gestaltungselemente), die als Grundlage fiir das Entwerfen anzusehen sind.
Einige zei~gemaBe Beispiele im Abschnitt "Ausgefiihrte Konstruktionen" geben
einen "Uberblick aus den Gebieten des allgemeinen Maschinen-, Elektromaschinen-,
Rohrleitungs-, Behalter-und Kesselbaus sowie iiber das Gestalten von Laufkran
tragern.
VI Vorwort.
Urn den verhaltnismaBig umfangreichen Stoff in einem engeren Rahmen zu
sammenzufassen, sind groBere Textabschnitte, insbesondere soweit sie sich auf
das Beschreiben von Abbildungen beziehen, im Kleindruck und vielfacb auch im
Telegrammstil gehalten.
Allen in den FuBnoten angezogenen Firmen, die uns bei der Herausgabe des
Buches durch die tiberlassung neuester Konstruktionszeichnungen unterstutzt
baben, und dem Springer-Verlag fUr die sorgfaltige und ansprechende AusfUh
rung auch dieses Bandes verbindlichen Dank zu sagen, ist uns eine angenehme
Pflicht.
Berlin, im Oxtober 1951. P. Schimpke, H. A. Horn,
R. Hanchen.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I. Berechnung der Schweillkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
A. Grund begriffe der Da uerfestigkeit (Seh wingungsfest igkeit) 5
1. Nennspannungen und Grenzspannungen 5
2. Arten der Dauerfestigkeits.Sehaubilder 7
3. Dauerprufung der Werkstoffe 8
B. Die Baustoffe, ihre Festigkeitseigensehaften und ihre SchweiB.
barkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1. Einteilung und Eigenschaften cler Stahle , . . . . . . . . . . . . . 11
2. Die neuen Werkstoffnormen fur Stahl ............... 13
3. Die wichtigsten Baustahle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
a) Maschinenbaustahle S.14. - b) Hochlegierte Stahle S.16. - c) Hoeh
baustahle S.17. - d) Rohrleitungsstahle S.18. - e) Kesselbaustahle S.20.
4. Naehbehandlung der SehweiBnahte . . . . . . . . . . . . . . 22
5. Oberflachenhartung . . .. ............... 23
6. RiBgefahren . . . . . .. ............... 24
7. Dauerfestigkeits-Sehaubilder der Stahle des Masehinenbaues und Stahl-
ba ues . . . . . . . . . . . . . . . _ . . _ . . . 26
C. Nennspannungen und Festigkeit der SehweiBverbindungen 28
1. Stumpfnahte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
a) I-Nahte S. 29. - b) V-Nahte 8. 29 - c) X-Nahte S.29.
2. Kehlnahte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
a) Flankenkehlnahte 8.31. - b) Stirnkehlnahte 8.33. - T-StoB mit ein
seitiger Kehlnaht S. 33. - T-StoB mit doppelseitiger Kehlnaht S. 34.
c) Ringnahte (Rundnahte) S.35.
3. SebweiBgiiten .......... . . . . . . . . 36
D. Bereehnung auf Dauerhaltbarkeit im Masehinenbau 37
1. Betriebsarten der Masehinen . . . .. . . . . . 37
2. Berechnungsgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
a) Angriff S. 39. -" b) Nennspannungen S. 40. - c) Nennspannung im
Gefahrenzustand (Nenndauerhaltbarkeit des Bauteils) S. 42. - d) Sieher-
heit und zulassige Spannungen S. 45. - Sieherheit S.45. - Zulassige
Spannungen S.49. - e) Berechnungsbeispiele S.51 - f) Htarrheit und
Sehwingungsverhalten der Bauteile S. 51
E. Berechnung der Rohrleitungen, DruckgefaBe und Dampfkessel 59
1. Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .'59
2. Dampfkessel-, Behalter- und Apparatebau . . . . . . . . 62
a) Dampfkessel S.62. - b) Behiilter und Apparate S.65.
F. Berechnungsgrundlagen fiir den Stahlhochbau 67
G. Berechnung der Stahltragwer ke der Krane . . . . . 71
1. Aligemeines .... . . . . . . . . . . . . . . . ... 71
a) Vorschriften S. 71. - b) Belastungen S. 72. - c) StoBzahl, Ausgleichs
zahl und Wechselbeanspruehung S. 72. - d) Zulassige Spannungen S. 73.
