Anzugsmomente Zylko.-deckelschrauben (und andere)

[Kristian]

Danke für die umfangreichen Ausführungen.

Es liest sich jedoch alles so, als wenn die Flächenpressung unter dem Schraubenkopf die kritische Größe wäre.

Bei allen Motoren die ich bisher in der Hand hatte, waren jedoch deutlich mehr Sacklochgewinde herausgerissen als Bohrungen mit gequetschten Auflageflächen!

Vielleicht sollten wir in der wissenschaftlichen Betrachtung eher auf die zulässige Zugbelastung bei Alu-Gewinden schauen...

[Dominik]

Ich blick da eh nicht mehr so richtig durch . Ich versuche mal mein bislang Gelerntes zusammenzufassen:

- Das Anzugsmoment wird in erster Linie durch den Reibbeiwert im Gewinde und unter dem Schraubenkopf bestimmt. Ist das richtig?
(Genau genommen wird das Moment natürlich hauptsächlich durch die gewünschte Streckung der Schraube definiert. Aber dieser Wert ist ja fix. Zumindest bei einer definierten Materialfestigkeit. Änderlich ist aber der Reibbeiwert. Deswegen die inhaltliche Verkürzung auf die Reibung).

- Bei höherer Reibung muss ein höheres Anzugsmoment angewendet werden. Stimmt das?

- Die Form des Schraubenkopfes spielt eine untergeordnete Rolle, trotzdem gilt aber prinzipiell: Je größer die Fläche des Kopfes, desto höher muss das Anzugsmoment ausfallen. Oder war's andersherum?

Sagt doch bitte noch einmal Bescheid

Viele Grüße,
Dominik

[timundstruppi]

Tja, so langsam steige ich da auch aus, gerade um diese Zeit.

Größerer Kopf:
Der Kopf wird größer im Durchmesser, dann steigt die Fläche des Kopfes. Sie steigt quadratisch mit dem Abstand. Der Druck wird dann kleiner.
Das Moment steigt linear mit dem Abstand. Aber der Anteil der weiter außenliegenden Flachen wird wieder größer. Pro fläche ist aber weniger Kraft also Druck vorhanden. Hmm, Ne heute integriere ich das nicht. Muss der E-Techniker auch nicht wissen.

Wird eine etwa 20 mm im Alu steckenden M6 Schraube nicht das Gewinde im oberen Bereich (an der Dichtfläche) mehr belasten, da hier die Schraube sich am meisten dehnt? Also werden die oberen Gänge immer stärker belastet. Die Schraube hat in Dichtbereich doch dann eine größere Steigung und belastet das Gewinde im Kopf zusätzlich. Hierbei sehe ich das Alu als wesentlich unelastischer an als die Schraube. Wie groß ist der Effekt? Was sagen die Maschbauer?
Gruß TW


Gruß TW

[tomtomjump]

Hallo,

wers genau wissen will PN mit seiner EMail-Adresse an mich. Der kann dann nachlesen wie mans berechnet. Ich hätt mich gestern Abend mal daran versucht, bin aber schon bei den Reibwerten gescheitert. Die sind mit 0,08-0,2 gegeben für die Kombination Alu-Stahl. Also ich glaube mit Theorie kommt man nicht soweit. Ich denke wenn die Obergrenze wird von der unteren Grenze wohl kanppe 10Nm abweichen.

Ich mag an dieser Stelle eigentlich gerne Stehbolzen. Man nutzt da die ganze Gewindelänge und hat keine Bewegung unter Belastung am Alu. Ich verwende Edelstahl. Das es nicht zu Kontaktkorossion kommt dafür wird der XÖL-Ventildeckel schon selber sorge... Hab mal mit meinem Gedore Schlüssel 1-15Nm getestet, was das Zeug so aushält. Also so 12 Nm kann man dem Edelstahl schon zumuten. Da die Reibwerte für Stahl-Stahl geringer sind werde ich wohl eine ausreichende Klemmkraft erreichen.

