Was genau macht eine Schraube „luftfahrttauglich“?

Haftungsausschluss: Ich habe 15 Jahre lang als Luft- und Raumfahrtingenieur für die USAF gearbeitet. Unsere Organisation verwaltete (unter anderem) die 53. Federal Stock Group ^{( 1 )} , zu der Bolzen, Schrauben usw. gehören. Damit möchte ich andeuten, dass ich einige (angestaubte) Kenntnisse zu diesem Thema habe.

Während die Qualitätskontrolle, wie angedeutet, ein wesentlicher Teil des Prozesses ist, ist dies allein nicht der einzige Unterschied. Entscheidend ist auch, wie die Schraube hergestellt wird (das verwendete Herstellungsverfahren).

So sind beispielsweise Schrauben mit „gerolltem Gewinde“ üblich.

Zitieren aus Branchenliteratur ^{( 2 )} :

Aufgrund ihrer überlegenen Zug-, Scher- und Ermüdungsfestigkeit sind häufig gerollte Gewinde konstruktionsbedingt erforderlich. Andere Verfahren entfernen Material, um die Gewindeform herzustellen, aber das Gewindewalzen verdrängt das Material mit gehärteten Stahlmatrizen ...

Die Materialkörner (Moleküle) in die Form des Gewindes zu bringen, anstatt es durch Materialabtrag zu schwächen, führt dazu, dass die Körner an den kritischen Stellen des Gewindes dichter werden, insbesondere im Grund und an der Flanke unterhalb des Flankendurchmessers ...

                       

                                                          ^{Abbildung 1 : Ungerolltes Gewinde}

Betrachtet man also das „nicht gewalzte“ Gewinde (Bild 1), so sieht man, dass geschnittene Gewinde (z. B. auf einer Drehbank) freiliegende Korngrenzen aufweisen. Ein solcher Zustand ist für bestimmte Anwendungen unerwünscht, beispielsweise bei hohen Stoßbelastungen. Diese Bereiche wären anfällig für Bruch/Versagen.

Vergleichen Sie die obige Abbildung mit der Abbildung "gerolltes Gewinde":

                       

                                                              ^{Abbildung 2 : gerolltes Gewinde}

Hier (Abb. 2) kann man, wie oben erklärt, sehen, dass die Korngrenzen um die Konturen des Gewindes fließen , wodurch die exponierten Korngrenzenbedingungen gemildert werden und dadurch ein überlegenes Gewinde erzeugt wird.

Zusammenfassend sind es also sowohl die Anforderungen an die Qualitätskontrolle als auch der Herstellungsprozess, der zur Herstellung des Bolzens verwendet wird, die ihm Flugzeugqualität verleihen.

Quellen:

1. BUNDESVERSORGUNGSKLASSIFIZIERUNG Gruppen und Klassen (PDF)

2. Horst Engineering: Gewindewalzen

Teile für den Einsatz in Flugzeugen müssen zertifiziert werden. Das bedeutet, dass sie aus standardisierten Materialien in einem standardisierten und rückverfolgbaren Prozess hergestellt werden müssen . Das Teil muss während der Produktion gründlich geprüft und die gesamte Historie des Teils muss aufgezeichnet werden. Die Tests und der Papierkram machen oft den größten Teil der Kosten des Teils aus. 100 Dollar Bolzen sind keine Seltenheit.
„Luft- und Raumfahrtqualität“ bedeutet, dass die zur Herstellung des Teils verwendeten Materialien und Verfahren für die Verwendung in Flugzeugteilen geeignet sind. Ich vermute, dass Luft- und Raumfahrtanbieter Ihnen zwei Versionen desselben Teils verkaufen werden: eine mit der gesamten Papierspur zur Verwendung in Flugzeugen und die andere ohne die Papierspur zur Verwendung an anderer Stelle.

Obwohl es sich nicht um Materialwissenschaften handelte, gab mir mein A & P seine Erklärung des Themas, als mein Flugzeug für das Jahr anfing:

Mechanik: Diese beiden Schrauben sind identisch. Dieser kommt von Home Depot und kostet 25 Cent. Dieser stammt von einem Luftfahrtzulieferer und ist für die Verwendung in Ihrem Flugzeug zertifiziert; es kostet $ 2,00 pro Schraube. Wenn ich das Home Depot benutze und es im Flug versagt, bin ich haftbar. Wenn ich die 2,00 $ benutze, ist der Hersteller.

