DIN 25201-3-2004 Design guide for railway vehicles and their components - Bolted joints - Part 3 Design - Electrical application《铁路车辆及其组件的设计指南 螺栓连接 第3部分 设计 电气应用》.pdf

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1、Juni 2004DEUTSCHE NORM Normenausschuss Schienenfahrzeuge (FSF) im DINPreisgruppe 7DIN Deutsches Institut f r Normung e.V. Jede Art der Vervielf ltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut f r Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 21.060.10; 21.060.30= 9552626www.din.deX

2、DIN 25201-3Konstruktionsrichtlinie f r Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schraubenverbindungen Teil 3: Konstruktion elektrische AnwendungenDesign guide for railway vehicles and their components Bolted joints Part 3: Design Electrical applicationMthode de conception pour vhicules ferroviaires e

3、t ses constituants Raccords vis Partie 3: Construction Applications lectriquesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinTeilweiser Ersatz f rDIN 25201:198611,DIN 25202:199204 undDIN 25203:199204www.beuth.deGesamtumfang 10 SeitenDIN 25201-3:2004-062InhaltSeiteVorwort 31 Anwendungs

4、bereich. 32 Normative Verweisungen. 43 Begriffe 44 Allgemeines. 54.1 Risikoklassen und Verspannungsflle. 54.2 Funktion. 55 Wahl der Befestigungselemente . 66 Gestaltungsparameter 67 Auslegung und Dimensionierung . 67.1 Auslegung . 67.2 Dimensionierung. 68 Anforderungen 78.1 Kontaktdruck. 78.2 Kontak

5、tkorrosion 88.3 Temperaturbelastung . 88.4 Montagedrehmomente . 8Literaturhinweise . 10DIN 25201-3:2004-063VorwortDiese Norm wurde vom Arbeitsausschuss 5.1 Verbindungselemente des Normenausschusses Schienen-fahrzeuge (FSF) erstellt.Die Normen der Reihe DIN 25201 Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfa

6、hrzeuge und deren Komponentenbestehen aus:Gbe Teil 1: Einteilung, Kategorien der SchraubenverbindungenGbe Teil 2: Konstruktion maschinenbauliche AnwendungenGbe Teil 3: Konstruktion elektrische AnwendungenGbe Teil 4: Sichern von SchraubenverbindungenGbe Teil 5: KorrosionsschutzGbe Teil 6: Anschlussma

7、eGbe Teil 7: MontageAlle Teile zusammen werden die im Ersatzvermerk angegebenen Normen ersetzen.nderungenGegenber DIN 25201:1986-11, DIN 25202:1992-04 und DIN 25203:1992-04 wurden folgende nderungenvorgenommen:a) Die Normen wurden zusammengefasst;b) vollstndige redaktionelle berarbeitung;c) elektris

8、che Verbindungen wurden aufgenommen.Frhere AusgabenDIN 25201: 1986-11DIN 25202: 1992-04DIN 25203: 1992-041 AnwendungsbereichDiese Norm gilt fr Schraubenverbindungen im Schienenfahrzeugbereich fr Verbindungselemente mitmechanischen Eigenschaften ausGbe Stahl nach DIN EN ISO 898-1, DIN EN ISO 898-5 un

9、d DIN EN 20898-2,Gbe nicht rostendem Stahl nach DIN EN ISO 3506-1 bis DIN EN ISO 3506-3 undGbe Nichteisenmetallen nach DIN EN 28839.Sie soll den Konstrukteur bei der grundlegenden Auswahl von Schraubenverbindungen untersttzen und ihmSystematiken und Begriffe nher bringen. Grundstzlich befreit die No

10、rm nicht von experimentellen Unter-suchungen zur Verifizierung der Ergebnisse. Insbesondere trifft dies bei kritischen Verbindungen zu.DIN 25201-3:2004-0642 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen.Diese normativen Ver

11、weisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungendieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitet sind. Beiundatierten Verwe

12、isungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschlielichnderungen).DIN 25201-1:2004-06, Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schrauben-verbindungen Teil 1: Einteilung, Kategorien der Schraubenverbindungen.E DIN 25201-2, Konstruktionsrichtlinie

13、fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schrauben-verbindungen Teil 2: Konstruktion maschinenbauliche Anwendungen.DIN 25201-4:2004-06, Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schrauben-verbindungen Teil 4: Sichern von Schraubenverbindungen.E DIN 25201-5, Konstruktionsri