Überzeugt mich schnell vom Gegenteil, mein Motor ist noch nicht zusammen gebaut!!!

[Dominik]

Ich überzeuge dich jetzt nicht vom Gegenteil, habe dir aber schon einmal eine PN geschickt .

Stehbolzen finde ich an sich eine feine Sache. Allerdings nerven sie, wenn sie nicht 100%ig gerade stehen. Und es ist außerdem immer eine recht fummelige Angelegenheit, die Reste von der Dichtungsmasse vom mit Stehbolzen ausgestatteten Zylinderkopf zu kratzen.

Ich freu' mich schon auf deine Infos!

Viele Grüße,
Dominik

[timundstruppi]

Ich habe 3 Motoren mit Stehbolzen umgebaut.
Ich weiß es nicht mehr genau: Wird es mit der NW nicht fummeliger?
Gruß TW

[tomtomjump]

Ja da habt ihr beide recht! Man sollte wirklich nicht ohne Bier und netter Gesellschaft versuchen die Nockenwelle mit Stehbolzen einzubauen. Hohe Selbstmordgefahr! (ähnliches Erlebnis wie viel zu kleine Benzinschläuche verbauen, oder viel zu kurze Feder einhängen )

Also besser wäre erst Nockenwelle einbauen und dann die Stehbolzen. Ventildeckel geht aber schon einigermaßen drauf und auch wieder runter.

[Domo]

Moin!

Ich blick da eh nicht mehr so richtig durch . Ich versuche mal mein bislang Gelerntes zusammenzufassen:

- Das Anzugsmoment wird in erster Linie durch den Reibbeiwert im Gewinde und unter dem Schraubenkopf bestimmt. Ist das richtig?

Wenn wir mal vorraussetzen, dass wir die Festigkeit der Schraube nicht verändern und auch Belastung der Schraube gleich bleiben soll (Im Regelfall 90% der Dehngrenze): Dann ja

- Bei höherer Reibung muss ein höheres Anzugsmoment angewendet werden. Stimmt das?

Ja, das stimmt.

- Die Form des Schraubenkopfes spielt eine untergeordnete Rolle, trotzdem gilt aber prinzipiell: Je größer die Fläche des Kopfes, desto höher muss das Anzugsmoment ausfallen.

