Schraube Selbstfurchende Schraubverbindungen kalkulieren

Mit Delta Calc hat Ejot ein Prognoseprogramm entwickelt, das Konstrukteure und Entwickler bei der Vor-Auslegung von Direktverschraubungen in thermoplastische Werkstoffe unterstützt.

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Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

GGB Heilbronn GmbH

GWJ Technology GmbH

EJOT SE & CO. KG

Mit Delta Calc können die Verschraubungsparameter der Delta PT Schraube in Abhängigkeit von Werkstoffen und Vorlochdimensionierungen berechnet werden. Insbesondere bei der Neuauslegung eines Bauteils ergeben sich damit bereits in der Konstruktionsphase signifikante Einspareffekte.

Mit der Delta PT Schraube ist die sichere und problemlose Direktverschraubung in thermoplastische Kunststoffe möglich. Ein auf den mechanischen Parametern vieler tausend Anwendungs- und Testverschraubungen basierendes Forschungsprogramm brachte die Erkenntnis, auch bei Thermoplasten mit Vorspannkräften verlässlich kalkulieren zu können (vgl. VDI 2230). Neben der Delta PT Geometrie entstand so das dazugehörige Prognose-Programm Delta Calc.

Bisher nur Berechnung metrischer Schraubverbindungen in metallischen Werkstoffen

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 Schraubverbin-dungen in Kunststoffe sind die Richtlinien der VDI 2230 somit nur bedingt anwendbar. Insbesondere der Prozess des Gewindefurchens und die spezifischen Werkstoffeigenschaften thermoplastischer Kunststoffe werden dort nicht berücksichtigt. Mit der Entwicklung des Prognoseprogramms Delta Calc hat sich Ejot dieser Problematik angenommen, um den Kunden eine optimale Hilfestellung in der Konstruktion anbieten zu können. Entstanden ist ein leis-tungsfähiges und präzises Berechnungswerkzeug, welches sich bereits in zahlreichen Anwendungen bewährt hat sowie Gegenstand einer fortlaufenden Optimierung und Weiterentwicklung ist.

Gestaltung des Einschraubdoms in Delta Calc

Für die Dimensionierung des Einschraubdoms rechnet Delta Calc standardmäßig mit den Konstruktionsrichtlinien der Delta PT. In der Praxis ergeben sich aber oft 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 von ca. 150 verschiedenen Thermoplasten für die Berechnung der Schraubverbindung ausgewählt werden.

Vorspannkraftorientiertes Konstruieren

Die Vorspannkraft, das eigentliche „Qualitätsmerkmal“ einer Schraubverbindung, ist die zentrale Größe für die Berechnung mit Delta Calc. Unter Angabe der Vorspannkraft sowie der Kenntnis des Einschraub- sowie des Klemmteilmaterials kann zuverlässig ermittelt werden, welche Schraubenabmessung und welches Anziehdrehmoment erforderlich ist, um die vorgegebene Vorspannkraft prozesssicher erreichen zu können. Auch eine reversible Berechnung, also die Vorgabe des Anziehdrehmoments zur Ermittlung der Vorspannkraft, ist mit Delta Calc möglich.

Ermittlung optimaler Montageparameter

Zudem berechnet das Prognose-Programm verschiedene Versagensarten (z.B. Überdrehen, Schraubenbruch) und deren Eintrittszeitpunkte (z.B. Vorspannkraft beim Überdrehen). Durch deren Kenntnis ist es möglich, optimale Montageparameter durch das Programm festzulegen, um so Fehlerrisiken zu minimieren und eine prozesssichere Verschraubung zu gewährleisten.

Prognose des Langzeitverhaltens der Schraubverbindung

Die durch das Anziehdrehmoment aufgebrachte Vorspannkraft nimmt durch das Relaxationsverhalten des Kunststoffs bedingt zeit- und temperaturabhängig ab. Delta Calc ermöglicht es, diesen Vorspannkraftverlust unter Angabe von Zeit und Temperatur zu prognostizieren.

Diese und weitere Funktionen zur Vorausberechnung der Schraubverbindung führen zu einer deutlichen Reduktion der Entwicklungszeit und somit folglich auch zu signifikanten Kosteneinsparungseffekten bei der Konstruktion von Bauteilen. Mit dem Berechnungsprogramm können diese Einsparpotenziale frühzeitig erkannt und genutzt werden. Eine Überdimensionierung der Schraubverbindung wird vermieden, Material und damit Gewicht wird eingespart. Zeitaufwändige und kostenintensive Versuche am Bauteil werden auf ein Minimum reduziert. (jup)

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