14、chtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schrauben-verbindungen Teil 5: Korrosionsschutz.DIN 46200, Stromfhrende Anschlussbolzen bis 1 600 A Ausfhrung und Zuordnung der Stromstrken.DIN EN 13601, Kupfer und Kupferlegierungen Stangen und Drhte aus Kupfer fr die allgemeineAnwendung in der El

15、ektrotechnik; Deutsche Fassung EN 13601:2002.DIN EN 20898-2, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen Teil 2: Muttern mit festgelegtenPrfkrften; Regelgewinde (ISO 898-2:1992); Deutsche Fassung EN 20898-2:1993.DIN EN 28839, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen Schrauben und Mu

16、ttern ausNichteisenmetallen (ISO 8839:1986); Deutsche Fassung EN 28839:1991.DIN EN ISO 898-1, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl undlegiertem Stahl Teil 1: Schrauben (ISO 898-1:1999); Deutsche Fassung EN ISO 898-1:1999.DIN EN ISO 898-5, Mechanische Eigenschaften

17、von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl undlegiertem Stahl Teil 5: Gewindestifte und hnliche nicht auf Zug beanspruchte Verbindungselemente(ISO 898-5:1998); Deutsche Fassung EN ISO 898-5:1998.DIN EN ISO 3506-1, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus nicht rostenden Sthlen Teil

18、1: Schrauben (ISO 3506-1:1997); Deutsche Fassung EN ISO 3506-1:1997.DIN EN ISO 3506-2, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus nicht rostenden Sthlen Teil 2: Muttern (ISO 3506-2:1997); Deutsche Fassung EN ISO 3506-2:1997.DIN EN ISO 3506-3, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselem

19、enten aus nicht rostenden Sthlen Teil 3: Gewindestifte und hnliche, nicht auf Zug beanspruchte Schrauben (ISO 3506-3:1997); DeutscheFassung EN ISO 3506-3:1997.DIN EN ISO 10683, Verbindungselemente Nicht elektrolytisch aufgebrachte Zinklamellenberzge(ISO 10683:2000); Deutsche Fassung EN ISO 10683:200

20、0.3 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelten die folgenden Begriffe.DIN 25201-3:2004-0653.1elektrische SchnittstelleSicherstellung einer dauerhaften Strombertragung zwischen elektrischen Leitern oder zwischen elektrischenLeitern und Gerten3.2Kontaktdruckwird ber das Montagedrehmoment und die dara

21、us resultierende Montagevorspannkraft erzeugt.Auszuschlieen ist eine Reduktion durch:Gbe elektrische Beanspruchungen (siehe 8.1),Gbe Kontaktkorrosion (siehe 8.2),Gbe Lockern und/oder selbstttiges Losdrehen (siehe DIN 25201-4:2004-06, 4.1 und 4.2)3.3Schutzerdungsanschlussdiese sind nur im Fehlerfall

22、stromfhrend3.4dauernd stromfhrende Verbindunges werden Verbindungen unterschieden, die in elektrisch gesicherten und elektrisch ungesicherten Leitungenangeordnet sind4 Allgemeines4.1 Risikoklassen und VerspannungsflleElektrische Schraubenverbindungen sind den Verspannungsfllen 1 oder 2 und den Risik

23、oklassen H oder Mnach DIN 25201-1:2004-06, Abschnitte 3 und 4 zuzuordnen.Zur Risikoklasse H zhlen SchraubenverbindungenGbe die in dauerhaft stromfhrenden elektrisch ungesicherten Leitungen angeordnet sind,Gbe in Schutzerdungssystemen, sofern sie sich auerhalb abgeschlossener elektrischer Betriebsrum

24、e/Gerteksten/Container befinden undGbe in Schutzerdungssystemen, sofern sie sich innerhalb abgeschlossener elektrischer Betriebsrume/Gerteksten/Container befinden und elektrische Gerte erden, die mit elektrisch ungesichertenLeitungen angeschlossen sind.Zur Risikoklasse M gehren Schraubenverbindungen

25、, die in allen brigen elektrischen Leitungen angeordnetsind.Auf die Berechnung elektrischer Schraubenverbindungen kann verzichtet werden. Sie werden nach denTabellen 2 oder 3 dimensioniert.4.2 FunktionEine Schraubenverbindung nach dieser Norm hat die Aufgabe, elektrische Schnittstellen zu verbinden

26、sowieden bentigten Kontaktdruck herzustellen und zu erhalten. Mechanische Belastungen nachE DIN 25201-2, 4.1 sind grundstzlich zu vermeiden.DIN 25201-3:2004-0665 Wahl der BefestigungselementeFr die nach E DIN 25201-2, Abschnitt 6 gemachten Ausfhrungen gelten zustzlich folgende Restriktionen:Gbe Zink