Auch richtig! Prinzipiell ist die Größe des Schraubenkopfes egal, die beim Anziehen enstehende Reibkraft ist unabhängig von der Fläche. Was sich aber bei einer Schraube mit größerer Auflagefläche ändert ist der "wirksame Reibungsdurchmesser", ich versuche das mal zu erklären: Zwischen Schraubenkopf und Auflage (sprich der Ventildeckel) wirkt eine gleichmäßige Flächenpressung/Druck. Wenn wir uns jetzt mal ein ganz kleines Stück dieser Fläche rauspicken und betrachten, können wir die gleichmäßige Flächenpressung zwischen Kopf und Auflage für alle kleinen Flächenelemente auf kleine, einzelne Kräfte reduzieren (eine kleine Kraft pro Flächenelement). Diese Kraft multipliziert mit dem Reibbeiwert zwischen Kopf und Auflage ergibt die Reibkraft, die beim Anziehen nur durch dieses kleine Stückchen Auflagefläche erzeugt wird. Wenn wir uns jetzt wieder die ganze Auflagefläche ansehen und uns die ganze Auflagefläche aus vielen einzelnen kleinen Flächen zusammengestetzt vorstellen, so ist doch klar, dass wir beim Anziehen die vielen kleinen einzelnen Reibkräfte der einzelnen Flächen überwinden müssen. Zur Überwindung jeder einzelnen Reibkraft müssen wir unser Anzugmoment erhöhen (Drehmoment = Kraft*Hebelarm, bei uns ist die Kraft die Reibkraft eines einzelnen Flächenelements und der Hebelarm der Abstand dieses Flächenelements zur Mittelachse der Schraube (um diese drehen wir ja)). Logischerweise brauchen wir für die Überwindung der Reibkraft eines Flächenelements, das weit außen am Schraubekopf sitzt ein höheres Moment, als für die Reibkraft eines Flächenelements, das dichter in der Mitte sitzt (weil der Hebelarm ja größer ist!). Nun haben wir natürlich keine Lust für die Berechnung unseres Anziehmoments die vielen kleinen einzelnen Momente für die vielen kleinen Reibkräfte auszurechnen und zu addieren sondern würden das gerne einfacher machen. Dazu können wir zunächst mal die vielen kleinen Reibkräfte aufaddieren, das Ergebnis ist die Spannkraft der Schraube multipliziert mit dem Reibbeiwert zwischen Schraubenkopf und Auflagefläche (das ist einfach). Nun brauchen wir noch die "mittlere Hebelarmlänge", also den Mittelwert der Hebelarmlängen der vielen kleinen Reibkräfte (das ist schon nicht mehr ganz so einfach). Wenn wir es genau haben wollen, müssten wir an dieser Stelle integrieren. In guter Näherung können wir aber auch den Mittelwert zwischen dem inneren Durchmesser der Auflagefläche (sprich der Durchgangsbohrung im Ventildeckel) und dem äußeren Durchmesser der Auflagefläche nehmen (das ist dann der Außendurchmesser des Schraubenkopfes). Der Fehler den wir dabei machen ist gering. Jetzt sollte klar sein: Wenn wir eine Schraube mit größerem Schraubenkopf nehmen, muss sich unser Anziehmoment erhöhen (obwohl die Reibkraft dieselbe bleibt).
Ich glaube zum Verständnis des Ganzen ist es hilfreich, sich einfach mal die Auflagefläche gedanklich in viele kleine Flächenelemente zu zerlegen (quasi ein Raster drüber legen) und sich die Reibkräfte als Pfeile vorzustellen, die von den kleinen Flächenelementen aus tangential über den Umfang wirken.

@ Kristian: Die Flächenpressung ist (meiner Meinung nach) nur der Grund dafür, dass Honda Schrauben mit einer größeren Auflagefläche verbaut hat. Dadurch erhöht sich auch das nötige Anziehmoment minimal.
Das tatsächliche Problem der XL ist aber in der Tat nicht die Flächenpressung zwischen Schraubenkopf und Auflagefläche sondern die Festigkeit der Gewinde im Motor.
So ein wenig verspüre ich hier den Wunsch einfach mal zu berechnen, wie viel die Gewinde im Motor aushalten und dann einfach die Anziehmomente neu zu berechnen, sodass wir Werte haben, bei denen einerseits die Gewinde halten und andererseits der Motor nicht auseinanderfällt. Ich würde das auch toll finden, aber ich glaube, daraus wird nichts:
Zum einen haben wir das Problem, dass die oberen Gewindegänge der Gewinde im Motor immer stäker belastet werden, als die unteren (durch die Dehnung der Schraube) zum anderen hat glaube ich niemand von uns in seinem Motor ausschließlich neue, "normgerechte" Gewinde, sondern eher "ausgenudelte" Gewinde, die mit Sicherheit eher nachgeben, als neue Gewinde. Beides sind Dinge, die sich nur äußert schwer quantifizieren lassen. Ich habe nochmal ein wenig in meinen Büchern rumgeblättert: Die einzige Formel, die ich zu dem Thema gefunden habe, ist eine Formel zur berechnen der mittleren Flächenpressung auf den Gewindeflanken (Mit dem Hinweis, dass es sich dabei nur um eine Näherung handelt, da ja ebend die vorderen Gewindegänge stärker belastet werden). Ich habe das jetzt nicht durchgerechnet, aber das ernüchternde Ergebnis würde sein, dass die Gewinde theoretisch und näherungsweise halten .
Ich glaube, wir müssen uns weiterhin auf unser Handgelenk als Messinstrument neben dem Drehmomentschlüssel verlassen.
Gruß Domo

[Gunnar_HH]

Also besser wäre erst Nockenwelle einbauen und dann die Stehbolzen.

