Konstruktionsunterstützung für Direktverschraubungen in Leichtmetall
Als wertvolle Unterstützung bietet EJOT für Konstrukteure und Entwickler Prognoseprogramme für die Vor-Auslegung von Direktverschraubungen an. Mit diesen Tools können Verschraubungsparameter in Abhängigkeit von Werkstoffen und Konstruktionsparametern berechnet werden. Zahlreiche Praxisbeispiele belegen, dass mit diesen Programmen bereits während der Entwicklungsphase signifikante Einspareffekte erzielt werden können. Speziell für die Prognose von Direktverschraubungen in Leichtmetalle wurde das Programm EJOT ALtra CALC® entwickelt.EJOT ALtracs® Plus Schrauben sind speziell entwickelte selbstfurchende Verbindungselemente für maximale Festigkeit bei der Verschraubung in Leichtmetall-Werkstoffe bis zu einer Härte von 140 HB (siehe Abb. I). Auf Basis eines umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsprogramms entstand das speziell für diesen Schraubentyp entwickelte Prognoseprogramm ALtra CALC® (siehe Abb. II).
Basierend auf der VDI 2230 existieren heute bereits zahlreiche leistungsfähige Berechnungsprogramme im Markt. Deren Anwendungsfelder beschränken sich jedoch lediglich auf die Berechnung metrischer Schraubverbindungen in metallischen Werkstoffen. Für die Kalkulation selbstfurchender Schraubverbindungen sind die Richtlinien der VDI 2230 somit nur bedingt anwendbar. Insbesondere der Prozess des Gewindefurchens und die spezifischen Eigenschaften der direkt verschraubten Werkstoffe werden dort nicht berücksichtigt. Dazu zählen auch die verschiedenen Leichtmetalle wie beispielsweise Aluminium und Magnesium. Mit der Entwicklung des Prognoseprogramms ALtra CALC® hat sich EJOT als ein Marktführer auf dem Gebiet der Direktverschraubung dieser Problematik angenommen, um den Kunden eine optimale Hilfestellung bei der Konstruktion anbieten zu können. Entstanden ist ein leistungsfähiges und präzises Berechnungswerkzeug, welches sich bereits in zahlreichen Anwendungen bewährt hat sowie Gegenstand fortlaufender Optimierung und Weiterentwicklung ist.
Kurz-Charakteristik der Anwendungsmöglichkeiten von ALtra CALC®:
Dimensionierung der Schraubstelle
Für die Dimensionierung der Schraubstelle rechnet ALtra CALC® standardmäßig mit der Konstruktionsrichtlinie der EJOT ALtracs® Plus Schraube (siehe Abb. III). In der Praxis ergeben sich allerdings häufig Abweichungen von diesen Vorgaben. Die Auswirkungen dieser Abweichungen lassen sich innerhalb realistischer Grenzen mit dem Programm simulieren. Durch die Anbindung einer Werkstoffdatenbank kann aus einer Vielzahl verschiedener Leichtmetall-Legierungen für die Berechnung der Schraubverbindung ausgewählt werden.
Vorspannkraftorientiertes Konstruieren
Die Vorspannkraft, das eigentliche „Qualitätsmerkmal“ einer Schraubverbindung, ist die zentrale Größe für die Berechnung. Unter Angabe der Vorspannkraft sowie der Kenntnis des Einschraub- sowie des Klemmteilmaterials kann zuverlässig ermittelt werden, welche Schraubenabmessung und welches Anziehdrehmoment erforderlich sind, um die vorgegebene Vorspannkraft prozesssicher erreichen zu können. Auch eine reversible Berechnung, also die Vorgabe des Anziehdrehmoments zur Ermittlung der Vorspannkraft, ist möglich.
