DE10326898B4 - Method for reducing tolerances of the prestressing forces on the yield point of a workpiece - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Reduzierung von Toleranzen der Vorspannkräfte an der Streckgrenze (4, 5) bei einem thermisch vergüteten Werkstück, insbesondere einer Schraube oder einem Gewindeformteil, wobei das thermisch vergütete Werkstück auf eine definierte Reck-Vorspannkraft (7, 8) oberhalb einer Streckgrenze (4, 5) plastifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Recken mit einer Zugkraft erfolgt, die aus einem aus Zug- und Torsionsspannung zusammengesetzten Spannungszustand resultiert.method for reducing tolerances of the prestressing forces at the yield point (4, 5) in a thermally tempered Workpiece, in particular a screw or a thread forming part, wherein the thermally tempered workpiece to a defined stretching prestressing force (7, 8) above a yield strength (4, 5) is plasticized, characterized in that the stretching with a tensile force that consists of a tensile and torsional stress composite voltage state results.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Streuung der Montagevorspannkraft bei einem Werkstück, insbesondere einer Schraube, einem Gewindeformteil oder ähnlichem.The The invention relates to a method for reducing the scattering of Montagevorspannkraft at a workpiece, in particular a screw, a thread molding or the like.
Ein bekanntes, relativ genaues und dabei auch wirtschaftliches Montageverfahren für Gewindeteile ist das überelastische streckgrenz- und drehwinkelgesteuerte Anziehen, bei dem die Schraube so lange angezogen wird, bis die Streckgrenze des Materials erreicht oder überschritten ist. Die Streckgrenze ist definiert durch den Übergang im Spannungs-Dehnungsverlauf vom linearelastischen Hook'schen Bereich in den plastischen Verformungsbereich.One well-known, relatively accurate and also economical assembly process for threaded parts is the over-elastic one Elongation and rotation angle controlled tightening, in which the screw until the yield strength of the material is reached or exceeded is. The yield strength is defined by the transition in the stress-strain curve from the linear elastic Hook'schen Area in the plastic deformation area.
Diese Vorspannkraftstreuung kann durch eine exakte Temperaturführung bei der thermischen Vorbehandlung der Verbindungselemente reduziert werden. Dies ist aber aufwendig, entsprechend kostenintensiv und kann auch eine vollkommene Beseitigung dieser Streuungen nicht erreichen.These Preload force distribution can be achieved by exact temperature control the thermal pretreatment of the connecting elements can be reduced. But this is expensive, correspondingly expensive and can also not achieve a perfect elimination of these dispersions.
In
der
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, die nach der thermischen Behandlung von Verbindungselementen infolge der Streuung der Festigkeitseigenschaften bestehenden Streuungen der Montagevorspannkraft deutlich zu reduzieren.The The problem underlying the invention is that after the thermal Treatment of fasteners due to the dispersion of strength properties significantly reduce existing variations in the assembly preload.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Danach ist zur Erreichung eines annnähernd konstanten Vorspannkraftniveaus vorgesehen, das Werkstück bis über die Streckgrenze in den plastischen Bereich mit einer definierten Zugkraft zu recken. Bereits beim Recken wird dabei die Schraube sowohl einer axialen Zugbeanspruchung als auch einer Torsionsbeanspruchung unterzogen.The Task is solved with the features of claim 1. Thereafter is to achieve one approaching constant preload levels provided, the workpiece up over the Yield strength in the plastic area with a defined tensile force to stretch. Already when stretching while the screw is both a subjected to axial tensile stress as well as a torsional stress.
Dieser
Ausgestaltung liegt die Überlegung zu
Grunde, dass bei dem aus
Die Höhe der Torsionsspannung wiederum ist insbesondere abhängig von der Reibung im Schraubengewinde. Infolge der Reibungsstreuung streut demnach auch die Höhe der Torsionsspannung. Dies hat zur Folge, daß bei der späteren Schraubmontage eben nicht – trotz vorherigen Reckens aller Schrauben über die Fließgrenze hinaus – ein konstantes Vorspannkraftniveau erreicht werden kann.The height of Torsion tension in turn depends in particular on the friction in the screw thread. As a result of the friction scattering also scatters the height of the torsional stress. This has the consequence that at the later screw mounting just not - despite previous stretching of all screws above the yield point beyond - one constant preload level can be achieved.
