Anzugsmomente Zylko.-deckelschrauben (und andere)

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Dominik
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Anzugsmomente Zylko.-deckelschrauben (und andere)

Beitrag von Dominik »

Hallo zusammen,

mich beschäftigt schon seit längerem eine Frage, die gerade durch den Thread über die Helicoil/Ensat/Timesert-Buchsen eine gewisse Aktualität erlangt:

Meines Wissens wird in den meisten Standardtabellen das Anzugsmoment für 8.8er-M6-Schrauben mit 10 Nm angegeben. Honda nennt in seinem WHB aber ein Anzugsmoment von 10 bis 12 Nm. Und ausgerechnet für die Zylinderkopfdeckelschrauben sogar von 10 bis 14 Nm.

Gibt es dafür einen Grund? Oder waren die Honda-Ingenieure einfach nur etwas überoptimistisch? Und: Sind diese Angaben vielleicht der ganz simple Grund dafür, dass die Schrauben so gerne ausreißen?

Freue mich auf eure Meinungen. Viele Grüße,
Dominik
PeterB
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Beitrag von PeterB »

Hallo Dominik,

ich glaube, dass der Grund für die vielen zerschundenen M6 (und M7!)-Gewinde tatsächlich in den Angaben des WHB bzw. des Optimismus der Ingenieure begründet liegen. Erschwerend kommt hinzu, dass die XL schon in ihren frühen Jahren, auch in der Presse, den Titel der X-Öl weg hatte.
Wenn man es nun besonders gut machen will, folgt man den 12 nm, um den Kopf sicher dicht zu kriegen und zerstört die Gewinde.
Ich will morgen mal nachnicken - bin aber confident, dass der "schlaue Schlüssel" bei meinem dichten, gewindereparaturfreien Zylinderkopf unter 8 nm auslösen wird.

beste grüße
peterb
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Domo
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Re: Anzugsmomente Zylko.-deckelschrauben (und andere)

Beitrag von Domo »

Moin!
Dominik hat geschrieben:Hallo zusammen,

mich beschäftigt schon seit längerem eine Frage, die gerade durch den Thread über die Helicoil/Ensat/Timesert-Buchsen eine gewisse Aktualität erlangt:

Meines Wissens wird in den meisten Standardtabellen das Anzugsmoment für 8.8er-M6-Schrauben mit 10 Nm angegeben. Honda nennt in seinem WHB aber ein Anzugsmoment von 10 bis 12 Nm. Und ausgerechnet für die Zylinderkopfdeckelschrauben sogar von 10 bis 14 Nm.

Gibt es dafür einen Grund? Oder waren die Honda-Ingenieure einfach nur etwas überoptimistisch? Und: Sind diese Angaben vielleicht der ganz simple Grund dafür, dass die Schrauben so gerne ausreißen?

Freue mich auf eure Meinungen. Viele Grüße,
Dominik
Richtig, das Anziehmoment für ne 8.8er M6-Schraube beträgt mehr oder weniger 10Nm (schwangt ganz leicht bei verschiedenen Reibbeiwerten, in meinem Tabellenbuch steht für M6-Schrauben (Festigkeit 8.8 ) je nach Reibbweiwert eine Anziehmoment von 9,9 bis 10,7Nm).
Die Berechnung dieser Anziehmomente beruht auf dem Ansatz, dass die Schraube nach dem Anziehen durch die Vorspannkraft eine Belastung erfährt, die 90% ihrer Dehngrenze beträgt. Der Hintergrund ist ganz einfach, dass man das Potential der Schraube voll ausschöpfen will (warum auch nicht?).
Warum Honda Anziehwerte von 10-12Nm, bzw. 10-14Nm ins WHB schreibt, kann ich mir leider auch nicht erklären. Mögliche erklären wären:
- Die Honda Ingenieure haben sehr sehr geringe Reibwerte bei der Berechnung der Anziehwerte verwendet.
- Andere Schraubenfestigekeit (wobei für die nächste gängige Schraubenfestigkeit (10.9) schon Anziehmomente ca. 15Nm im Tabellenbuch stehen)
- Vor 30 Jahren und im fernen Japan gab es andere Tabellen/Berechnungsgrundsätze (die ganzen Formeln für die Anziehmomente sind alle nur empirisch, d.h. auf Basis der Ergebnisse von zigtausend Experimenten wurde irgendwann mal Formeln gefunden, die die Ergebnisse am Besten beschreiben)

