BOLTED

Ett forum om optimerad skruvsäkring

Vinnarna i SpaceX-tävling väljer killåsningsbrickor

Först publicerad i Bolted #1 2018.

2015 lanserades tävlingen Hyperloop Pod Competition av ELON MUSK, miljardären bakom teknikföretagen Tesla och SpaceX som sysslar med futuristiska transportmedel. Här utmanas universitetsstudenter att designa bästa möjliga transportkapslar för Hyperloop – Musks dröm, där människor färdas inuti en kapsel svävande över ett spår med supersonic fart genom ett gigantiskt nätverk av tunnlar som kopplar samman de största städerna i världen.

Vid 2017 års tävling var WARR Hyperloopteamet från Münchens tekniska universitet de som till sist fick ta emot den lasersintrade trofén av titan. Under tävlingens gång slog de världsrekordet i att resa med hyperloop och använde då Nord-Lock killåsningsbrickor för att säkra varje skruv i sin kapsel.

DET 30 PERSONER STARKA WARR Hyperloopteamet delades in i flera delteam för att hantera olika områden från CAD-design och konstruktion till anskaffning, ekonomi och marknadsföring. Ledaren för delteamet som hade hand om CAD-design och konstruktion, Florian Janke, säger att han inspirerades av Musks vision om ett supersnabbt futuristiskt transportsystem och speciellt idén att människor en dag skulle kunna resa från München till Berlin på bara 30 minuter.

– När Musk lanserade SpaceX-tävlingarna visste jag att jag var tvungen att vara med. Vi klarade oss bra i alla delar av Hyperloop Pod Competition. I sista delen, som fokuserar på maxhastighet, lyckades vi komma upp i 324 km/h, säger han.

WARR Hyperloop-teamets lätta kapsel slog det tidigare rekordet på 310 km/h som innehades av Hyperloop One från Kalifornien, vars kapsel uppnådde denna hastighet i ett 500-metersrör.

– Det uppstår såklart stor acceleration och mycket vibrationer vid tester i så höga hastigheter i ett relativt kort rör – 1,2 km. Att skruvarna satt säkert var en prioritet, så vi använde Nord-Lock killåsningsbrickor, som håller skruvarna säkert på plats. De var perfekta, förklarar Janke.

WARR-teamet har registrerat sig för nästa Hyperloop-tävling som är den tredje och har redan klarat första uttagningen. Några deltagare från det gamla teamet är även med i 2018 års team i nya roller och ansvarsområden, men de flesta av dem fortsätter med sina studier. Några reser från mässa till mässa och visar upp 2017 års vinnande kapsel.

EFTERSOM TEAMET HADE ett nära samarbete med många tillverkare för att få ekonomiskt stöd och tillgång till olika delar har några teammedlemmar i efterhand varit på intervjuer hos dessa företag och kommer eventuellt att börja arbeta hos dem.

Nytt nummer av Bolted ute nu!

Nummer 1 – 2018 av Bolted är nu ute! Precis som vanligt är detta numret fullt av intressanta artiklar och insikter från skruvsäkringsbranschen.

I det här numret av Bolted tittar vi närmare på hur produktionsprocessen av en traditionell skruv ser ut – från råmaterial till skräddarsydda applikationer.

Vi har träffat experten Filemon Schöffer för att prata trender inom friformsframställning (3D-printing), och vi har besökt det tyska företaget ”MMG” som producerar gigantiska propellrar – huvudsakligen för fartyg.

Och givetvis mycket mer.

Bolted finns tillgängligt på 9 olika språk, som du kan läsa här:
Engelska
Tyska
Franska
Svenska
Finska
Japanska
Kinesiska
Koreanska
Spanska

Vill du få Bolted gratis hem i brevlådan? Prenumerera genom att klicka här!

Tips från skruvsäkringsexperten

Bolted fick en unik möjlighet att träffa Japans främste expert på skruvsäkring, doktor Tomotsugu Sakai. Hans bok Bolted Joint Engineering – Funda­mentals and Applications anses vara det fulländande verket om skruvsäkring.

Först publicerad i Bolted #1, 2017.

Hur definierar du den perfekta skruvsäkringen, som du också har tagit upp i din bok?
– Det bästa vore om skruvsäkringen utgick från allmänt tillgängliga, standardiserade fästelement och inte från specialkonstruerade delar. Än viktigare är att säkerställa att skruvsäkringskonstruktionen inte på något sätt kan råka ut för någon typ av skruvbrott. Hela produktkonstruktionen fallerar om ett enda skruvbrott uppstår. Man måste ta hänsyn till varje aspekt. Jag anser att ”evaluation without any omission” är det viktigaste.

