Was „Hat den Vibrationstest bestanden“ verschweigt

Die Prüfung sagt, wofür sie gedacht ist, und das ist enger, als viele meinen

Sicherungselemente werden mit einer Querschwingungsprüfung eingestuft, jener Prüfungsfamilie, die Gerhard Junker Ende der 1960er-Jahre begründete. In der Luft- und Raumfahrtreihe ist sie als ISO 16130 festgeschrieben. Zwei Sätze im Anwendungsbereich entscheiden darüber, wie der Rest dieser Seite zu lesen ist:

Derselbe Abschnitt fügt hinzu, dass die Norm hauptsächlich für Entwicklungsarbeiten gedacht ist. Eine Rangfolge ist also genau das, was die Prüfung liefert, und mehr beansprucht sie auch nicht. Wer fragte, welche Scheibe die zweitbeste sei, stellte genau die Frage, für die die Prüfung gebaut ist. Das Problem beginnt einen Schritt später, wenn ein Rang als Lebensdauer gelesen wird.

Wie die Prüfbedingung gewählt wird — der Teil, den man kennen sollte

Das Verfahren hat zwei Hälften. Die zweite Hälfte prüft Ihr Sicherungselement. Die erste legt fest, wogegen es geprüft wird, und sie wird an einer Verbindung ganz ohne Sicherungselement durchgeführt, die auf dieselbe Weise und mit denselben Parametern montiert ist.

Man sollte sich klarmachen, was das bedeutet. Die Bedingung ist keine Betriebsbedingung und war nie als solche gedacht. Sie ist das Maß an Querbewegung, das eine ungesicherte Verbindung innerhalb von dreihundert Lastwechseln zerstört, gemessen an genau dieser Prüfmaschine. Ein Element, das sie übersteht, hat etwas überstanden, das darauf kalibriert ist, tödlich zu sein — der richtige Weg, einen Vergleich durchzuführen, und der falsche Weg, eine Garantie zu lesen.

Es erklärt auch, warum die Norm sagt, dass die Ergebnisse nicht zwischen Maschinen übertragbar sind. Die Referenzverschiebung ergibt sich aus der Steifigkeitsverteilung der jeweiligen Maschine; zwei Labore, die dieselbe Scheibe prüfen, wenden also nicht dieselbe Schärfe an, sofern sie das nicht ausdrücklich angeben.

Die Standardwerte und der Satz, der sie beweglich macht

Abschnitt 7 nennt typische Einstellungen für selbstsichernde Elemente, zu denen die Norm Muttern, Scheiben, Splinte und Sicherungsdraht zählt:

Zwei dieser Zeilen verdienen einen zweiten Blick. Die Klemmlänge ist so kurz, wie die Geometrie es zulässt, vorgeschrieben, und eine kurze Klemmlänge ist genau die Bedingung, unter der eine Verbindung bei gegebenem Setzbetrag den größten Anteil ihrer Vorspannkraft verliert; das ist aufgearbeitet in Die zwei Versagensarten, die beide Lockerung heißen. Die Prüfung ist nicht nachsichtig.

Und dann die Zeile, die für jeden am wichtigsten ist, der die Angaben zweier Lieferanten vergleicht: Abweichende Prüfeinstellungen dürfen vom Auftraggeber der Prüfung festgelegt werden. Die Norm zählt sofort die vier Angaben auf, die dann eindeutig genannt werden müssen, damit das Ergebnis reproduzierbar ist: Anfangsklemmkraft, Prüffrequenz, wirksame Querverschiebung und wie die Vorrichtung an die Länge des Verbindungselements angepasst wurde. Diese vier sind der Grund, warum zwei Angaben „Vibrationstest bestanden“ nicht unbedingt vergleichbar sind, und genau diese vier sollten Sie erfragen.

Eine Axiallast wird überhaupt nicht aufgebracht

Das Prüfprinzip umfasst einen Absatz und enthält einen Satz, der viele überrascht. Das Verbindungselement wird auf eine definierte Klemmkraft angezogen und dann einer dynamischen Querbelastung ausgesetzt, und eine zusätzliche axiale Betriebskraft wird nicht aufgebracht. Gemessen wird die Änderung der Klemmkraft über der Zahl der Lastwechsel.

