Tellerfedern als Konstruktionselemente für Kranbahnen

Im Stahlbau werden häufig Schraubverbindungen benötigt, die nur Zugkräfte, möglichst aber keine Biegemomente übertragen sollen. Es ist jedoch praktisch nicht möglich, eine reine Zugkraft‐Schraubverbindung herzustellen. Tatsächlich ist immer eine gewisse Biegebeanspruchung in der Schraubverbindung vorhanden. Gegenseitige Verdrehungen verbundener Bauteile führen somit zu Zwangsbeanspruchungen in der Verbindung und damit zu zusätzlichen Zugspannungen in den Schrauben. Kritisch wird dies bei dynamisch belasteten Konstruktionen wie Kranbahnen mit häufigen Lastspielen. Die Schrauben werden dann hochgradig ermüdungsbeansprucht und versagen frühzeitig. Tellerfedern sind hervorragende Konstruktionselemente, um solche aufgezwungenen Ermüdungsbeanspruchungen zu reduzieren und ermüdungssichere Zugkraft‐Schraubverbindungen herzustellen. Verdrehungen angeschlossener Bauteile werden durch die Federn kompensiert und relevante Verformungen der Schrauben vermieden. Tellerfedern können durch gleichsinnige oder wechselsinnige Schichtung auf vielfältige Weise zu einer Federsäule kombiniert werden. Die Last‐Federweg‐Kennlinie der Federsäule kann somit an die Anforderungen angepasst werden. Die Spannungsamplitude in den Schrauben lässt sich damit auf ein gewünschtes Niveau reduzieren. Leider sind Tellerfedern im Stahlbau sowie bei der Anwendung an Kranbahnen wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit informiert über Regeln für die konstruktive Gestaltung sowie für die Berechnung und Anwendung von Tellerfedern.

Bolted connections are often required to transmit tension forces only. However, constructing such connections precisely as pure tension joints – without any restraint moments – is structurally impossible. This is a key problem for bolted tension‐force connections in cyclically loaded structures. In these connections, rotations of connected structural members induced by cyclic loads on the structure, enforce deformations and thus high additional cyclic stresses in the bolts. Therefore, the bolts are highly fatigue stressed and will frequently fail at an early stage. Disc springs are excellent structural elements for creating fatigue‐resistant tension‐force connections. They can be stacked in series (discs layered in alternate directions), in parallel (discs layered in the same direction) or in a combination of both (stacks of disc springs arranged in parallel and then stacked in series). Therefore, the characteristic curve of the entire spring unit can be designed as required. Rotations of connected structural elements are compensated by the spring structure and do not cause significant deformations in the bolts. The stress amplitude in the bolts can be adjusted to a required level by using disc spring elements. Unfortunately, disc springs are little known in steel construction, as well as in applications for crane runways. This paper provides information on rules for the structural design, calculation, and application of disc springs.