Ich habe bis jetzt in Kontruktionbüchern bei der Anziehmomentenberechnung immer nur den Ansatz gefunden, dass man die Festigkeit der Schraube möglicht effektiv ausnutzen will. Von der Festigkeit des Mutterngewindes (und das ist ja das Problem der XL) als Grundlage für das Anzugsmoment hab ich noch nie etwas gehört/gelesen.
Ich behaupte mal: Die Honda-Ingenieure sind damals auch nach dem Grundsatz vorgegangen, die Schraubenfestigkeit möglichst gut auszunutzen. Damals in Japan hat das ganze mit jungfräulichen Zylinderköpfen und gutem Werkzeug bestimmt auch wunderbar funktioniert. An unser Problem, dass man schon oft benutzte Gewinde durchaus auch rausreißen kann, bevor die Schraube abreißt oder sogar, bevor die magischen 10Nm Anziehmoment erreicht sind, hat damals im fernen Japan niemand gedacht.
Gruß Domo

EDIT: Hab beim Ablesen der Tabelle leider einen Fehler gemacht!! Die Werte für das Anziehmoment schwanken doch recht erheblich, wenn sich die Gesamtreibungszahl ändert!!! Für die Festigkeitsklasse 8.8 ergeben sich Anzugsmomente von 7,7Nm (Gesamtreibungszahl 0,08 ) und 11,3Nm (Gesamtreibungszahl 0,14). Dann könnten tatsächlich die Reibbeiwerte die ja doch z.T. recht hohen Anzugsmomente erklären, je nachdem, welche Reibbeiwerte die Honda-Ingenieure ihrer Anzugsmomentenberechnung zugrunde gelegt haben.
Zuletzt geändert von Domo am 15. Februar 2011, 09:59, insgesamt 1-mal geändert.
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Dominik
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Beitrag von Dominik »

Ich werde mich in Zukunft bestimmt immer am unteren Ende der Skala orientieren. Wenn ich mir überlege, dass ich einen dieser billigen Drehmomentschlüssel habe, der bei maximal 24 Nm mit +-4 Prozent Genauigkeit auslöst, addiert sich im ungünstigsten Fall noch 1 Nm Ungenauigkeit zu den 14 Nm. Das bedeutet, dass die Schraube mit ca. 50 Prozent mehr Kraft angezogen wird, als ihr eigentlich zugestanden wird.

Vor dem Hintergrund ist es doch eigentlich überhaupt kein Wunder, dass die Gewinde reihenweise überstrapaziert sind und rausfliegen. Der schwächer Teil (= Muttergewinde) halt zuerst.

Viele Grüße,
Dominik
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timundstruppi
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Beitrag von timundstruppi »

Hallo,
kann da bei der Umrechnerrei nicht auch mal einen Fehler geben.
Den Faktor 10 habe ich schon öfters mal gehabt. Allerdings merkt man das durch Sachvesrtand und es wird hier nicht zutreffend sein.

http://www.lorenz-messtechnik.de/deutsc ... moment.php

Kann es sein, dass da Pfund und Kilogramm im Spiel war? 1kg = 2 Pfund, aber nicht die Pound 0,452kg.
http://de.wikipedia.org/wiki/Pfund

Ich selber habe nie auf 10Nm durchgezogen. Das kann nicht gut sein, vom Gefühl her.
1/4"Knarre und aus der Hand raus mit Gefühl...

Gruß TW
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Dominik
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Beitrag von Dominik »

Das wäre natürlich der Knaller :D !