Är det en fördel att använda smörjmedel vid skruvsäkring?
– Ja, om de monterade objekten inte glider mot varandra kan det ur alla aspekter vara gynnsamt att minska friktionskoefficienten. Om monterade objekt befinner sig i en miljö som gör dem ”lossningsbenägna” är det troligare att de lossnar om friktionskoefficienten är låg, men det måste inte leda till att de lossnar.

De blir ”lossningsbenägna” om den miljö de befinner sig i gör att de gång på gång glider mot varandra med en kraft som överstiger en viss tröskel.

Hur kan externa krafter orsaka glidning baserad på skjuvriktning, axiell riktning och torsion?
– Om en extern kraft appliceras i skjuvriktningen gör det att de monterade delarna glider. Om den appliceras i axiell riktning separeras de monterade objekten – separation. Under dessa omständigheter är det mer troligt att fästelementen lossnar ju lägre friktionskoefficienten är.

När jag skrev Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications, utgick jag från den gängse uppfattningen om glidfenomenet när jag förklarade varför monterade objekt glider på kontaktytan – så kallad ”makroglidning”. Den här typen av glidning kan ses med blotta ögat då den visuella bekräftelsen kan fastställas redan vid 0,1 mm. Runt 1988 upptäckte man att osynlig ”mikroglidning” faktiskt uppstår innan makroglidningen och att det leder till rotation som är så liten den inte kan fastställas med blotta ögat oavsett i vilken riktning den sker. Fenomenet ”mikroglidning” förminskar gradvis den axiella kraften. Det introducerades i en artikel i Journal of the Japan Society for Precision Engineering.

– Om monterade objekt är i kontakt med varandra kan glidlängden i en viss sektion av kontaktytan eller i andra sektioner inte mätas med traditionella experiment. Men alla dessa värden kan kalkyleras med den finita elementmetoden FEM. Den har använts i samband med fästelement sedan cirka år 2000 och idag nyttjas den i den mesta forskningen kring gängade fästelement. I en artikel av doktor Satoshi Izumi et al. från 2006 tillkännagavs att gradvis roterande lossning hade identifierats i samband med mikroglidning (osynlig minimal glidning) snarare än med makroglidning (tydlig, synlig glidning). Jag blev chockerad när jag läste artikeln, som hävdar att när mikroglidning uppstår upprepade gånger, så orsakar den minimal roterande lossning så liten som 1 grad per 1 000 gånger eller 1/1 000 grader varje gång. En gradrotation på 1/1 000 går inte alls att se med ögat. Med den finita elementmetoden kan den studeras exakt och man kunde påvisa att mikroglidningen orsakar roterande lossning. Det kändes som jag var i knipa! [Skrattar] Resultatet ruskade rejält om uppfattningen om vad den kritiska punkten för glidning var.

Jag visste såklart att mikroglidning kunde leda till nötningsslitage, men hade inte övervägt att det kunde orsaka roterande lossning. Vid den tiden hade jag ingen möjlighet att testa det. Det var en tankeväckande upplevelse.

FAKTA: Mikroglidning
En glidning som inte kan ses med blotta ögat. Den leder till en gradvis minskande klämkraft som i slutändan kan leda till synlig roterande lossning (makroglidning). Sättningar och relaxation av materialet kan också minska klämkraften. Nord-Lock Group har utvecklat X-seriebrickor som kan hantera båda former av glidning. De motverkar alla typer av klämkraftförluster via fjädereffekten samtidigt som kileffekten förhindrar spontan skruvlossning.

FAKTA: Doktor Tomotsugu Sakai

  • 1941 – Född i staden Okazaki i Japan.
  • 1979 – Efter att ha jobbat för Toyota Motor Corporation fick han sin doktorsexamen i teknik, huvudsakligen inriktad på styrka- och hållbarhetstester, forskning och utveckling av olika bildelar.
  • 2001 – Övergår till Toyota Techno Service Corp och börjar arbeta med utbildning och teknisk rådgivning om gängade fästelement.
  • 2007 – Går i pension och etablerar Sakai Consulting Office om skruvsäkringsteknik där han ger utbildningar och ger teknisk rådgivning om skruvsäkring än idag.

Brickor ger trippelt skydd vid transport av kärnavfall

23 februari 2018
comment

Text: Ulrich Schamari

bild: ILLUSTRATIONER: Daher Nuclear Technologies

Först publicerad i Bolted #2 2017.

UTMANINGEN

Daher Nuclear Technologies GmbH ligger i Hanau inte långt från Frankfurt am Main i Tyskland och utvecklar behållare för transport av radioaktiva ämnen. Av uppenbara skäl måste dessa behållare vara extremt säkra.

