#8
Bericht
door haddiewaddie » 14 dec 2013, 20:06
Ik heb op verzoek van een vraag van een kennis het een en ander op papier gezet over de bout moer verbinding en in het bijzonder de toepassing van RVS als bout en moer materiaal .
Ik hoop dat mensen hier iets aan hebben.
Voor het onderwerp Bout/moer verbindingen dienen we te beginnen bij het begin:
Eerste beginsel: "Een bout is een veer"
Wat we met een bout/moerverbinding willen bewerkstelligen is door middel van het opwekken van klemkracht 2 mechanische delen op elkaar klemmen met een hogere kracht dan de krachten welke van buitenaf op de totale constructie worden uitgeoefend.
We kunnen dan dus stellen dat wij met de boutverbinding van deze 2 afzonderlijke delen, een deel hebben gemaakt.
Nu hebben we te maken met de mechanische eigenschappen van het boutmateriaal aan de hand waarvan we de optimale bout voor de specifieke toepassing kiezen. Ook dienen we bij het aanbrengen van de juiste boutkracht in de bout (bijv. door middel van het draaien van de moer) rekening te houden met de mechanische eigenschappen van het boutmateriaal.
Een aantal belangrijke termen:
-Rekgrens. Dit is de grens waarop het boutmateriaal elastisch is vervormd en bij het loslaten van de boutkracht nog terug kan keren naar zijn oorspronkelijke vorm. Wanneer men nog harder aan de bout trekt, dus de boutkracht verder verhoogd zal het boutmateriaal gaan "vloeien". Met andere woorden, boven de rekgrens hebben we zo hard aan de bout getrokken dat deze blijvend langer is geworden.
-Vloeigrens: Dit is de grens waarop de boutkracht zijn maximale waarde heeft bereikt. Meer boutkracht dan de boutkracht in de vloeigrens kan niet worden opgewekt. Dit betekent dat de bout in de vloeigrens zijn maximale klemkracht heeft echter, hij heeft geen enkele elasticiteit meer. De bout is dan ook blijvend langer geworden. Na de vloeigrens zal de boutkracht afnemen en de bout alleen nog maar verlengen totdat deze breekt.
-Verlenging: Verlenging van de bout is tot aan de rekgrens rechtevenredig aan de boutkracht. Hoe harder we aan de bout trekken en hoe meer boutkracht we in de bout aanbrengen hoe langer de bout zal worden. Het verlies van verlenging in de bout zal dus leiden tot het verlies van boutkracht
-Elasticiteitsmodulus: De elasticiteitsmodulus is simpel gezegd de verhouding tussen Boutkracht en verlenging.
Willen we dit alles visueel maken, pak dan het voorbeeld van een veertje in een balpen waar iedereen wel eens mee heeft zitten spelen. wanneer ik licht trek aan het veertje bouw ik kracht op in de veer en wanneer ik hem los laat veert hij weer terug. We zijn dan dus onder de rekgrens gebleven. Er is een punt waarop ik het veertje zo ver heb uitgerekt dat wanneer ik hem loslaat, hij niet meer terugveert. We zijn dus over de rekgrens heen gegaan en zijn in het vloei-gebied van het veertje beland. Ik merk wel dat ik nog steeds iets harder moet trekken om het veertje verder uit te rekken. Totdat ik zo hard trek aan het veertje dat het uitrekke steeds makkelijker gaat totdat het veertje knapt. Daarmee zijn we dus over de vloeigrens van het veertje gegaan.
De meest gangbare boutmaterialen welke worden gebruikt zijn 4.6 , 6.8 , 8.8 , 10.9 en 12.9 . Dit zijn de gangbare DIN aanduidingen welke de mechanische eigenschap van het materiaal aangeven ten aanzien van treksterkte van het materiaal
Ik kan nu heel diep ingaan op de berekeningen van boutkracht per boutmaat aan de hand van de spanningdiameter van de bout en de treksterkte van het materiaal alleen denk ik dat dat in dit verhaal niet van belang is.