Simulation von Oberflächen- und Gleitmitteleinflüssen
Insbesondere bei der Direktverschraubung in Leichtmetalle ist der Einfluss der Schraubenoberfläche auf die resultierenden Drehmomente und Vorspannkräfte signifikant. Im Prognoseprogramm ALtra CALC® sind 14 verschiedene Schraubenoberflächen hinterlegt, die sich optional mit verschiedenen Gleitmitteln kombinieren lassen. Wiederum in Kombination mit dem verschraubten Material und dem Kopfauflagematerial werden die entsprechenden Reibbeiwerte ermittelt, welche schlussendlich für die Berechnung der Drehmomente und Vorspannkräfte herangezogen werden.
Ermittlung optimaler Montageparameter
EJOT ALtra CALC® ist in der Lage, verschiedene Versagensarten (z.B. Überdrehen, Schraubenbruch) und deren Eintrittszeitpunkte (z.B. Vorspannkraft beim Überdrehen, Auszugskraft) zu berechnen (siehe Abb. IV). Durch deren Kenntnis ist es möglich, optimale Montageparameter durch das Programm festzulegen, um Fehlerrisiken zu minimieren und eine prozesssichere Verschraubung zu gewährleisten.
Diese und weitere Funktionen zur Vorausberechnung der Schraubverbindung führen zu einer deutlichen Reduktion der Entwicklungszeit und folglich auch zu signifikanten Kosteneinsparungseffekten bei der Konstruktion von Bauteilen. Aufgrund der Berechnungsmöglichkeit können diese Einsparpotenziale früh-zeitig erkannt und genutzt werden. Eine Überdimensionierung der Schraubverbindung wird vermieden, Material und damit Gewicht werden eingespart. Zeitaufwändige und kostenintensive Versuche am Bauteil werden somit auf ein Minimum reduziert.
Dieses Berechnungsprogramm steht den Kunden nun, neben weiteren Services wie beispielsweise Download-Möglichkeiten für CAD-Daten und Produktinformationen, auch online unter „www.industrie.ejot.de“ zur Verfügung. Nach erforderlicher Registrierung unter „CAD & mehr“ können Konstrukteure und Entwickler in diesem Servicebereich ALtra CALC® in einer so genannten „Light-Version“ direkt online nutzen. „Light“ deshalb, da bei der Entwicklung dieses Tools nach dem Motto „weniger ist mehr“ größter Wert auf die Benutzerfreundlichkeit gelegt wurde, damit die User dieses Werkzeug eigenständig nutzen können. Für hochkomplexe Anwendungen, die unter Umständen durch die „Light-Version“ nicht abgedeckt werden können, stehen den Kunden selbstverständlich das gesamte verbindungstechnische Know-how der EJOT Anwendungsingenieure und des Schraublabors APPLITEC zur Verfügung.
Diese und weitere Funktionen zur Vorausberechnung der Schraubverbindung führen zu einer deutlichen Reduktion der Entwicklungszeit und folglich auch zu signifikanten Kosteneinsparungseffekten bei der Konstruktion von Bauteilen. Aufgrund der Berechnungsmöglichkeit können diese Einsparpotenziale früh-zeitig erkannt und genutzt werden. Eine Überdimensionierung der Schraubverbindung wird vermieden, Material und damit Gewicht werden eingespart. Zeitaufwändige und kostenintensive Versuche am Bauteil werden somit auf ein Minimum reduziert.
Dieses Berechnungsprogramm steht den Kunden nun, neben weiteren Services wie beispielsweise Download-Möglichkeiten für CAD-Daten und Produktinformationen, auch online unter „www.industrie.ejot.de“ zur Verfügung. Nach erforderlicher Registrierung unter „CAD & mehr“ können Konstrukteure und Entwickler in diesem Servicebereich ALtra CALC® in einer so genannten „Light-Version“ direkt online nutzen. „Light“ deshalb, da bei der Entwicklung dieses Tools nach dem Motto „weniger ist mehr“ größter Wert auf die Benutzerfreundlichkeit gelegt wurde, damit die User dieses Werkzeug eigenständig nutzen können. Für hochkomplexe Anwendungen, die unter Umständen durch die „Light-Version“ nicht abgedeckt werden können, stehen den Kunden selbstverständlich das gesamte verbindungstechnische Know-how der EJOT Anwendungsingenieure und des Schraublabors APPLITEC zur Verfügung.