2. Bereehnung der Vollwandtrager (Bleehtrager) . . . . . . . . . . . . 74
Belastungsannahmen S.74. - Erforderliches Tragheitsmoment des Tra-
gcrs S.74. - Querschnittsbildung und Querschnittswertc S.75. - Biege
momente und Querkrafte S.75. - Vorhandcnc Durchbiegung des Tragcrs
S.76. - Spannungsermittlung des Tragers S.76. - Spannungsermittlung
in den SchweiBverbindungen S.77.
SchweiBanschluB der Gurtplatten an das Stegblech S.77. - Stegblcch
stoBe 8.78. - GurtplattenstoBe S.79. - StoB der Fahrschiene S.80. -
Aussteifung des Tragers S.80. - Abkantcn der Stegbleche S.80.
VIII InhaItsverzeichnis.
Seite
3. Berechnung der Fachwerktrager . . . . . . . . . . . . . . . .. 81
Allgemeines S.81. - Tragersystem und Bestimmung der Stabkrafte S.81.
Querschnittsgestaltung und Bemessung S.82. - AnschluB der Fiillungs
stabe (Vergleich zwischen Niet- und SchweiBanschlu13) S.84.
4. Der unterspannte Balken (Langersche Balken) . . . . . . 87
5. Der Rahmentrager . . . . . . 88
II. Entwerfen der Sch,veiBkonstruktionen . 89
Anlieferungsformen der Werkstoffe .. 89
Stahlleichtprofile . . . . . . . . 89
A. Bauformen (Gestaltungselemcntc) 90
1. Hauptformen .............. . 90
a) Ebenflachige Hauptformen S.90. - b) Krummflachige Hauptformen
S.94. - c) Zusammengesetzte Formen S.95.
2. Nebenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 97
a) Arbeitsleisten S.97. - b) Verstarkungen S.97. - c) Querversteifungen
S.98. - d) Eckversteifungen S.98. - e) Flanschen S.98. - f) Rippen
S.99. - g) Stiitzteile S.101. - h) Schraubenansatze S.103. - i) Naben
S.104. - k) Stangenaugen und Gabelstiicke S.105. - 1) Zapfenanschliisse
S.106. - m) Osen und Haken S.108.
3. Elemente der Rohrkonstruktionen ................. 109
a) Vorziige des Rohres S.109. - b) Anwendungsgebiet S.109. - c) Werk
stoff S.109. - d) Berechnung S.109. - e) Verarbeitung der Rohre und
SchweiBverbindungen S.109.
B. Vorbereitung zum SchweiBen ... . .... ll3
1. Zuschneiden der Grundteile . . . . ll3
a) Maschinelles Zuschneiden S.ll4. - b) Brennschneiden (autogenes
Schneiden) S.ll4.
2. Herstellung der Formen . . . . . . ll7
a) Abkanten S.1l7. - b) Biegen S.1l7.
O. Beispiele fiir AbbrennschweiBung (AbschmelzschweiBung). ll8
II. Ausgefiihrte Konstruktionen ll9
A. Mas chinen ba u. . . . . . ll9
I. Stangen ....... . ll9
2. Hebel und Handkurbeln. . .... 122
a) Hebel S.122. - b) Handkurbeln S.124.
3. Rader und Scheiben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
a) Zahnriider S.125. - b) Kettenriider S.130. - c) Laufrader S.130. -
d) Schaufelrader fiir Kreiselpumpen S.131. - e) SC'heiben S.131.
4. Trommeln ..............' ............ . 134
a) Seiltrommeln S.134. - b) Forderbandtrommeln S.137.
5. Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .' . . . . 137
a) Querlager S.137. - b)-Langs- und Querlager (Stiitzlagcr) S.140. -
c) Konsollager (Wandlager) S.141.
6. Stiitzungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
a) Untersatze und Grundplatten S.143. - b) Rahmen und Gestelle S.145.
- c) Lagerstiihle, Lagerbocke und Tragarme S.149. - d) Lagerbriicken
(Traversen), Hinterachsbriicken, Armkreuze und Lcnkbiigel S.159. -
e) Radschemel, Rollenwagen und Schwingen S.161. - f) Maschincnstander
und -gestelle S.163.
7. Vorrichtungen fUr Fertigungszwecke ................ 169
8. Riiderkiisten (Getriebekasten) . . . . . . . . . . . . . . . . 170
a) Stirnriiderkasten S.171. - b) Kegelriiderkasten S;175. - c) Schnecken
kasten S.176.