Wat belangrijk is om te weten is dat een boutverbinding over het algemeen zo ontworpen is dat bij een boutspanning welke gelijk is aan maximaal 70% van de rekgrens (vaak ook 70% Yield genoemd) de bout voldoende berekende klemkracht heeft om de constructie bij elkaar te houden, ook onder maximale belasting. Mocht het gebeuren dat in de praktijk de belasting op de boutverbinding in een piek iets hoger is dan waarvoor hij berekend is, hebben we altijd nog 30% marge totdat de bout over de rekgrens getrokken word, blijvend verlengd en dus niet meer terugveert en dus los zal komen te zitten !
Voor 95% van alle boutverbindingen welke we tegen komen geldt dat deze berekend zijn op een maximale boutkracht van 70% Yield. Deze bouten mag je dus hergebruiken omdat ze nog steeds hun elasticiteit hebben en niet blijvend zijn verlengd.
Nu zijn er zoals wij als "petrolheads" allemaal weten ook bouten welke NIET opnieuw gebruikt mogen en kunnen worden. De meest bekende zijn cilinderkopbouten. Cilinderkopbouten worden over het algemeen zo ontworpen dat we met een zo klein mogelijke bout zoveel mogelijk boutkracht op kunnen wekken. Reden daarvoor is dat in het ontwerp van een cilinderkop we liefst zoveel mogelijk ruimte willen benutten aan inlaat en uitlaatkanelen , olie en koelkanalen en niet aan bouten.
Cilinderkopbouten worden daarom vaak helemaal tot aan de vloeigrens vastgetrokken Dat betekent dus dat we de maximale boutkracht van de bout benutten, alleen hebben we de bout over de rekgrens getrokken en dus blijvend verlengd. Deze bout kunnen we dus maar 1 keer gebruiken en zal deze na demontage vervangen moeten worden.
Nu gaan we eens een bout/moer verbinding vastzetten op de manier zoals we die allemaal kennen, namelijk door het aandraaien van de moer. Dit noemen we ook wel "Torquen". Door het verdraaien van de moer over de schroefdraad van de bout, trekken we de bout langzaam de bout iets uit (verlenging) en wekken we boutkracht op.
In een ideale wereld kunnen we exact voorspellen hoeveel X graden verdraaiing van de moer leidt tot Y boutkracht.
In de praktijk echter zijn er een aantal variabele factoren welke de uitkomst van deze som beinvloeden. De belangrijkste factor in deze is Wrijving. Er treed namelijk op een aantal plaatsen in je boutverbinding wrijving op welke de uiteindelijke boutkracht beinvloeden. Grof gezegd, maar we kunnen er redelijk van uit gaan, treed 50% van de wrijving op tussen de flanken van het schroefdraad op de bout en de moer en 50% van de wrijving treed op tussen de spiegel van de moer en het aanlegvlak.
Willen we het resultaat van onze boutkracht dus zo nauwkeurig mogelijk maken, zullen we iets aan deze wrijving moeten doen.
In de praktijk doen we dit dus door te smeren tijdens het aandraaien van de moer of de bout. We smeren daarbij dus de schroefdraad en we smeren het oppervlak tussen de spiegel van de moer en het aanlegvlak.
Hiervoor kennen wij een aantal smeermiddelen welke daarvoor geschikt zijn. De meest bekende zijn kopervet (copaslib) en molykote schroefdraadpasta. De smerende bestanddelen van deze smeermiddelen zijn respektievelijk het Koper en het molybeenbestanddeel en NIET het vet. Het vet is de drager van het smeermiddel en zal onder de grote druk tijdens het aandraaien tussen de wrijvingsvlakken uit worden geperst. Het koper of molybdeen blijft echter achter en vult de dalen in het staal op waardoor er een mooi glad oppervlak ontstaat waardoor bout en moer makkelijker over elkaar heen glijden.
Bovenstaande verklaring is dus ook de reden dat een normaal Kalkzeepvet of machine-olie geen enkele invloed heef op de wrijving tijdens het torquen. Gewoon vet of olie wordt simpelweg tussen de wrijvingsoppervlakken uit geperst en heeft geen enkele invloed op de wrijvingscoëfficiënt .