Die Einstufung eines Sicherungselements wurde also an einer Verbindung ermittelt, die nichts als ihre eigene Vorspannkraft trägt. Das ist Absicht, denn es isoliert den Mechanismus: Querschlupf dreht eine Schraube los, nicht axialer Zug. Es bedeutet aber auch, dass die Prüfung nichts über eine Verbindung aussagt, die zusätzlich eine schwankende Axiallast trägt; das ist ein anderes Versagen mit eigenem Modell, beschrieben in Die Schraube ist eine Feder, und alles, was sie verspannt, ebenfalls.

Auch die Liste der Abbruchkriterien sollte man langsam lesen. Ein Prüflauf endet nach einer festgelegten Zahl von Lastwechseln, bei Bruch der Schraube, bei vollständigem Verlust der Klemmkraft oder bei Stabilisierung der Restklemmkraft. Das Letzte ist nicht dasselbe wie das Halten der Klemmkraft. Eine Verbindung, die auf einen Bruchteil ihrer Vorspannkraft abgefallen ist und dann nicht weiter abfiel, hat sich stabilisiert, und wie viel sie behalten hat, ist eine Zahl im Prüfbericht, nicht etwas, das das Wort „bestanden“ mitteilt.

Was man mit der Rangfolge anfängt

Nichts davon macht die Rangfolge falsch. Eine vergleichende Prüfung unter angegebenen Bedingungen ist ein echtes Ergebnis und weit besser als eine Meinung; deshalb schreibt diese Website, dass ein Keilsicherungsscheibenpaar in der Querschwingungsprüfung wirksam ist und ein Federring nicht. Die Norm sagt Ihnen lediglich, welche Art von Aussage das ist.

Die beste Antwort aus dem Thread passt gut zu all dem. Wenn sich die Verbindung überhaupt nicht drehen darf, ist das ehrliche Element eines, das die Drehung verhindert, statt ihr zu widerstehen, und es hat seinen eigenen Preis, beschrieben in Die Vorspannkraft, mit der Sie enden, ist die, die das Loch zugelassen hat. Wo jede Gegenmaßnahme gegenüber den beiden Versagensarten steht, zeigt die Tabelle in Warum sich Schrauben lösen, und was jeder Scheibentyp tatsächlich leistet, steht in Unterlegscheiben erklärt. Den Fall, in dem eine Gegenmaßnahme in eine Norm geschrieben und wieder herausgenommen wurde, behandelt Die Doppelmutter.

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Welche Sicherungsscheibe ist die zweitbeste?

Das ist genau die Frage, die eine Querschwingungsprüfung beantworten soll, und ISO 16130 sagt im Anwendungsbereich, dass sie eine vergleichende Bewertung unter definierten Bedingungen liefert. Sie sagt auch, dass eine Prüfung nach der Norm keine absolute Aussage über das Sicherungsverhalten unter Betriebslasten erlaubt. Ein Rang ist also verfügbar, eine Lebensdauer nicht. Bevor Sie einen Rang verwenden, fragen Sie, bei welcher Querverschiebung er ermittelt wurde, denn die Norm legt diese je Prüfmaschine fest und nicht allgemein.

Was ist der Junker-Test?

Die Familie von Querschwingungsprüfungen, die Gerhard Junker Ende der 1960er-Jahre entwickelte: Die verspannten Teile werden quer gegeneinander verschoben, während die Klemmkraft über der Zahl der Lastwechsel aufgezeichnet wird. In der Luft- und Raumfahrtreihe ist sie als ISO 16130 genormt. Das Gleiten der verspannten Flächen, nicht axialer Zug, ist der Mechanismus, der eine Schraube losdreht.

Wie wird die Schwingamplitude gewählt?