27、-Lamellenberzge nach DIN EN ISO 10683 drfen nicht fr elektrisch leitende Elemente, die demStromfluss dienen, eingesetzt werden, da sie eingeschrnkt elektrisch leitende oder isolierendeEigenschaften haben.Gbe Werden Schraubenbolzen eingesetzt, die der Stromfhrung dienen, gelten die technischen Liefer

28、-bedingungen nach DIN EN 28839.Gbe Der Einsatz von Klebstoffen ist zur Sicherung betriebs- und fehlerstromfhrender Schrauben-verbindungen nicht erlaubt.6 GestaltungsparameterDie Kontaktflchen elektrischer Schraubenverbindungen sollten groflchig ausgefhrt werden. Grate undAuswulstungen zwischen den z

29、u verbindenden Leitern sind nicht erlaubt, da sie den Stromfluss behindernund durch die entstehenden Luftspalte zu erhhten bergangswiderstnden und damit zur unerwnschtenErwrmung der Schraubenverbindung fhren. Zu Sicherungsmanahmen siehe DIN 25201-4:2004-06,Abschnitt 5.7 Auslegung und Dimensionierung

30、7.1 AuslegungBei der Auslegung einer Schraubenverbindung fr elektrische Anwendungen sind die in der Regel niedrigenzulssigen Grenzflchenpressungswerte, die ein hohes Setz- und Kriechverhalten bedingen, vonentscheidender Bedeutung.Entsprechend den Risikoklassen nach DIN 25201-1 sind bei der Auslegung

31、 die Mindestanforderungen nachTabelle 1 zu erfllen.Tabelle 1 MindestanforderungenRisikoklasseH(hoch)M(mittel)SicherheitsphilosophieAusfallredundanz oderkurzschlusssichere Installationelektrisch gesicherterStromkreisNachweis derSchraubenverbindungnicht erforderlich, Auslegung nach Tabelle 2 und 3Doku

32、mentation derBerechnungnicht erforderlichEintragungen intechnische DokumenteRisikoklasse und Montageanziehdrehmoment7.2 DimensionierungEine Schraubenverbindung fr elektrische Anwendung muss hinsichtlich ihres Gewindenenndurchmessersund ihrer Kontaktflche in der Lage sein, den entsprechenden Strom/Fe

33、hlerstrom zu tragen.DIN 25201-3:2004-067Der Gewindenenndurchmesser wird bestimmtGbe in Abhngigkeit von den Abmessungen des anzuschlieenden elektrischen Leiters und ggf. auch durchdie bentigten zustzlichen Elemente (z. B. Kabelschuhe) nach Tabelle 2,Gbe im Falle von Anschlussbolzen in Abhngigkeit von

34、 der zulssigen Stromstrke nach Tabelle 2 oderGbe fr Stromschienenverbindungen nach DIN EN 13601.Tabelle 2 Mindestgren fr Gewinde-NenndurchmesserAnschluss und Verbindungelektrischer LeitungenBei Einsatz von stromfhrenden Anschlussbolzenaus CuZn oder E-Cu nach DIN 46200Leiter-Nennquerschnittmm2Gewinde

35、-nenndurchmesserGewinde-nenndurchmesserzulssigeDauerstromstrkeA0,75 bis 1,5 M 3a2,5 bis 6 M 4 M 4 1610 M 5 M 5 2516 bis 25 M 6 M 6 6335 M 8 M 8 10050 bis 70 M 10 M 10 160/200b95 bis 150 M 12 M 12 250/315b185 bis 240 M 16 M 16 315/400ba Nur innerhalb abgeschlossener Gerteksten/Container anzuwendenb D

36、er erste Wert gilt fr CuZn, der zweite Wert fr E-CuANMERKUNG Wenn aus Strombelastbarkeitsgrnden nicht unbedingt erforderlich, sollte E-Cu wegen dergeringeren Festigkeit nicht verwendet werden.8 Anforderungen8.1 KontaktdruckElektrische Schraubenverbindungen mssen so ausgelegt sein, dass sich der Kont

37、aktdruck durch Setzen derverschraubten Fgeteile, durch stromflussbedingte Beanspruchungen (Erwrmung, Induktions- oderKurzschlusskrfte) sowie Kontaktkorrosion nicht unzulssig ndert. Sie sind konstruktiv so auszulegen, dassein Mindestkontaktdruck erhalten bleibt. Um das sicherzustellen, istGbe bei Ein