Viele Grüße,
Dominik
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Dominik
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Beitrag von Dominik »

... ist aber auch nicht des Rätsels Lösung :( . Habe anhand deines (sehr geilen!) Links die Nm-Angaben rückwärts durchgerechnet und lande bei 10 - 14 Nm genau bei den 7 - 10 ft-lb, die so auch im US-Teil des WHB angegeben sind. Scheint also kein Umrechnungsfehler zu sein.

Viele Grüße,
Dominik
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timundstruppi
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Beitrag von timundstruppi »

http://www.me-systeme.de/calculate/torque.html
Möglichkeiten zum Verechnen gibt es aber genug. Aber dass ein Fehler dann um die Welt geht? Damals hatte man aber nur ein Tabellenbuch zur Hand und nicht das www.

Typische Fehler im Chipdesign waren die 1mil= 1/1000 inch = 25,4µm und 1µm. Da lagen die Leute aber richtig daneben, eben Faktor 25! :D

Gruß TW
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Domo
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Beitrag von Domo »

Moin!
Einen Rechenfehler kann ich mir nur sehr schwer vorstellen, die 10Nm sind schon plausibel. Ich hab zwar auch nur einen billig-Drehmomentschrauber zu haus, aber mit 10Nm hab ich noch nie ein Gewinde aus dem Kopf rausgerissen.
Gruß Domo
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IngoAC
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Beitrag von IngoAC »

Moin,
ich gehe sehr stark davon aus, daß die hohen Drehmomente durch die Schraubenform bedingt sind. Durch die im Schraubenkopf mit eingearbeitete Untelegscheibe sinkt die Flächenpressung und man benötigt mehr Moment um die gleiche Zugkraft aufzubringen. evtl. hat ja jemand Tabellen mit verschiedenen Schraubenköpfen griggbereit und kann mal nachschauen.

Für artgerechte Haltung
Ingo
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Dominik
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Beitrag von Dominik »

Das klingt sehr plausibel. Darüber habe ich noch nie nachgedacht, das ist aber ein sehr guter Punkt.

Vielen Dank dafür!
Dominik
cj
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Beitrag von cj »

die zugkraft bleibt gleich, egal ob mit oder ohne scheibe.
die kraft wird zwar mit scheibe auf eine grössere fläche verteilt, pro mm² ist die kraft kleiner, in der summe aber die selbe.

das einzige was sich ändert ist dass sich die schraube nicht so leicht in das alu quetschen kann. von daher sollte man generell bundschrauben, schrauben mit eingearbeiteter untelegscheibe, oder halt schraube mit zusätzlicher unterlegscheibe wenn man alubauteile verschraubt.
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Domo
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Beitrag von Domo »

