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Schraubverbindung.pdf

Hallo,

wir fertigen seit ca. 2 Jahren die im Anhang dargestellte Schraubverbindung um diese Baugruppe an ein Gehäuse zu verschrauben.
In der letzten Woche haben wir von einem Kunden eine Reklamation erhalten, das die Mutter bei einem neuen Gerät lose war und im Gerät lag. Die Frage die sich uns stellt ist, ob es sich bei diesem Problem um einn Konstruktionsfehler oder um ein Montagefehler handelt. Diese Verbindung wurde während der Entwicklung mehrfach extremen Vibrationen ausgesetzt (Sinus 2.3g, 90min. auf der Resonanzfrequenz, im Betrieb, in alle drei Richtungen). Hierbei haben wir keine Beeinträchtigung der Verbindung feststellen könen.
Das Problem an der Verbindung dürften die beiden Kunststoffteile darstelle. Ist es möglich, daß durch die Wasseraufnahme des Kunststoffes die Vorspannkraft komplett verloren geht. Durch diese Vorfall ist der Kunde natürlich sensibilisiert und will nun wissen was im Betrieb mit der Verbindung passiert. Im worst case könne an der Verbindung max. 110°C auftreten.

Ich würde mich freunen, wenn jemand die Zeit und Muse hat sich dieses Problem mal anzuschauen und mir vielleicht ein paar Tips geben könnte.

Allen zusammen schöne Weihnachten und einen Guten Rutsch.

Magnus

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Hallo Magnus,

Kunststoffteile kriechen ganz grundsätzlich, von ein paar hochgefüllen Ausnahmen abgesehen. Bei Temperatur nahe der Dauergebrauchsgrenze ist der Effekt natürlich noch stärker. Und euer PA scheint keine Glasfasern zu enthalten.

Vielleicht lässt sich das ganze mit einer selbstsichernden Mutter entschärfen. Die Vorspannkraft vom Kunststoff lässt zwar nach, aber da Teil kann nicht auseinanderfallen.

Aber ob es in diesem speziellen Fall ein Monatgefehler war, kann ich natürlich auch nicht sagen.

HTH und schöne Weihnachten
Michael

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Zwei Fälle aus meiner Praxis.

Fall eins, Erfahrung mit "Teflon" (PTFE) :

Teile bei Raumtemperatur montiert und zum Kunden transportiert, dort - genau wie bei Euch - waren die Teile bereits heraus gefallen. Grund : der Transport war im Winter bei ca. -10°C, Teflon hatte sich zusammen gezogen, Teile gelockert und durch die Vibrationen abgefallen.

Fall zwei, auch mit PA :

ein Rädchen aus PA hat sich auf einer Motorwelle immer wieder gelockert, zumindest im Betrieb kamm es zur Schlupfwirkung, bei Stillstand war aber immer alles "fest". Grund : durch die Erwärmung des Motors ist das PA "geflossen" und die Verbindung (kraftschlüssig) hat sich gelockert. Wenn das PA wieder abgekühlt war, war alles wieder okay.
Abhilfe haben wir durch Änderung der Konstruktion und/oder andere Materialien erreicht.
Also die Temperatur ist bei Kunststoffen sehr zu beachten !!!

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Lutz

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Hallo Magnus,
ich weiss nicht woher Du die max. Betriebstemperaturen von PA 66 gefunden hast, meine Tabellen weisen nur eine Dauerbetriebstemperatur von max. 95°C aus (kurzzeitig bis 140°C)
Bei 110°C würde ich niemals polyamid einsetzen. Die Feuchtigkeitsaufnahme ist ebenfalls kritisch. Es gibt aber sicherlich Kunststoffe, die diese Betriebstemperaturen aushalten (Hartgewebe, PEEK...)
Wieso müssen die Buchsen denn eigentlich aus Kunststoff sein?

Andreas

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Hallo Andreas,

weißt du eigentlich was PEEK kostet?
Hier ein PA, das deutlich stabiler ist als ein ungefülltes und 120ºC kann.
http://www.staub-ag.ch/cgi-bin/riweta.cgi?nr=1165&lng=1

Grüße
Michael

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Zitat:

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Original erstellt von Jonischkeit:
Hallo Andreas,

weißt du eigentlich was PEEK kostet?

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Ich kann auch noch teurer. 

Nee aber im Ernst: Mich würde interessieren, aus welchen Gründen Polyamid gewählt wurde. Bin wirklich gespannt auf die Antwort.

Andreas

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Zitat:

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Original erstellt von Jonischkeit:
Hallo Andreas,

weißt du eigentlich was PEEK kostet?

Michael

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Hallo,

mit Peek kann man eigentlich nix falsch machen. Auch wenn das Material teuer ist sollte man es in Relation zu Reklamationen und den eigentlichen Stückkosten sehen. Dann ist's gar nicht mehr so wild.

Eine Alternative in Bezug auf Temperaturbeständigkeit ist wirklich PTFE(Teflon). Das ist aber nicht "lackaufbauverträglich". Sollte also mit dem Kunden abgesprochen werden.

Eine Alternative die wir häufig einsetzen ist PA6 mit 30%Glasfaser. Das können wir bis 140°C Umgebungslufttemperatur einsetzen. Über die Oberflächentemperatur kann ich leider nichts sagen.

Gruß Thomas

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schaut doch auch mal in meinem guestbook vorbei...

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Zitat:

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Original erstellt von LK36:
...durch die Erwärmung des Motors ist das PA "geflossen" und die Verbindung (kraftschlüssig) hat sich gelockert. Wenn das PA wieder abgekühlt war, war alles wieder okay.

