EJOT entwickelt und produziert seit fast 100 Jahren leistungsstarke Verbindungs- und Befestigungslösungen. Das Produkt-Portfolio deckt eine Vielzahl von verbindungstechnischen Anwendungen ab. Bei vielen Kunden ist EJOT in der Produkt- und Bauteilentwicklung bereits der partnerschaftliche Engineering-Partner. Die EJOT Anwendungsingenieure realisieren mit Hilfe innovativer digitaler Tools individuelle Lösungen für die verbindungstechnischen Herausforderungen der Kunden. Mit den CAE-Services erweitert der Verbindungstechnik-Spezialist sein digitales Angebot und schließt damit die Lücke zwischen der Fragestellung über die Haltbarkeit verschraubter Bauteile und deren Erprobung in klassischen Tests.
„Computer-Aided Engineering“, kurz CAE, steht für eine rechnergestützte Entwicklung und umfasst sämtliche Arbeitsprozesse im technischen Bereich. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der thermischen und strukturmechanischen Berechnung. Es werden so wohl klassische analytische Berechnungsmethoden eingesetzt, beispielsweise die Auslegung von Schraubenverbindungen mit der VDI 2230, als auch komplexere numerische Berechnungen mit der Finite Elemente-Methode. Durch die Vielzahl an Berechnungsmethoden, die mit den CAE Services zur Verfügung stehen, kann EJOT dem Kunden damit eine maßgeschneiderte Engineering-Dienstleistung anbieten.
Das Hauptaugenmerk dieses innovativen Supports liegt auf dem Einfluss der jeweiligen EJOT Verbindungslösung auf dasKundenbauteil. Dabei können ebenso thermische wie auch mechanische Betriebslasten berücksichtigt werden. Die Analysemöglichkeiten erstrecken sich von der Berechnung mehrteiliger Baugruppen bis hin zur detaillierten Untersuchung einzelner Schraubstellen.
Die spezifischen Vorteile dieser digitalen Erprobungsmöglichkeiten liegen in der Schnelligkeit, Flexibilität und Detailliertheit. Es müssen keine physischen Bauteile vorliegen, wie es bei realen Versuchen nötig wäre. Schon im frühen Entwurfsstadium können verschiedene Varianten berechnet werden, um den vielversprechendsten Entwurf zu identifizieren. Durch den tiefen Einblick in die Beanspruchungssituation der Bauteile können zuverlässig Optimierungen vorgeschlagen und umgesetzt werden.
Eine häufige Fragestellung von Konstrukteuren und Entwicklern umfasst die Abschätzung der Bauteillebensdauer. Diese wird klassischerweise in realen Tests ermittelt, in denen das Bauteil den zu erwartenden Belastungen ausgesetzt wird.
Diese können beispielsweise durch Temperatur oder äußere Kräfte gekennzeichnetsein. Da die meisten technischen Bauteile über eine Lebensdauer von mehreren Jahren verfügen, können diese Tests nur starkvereinfacht oder aber mit hohem Zeit- und Kostenaufwand realisiert werden. An dieser Stelle profitieren Anwender besonders von dieser digitalen Unterstützung, da mit Hilfe von Simulationen die Lebensdauer in einem Bruchteil der realen Versuchszeit abgeschätzt werden kann. Infolgedessen wird schon früh ein hoher Reifegrad des technischen Bauteils erreicht und reale Bauteil versuche können auf ein Minimum reduziert werden, wodurch sich Entwicklungszyklen signifikant verkürzen.
Die selbstfurchenden Schrauben von EJOT werden häufig in Werkstoffen eingesetzt, für deren Berechenbarkeit ausführliche Werkstoffeigenschaften bekannt sein müssen. Speziell bei thermoplastischen Kunststoffen und Leichtmetallen gehen diese über die Angabe des Elastizitätsmoduls und der Fließeigenschaften hinaus. Die Grundlage der CAE-Services ist eine um fangreiche Werkstoffdatenbank, der auch zeit- und temperaturabhängige Werkstoffeffekte zugrunde liegen. Damit kann die zeitliche Verringerung der Vorspannkraft durch Materialermüdung (Vorspannkraftrelaxation) zuverlässig berechnet werden, um eine betriebssichere Auslegung der Schraubenverbindung zu ermöglichen. Der Kunde muss im konkreten Projekt somit nur in seltenen Fällen Werkstoffeigenschaften bereitstellen. Dadurch werden Zeit und Kosten für Charakterisierungsversuche an Werkstoffproben eingespart.
In der obigen Abbildung ist der Schnitt durch eine Baugruppe dargestellt, anhand derer ein Teil der Berechnungsmöglichkeiten der CAE-Services beispielhaft aufgezeigt werden soll. Die Baugruppe besteht aus Gehäuse, Dichtung, Deckel und sechs EVO PT®Schrauben, der neuesten Entwicklung von EJOT im Bereich selbstfurchender Schrauben für thermoplastische Kunststoffe. Innerhalb der Baugruppe herrscht ein bestimmter Betriebsdruck. Mit Hilfe der CAE Services soll die Dichtheit bewertet werden.
Bei dieser Beispielanwendung kommt die Finite-Elemente-Methode zum Einsatz, mit der die Vorspannkraftrelaxation und die Verformung von Deckel und Gehäuse berechnet wird. Mit den Ergebnissen kann bewertet werden, ob die Dichtung die Verformung der Bauteile ausgleichen kann, oder ob konstruktive Änderungen vorgenommen werden müssen. Diese Änderungen könnten beispielsweise in der Modifikation der Schraubenanzahl oder deren Position bestehen. Die Farbdarstellung zeigt die Beanspruchungsverteilung in den Bauteilen. Blaue Bereiche sind niedrig beansprucht, wohingegen gelbe und rote Bereiche stärker beansprucht werden. Für Produktentwickler ist diese Methode sehr hilfreich, da die Ergebnisse Aufschluss darüber geben, ob Teilbereiche des Bauteils gezielt verstärkt werden müssen oder ob an anderer Stelle eventuell Material eingespart werden kann.
Neben dieser Dichtheitsanalyse können zahlreiche weitere Anwendungsfälle abgebildet werden. Flankiert werden die CAE Services durch die Testmöglichkeiten des anwendungstechnischen Labors APPLITEC. Der besondere Mehrwert für den Kunden besteht in der Kombination aus digitalen Prognose- und Berechnungsmöglichkeiten, der anwendungstechnischen Beratung und den vielfältigen Testmöglichkeiten im Schraublabor. Dieser digitale Support ist für EVO PT® und ALtracs® Plus Schrauben erhältlich. Darüber hinaus erhalten Kunden mit den maßgeschneiderten Engineering Dienstleistungen auch bei weiterführen den Aufgabenstellungen einen individuellen Support.
Autor: David Korn, EJOT GmbH & Co. KG, Bad Berleburg
Quelle: OEM&Lieferant, Ausgabe II/2021
Artikel Englisch:
https://www.vek-onlineservice.de/publikation/oem-2-2021/115/
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