9. Maschinengehause. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
10. Transportgefa13e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
a) Lastaufnahmemittel fUr Schiittgiiter S.180. - b) GieBpfannen S.181.
B. Elektromaschinen ba u ........ . 182
1. Laufer fiir elektrische Maschincn . . . . . . 182
a) Blechlaufer S.182. - b) Polriider 8.184.
2. Magnetgestelle und Gehause fUr elektrische Maschinen 185
3. Lagerschilde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
C. Rohrleitungsbau· . 189
1. Allgemeines 189
2. Einzelhciten ... 189
3. Blechrohrleitungen . 192
4. Formstiicke fUr hOherc Driicke . 193
5. Muffenrohre . . . . . . . . 194
6. Absperrorgane . . . . . . . 196
D. Offe~e Behalter und GefaBe 199
E. Geschlossene Behalter . 203
1. Einmantelige Behiilter. . 203
2. Doppelmantelige Behiilter 205
F. Dampfkessel . . . . . . 209
1. Bauliche Einzelheiten .. .... . 209
a) 8chweiBnahte 8.209. - b) AnscbluB von KcsselbOden8.209. - c) Rand.
verstarkungen 8.210. - d) Feuertiircn, 8tochlocher 8.211. - e) AnsClhluB
von Dampfdomen 8.211. - f) Bodenringverbindungen 8.212. - g) 8on
stige Einzelheiten 8.212.
2. Kleinkessel . . . .. . 213
3. GroBkessel . . . . . . . . . 215
4. Lokomotivkessel . . . . . . 218
G. 8tahltragwerke der Krane. 219
1. Laufkrane und Bockkrane . 219
2. Drehkrane 222
Sachverzeichnis. . . . . . . . . . . 228
Bezeichnungen und Formelgro.Ben.
Be· I I Be· I
zeichnung Bedeutung DimensIon zeichnung Bedeutung DimensIon
! I
Au. B Senkrechte Auflager. a Sch weiBnahtdie ke,
drueke . kg Ausladung mm
BD Prozentuale BetIiebs- al u. a2 Beiwerte (Angriff) -
dauer vH b Breite mm
D Durchmesser mm c Ausladung mm
E Elastizitiitsmodul kgfemS d Durchmesser mm
F Querschnittsflache em2 8 Abstand mm
FSchlt' Querschnitts£liiehe 81 u. 8S Fa sera bstande mm
(Sch weiBquerschnitt ) ema f Durchbiegung ... em
G Gleitmodul . kg/emS g GlLeicahsmt.ii Big velteilte kg/lfdm
H Horizontalkraft . kg
k Hohe mm
Jb Triigheitsmoment
kb ProzentuaJe Haufig-
(Biegung) ... em4 keit der Belastung . vH
Jt Tragheitsmoment
i Tragheitshalbmesser em
(Verdrehung) . em4 1 Lange, Nahtlange . mm
K Handkraft ... kg
n Drehzahl. U/min
K Bereehnungsfestigkeit kgfmm2 p Druck . kg/emS
L Lange, Stiitzweite p Flachenpressung. kg/emS
eines Kranes m r Halbmesser mm
Mb Biegemoment . kgem
Mr I Reibungsmoment kgem 8 Dicke (Starke) mm
t Zeit h
Mt Drebmoment kgem v Giiteverhiiltnis -
N Lastspielzahl . . -
v U mfangsgesch windig-
NB Bruehlastspielzahl. . - keit ....... mfsec
Nt.t Lastspielzahl COber- w Diimpfungsw iders tand kgsee/p
spannung) - x Sicberheitswert . -
P Kraft, Schwingungs- y Senkrechter Abstand mm
kraft kg z Zahnezahl -
Pr Ruhende Kraft (Gleich- IX Winkel Grad
last) . kg {J Winkel. Grad
Q Querkraft, Tragkraft {Jk Kerbwirkungszahl . -
eines Kranes kg 'Y Winkel • Grad
R Halbmesser mm Os Bruchdehnung
8 Stabkraft. kg (l=5d) .. vH
8 Statisches Moment emS 010 Bruchdehnung
81 ••. 8" Bezeichnung der (I = lOd) vH
SchweiBnahte - B Dehnung .... -
8F Sicherheitswert - A Schlankheitsgrad -
8t Sieher heitswert - p Reibungszahl -
T Betrieb sa bsehnitt h j) Sieherheitswert -
U Umfangskraft kg (I Halbmesser mm
V Vertikalkraft . kg (I Spannung in der
Wb Widerstandsmoment Schweillnaht kg/emS
(Biegung) ..... emS (lb Spannung in der
Wt Widerstandsmoment SehweiBnaht (Bie.