Indem zuerst eine ungesicherte Verbindung zerstört wird. Nach ISO 16130 prüft der Bediener eine Verbindung ohne Sicherungselement, montiert mit denselben Parametern, und verändert den Hub, bis die Querverschiebung gefunden ist, bei der die Vorspannkraft innerhalb von 300 plus/minus 100 Lastwechseln vollständig verloren geht. Das muss dreimal an neuen Teilen ermittelt werden und wird zur Bedingung für die folgende Prüfung. Als typische Einstellungen werden gesondert plus/minus 0,5 mm bis M12 und 0,8 mm darüber bei 12,5 Hz angegeben.

Sind die Vibrationsprüfergebnisse zweier Lieferanten vergleichbar?

Nicht automatisch. Die Norm sagt, dass abweichende Prüfeinstellungen vom Auftraggeber festgelegt werden dürfen, und nennt dann vier Angaben, die eindeutig gemacht werden müssen, damit ein Ergebnis reproduzierbar ist: die Anfangsklemmkraft, die Prüffrequenz, die wirksame Querverschiebung und wie die Vorrichtung an die Länge des Verbindungselements angepasst wurde. Fehlen einer Angabe diese vier, ist sie mit einer anderen Angabe, die sie enthält, nicht vergleichbar.

Bringt die Prüfung eine Betriebslast auf die Verbindung auf?

Nein. Laut Prüfprinzip wird das Verbindungselement auf eine definierte Klemmkraft angezogen und einer dynamischen Querbelastung ausgesetzt, ohne dass eine zusätzliche axiale Betriebskraft aufgebracht wird. Das isoliert den Mechanismus der selbsttätigen Lockerung, bedeutet aber auch, dass das Ergebnis nichts über eine Verbindung aussagt, die zusätzlich eine schwankende Axiallast trägt.

Quellen

• ISO 16130:2015 — Luft- und Raumfahrt, dynamische Prüfung des Sicherungsverhaltens von Schraubenverbindungen unter Querbelastung (Vibrationstest); Abschnitt 1 Anwendungsbereich, Abschnitt 4 Prüfprinzip, Abschnitt 5.3 Anforderungen an die Prüfeinrichtung, Abschnitt 6 Referenz- und Nachweisprüfung, Abschnitt 7 Prüfeinstellungen
• ISO 16047 — Verbindungselemente, Drehmoment/Vorspannkraft-Versuch; die einzige normative Verweisung in ISO 16130
• NASA RP-1228, Fastener Design Manual — die im Ausgangsthread verlinkte Quelle und Ursprung der an anderer Stelle dieser Website zitierten Bewertung geschlitzter Federringe
• r/AskEngineers — der Thread, mit dem alles begann

ISO 16130:2015 wurde aus der öffentlich verfügbaren Vorschau-PDF gelesen, die das Inhaltsverzeichnis und die Abschnitte 1 bis 7 vollständig enthält. Alles oben Zitierte stammt aus diesen Abschnitten. Die Vorschau endet vor Abschnitt 8, Bewertung; diese Seite nennt daher kein Annahmekriterium: Was die Norm als bestanden ansieht und ob sie eine Restklemmkraft nennt, haben wir nicht gelesen. Die in Abschnitt 7 genannten Klemmkrafttabellen liegen ebenfalls außerhalb der Vorschau; angegeben ist daher nur die im Text des Abschnitts genannte Regel, fünfundsiebzig Prozent der rechnerischen Bruchklemmkraft, und kein Tabellenwert. Wir haben keinen Prüfbericht für ein namentlich genanntes Produkt und machen keine Aussage über eines. Die deutsche Bahnnorm für Sicherungselemente definiert ebenfalls eine Prüfung nach Junker-Art; wir haben sie nicht gelesen, und nichts hier wird ihr zugeschrieben. Eine Korrektur an dieser Website: Unsere Seite darüber, warum sich Schrauben lösen, verlinkte ISO 16130 mit der Katalognummer 54151, die zu ISO 11277 gehört, einer Norm zur Bodenbeschaffenheit. Die richtige Nummer ist 55728, und der Link wurde korrigiert.