Terminologische Barrieren, Beispiele für Auswahlmöglichkeiten für Verbindungselemente
Wie lässt sich der „richtige“ Verbindungstyp für Bauteile oder Bauteile aus Verbund- und Kunststoffmaterialien effizient ermitteln?Um zu definieren, welche Materialien und Konzepte auf Verbindungselementtypen anwendbar sind, ist es notwendig, die beteiligten Materialien, ihren Formungsprozess und die erforderlichen Verbindungs- oder Montagefunktionen zu verstehen.
Nehmen wir als Beispiel die Innenverkleidung eines Flugzeugs.Die bloße Beschreibung als „Verbundwerkstoff für die Luft- und Raumfahrt“ vereinfacht die Vielfalt der verfügbaren Materialien und Prozesse zu stark.Ebenso mangelt es dem Begriff „Luftfahrtbefestigungen“ an Spezifität hinsichtlich der am besten geeigneten Materialien für Befestigungselemente und ihrer Funktionalität.Befestigungselemente wie Einsteckbolzen, Nietbolzen, oberflächengeklebte Befestigungselemente und geschweißte Befestigungselemente sind möglicherweise alle für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt geeignet, es gibt jedoch erhebliche Unterschiede in den Materialien und Funktionen, mit denen sie befestigt werden können.
Das Problem bei der Suche in der Welt der Verbindungselemente besteht darin, wie Verbindungselemente zu klassifizieren sind, wobei in der Regel Begriffe verwendet werden, die sich speziell auf Verbindungselemente beziehen, und nicht auf die Materialien, für die sie am besten geeignet sind.Allerdings haben verbundwerkstoffspezifische Begriffe beim Durchsuchen der Verbindungselementkategorien oft nur eine begrenzte Relevanz.Ohne ein detailliertes Verständnis der Oberflächenverklebung oder des Ultraschallschweißens bei der Installation von Befestigungselementen, woher wissen Sie dann, ob Oberflächenverklebung oder Ultraschallschweißen geeignete Befestigungsoptionen für heißgeformte laminierte Materialien sind?Wenn es in Ihrer Welt um Polymermatrixeigenschaften, faserverstärkte Strukturen und Verarbeitungsparameter geht, wie suchen und wählen Sie dann in einer Welt, in der Montagestrategien, Anzugsrichtungen, Erwartungen an Anzugsdrehmomente und Zielvorspannungen diskutiert werden?
Die Kontaktaufnahme mit Lieferanten oder Händlern von Verbindungselementen zur Beratung und Anleitung ist in der Regel ein wirksamer und erfolgreicher erster Schritt.Durch eine Präsentation der Anwendung, die eine einfache und schnelle Suche nach relevanten Optionen ermöglicht, kann jedoch eine weitere Vereinfachung erreicht werden.Hier nehmen wir das thermoplastische Flugzeuginnenblech als Beispiel, um die wichtigen Aspekte dieses Ansatzes zur Verbesserung der Verbindungselementauswahl zu veranschaulichen.
Verschärfung der Anforderungen
Zunächst ist es hilfreich, die Befestigungsanforderungen zu definieren.Sie möchten einen Befestigungspunkt für Verbundwerkstoffe oder Kunststoffbauteile schaffen, um sie für spätere Montagearbeiten vorzubereiten?Oder möchten Sie das Bauteil direkt an Verbundwerkstoffen oder Kunststoffbauteilen befestigen oder an diesen befestigen?
In unserem Beispiel geht es darum, Befestigungspunkte zu schaffen – insbesondere Gewindeanschlusspunkte an Verbundplatten bereitzustellen.Daher werden wir auf Technologien umsteigen, die Methoden zum Installieren und Befestigen von Verbindungspunkten bereitstellen, statt auf Technologien, mit denen Komponenten direkt miteinander verbunden werden.Mit diesen Begriffen lassen sich Befestigungstechniken relativ einfach klassifizieren und die Begriffe sind relativ einfach gehalten, so dass sich jeder in der gleichen Sprache verständigen kann.
Materialkonzept
Die mit den beteiligten Materialien zusammenhängenden Faktoren können die Anwendbarkeit von Verbindungselementtypen beeinflussen, die Relevanz dieser Faktoren hängt jedoch normalerweise von der Art des in Betracht gezogenen Verbindungselements ab.Um diesen Kreislauf zu durchbrechen und zu detaillierte Dialoge während des frühen Filtrationsprozesses zu vermeiden, können wir Verbundmaterialien und Kunststoffmaterialien im Allgemeinen wie folgt definieren:
Kein verstärktes Polymer.
Diskontinuierlich faserverstärkte Polymermaterialien.
Endlosfaserverstärkte Polymerlaminate.
Sandwichmaterial.
Vlies- und Fasermaterialien.
In unserem Beispiel ist das Innenverkleidungsmaterial des Flugzeugs ein endlosfaserverstärktes Polymer in einer laminierten Struktur.Indem wir Materialkonzepte auf diese einfache Weise definieren, können wir uns schnell auf eine Reihe verwandter Materialüberlegungen konzentrieren:
Wie werden Verbindungselemente in die Herstellungsprozesskette integriert?
Wie wirken sich Materialien auf die Integration oder Installation von Befestigungselementen aus?
Beispielsweise kann die Integration von Verbindungselementen in kontinuierliche Verstärkungsmaterialien vor oder während der Warmumformung zu unerwünschten Prozesskomplexitäten wie dem Schneiden oder Verschieben von Fasern führen, was unerwünschte Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften haben kann.Mit anderen Worten: Die Endlosfaserverstärkung kann Herausforderungen bei der Integration von gemeinsam verarbeiteten Verbindungselementen mit sich bringen, und Menschen möchten solche Herausforderungen möglicherweise vermeiden.
