Vor- und Nachteile unterschiedlicher Montageverfahren Ein Fallbeispiel an Kleinserien

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1 Vor- und Nachteile unterschiedlicher Montageverfahren Ein Fallbeispiel an Kleinserien Dipl.-Ing. Thomas Wernitz, Schraubfachingenieur (DSV) Leiter technische Lieferantenentwicklung 1

2 Inhalt Gliederung Warum überhaupt eine gezielte Montage? VDI 2230 Praxis: Kleinserien mit Normteilen sind alle modernen Ansätze umsetzbar? Welche Vorteile hat die Festlegung von Montageparametern? 2

3 Warum überhaupt eine gezielte Montage? Auslegung einer Schraubenverbindung nach VDI 2230 Kraftverhältnis Φ = δδ pp δδ ss +δδ pp Zusatzkräfte: FF SSSS = Φ FF AA ; F PA = 1 Φ FF AA Max. Schraubenkraft: FF SS = FF MM + FF SSSS ; F Kmin = F M F PA FF MM soll möglichst präzise erreicht werden! F FF MM 3 ff SSSS ff SSSS = ff PPPP ff PPPP FF SSSS FF PPPP FF AA FF KKKKKKKK FF SSSSSSSS f

4 Warum überhaupt eine gezielte Montage? Auslegung einer Schraubenverbindung nach VDI 2230 Rechenschritt 1: Anziehfaktor αα AA = FF MMMMMMMM FF MMMMMMMM Der Anziehfaktor bestimmt die Streuung der Montagevorspannkraft Je größer αα AA desto mehr Verschwendung steckt in der Schraubenverbindung, da FF MMMMMMMM steigt und ggf. ein größerer Durchmesser gewählt werden muss Was passiert, wenn Geometrie und Werkstoffe bereits festgelegt sind? FF MMMMMMMM ist durch Geometrie und Werkstoff fixiert Streuung beeinflusst FF MMMMMMMM und erfordert somit mehr Schrauben in einer Verbindung 4

5 Überelastische Montage (Drehwinkel) Eignung von Normteilen Insgesamt 760 Schrauben Lohnt sich eine Montageanweisung? Material: Hastelloy C276 (2.4819) 1 Schraube M20x100: 34,12 Versuche zur überelastischen Montage (Drehwinkel) sind erforderlich Stück Norm Abmessung 180 ISO 4762 M20x ISO 4762 M20x70 60 ISO 4762 M20x ISO 4762 M20x100 5

6 Überelastische Montage (Drehwinkel) Durch Überschreiten der Streckgrenze sehr geringe Vorspannkraftstreuung (αα AA = 1) Streuung nur noch bedingt durch: Streuung RR ppp,2 Verfestigung des Werkstoffs Streuung μμ GG, da dies den Torsionsanteil beeinflusst 6

7 Einfluss der Reibung auf die Ausnutzung der Schraube Gewindereibung beeinflusst die Torsionsspannung in der Schraube Die Vergleichsspannung steigt mit höherer Gewindereibung Weniger Axialspannung möglich Quelle: SFA

8 Drehwinkelgesteuertes Anziehen Ermitteln der Parameter Montageversuch Drehmoment / Drehwinkel Drehmoment / Vospannkraft ( für genaue Fv Prüfung, sonst nur aus Normen) Quelle: SFA

9 Überelastische Montage (Drehwinkel) Eignung von Normteilen Belastbarkeit der Kraftangriffe reicht nicht aus, um den Bereich jenseits der Streckgrenze zu erreichen Verformung der Muttern Verformung des Innenkraftangriffs Durchrutschen Kopfaufweitung Mit Unterstützung von: 9

10 Überelastische Montage (Drehwinkel) Eignung von Normteilen Durchrutschen Bit Versagen Kraftangriff Mutter Mit Unterstützung von: 10

11 Überelastische Montage (Drehwinkel) Eignung von Normteilen Gleichmäßiger Verlauf im elastischen Bereich Geringe Reibwertstreuungen Schmiermittel: Interflon HT1200 Konstante Reibwerte μμ 0,14 Nr. ø Fv / kn Ma / Nm µ 1 M20x70 54,55 212,92 0,153 2 M20x70 54,43 200,41 0,143 3 M20x70 54,55 192,78 0,136 Mit Unterstützung von: 11

12 Drehmomentgesteuerte Montage alles gut geschmiert? Schmiermittel bestimmt die Montagegenauigkeit ISO M10x50 Interflon HT1200 hat sich als sehr konstant und sehr wirksam auch bei hohen Flächenpressungen, insbesondere bei Edelstahl / Ni-Basis herausgestellt (> 100 Versuche) Ma / Nm 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 Drehmoment-Vorspannkraft-Diagramm 0,0 0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60, Fv / kn geschmiert ungeschmiert Linear (geschmiert) Linear (ungeschmiert)

13 Drehmomentgesteuerte Montage alles gut geschmiert? ISO M12x35 Interflon HT 1200 Geringe Reibwertstreuungen αα AA = 1,14 Drehmomentgesteuerter Anzug / torque controlled assembly Auslegung / design F Mmin 19,84 F Mmax 25,79 F Mzul 32,8 α A 1, Meßdaten / test-data #1 #2 #3 #4 #5 Ma / Nm 71 70,3 73,3 77,7 72,9 Fv / kn 31,3 30,4 31,6 31,5 27,8 µ tot 0,142 0,145 0,145 0,156 0,167 F Mmin 27,8 F Mmax 31,6 α A 1,14 µ tot_av 0,151 σ µtot 0,

14 Vorteile der Festlegung von Montageparametern Vorteile durch Ermittlung genauer Montageparameter Reduzierung der Schrauben in gegebenen Geometrien Flanschverbindung, Teilkreis 1185mm Vorliegendes Beispiel: M20x100: vorher i=52, nachher i=36 (ca. 500 Ersparnis) Neues αα AA = 1,3 Auch in Kleinserien können große Einsparungen erzeugt und zusätzliche Sicherheiten erbracht werden Auch chargenbezogene Reibwertprüfung bringt Erfolge, bei geeignetem Schmiermittel 14

15 Vorteile der Festlegung von Montageparametern Grenzen der Ermittlung genauer Montageparameter Belastbarkeit der Kraftangriffe bei Normteilen (Innensechskant) oft nicht ausreichend weiche Werkstoffe wie Edelstahl, Ni-Basis Legierungen reduzieren zusätzlich die Belastbarkeit der Kranftangriffe 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 16