Die hier vorgeschlagene Lösung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Streuung der Montagevorspannkraft neben der Streuung der Streckgrenze und der Zugfestigkeit des Werkstoffs wesentlich auch von der Gewindereibung der Verbindungselemente beinflusst wird. Um die Streuung der Montagevorspannkraft gering zu halten, wird daher die Streuung der Gewindereibung bereits beim Vorrecken miterfasst. Das Recken beschränkt sich nicht auf das Recken in axialer Richtung, bei der ausschließlich axiale Spannungen im Schraubenbolzen entstehen. Vielmehr werden beim Recken bereits auch Torsionsspannungen ausgeübt.The here proposed solution starts from the knowledge that the dispersion of the assembly prestressing force in addition to the scattering of the yield strength and the tensile strength of the material significantly influenced by the thread friction of the connecting elements becomes. In order to minimize the dispersion of the assembly prestressing force, Therefore, the dispersion of the thread friction already at Vorrecken also detected. The stretching limited not on the stretching in the axial direction, in the only axial Tensions in the bolt arise. Rather, when stretching already applied torsional stresses.
Der Reckprozess wird also an den tatsächlichen Montageverhältnissen orientiert und damit praxisnah ausgeführt. Bevorzugt wird hierbei die Schraube mit derselben Klemmlänge gereckt, mit der sie bei der Endmontage eingesetzt wird. Vorteilhafterweise werden die zu reckenden Verbindungselemente, insbesondere Schrauben, durch Drehen von Mutter oder Schraubenkopf in eine Reckvorrichtung eingeschraubt. Die Reckvorrichtung umfasst hierbei insbesondere ein Innengewindeteil, in das die Schraube eingeschraubt wird, sowie ein Abstandsteil, welches der Klemmlänge entspricht und an dem sich der Schraubenkopf abstützt. Abstandsteil und Innengewindeteil bilden bevorzugt eine einstückige Baueinheit. Alternativ hierzu sind sie als getrennte Bauteile ausgebildet. Beim Reckvorgang wird die Schraube in das Innengewindeteil eingeschraubt, bis sie mit ihrem Schraubenkopf am Abstandsteil zum Anliegen kommt. Durch weiteres Anziehen der Schraube wird diese bis über die Streckgrenze hinaus auf ein für alle Schrauben einheitliches Vorspannkraftniveau (Reck-Vorspannkraft) verspannt. Hierbei wird die Vorspannkraft exakt gemessen und zudem wird die Längenänderung jedes einzelnen Werkstücks (Schraube) kontrolliert, um sicher zu stellen, daß in jedem Fall eine plastische Verformung beim Vorrecken stattgefunden hat.The stretching process is therefore oriented to the actual installation conditions and thus carried out practically. Preferably, in this case, the screw is stretched with the same clamping length, with which it is used in the final assembly. Advantageously, the connecting elements to be stretched, in particular screws, are screwed by turning nut or screw head into a stretching device. The stretching device in this case comprises in particular a female thread part, in which the screw is screwed, and a spacer, which corresponds to the clamping length and on which the screw head is supported. Spacer and female thread part preferably form a one-piece unit. Alternatively, they are formed as separate components. During the stretching process, the screw is screwed into the female thread part until it comes to rest with its screw head on the spacer. By further tightening the screw, it is braced beyond the yield point to a uniform preload force level (stretching prestressing force) for all screws. Here, the preload force is measured exactly and In addition, the change in length of each individual workpiece (screw) is checked to ensure that in each case a plastic deformation has taken place during preheating.
Alle Werkstücke (Schrauben) eines Fertigungsloses werden auf ein identisches Vorspannkraftniveau oberhalb der Streckgrenze vorgereckt. Um dies zu ermöglichen sollte die Gesamt-Streuung, in die die Streuung der Werkstofffestigkeit und zusätzlich die Streuung der Gewindereibungszahlen eingehen, möglichst klein sein und insbesondere innerhalb des Abstandes der Streckgrenzkraft und der Höchstzugkraft der zu reckenden Schrauben liegen. Die Streckgrenzkraft entspricht der ausgeübten Spannung bzw. Kraft an der Streckgrenze. Die Höchstzugkraft entspricht der maximal erreichbaren Spannung im Spannungs- Dehnungsdiagramm. Dem Verhältnis der Streckgrenzen zur Höchstzugkraft der Werkstücke (Bauteile, Schrauben) kommt deshalb eine besondere Bedeutung zu. Dieses Verhältnis sollte nicht allzu groß sein, um alle Teile eines Fertigungsloses oberhalb der Streckgrenze auf ein und dieselbe Vorspannkraft recken zu können.All workpieces (Screws) of a production lot are at an identical preload level vorgereckt above the yield strength. In order to make this possible should the total scattering, in the scattering of the material strength and additionally the scatter of the thread friction numbers enter, if possible be small and in particular within the distance of the yield strength and the maximum traction lie to be stretched screws. The yield strength corresponds the applied voltage or force at the yield point. The maximum tensile strength corresponds to the maximum achievable voltage in the stress-strain diagram. The ratio of Yield strength to maximum tensile strength the workpieces (Components, screws) is therefore of particular importance. This ratio should not too big around all parts of a production lot above the yield point to be able to stretch one and the same prestressing force.