Gleichzeitig sind lediglich grundlegende Kenntnisse der Befestigungstechnik erforderlich, um zu entscheiden, ob eine Co-Prozess-Installation oder eine Post-Prozess-Installation erfolgen soll.Durch die Vereinfachung der Material- und Befestigungsterminologie ist es möglich, schnell und einfach zu erkennen, welche zusammenpassen und welche nicht.In unserem Beispiel sollte sich die Auswahl der Verbindungselemente auf Nachbearbeitungstechniken konzentrieren, es sei denn, wir möchten Verbindungselemente in endlosfaserverstärkte Materialien/Herstellungsprozesse integrieren.
Detaillierte Anforderungen
Um die relevanten Befestigungstechniken zu bestimmen, müssen wir an dieser Stelle weitere Details zur Befestigungsstrategie, den beteiligten Materialien und dem Umformprozess definieren.Für unser Beispiel endlosfaserverstärkter Laminate definieren wir die Anwendung wie folgt:
Die allgemeine Anwendung sind die inneren Seitenwände von Flugzeugen.
Die Befestigungsstrategie besteht darin, auf der Rückseite des Paneels (nicht sichtbar) eine Doppelkopfschraube vorzusehen, um den Polymerfensterbereich mit einer Mutter zu verbinden.
Voraussetzung für die Befestigung ist eine blinde, unsichtbare Außengewindeverbindungsstelle – blind bedeutet Montage/Befestigung von einer Seite des Bauteils –, die einer Auszugskraft von ca. 500 Newton standhält.
Bei der Platte handelt es sich um ein mit Endlosfasern verstärktes thermoplastisches Material, und die Installation der Befestigungselemente muss nach dem Formvorgang erfolgen, um eine Beschädigung der verstärkten Struktur zu vermeiden.
Sortieren Sie die Faktoren weiter und wählen Sie nach unten aus
Wenn wir uns unser Beispiel ansehen, können wir erkennen, dass mehrere Faktoren unsere Entscheidung, welche Art von Befestigungselement wir verwenden, beeinflussen können.Die Frage ist, welcher dieser Faktoren am wichtigsten ist, insbesondere wenn die Kosten der Verbindungselemente nicht der einzige entscheidende Faktor sind?In unserem Beispiel grenzen wir den Auswahlbereich auf oberflächengeklebte Verbindungselemente oder ultraschallgeschweißte Verbindungselemente ein.
Hier können bereits einfache Bewerbungshinweise hilfreich sein.Wenn wir beispielsweise wissen, dass wir thermoplastische Materialien verwenden, können wir relevante Leistungserwartungen festlegen.Angesichts der Verfügbarkeit professioneller Klebstoffe und Oberflächenbehandlungstechnologien können wir davon ausgehen, dass die mechanische Leistung beider Technologien ein angemessenes Niveau erreichen wird.
Da wir jedoch wissen, dass die Anwendung in der Luft- und Raumfahrt liegt, können mechanische Verriegelungsverbindungen einfachere Leistungsgarantien und Zertifizierungswege bieten.Das Aushärten des Klebstoffs dauert einige Zeit, während die Ultraschallinstallation sofort belastet werden kann. Daher sollten wir die Auswirkungen der Prozesszeit berücksichtigen.Auch Zugangsbeschränkungen können ein entscheidender Faktor sein.Obwohl sich Innenbleche oft problemlos mit automatischen Klebstoffapplikatoren oder Ultraschallgeräten für die Montage von Befestigungselementen bereitstellen lassen, sollten sie vor der endgültigen Auswahl sorgfältig geprüft werden.
Treffen Sie die endgültige Entscheidung
Es ist unmöglich, Entscheidungen ausschließlich auf der Grundlage der Identifizierung der Verbindungsmethode und der festgelegten Zeit zu treffen;Die endgültige Entscheidung hängt von Überlegungen zu Ausrüstungsinvestitionen, mechanischer Leistung und Haltbarkeit, Auswirkungen auf die gesamte Prozesszeit, Zugangsbeschränkungen sowie Genehmigungs- oder Zertifizierungsstrategien ab.Darüber hinaus können an Entwurfs-, Fertigungs- und Montagevorgängen unterschiedliche Interessengruppen beteiligt sein, sodass die endgültige Entscheidung deren Beteiligung erfordert.Darüber hinaus erfordert diese Entscheidung die Berücksichtigung des gesamten Wertversprechens, einschließlich der Produktivität und der Gesamtbetriebskosten (TCO – Total Cost of Ownership).Durch eine ganzheitliche Betrachtung von Befestigungsproblemen und die Berücksichtigung aller relevanten Faktoren während der anfänglichen Entwurfsphase, des Herstellungsprozesses und der Endmontagevorgänge können Produktivität und Gesamtbetriebskosten berechnet und positiv beeinflusst werden.Dies ist eines der Grundprinzipien des Experten-Bildungsportals Bossard Montagetechnik, das Einzelpersonen beim Erwerb von Montagetechnik-Wissen unterstützen soll.
Letztendlich hängt die Entscheidung, welche Schraubstrategie oder welches Produkt verwendet werden soll, von mehreren Faktoren ab – es gibt keine allgemeingültige Lösung und es müssen viele verschiedene Möglichkeiten in Betracht gezogen werden.Wie wir oben dargelegt haben, kann jedoch selbst die Definition von Anwendungsdetails auf relativ einfache Weise den Auswahlprozess vereinfachen, relevante Entscheidungsfaktoren hervorheben und Bereiche identifizieren, die möglicherweise eine Mitwirkung von Stakeholdern erfordern.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 06.02.2024
