Wie Smart Engineering das Versagen von Befestigungselementen verhindert

Jedes technische System hat eine begrenzte Lebensdauer. Selbst die präzisesten Designs und robustesten Fertigungstechniken werden irgendwann versagen. Befestigungselemente sind nicht anders. Wie Ihnen jeder Ingenieur bestätigen wird, ist es ein Problem, wenn diese Ausfälle unerwartet oder verfrüht sind. Was sind also die Ursachen für vorzeitiges Versagen von Befestigungselementen? Noch wichtiger, was kann getan werden, um die Risiken zu minimieren und die Lebensdauer zu maximieren?
Steve Adkins, North American Director of Engineering bei Optimas Solutions, einem globalen Industrievertriebs- und Serviceanbieter für Verbindungselemente, vermittelt sein Wissen darüber, wie man vorzeitiges Versagen von Verbindungselementen vermeiden kann.

Rogues-Galerie: Die Ursachen für das Versagen von Befestigungselementen

Vor Ort können wir eine breite Palette von Testmethoden zur Fehleranalyse durchführen, um die Grundursache für das Versagen von Befestigungselementen zu finden. Während meiner langjährigen Tätigkeit bei Optimas würde ich die folgenden Hauptursachen für das Versagen von Befestigungselementen bei Herstellern betrachten.

Überdrehen – Dies bezieht sich auf das Zugversagen von Verbindungselementen aufgrund einer Übersicherung in der Anwendung.

Unter Straffung – Aufgrund einer unsachgemäßen Sicherung kann ein Befestigungselement einer erhöhten Belastung ausgesetzt werden, die zu einem Ermüdungsbruch führt. Auch Gelenke können sich aufgrund fehlender Klemmkraft lösen.

Unsachgemäß konstruiertes Gelenk – Eine schlechte Konstruktion kann dazu führen, dass ein Befestigungselement einer falschen Belastung ausgesetzt wird, was zu einem vorzeitigen Versagen führen kann. Verbindungen können sich bei der Anwendung lockern, oder alternativ kann auch das Grundmaterial, an dem das Befestigungselement befestigt ist, versagen.

Befestigungsqualität – Die Materialqualität bestimmt die Leistung eines Verbindungselements, sodass eine schlechte Auswahl vorzeitig versagen kann.

Montageausrüstung – Die unsachgemäße Verwendung der Montageausrüstung kann dazu führen, dass Befestigungselemente in einer ungeeigneten Weise installiert werden, was zu einem Versagen führt.

Wasserstoffversprödung – Bei hochfesten Stählen über einem bestimmten Härtebereich kann die auf das Verbindungselement ausgeübte Zugbelastung dazu führen, dass Wasserstoff – der in der Komponente, der Beschichtung oder der Umgebung enthalten ist – in den Spannungsbereich fließt, was allmählich zu Mikrorissen und einem verzögerten Versagen des Verbindungselements führt.

Wer ist also das größte Risiko?

Die Branche und die Art der Montage wirken sich auf die Wahrscheinlichkeit des Versagens von Befestigungselementen aus. Industrien, die normalerweise ein hohes Risiko darstellen, werden oft weniger streng durch Normen reguliert, sodass Konstrukteure oder Ingenieure sich der Probleme, die die Eignung eines Verbindungselements beeinflussen, möglicherweise nicht vollständig bewusst sind. In der Regel sind sich technisch spezialisiertere Hersteller der Probleme im Zusammenhang mit Verbindungselementen bewusst, da sie besser über die Auswirkungen informiert sind, die Verbindungselemente auf das Endprodukt haben können. Dies hängt jedoch wirklich von den Standards von Branche zu Branche ab.

Als gutes Beispiel dient die Automobilbranche. Die Hersteller versuchen ständig, das Leergewicht zu reduzieren, um die Gesamteffizienz und Leistung zu verbessern. Dies hat dazu geführt, dass unterschiedliche Materialien verwendet wurden – die Zeiten, in denen ein Fahrzeug vollständig aus Stahl gefertigt wurde, sind lange vorbei. Das Verbinden dieser Materialien kann zum Versagen der Befestigungselemente führen, wenn die maßgeblichen Parameter nicht frühzeitig in der Konstruktions- und Prototypenphase bewertet werden.

Als Unternehmen arbeiten wir eng mit unseren Kunden zusammen, um maßgebliche Designregeln festzulegen, damit wir Materialschnittstellen kontrollieren und potenzielle Probleme angehen können, damit wir dieses Risiko minimieren können.

Welche Maßnahmen können ergriffen werden, um das Versagen von Befestigungselementen zu verhindern?