(Verdrehung) ... ('mS gung) ...... kgfcmS
WSchw Widerstandsmoment (10 Spannung in der
(Soh weiBquersohnitt) emS Sehweillnaht (Ober-
Zugkraft kg spannung) kg/emS
Bezeichnungen und FormelgroBen. XI
Be· I Iz eiC~~~ng I I
oeichnung Bedeutung Dimension Bedentung Dimension
!lOG Spannung in der aoG Nennspannung im Ge· I
SchweiBnaht (Ge. fahrenzustand (Ober.
fahrenzustand, Ober· spannung) kgfcm2
spannung) kgfcm2 as Streckgrenze (Zug) kgfmm2
!lm Spannung in der abS Streckgrenze (Biegung) kgfmm2
SchweiBnaht (Mit. aSch Reine Schwellfestigkeit
telspannung) kgfcm2 (Zug) kgfmm2
!ls SpSacnhnwuenigB ninah dt e(Sr chub) kgfcm2 aabStc h UR.. eb(ieBnreise pSgacunhnnwgu)en.l glf .e stigkeit kkggffmmmm22
!ltSch Drkeehiutn gdssecr hwSeclhlfweestiBig.. aUr Ursprungsfestigkeit kg/mm2
naht kg/cm2 av Vergleichsspannung kg/cm2
±aw Reine Wechselfestig.
±etW Drehungswechselfestig. keit (Zug-Druck) . kg/mm2
keit der SchweiBnaht kglcm 2 ±abW Reine Wechselfestigkeit
eu Spannung in der (Biegung) . kg/mm2
SchweiBnaht (Unter. T Tangentialspannung kg/cm2
spannung) kg/cm2 Ta Spannungsausschlag
Spannung in der (Verdrehung)l kg/cm2
ev
SchweiBnaht (Ver. Tk Kerbspannung (Ver.
gleichspannung) kg/cm2 drehung) ..... kg/cm2
ez Spannung in der Tm Mittelspannung (Ver.
SchweiBnaht (Zug) kg/cm2 drehung)l kgfcm2
ezui Zudlaesrs Sigceh wSpeiaBnnnauhntg in kg/cm2 To Obderreshpuanngn)uln. g (Ver- I kg/cm2
a Normalspannung kg/cm2 T8 Sehubspannung . kg/cm2
Tszul Zulassige Schubspan.
aa Spannungsausschlag nung kg/cm2
(Amplitude)l kg/cm2 Tt Verdrehungsspannung kg/cm2
abr Schwingungs breitel kg/cm2 Ttzul Zulassige Verdrehungs.
ak Kerbspannung kg/cm2 spannung kg/cm2
am Mittelspannung1 kg/cm2 Tu Unterspannung (Ver.
an Nennspannung2 . kg/cm2 drehung)1 kg/cm2
ao Oberspannungl kg/cm2 TB Sehubfestigkeit kgfmm2
au Unterspannungl kg/cm2 TD Da uerdrehungsfestig.
azul Zulassige Spannung2 kgJcm2 keit kg/mm2
aB Zugfestigkeit kg/mm2 TtB Drehungsfestigkeit kg/mm2
aD Da uerfestig kei t kg/mm2 TtS Drehungsstreckgrenze kgfmm2
aDSt Da uerstandfestigkeit kgjmm2 TtSch Drehungsschwellfestig.
aDzul Zu(lDasas uigeref estSigpkaenint)u ng bkzgw/.m cmm22 1 ±TtW Drkeehiutn gswechselfestig- kg/mm2
aG Spannung im Gefah· keit kg/mm2
renzustand . . . . kgJcm2 f{J' Winkel Grad
anG Nennspannung im Ge· I cp StoBzahl -
fahrenzustand kgfcm2 w Knickbeiwert I -
1 GroBe Zeiger bei den Grenzspannungen.
, Zeiger; z Zug, d Druck, b Biegung.