Berechnungsschema für ein Kegel-Spannelement:

 1. Bestimmung der Belastungen:

   - Identifiziere die auf das Spannelement wirkenden Kräfte und Momente, wie axiale Zugkräfte, Querkräfte und Biegemomente.

 2. Auswahl des Spannelements:

   - Wähle das geeignete Spannelement basierend auf den Belastungen und den Anforderungen der Anwendung, z. B. Kegel-Spannelement.

 3. Ermittlung der Sicherheitsfaktoren:

   - Bestimme die erforderlichen Sicherheitsfaktoren gemäß den Normen und Anwendungsvorschriften.

 4. Dimensionierung des Spannelements:

   - Berechne die Abmessungen des Kegel-Spannelements, einschließlich Durchmesser, Länge, Neigungswinkel usw.

   - Verwende die entsprechenden Formeln für die Dimensionierung des Kegel-Spannelements.

 5. Berechnung der Verbindungsfestigkeit:

   - Berechne die Verbindungsfestigkeit unter Berücksichtigung der Belastungen und der dimensionierten Parameter.

   - Verwende dazu geeignete Formeln für Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, Biegefestigkeit usw.

 6. Optimierung und Überprüfung:

   - Überprüfe die berechnete Verbindung auf Eignung und Sicherheit.

   - Optimiere die Parameter gegebenenfalls für eine verbesserte Leistung und Zuverlässigkeit.

Dieses Berechnungsschema und die entsprechenden Formeln können verwendet werden, um ein Kegel-Spannelement zu dimensionieren und zu analysieren.

Die unter Punkt 4 benannte Klemmkraft (F) wirkt als resultierende Kraft, die das Kegel-Spannelement zusammenpresst oder klemmt, um eine sichere und stabile Verbindung herzustellen. Diese Klemmkraft entsteht durch die axiale Verschiebung des Kegel-Spannelements entlang seiner Längsachse und wirkt auf die Kontaktfläche zwischen dem Spannelement und dem zu spannenden Werkstück. Diese Kontaktfläche ist die Oberfläche des Kegels des Spannelements, die in direktem Kontakt mit dem Werkstück steht.

Wenn das Kegel-Spannelement axial verschoben wird, übt es eine radiale Kraft auf das zu spannende Werkstück aus. Diese radiale Kraft führt dazu, dass das Werkstück und das Kegel-Spannelement sich gegeneinander pressen oder klemmen, was die Verbindung sicher und fest macht.

Die Größe der Klemmkraft (F) hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die axiale Verschiebung des Kegel-Spannelements, der Neigungswinkel des Kegels, die Materialeigenschaften des Spannelements und des Werkstücks sowie die Anwendungsspezifikationen.

Die Klemmkraft spielt eine entscheidende Rolle bei der Sicherung von Werkstücken in verschiedenen Anwendungen, wie z.B. bei der Fixierung von Werkstücken in Werkzeugmaschinen, bei der Montage von Bauteilen oder bei der Befestigung von Bauteilen in mechanischen Konstruktionen. Sie gewährleistet eine zuverlässige Verbindung und verhindert ein Verrutschen oder Lösen der Teile während des Betriebs.

Berechnung der Scherfestigkeit (τ):

τ = F / A

wobei:

• F = angreifende Scherkraft
• A = Scherfläche

Berechnung des Durchmessers (d) an einer bestimmten Position entlang des Kegel-Spannelements:

d = d₁ + (x · tan(α))

wobei:

• d₁ = kleinerer Durchmesser des Kegel-Spannelements
• x = Abstand von der Basis entlang des Kegel-Spannelements
• α = Öffnungswinkel des Kegel-Spannelements

Berechnung des Winkelversatzes (δ) für eine axiale Verschiebung (s):

δ = tan(α) · s

wobei:

• s = axiale Verschiebung des Kegel-Spannelements

Berechnung der erforderlichen axiale Verschiebung (s) für eine bestimmte Klemmkraft (F):

s = F · (tan(α) / E)

wobei:

• E = Elastizitätsmodul des Kegel-Spannelements