Moin!
Ich kann mich da cj nur anschließen!
Den Grund für die große Auflagefläche der Schraube würde ich in der Flächenpressung unter dem Schraubenkopf sehen: Wenn wir die M6-Schrauben mit 10Nm anziehen (wie gesagt, dabei wird die Schraube mit 90% ihrer Dehngrenze (640N/mm^2 bei einer 8.8er Schraube) belastet!), entstehen unter dem Schraubekopf ganz erhebliche Flächenpressungen: Die Kraft, mit der die Schraubenauflage auf den Ventildeckel gepresst wird, ist genauso groß wie die erzeugte Vorspannkraft der Schraube. Wenn man eine Schraubenverbindung auslegt, ist Flächenpressung unter dem Schraubekopf eine weitere Größe, die immer überprüft werden muss (so hab ich es zumindest in den Konstruktionsvorlesungen gelernt). Wenn nämlich beim Anziehen die Flächenpressung unter dem Schraubenkopf größer ist, als die zulässige Flächenpressung der Auflagefläche (bei uns ist das der Ventildeckel), dann fließt uns der Werkstoff der Auflagefläche einfach weg und wir erreichen gar nicht die gewünschte Vorspannkraft (wir können mit der Schraube natürlich kein Loch in den Ventildeckel bohrern, weil wir den Werkstoff zum Fließen bringen, aber dadurch werden wir die Auflagefläche plastisch verformen, sprich der Schraubenkopf wird sich in den Ventldeckel einarbeiten).
Ich habe grade in nem Tabellebuch nach Werten für die zulässige Flächenpressungen für Alu-Guss-Legierungen geschaut: Ich finde da Werte von 220N/mm^2 (GK-AlSi9Cu3) bis 380N/mm^2 (GK-AlSi7Mg wa) (was das "wa" bedeutet weiß ich leider nicht). Da die Honda-Legierungen ja anscheinend nicht die aller festesten sind, würde bei den Ventildeckeln mal 300N/mm^2 ansetzen. Man sieht schon: die ertragbare Flächenpressung ist in etwa nur halb so groß wie erzeugte Vorspannkraft! Wir brauchen also eine Auflagefläche, die mindestens doppelt so groß ist wie die Schraubenquerschnittsfläche! Deshalb auch die Schrauben mit Bund.
Eine Tabelle wo die Anzugsmomente für verschiedene Schraubekopfformen drin stehen, habe ich nicht gefunden, aber einen Einfluss hat die Schraubekopfform: Die entstehende Reibung ist unabhängig von der Auflagefläche immer dieselbe, die ändert sich nie (Coulomb'sches Reibgesetz: Die Reibkraft ist das Produkt aus wirkender Normalkraft und Reibkoeffizienten). Was sich aber ändert ist der mittlere Durchmesser der Auflagefläche und somit auch das nötige Anziehmoment um die Reibung zu überwinden (Ich hoffe, man versteht, was ich meine). Ich dazu grad mal eine Beispielrechnung durchgeführt: Im Vergleich zu einer Zylinderkopfschraube (Kopfdurchmesser 10mm) erhöht sich das Anziehmoment im Vergleich zu einer Schraube mit einem Kopfdurchmesser von 14mm (willkürlicher Wert, habe ich genommen um den Einfluss zu zeigen. Wie groß der Kopfdurchmesser der Bundschrauben ist, weiß ich leider nicht) um ca. 1Nm. Ich vermute aber, das der Kopfdurchmesser der Bundschrauben im vergleich zu herkömmlichen Zylinderkopfschrauben nicht so groß ist, wie in meiner Rechnung (Kann ja mal jemand nachmessen). Der Einfluss dürfte daher gering sein
Gruß Domo

ACHTUNG: Ich hab leider in meinen ersten Post einen Fehler eingebaut, hab da aber schon ein entsprechendes Edit untergesetzt: Die Reibbeiwerte könnten doch die hohen Anziehwerte erkären!
Ich hoffe, durch meinen Fehler nicht allzuviel Verwirrung gestiftet zu haben :oops:
Das muss kesseln!
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Dominik
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Beitrag von Dominik »

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung! Ich nehme jetzt mal folgendes für mich mit:

- großzügig aufgerundet kann bei hohen Reibbeiwerten schon einmal ein Drehmoment von 12 Nm nötig sein.
- der Flanschkopf der Schraube kann das benötigte Drehmoment noch einmal um 1 Nm erhöhen.
= Wäre also theoretisch (inkl. großzügiger Aufrundung) denkbar, dass insgesamt 13 Nm zusammenkommen (immer unter Annahme das es sich um 8.8er-Schrauben handelt).

Würde aber auch bedeuten, dass die hohen Werte WHB vor allem hohen Reibbeiwerten geschuldet wären. Bedeutet auch, dass im gebuchsten Gewinde (in dem die Reibung ja erheblich sinkt, wie Hans geschrieben hat), auch das Drehmoment erheblich sinken muss. Eher 9 als 13 Nm.

Richtig?

Viele Grüße,
Dominik
IngoAC
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Beitrag von IngoAC »

Moin,
leider nicht so ganz, da der Loslösmoment (aus dem Gedächnis ist ert 15 Jahre her) sinkt kann es bedeuten das der Moment trotzdem steigen muß, da sich die Schraube andernfalls durch die Vibrationen selbst lösen könnte. (der Umdruch Schraubenberechnund Meines Konstruktionslehre Profs hatte ca 120 Seiten davon waren 60 Seiten nur die rechenroutiner zur Berechnung einer einzelnen Verschraubung)

Für artgerechte Haltung
Ingo
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