Bei der später folgenden Endmontage des Werkstücks, beispielsweise bei der Verbindung zweier Bauteile mittels der Schraube, wird diese bevorzugt bis zu einer Anzugskraft angezogen, die der beim Recken ausgeübten Reck-Vorspannkraft entspricht. Zweckdienlicherweise wird hierzu das Verhältnis des ausgeübten Drehmoments zu dem überstrichenen Drehwinkel überwacht und die Schraube wird solange angezogen, bis sich das Verhältnis sprunghaft ändert. Zur Endmontage ist daher eine geeignete Steuervorrichtung vorgesehen.at the later following final assembly of the workpiece, for example, when connecting two components by means of the screw, this is preferably tightened to a tightening force, which at the Stretching exercised Reck-biasing force equivalent. Conveniently, this is the ratio of exerted Torque to the swept Angle of rotation monitored and the screw is tightened until the ratio changes abruptly. to Final assembly is therefore provided a suitable control device.
Das Verhältnis entspricht im Drehmoment-Drehwinkeldiagramm der Steigung. Aufgrund des vorhergehenden Reckvorgangs bis in den plastischen Verformungsbereich weist die vorgereckte Schraube bei der Streckgrenze, also beim Übergang vom elastischen in den plastischen Verformungsbereich, eine Knickstelle auf. Die Steigung hat demnach an diesem Punkt eine Unstetigkeitsstelle, die auf einfache Weise erfassbar ist. Mit diesem Vorgehen wird also gewährleistet, dass alle Schrauben definiert bis zu ihrer Streckgrenze angezogen werden. Aufgrund der vorhergehenden Reckung weisen alle Schrauben die gleiche Streckgrenzkraft auf, so dass alle Schrauben mit der im wesentlichen gleichen Anzugskraft angezogen sind. Kleine Streuungen ergeben sich aus der Tatsache, dass die reale Montagesituation insbesondere im Hinblick auf die Gewindereibungszahlen sich von der Situation beim Reckvorgang unterscheiden kann.The relationship Corresponds to the slope in the torque angle of rotation diagram. Due to the previous stretching process into the plastic deformation range indicates the pre-extended screw at the yield point, ie at the transition from elastic in the plastic deformation area, a kink on. The slope therefore has a point of discontinuity at this point, which is easily detectable. So with this approach will be guaranteed that all screws are tightened to their yield strength become. Due to the previous stretching all screws have the same yield strength, so that all screws with the tightened substantially the same tightening force. Small scatters arise from the fact that the real mounting situation in particular with regard to the thread friction numbers of the situation can distinguish during the stretching process.
In der Zeichnung sind in der einzigen Figur in einem schematischen Spannungs-Dehnungs-Diagramm, bei dem die ausgeübte Vorspannkraft gegen den Drehwinkel aufgetragen ist, mehrere Kurvenverläufe zweier Schrauben dargestellt.In The drawings are in the single figure in a schematic Stress-strain curve, in which the exercised Preload force is plotted against the angle of rotation, several curves of two Screws shown.
In
dem Spannungs-Dehnungs-Diagram ist die beim Recken ausgeübte Vorspannkraft
gegen den Drehwinkel aufgetragen. Und zwar sind die Kurven
Im
linearelastischen Hook'schen
Bereich
Auch
bei sorgfältigster
Temperaturführung bei
der Wärmebehandlung
des Bauteils (Schraube) lassen sich Streuungen der Werkstoff(Bauteil-)Streckgrenze
nicht ganz vermeiden. Sie führen zu
einem unterschiedlichen Kurvenverlauf im Spannungs-Dehnungs-Diagramm
(Kurven
Die
auf diese Weise bestimmte Streckgrenze nach dem thermischen Vergüten ist
bei den Kurven
Die
durch die Festigkeits-Toleranz beim Vergüten und die Streuung der Gewindereibung
auftretende Differenz
Um
diese Toleranzen der Streckgrenzkräfte
Werden
diese Schrauben dann beim Einbau an ihrem Einsatzort streckgrenzgesteuert
bis zu den vorab eingestellten Punkten (Knickpunkten)
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- 2003-06-14 DE DE2003126898 patent/DE10326898B4/en not_active Expired - Fee Related
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