Ich: Nun, was ist der Unterschied zwischen den beiden?

Mechaniker: Ungefähr 1,75 $ Haftpflichtversicherung.

Sicherlich übertrieben, aber wichtig ist der Grundsatz: Geht bei Ihrer Terrassendiele eine Schraube kaputt, besteht keine Haftungs- oder Tauglichkeitsvermutung. Es ist eine Schraube; es ging kaputt. Es passiert.

Aber wenn die Schraube in einem Flugzeug versagt und Sie ein Querruder verlieren, ist das eine andere Geschichte. Die Anwälte wollen jemandes Kopf holen. Während also ein großer Teil der Materialkosten die Haftung des Herstellers deckt, wird die Versicherungsgesellschaft keine Haftpflichtpolice gewähren, es sei denn, der Hersteller kann nachweisen, dass der Bolzen im Flug nicht versagt, dass buchstäblich jede angemessene Vorsichtsmaßnahme, Testverfahren, Herstellungsverfahren und Qualitätskontrollmechanismen, die der Industrie bekannt sind, werden eingesetzt, um sicherzustellen, dass diese Schrauben sicher sind. Denn wenn der Hersteller auch nur eine vernünftige Vorsorge versäumt, muss die Versicherung zahlen.

Ich habe wenig Wissen über die Luft- und Raumfahrtindustrie, abgesehen von dem, was ich mir aus meiner Kindheit in Derby (UK, East Midlands), der Heimat von Rolls Royce, angeeignet habe.

In Bezug auf die verwendeten Materialien gibt es eine Reihe von Speziallegierungen, die in Flugzeugtriebwerken verwendet werden, insbesondere Nimonic , das zur Herstellung von Schrauben für Flugzeugtriebwerke verwendet wird. Nimonic wurde von Henry Wiggin and Company , Birmingham UK, entwickelt.

Mein Bruder arbeitete für eine Firma in Derby und bediente eine CNC-Drehmaschine, auf der die Schrauben geschnitten wurden (ich übernehme Gewinde, Fräsen usw.). Die Legierung ist sehr teuer, daher ist es zu einfach, an einem schlechten Tag eine Rechnung zu erstellen.

Verknüpfungen

Rolls-Royce Civil Aerospace

Artikel aus dem Derby Evening Telegraph

1951-Werbung für Nimonic

Hoffe, das ist von Interesse.

Alle Arten von Verbindungselementen aus der „Luft- und Raumfahrt“ werden streng getestet und überwacht, um für die Erfüllung der strengen NAS-Anforderungen qualifiziert zu werden. Charge für Charge, Jahr für Jahr erhalten Sie ein zuverlässiges Teil.

National Aerospace Standards Seite der Aerospace Industries Association

Außerdem werden eine große Anzahl von MS-Zeichnungen (Militärstandards) und verschiedene US-Militärspezifikationen verwendet

Es wird viel Aufwand und Zertifizierung betrieben, um sicherzustellen, dass sehr hochwertige Hardware ihre Anforderungen vollständig erfüllt und nicht gefälscht ist.

Hochwertige Verbindungselemente müssen sehr strenge Standards für die metallurgische Zusammensetzung erfüllen. Die Wärmebehandlung und andere Prozesse müssen richtig gesteuert werden. Herstellungsprozesse müssen konsistent sein und genau überwacht werden. Produktionschargen werden nach einem Zeitplan bemustert und getestet, um sicherzustellen, dass die Standards eingehalten werden. Es gibt eine sehr große Sammlung von Festigkeits-, Passungs-, Temperaturbereichs- und Ermüdungstoleranzanforderungen, die Befestigungselemente aus dem Baumarkt nicht einmal kennen. Flugzeugteile werden mit Materialzertifikaten, Prozesszertifikaten und Festigkeitsprüfungszertifikaten geliefert. (natürlich nicht jede einzelne Schraube, sondern Lose, die den Händlern zur Verfügung gestellt werden)