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Wenn das PA durch die Abkühlung wieder geschrumpft ist, dann ist es nicht "geflossen" sondern hat sich hauptsächlich thermisch gedehnt - das tut praktisch jeder Kunststoff in viel höherem Maße als alle Metalle.

Fließen ist auch eine wichtig zu beachtende Versagensform bei Kunststoffen, bedeutet aber eine bleibende Verformung durch Überschreiten der Fließgrenze - genau wie bei Stahl - nur dass die bei Kunststoff sehr tief liegt und auch noch zeitabhängig ist. Ekelhaftes Zeug, Kunststoff!

Abgesehen von meinem etwas kleinlichen Einwand finde ich Deine Beispiele aber äußerst treffend, Lutz.

Zum Thema:

Das Verständnis des Vorspanndiagramms von Schraubenverbindungen sollte vorhanden sein!

Die gezeigte Schraubenverbindung ohne Sicherungselement auszuführen ist IMHO ein echter Konstruktionsfehler. Mindestens eine Sicherung mit Kleber gehört da hin.

Bei Kunststoffen würde ich immer versuchen, die Schraube gegen eine (natürlich zusätzlichen Aufwand darstellende) Stahlhülse zu verspannen, die etwas kürzer als der Kuststoff ist und so dessen Pressung erzeugt. Sollte der Kunststoff nun mal zu sehr Schrumpfen, wackelt es etwas, aber die Schraube bleibt fest.

Auch die vielen Fugen im Kraftfluss gefallen mir nicht. Und die Biegemomentbelastung! Und die Senkung ist auch so eine unterschätzte Störquelle.

Es gibt noch viele andere Möglichkeiten, aber Schrauben gegen Kunststoff zu verspannen ist immer schlecht und nur mit größter Vorsicht einzusetzen. Wenn überhaupt, dann immer grooooße Querschnitte anstreben, die große Unterlegscheibe ist hier also zwar richtig gedacht, aber immer noch zu wenig.

In axialer Richtung dagegen sollte man die isolierenden Ku-Teile so dünn wie möglich machen und für die restliche Distanz lieber Metall nehmen. Speziell für M3 gibt es viele Isolierscheiben mit Zentrieransatz, auch aus härterem Kunststoff. Schau mal im Bereich Kühlkörper für Leitungselektronik.

Gruß
Roland

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Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
In axialer Richtung dagegen sollte man die isolierenden Ku-Teile so dünn wie möglich machen und für die restliche Distanz lieber Metall nehmen. Speziell für M3 gibt es viele Isolierscheiben mit Zentrieransatz, auch aus härterem Kunststoff. Schau mal im Bereich Kühlkörper für Leitungselektronik.

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War zwar M4, aber auch da gibt´s entsprechende Teile Fertig. 

Ansonsten: Zustimmung

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Der vernünftige Mensch paßt sich der Welt an;
der unvernünftige besteht auf dem Versuch, die Welt sich anzupassen.

Deshalb hängt aller Fortschritt vom unvernünftigen Menschen ab.
(George Bernard Shaw)

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Hi Magnus !

Schon mal geprüft ob ein Druckverformungsrest bei PA auftreten kann.
Bei Flachdichtungen aus Dichtungswerkstoffen gibt es einen sogenannten
Druckverformungsrest, welcher zur Folge haben kann, das sich dein
Anzugsdrehmoment in wohlgefallen auflöst, da die Vorspannung gänzlichst den Bach runtergeht.

Eventuell findest du bei Busak & Shamban, bei Parker oder anderen Dichtungsherstellern Info´s darüber.

Gruß
Ralf

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The world is still turning, so keep smiling 

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Hi,

das mit der Wasseraufnahme von PA kann ich mir nicht vorstellen, da das Teil dann aufquillt und nicht zusammenschrumpft.
Das Fließen von Kunststoffen ist natürlich ein Problem, deswegen würde ich eienen verstärkten Kunststoff z.B. mit 30%GF einsetzen. Damit die Vorspannung nicht verloren geht könnte man auch ein federndes Element einsetzen, z.B. Federscheibe oder so, die auch noch Kraft aufbringt, wenn der Kunststoff zurückweicht.
Was einer so beanspruchten Schraube auch gut tut wär ne Schraubensicherung z.B. mit Loctite o.ä., dann fällt die Mutter wenigstens nicht ab.

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Hallo zusammen,

zuerst mal vielen Dank für die vielen Antworten und sorry für die verspätete Reaktion meinerseits.

Eine Frage lautet warum wir PA für diesen Verwendungsfall verwenden? Da wir relativ geringe Stückzahlen produzieren versuchen wir auf Katalogteile zurückzugreifen. Bei einem Hersteller habe ich dann das entsprechende Teil gefunden und da im Datenblatt eine Dauertemperatur von 140°C angegeben war schien mir das Teil geeignet. Wie schon oben erwähnt haben wir mit unserem Gerät mehrfach extreme Rüttelversuche gefahren und keinerlei Probleme an dieser Verbindung feststellen können.

Auch bei den ersten 15.000 Geräten die in Europa prodoziert haben, hatten wir keine Probleme. Als wir dann die Produktion nach Thailand verlagert haben, haben unsere Kollegen in Thailand nicht´mehr unsere Isolierteile verwendet, sondern haben sich selber welche besorgt. Leider haben sie in unserem Datenblatt nur das Material PA66 gelesen und sind auf die Dauertemoeratur nicht eingegangen. Die Thailändischen Teile sind nun auch aus PA66 aber ohne Zusätz ezur Hitzestabilisierung und bei diesem Materia liegt die Dauergebrauchstemperatur bei ca.80°C. Mit diesem PA geht die Vorspannkraft natürlich schnell verloren.

Zukünftig werden wir die Schraubverbindung mit Loctite sichern und wieder den richtigen Kunststoff verwenden.

mfg

Magnus

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