Also ich lasse die Stehbolzen immer stehen und baue dennoch die NW mit Kette und Zahnrad ein. Ja, ist nichts für Grobmechaniker Aber geht. Auch Ventile ausbauen geht mit Stehbolzen. Ich kann ja mal einen Film drehen

Stehbolzen sind Klasse: Nie mehr Probleme gehabt

Gruß
Gunnar

[Kristian]

Hi Domo!

Super Deine Ausführungen!
Dein Diplomarbeitsvater wird sich über Deine Beschreibungen freuen!

Ich denke die Verwendung der Bundkopfschrauben hat andere Gründe:
Es werden keine Unterlegscheiben benötigt! Das macht die Montage und auch die Arbeit in den Werkstätten einfacher. Und sie haben weniger Teile zu verwalten.

Schön, wenn Du mal die Kräfte berechnen würdest bei denen die Gewinde im Butter-Alu herausreissen (Scherung an den Gewindesteigungen).
Das ist ja das eigentliche Übel...

OK, beim Anzugsmoment von 10...14 Nm entsteht eine Zugkraft auf das Gewinde von x N.

Dem müssen wir dann aber noch die pulsierende Kraft von y N hinzurechen, die die Ventilfedern beim Öffnen der Ventile über die Nockenwelle auf den Deckel ausüben. Sicherlich eine nicht zu vernachlässigende Größe! Und die tritt dann auch noch pulsierend, bis zu 3500 Mal in der Minute auf.
Der Tod der Gewinde setzt langsam und pulsierend ein...

Na, Rechenehrgeiz geweckt?

[cj]

zum korrekten berechnen müsste man noch die genaue gusslegierung vom kopf wissen.

[tommot]

und die Mondphase

[Gunnar_HH]

Mondphase, kein Problem, die habe wir hier und sogar schön genau:
http://www.computus.de/mondphase/mondphase.htm

Gruß
Gunnar

[cj]

nee, man muss doch wissen wieviel gramm butter pro kilo alu die bei honda da reingekippt haben.



und wie glücklich waren die kühe?

[Dominik]

@Domo
Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Jetzt habe sogar ich das Problem einigermaßen verstanden .

@all
Aber vor dem Hintergrund dieser Erklärungen ergeben die hohen Nm-Angaben doch eigentlich noch weniger Sinn. Wenn ich es richtig verstehe bleiben drei relevante Möglichkeiten, warum eine M6-Schraube mit bis zu 14 Nm angezogen werden soll:

1. wenn der Reibbeiwert im Gewinde ungewöhnlich hoch ist.
2. wenn die Materialfestigkeit sehr hoch ist.
3. wenn eine - sagen wir einmal - "ungewöhliche" (um nicht zu sagen: fehlerhafte) Berechnung angewendet wurde.

Richtig?

Punkt 2 kann man zumindest vom Mutterngewinde mit Sicherheit ausschließen.
Punkt 1 scheint mir unwahrscheinlich - kann ich aber natürlich nicht ohne weiteres ausschließen (außer die Gewinde sind gebuchst. Dann schon!).
Bleibt also eigentlich nur noch Punkt 3 ...

Ich ziehe mal folgendes Fazit: Alle meine gebuchsten Gewinde werde ich in Zukunft viel softer anziehen. Bislang habe ich den Schlüssel immer auf den Mittelwert zwischen 10 und 14 Nm eingestellt (also auf 12 Nm). In Zukunft nehme ich lieber 10 als Maximum und stelle den Schlüssel auf 9 Nm.

Scheint mir logisch.

Vielen Dank für eure Hilfe (und gerne weitere Meinungen!) ,
Dominik