38、schraubverbindungen immer mindestens ein Sicherungselement undGbe bei Durchsteckverbindungen auf beiden Seiten mindestens ein Sicherungselementals Lockerungssicherung mit zu verspannen.Bei einer VerschraubungGbe Gb3 M 4 sind max. zehn Trennfugen bei max. drei Leitungen undGbe M 4 sind max. sechs Tre

39、nnfugen bei max. zwei Leitungenmit Kabelschuhen zulssig (siehe Bild 1).DIN 25201-3:2004-068Bild 1 G2d Trennfugenanzahl einer Schraubenverbindung (Beispiel)Der Mindestkontaktdruck zum sicheren Stromfluss bei ausreichend geringen bergangswiderstand istsichergestellt, wenn die Montagedrehmomente nach T

40、abelle 3 eingehalten werden. Es darf kein Kontaktdruckber einen mit verspannten Isolierstoff bertragen werden. Ausnahmen bilden keramische Isolierstoffe undmit verspannte Elemente, die ber einen ausreichend groen Federweg jegliche Verformung desIsolierstoffes bei gleich bleibendem Kontaktdruck ausgl

41、eichen.8.2 KontaktkorrosionDie Anschlussflchen mssen kontaktblank und dauerhaft gegen Korrosion geschtzt sein. Bei derWerkstoffauswahl der zu fgenden Komponenten sind die praktische Spannungsreihe und die zulssigenSpannungsdifferenzen nach E DIN 25201-5, Abschnitt 3 zu beachten. Bei Verwendung von K

42、ontaktscheibenist die Korrosionsgefahr durch Feuchtigkeitseinfluss zu bercksichtigen.8.3 TemperaturbelastungDie Belastung wird mageblich von der beim elektrischen Stromfluss erzeugten Wrme, demWrmespeicher- und -ableitungsvermgen der Bauteile und den Umgebungsbedingungen bestimmt.Grenztemperaturen f

43、r Kontaktfette und Isolierstoffe an Kabeln oder isolierten Kabelschuhen drfen nichtberschritten werden. Bei bestimmten elektrischen Anwendungen, z. B. bei elektrischen Anschlssen vonWiderstandsgerten, ist zu beachten, dass an den elektrischen Schraubenverbindungen Temperaturenerreicht werden, die +2

44、50 C betragen knnen. In diesen Fllen sind daher besondere konstruktiveManahmen erforderlich.8.4 MontagedrehmomenteDie Montagedrehmomente fr elektrische Schraubenverbindungen sind nach Tabelle 3 auszuwhlen, es seidenn, anders lautende Herstellerangaben von anzuschlieenden Gerten stehen dem entgegen.

45、Franzuwendende Montagewerkzeuge gilt die Verschraubungsklasse B nach E DIN 25201-2, 7.2.3.DIN 25201-3:2004-069Tabelle 3 Montagedrehmomente fr elektrische SchraubenverbindungenMontagedrehmomente MMin NmBetriebs-/Fehlerstromfhrend FehlerstromfhrendStromfhrendeAnschlussbolzenaus E-Cu u. CuZnbVerbindung

46、en mitSicherungselementen frSchraubenfestigkeitenA2-70 und 5.8cVerbindungenmit Kontaktscheibendfr Schraubenfestigkeit 8.8Gewinde-nenndurch-messer derSchraubenach DIN 46200 G = 0,14; K = 0,14 G = 0,16; K = 0,16M 03a 00,8 001,3M 04 01,2 01,9 003M 05 02 03,7 006M 06 03 06,5 010M 08 0615 025M 10 10 31 0

47、50M 12 15,5 53 088M 16 30 130 215aNur innerhalb abgeschlossener Gerteksten/Container anzuwendenb CuZn ist zu bevorzugencA2-70 ist zu bevorzugendSiehe LiteraturhinweisWerden aus Grnden der Reduzierung der Typenvielfalt oder wegen gleichzeitiger Verwendung inmaschinenbaulichen Anwendungen hherfeste Sc

48、hrauben, beispielsweise der Festigkeitsklasse 8.8verwendet, ist zu beachten, dass auch in diesen Fllen die Montagedrehmomente nach Tabelle 3 nichtberschritten werden drfen, daGbe das Sicherungselement ansonsten seine Funktion verliert und unbrauchbar wird oderGbe fr die zu verbindenden Leiter unzulssig hohe Flchenpressungen entstehen.DIN 25201-3:2004-0610Literaturhinweise1 SN 70093, Kontaktscheiben gezahnt.1)1) Siemens-Werksnorm: Zu beziehen bei Siemens AG, Abt. ZT SR S, Otto-Hahn-Ring 6, 81739 Mnchen