Gezegd moet worden dat Kopervet het grote nadeel heeft dat Koper een zeer goede geleider is en in veel gevallen zal dit onwenselijk zijn vanwege de vaak aanwezige potentiaalverschillen tussen diverse materialen ( staal en aluminium) wat weer verhoogde kans op corrosie veroorzaakt. Het meest gebruikte smeermiddel is dan ook een Molybdeen schroefdraadpasta zoals bijvoorbeeld Molykote P37.
Dan is er helaas nog een onzekere factor welke invloed heeft op de boutkracht en dat is Torsie in de bout. Op een zeker moment zal de wrijving tussen moer en bout tijdens het aandraaien zo groot worden dat de bout zelf wil gaan torderen. Afhankelijk dus van bovengenoemde wrijving zal deze torsie veel of weinig bedragen. Feit is wel dat het een factor is om rekening mee te houden en zoveel mogelijk door middel van goed smeren proberen te voorkomen. Deze opgebouwd torsie tijdens het aandraaien wordt namelijk nadat de bout "vast"zit, opgesloten in de bout en heeft de neiging om nadien"terug te draaien", wat uiteraard leidt tot verlies van verlenging en dus verlies van boutkracht.
Wat tevens belangrijk is tijdens het vastdraaien van een bout of moer is dat de gebruikte sleutel zo zuiver mogelijk op de boutkop of moer wordt geplaatst. Het gebruik van hoge moerdoppen of erger nog, verlengstukken leiden tot het zijdelings trekken aan de boutkop of moer en zorgen dus ook weer voor extra wrijving en tevens voor buigkrachten waarmee de bout als een "banaan" wordt kromgetrokken tijdens het vastdraaien. laat je daarna de sleutel weer los veert de "banaan"weer terug en wordt de boutkracht weer lager.
Waarom zetten we nu een Bout vast op een vastgesteld aanhaalmoment?
Nu we bovenstaande hebben gelezen weten we dat een boutverbinding is ontworpen op een specifieke boutkracht. Hoe weten we nu of deze boutkracht ook in de bout zit wanneer we klaar zijn met sleutelen?
Een veel gehoorde term is : "vast is vast".We weten allemaal dat voor Klaasje vast veel vaster is dan voor Pietje, die iets minder sterk is.
Daarom is een momentsleutel een onmisbaar stuk gereedschap voor het aanbrengen van een zo nauwkeurig mogelijke bout/moer verbinding. En met bovenstaande kennis kunnen wij het uiteindelijk resultaat van ons werk met onze momentsleutel, namelijk het aanbrengen van de juiste boutkracht, zo nauwkeurig mogelijk uitvoeren.
Tegenwoordig worden ook veel roestvaste materialen gebruikt als bout/ moer materiaal. Vooral in onze geliefde klassiekers heeft roestvast materiaal de laatste jaren veel aan populariteit gewonnen. Vanwege de voor de hand liggende estetische eigenschappen wordt het veel gebruikt.
Het meest gebruikte materiaal is RVS 316. Een ChroomNikkelMolybdeen staallegering met een Austenitische kristalstructuur.
Een veel gehoorde uitspraak is tegenwoordig: "RVS loopt altijd los !". Nu blijkt dit in de praktijk inderdaad vaak te gebeuren in klassieker kringen. Ik heb zelf tijdens toerritten regelmatig meegemaakt dat een buddysit bevestigd met RVS ineens los zat enz...
Maar wat is daar nu de oorzaak van?
Is RVS ongeschikt als bevestigingsmateriaal?
Het antwoord is : Nee....
Het belangrijkste bij het monteren van RVS bevestigingsmaterialen is het hanteren van de juiste nauwkeurige werkwijze van het aanbrengen van de juiste boutkracht volgens de hierboven uitgelegde methode.
Het op de juiste manier smeren , het voorkomen van extra buig en torsiekrachten tijdens het torquen van een RVS bout/moer is bij RVS nog veel belangrijker dan een gangbaar boutmateriaal van 8.8 kwaliteit.
Waarom is dit zo belangrijk?
RVS heeft de mechanische eigenschap dat de elasticiteit van RVS lager is dan gangbare staalsoorten. RVS is dus taaier.