Liest man sich die Liste der häufigsten Fehlerursachen durch, wird schnell klar, dass Missbrauch und nicht schlechte Qualität die häufigste Erklärung ist. Anstatt uns auf ein bestimmtes Verbindungselement zu konzentrieren, arbeiten wir daran, ein hohes Serviceniveau zu bieten, das auf einer ganzheitlichen Betrachtung der Verwendung von Verbindungselementen bei einem bestimmten Kunden basiert. Von diesem Ausgangspunkt aus können wir damit beginnen, eine Befestigungsstrategie innerhalb eines Unternehmens zu informieren und festzulegen, um eine optimale Nutzung zu gewährleisten.

Als Experten für Verbindungselemente haben wir die Verantwortung, unser Wissen an den Endverbraucher weiterzugeben. Dies kann das Erteilen von Anweisungen zu geeigneten Drehmomenten, Ratschläge zu Materialien oder die Beobachtung beim Begehen der Produktionslinie umfassen. Letztendlich werden alle von uns gelieferten Befestigungselemente und Komponenten für einen bestimmten Zweck entwickelt. Wenn sie falsch angegeben sind, können wir nicht sicher sein, dass sie richtig funktionieren. Daher helfen wir dabei, den Spezifikationsprozess so anzupassen, dass er die wichtigsten Treiber berücksichtigt, die jede Branche und jeden Kunden betreffen.

Eines der Schlüsselprobleme, denen wir begegnen, ist die Übersetzung theoretischer Berechnungen in Anwendungen in realen Umgebungen. Die Zahlen können Ihnen nicht alles sagen, und Tests unter realen Bedingungen sind die sichere Methode, um sicherzustellen, dass Probleme mit Verbindungselementen erkannt werden, bevor sie an die Produktionslinie gelangen. Parameter wie Montagedrehmomente oder Reibungsbereiche sollten nicht angenommen werden, daher sind physische Tests unglaublich wichtig, um theoretische Berechnungen zu untermauern, die Produktqualität sicherzustellen und die Auswirkungen potenzieller Verbindungsprobleme auf den Betrieb zu minimieren. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, investiert Optimas stark in unsere Testkapazitäten und physischen Werkzeuge, um sicherzustellen, dass wir unseren Kunden genaue Daten liefern können. Wir führen alle Tests unabhängig durch, sodass bei der Spezifikation eines Verbindungselements keine Annahmen erforderlich sind.

Befestigungslösungen sind unser Kerngeschäft. Fast alles, was wir tun, ist darauf ausgerichtet, sicherzustellen, dass sie unabhängig vom geschäftlichen Druck, dem unsere Kunden ausgesetzt sind, effektiv funktionieren. Während keine einzelne Technologie die von uns angebotenen Verbindungselemente definiert, sind die von uns angebotenen Lösungen so konzipiert, dass sie die größtmögliche Zuverlässigkeit in Bezug auf die Anforderungen des Kunden bieten. Es könnte sich um ein isoliertes Befestigungselement für einen Hybridantriebsstrang eines neuen Modellautos oder um eine Neugestaltung der Unterlegscheibenbaugruppe für ein bestehendes Modell eines Rasenmähers handeln, in jedem Fall sollte die verwendete Technologie Zuverlässigkeit bieten.

Warum sind zuverlässige Verbindungselemente gut fürs Geschäft?

Ein wichtiger Aspekt, der bei der Identifizierung von Verbindungsfehlern übersehen wird, ist die Auswirkung auf die gesamten Geschäftsaktivitäten.

Zuverlässige Verbindungselemente erleichtern den Betrieb jedes Fertigungsunternehmens. Rückrufe, Service-Korrekturprogramme und schlechte Publicity können durch einen vollständig integrierten und konsistenten Ansatz für Verbindungselemente vermieden werden. Zusammenarbeit mit einem Experten für eingebettete Befestigungselemente; wie Optimas können Unternehmen die potenziellen Probleme meiden. Indem in Zusammenarbeit mit einem Experten definierte Konstruktionsregeln für Verbindungselemente erstellt werden, erhöht sich nicht nur die Effizienz der Spezifikation, sondern auch das Ausfallrisiko wird massiv verringert. Dies wertet den Betrieb eines Herstellers auf und trägt dazu bei, die Qualität der von ihm gelieferten Produkte zu definieren und aufrechtzuerhalten.

Verbindungselemente mögen klein sein, aber sie haben einen großen Einfluss auf ein Unternehmen. Bei Optimas bemühen wir uns sicherzustellen, dass diese Auswirkungen immer positiv sind.

Müssen Sie die Qualität oder Leistung Ihrer Verbindungselemente verbessern? Sprechen Sie mit einem unserer Experten.