När företaget konstruerade en ny behållare för transport av uranhexafluorid var de tvungna att ta hänsyn till de mycket strikta internationella och nationella kraven, bland annat Internationella atomenergiorganets rekommendationer för transport på väg, via järnväg och till sjöss. En behållare som uppfyller dessa krav måste till exempel motstå de mekaniska och termiska belastningar som kan uppstå om en olycka sker.

De mekaniska olycksbelastningarna definieras av en sekvens av tester som innefattar fall från 120 centimeters höjd följt av ett fall från 9 meters höjd och till sist ett fall från 1 meters höjd ner på en spets. Behållaren måste förbli förseglad så att efterkommande värmetest, en eld, inte äventyrar behållarens säkerhet.

LÖSNINGEN

Daher tog sig an uppgiften att konstruera behållarens lås på så sätt att spärrbultarna inte under några omständigheter kunde bli lösa eller lossna medan behållaren lastades ombord på en lastbil eller under transporten. Företagets intensiva jakt på den optimala lösningen ledde till Nord-Lock killåsningsbrickor av typen NL16-254SMO. Dessa säkerhetsbrickor är en viktig komponent i Dahers tredubbelt skyddade låssystem: låset säkras med en skruv som i sin tur låses i sin position av ytterligare en skruv. Killåsningsbrickorna från Nord-Lock placeras under den andra av dessa skruvar. Varje behållare har sex lås och varje lås är utrustat med ett par Nord-Lock brickor.

RESULTATET

Tack vare att Nord-Lock killåsningsteknik används i låssystemet på Dahers transportbehållare för kärnkraftsindustrin kan de inte längre lossna på grund av vibrationer eller spänningar, utan fortsätter vara säkert och korrekt låsta. Daher kunde även nöjt konstatera hur kostnadseffektivt det var att använda Nord-Lock produkter och hur enkelt underhållet är. Vid behov kan killåsningsbrickorna ersättas när som helst för att säkerställa att transportbehållarna alltid är i prima skick. Behållarna har en servicelivslängd på mer än 30 år – något som Nord-Lock brickorna bidrar till.

Experterna: Förbättring av utmattningshållfastheten

Först publicerad i Bolted #2 2015.

F:  Hur förbättrar man utmattningshållfastigheten?
S: Utmattningsgränsen i ett skruvförband är väldigt låg jämfört med den statiska kapaciteten. För att öka utmattningshållfastheten bör konstruktörerna öka gängkapaciteten och minska dynamiska belastningen på gängorna.

För att öka gängkapaciteten är rekommendationen att använda en rullad gänga istället för en skuren gänga. För att öka kapaciteten i  skruvförbandet kan även flera mindre fästelement användas istället för en enda stor.

Kapaciteten ökar också om man använder till exempel en Superbolt MJT eller Flexnut, vilka förbättrar belastningsfördelningen över gängorna och gör skruvförbandet mer elastiskt.
Det bästa sättet att öka utmattningshållfastheten är genom att minska dynamiska belastningen på gängorna. Detta kan göras på tre sätt: under konstruktionsprocessen, med åtdragningsrutiner samt med ytterligare fokus på förbandets säkerhet.

Under kontruktionsprocessen finns det möjlighet att förbättra belastningsfördelningen i skruvförbanden och minska nivån av extern spänning på varje skruvförband. Tänk då på följande:

1. Att använda högsta möjliga förspänning.
2. Att minimera lastexcentriciteten på skruven.
3. Att använda största möjliga kontaktytor.
4. Att använda största möjliga klämlängder.
5. Att i de flesta fall använda en förspänning högre än arbetsbelastningen.

Andra konstruktionsalternativ är att använda skruv med midja och fjäderbrickor, då dessa motverkar relaxation, krypningar och termisk differentiell töjning.

När det gäller förbandets åtdragning är det viktigt att se till att rätt förspänning uppnås så att dynamiska belastningen kan minskas. Kalibrerade verktyg med hög precision rekommenderas. Dessutom rekommenderas användningen av ett smörjmedel som gör att rätt förspänning kan uppnås och som även minskar risken för kallsvetsning. Lämplig åtdragningssekvens bör användas för att minska risken för att skruvarna blir ojämnt belastade och för att skruvförbandet inte ska skadas.

När det gäller förbandets säkerhet rekommenderas att skruvförbandet säkras så att förspänningen inte sjunker alltför mycket eller går förlorad helt. Dessutom bör förbandet säkras mot miljöeffekter, exempelvis korrosion som kan ge upphov till utmattningssprickor. Detta kan göras genom att lämpliga material och/eller ytbehandlingar väljs för alla delar och fästelement.

 

Fråga experterna
Har du en fråga om skruvsäkring?
Ställ Nord-Locks experter mot väggen.
Skicka dina frågor om skruvsäkring till
experts@nord-lock.com