Dat betekent in de praktijk dat een M8 bout van RVS bijvoorbeeld 0,1 mm verlengd tot aan het bereiken van de juiste boutkracht en een normale M8 bout van 8.8 materiaal wel 0,3 mm verlengd tot aan zijn juiste boutkracht. Dat is dus een verschil van 66 % in verlenging.
Er hoeft dus bij een RVS bout maar heel weinig verlies van verlenging plaats te vinden voordat de bout het grootste deel van zijn boutkracht verliest en dus los komt te staan.
Omdat de bandbreedte waarin de boutkracht in de bout wordt getrokken bij RVS dus behoorlijk klein is en een kleine verdraaiing van de moer al een groot verschil in boutkracht oplevert, is het dus bij toepassing van RVS materialen NOG belangrijker om nauwkeurig te werken en goed te smeren tijdens het vastdraaien van de bout of moer op het juiste aanhaalmoment.
Een tweede nadeel van RVS is de neiging van RVS om te "vreten" op een ander RVS oppervlak. Wat we vaak merken is dat wanneer we een RVS op een RVS bout vastdraaien, de boel op een gegeven moment begint te piepen en de moer niet meer lekker wil draaien. Dit fenomeen heet vreten. Je kunt je voorstellen dat dit leidt tot een oncontroleerbaar hoge wrijving en leidt tot een onvoorspelbare boutkracht.
Voor ons gevoel zit de bout hartstikke vast, in de praktijk wilde de moer gewoon niet meer draaien vanwege de hoge wrijving en NIET omdat de boutkracht zo hoog was.
Nog een nadeel van RVS is het zeer hoge verschil in potentiaal tussen RVS en veel andere gebruikte metaalsoorten, met name Aluminium. Het fenomeen van het "vastrotten" van een RVS bout in een aluminium gat kennen we allemaal wel. Reden hiervan is dat het hoge verschil in potentiaal tussen RVS en aluminium zorgt voor een versnelling van de corrosie van het aluminium waardoor de aluminium-oxide ervoor zorgt dat de bout vast komt te zitten in het gat waarin hij steekt. Dit nadelige effect is enigszins te voorkomen door toepassing van keramische vetsoorten, maar helemaal stoppen kun je het oxidatieproces niet. Het verdient daarom de voorkeur om RVS NIET in combinatie met aluminium te gebruiken.
Resumerend: RVS is toepasbaar als bevestigingsmateriaal onder de volgende voorwaarden:
- We weten de samenstelling en dus de treksterkte van het materiaal en het bijbehorend aanhaalmoment met bijbehorende wrijvingscoëfficiënt gebaseerd op een goed smeermiddel.
- We hebben de middelen om dit aanhaalmoment op een goede en gecontroleerde manier op de bout of moer aan te brengen
- We passen een goed smeermiddel toe tijdens het op moment aanzetten van de bout of moer.
- We zorgen ervoor dat de lengte van de bout in verhouding tot zijn diameter minimaal een verhouding 4 heeft, zodat we in ieder geval een redelijke verlenging van de bout bewerkstelligen bij de juiste boutkracht. Zeer korte bouten zijn dus ONGESCHIKT voor een constructieve verbinding, en zeker in geval van RVS.
- We passen RVS liever niet toe in combinatie met aluminium.
1 heel belangrijke opmerking ten aanzien van bovenstaand verhaal !!!!
Bovenstaande uiteenzetting is enkel en alleen van toepassing op een verbinding Staal op staal.
Wanneer er sprake is van een boutverbinding welke een afdichtingsvlak op een ander afdichtingsvlak moet houden, zoals bijvoorbeeld een carterhelft, dan wordt de boutkracht bepaald op basis van de maximale druk welke kan worden uitgeoefend op deze pakking.
Op dat moment is het dus de maximale pakkingdruk welke de maximale boutkracht bepaald !
Wel dient de totale boutkracht groter te zijn dan de maximale kracht welke op de constructie onder belasting staat om er voor te zorgen dat de constructie lekdicht blijft. Tevens dient de boutverbinding zo te zijn ontworpen dat binnen de berekende maximale pakkingdruk de bouten zo veel mogelijk richting de 70% yield aan boutkracht bevatten.