Bouten en Studs
De primaire functie van bouten, moeren en tapeinden is om de verschillende componenten met elkaar te verbinden.
Een bijkomende functie, bijvoorbeeld bij koppakkingen, is om de pakking zodanig te klemmen dat het de vrijkomende druk van de verbrandingsslag kan weerstaan. Een goed inzicht in het gebruik is van cruciaal belang in het functioneren van de motor en om problemen tot een minimum te beperken.
Bouten en studs worden onderverdeeld in twee categorien, Kritisch en Niet-Kritisch.
Drijfstangbouten, Hoofdlagerbouten/studs en Kopbouten/studs zijn een goed voorbeeld van de Kritische categorie. Deze categorie bouten/studs heeft altijd een aanhaalmoment. Oliepan-, timing cover- en klepdekselbouten zijn dus Niet-Kritisch omdat ze geen aanhaalmoment hebben.
REK
Bouten en studs zijn elastisch. Wanneer een bout/stud wordt aangehaald wordt deze als het ware opgerekt. Het materiaal, de diameter en het moment bepalen de mate van rek, en dus de klemspanning.
In het geval van de cilinderkop moet de klemspaning dus groter zijn dan de druk van de verbrandingsslag. Als vuistregel geldt dat de klemspanning van de cilinderkoppakking 3 keer de interne druk is.
Voorbeeld: Een interne verbandingsdruk van 1,400psi (95.2baR) in V8 met een boring van 4.250" (107.95mm) drukt met een kracht van 19,861 lbs (9,016 kg) tegen de cilinderkop. Dit betekent dat er per cilinder een opwaartse kracht van 59,583 lbs (=3 x 19,861 lbs) overwonnen moet worden. Met een 5-bouts gatenpatroon betekent dat 11,917 lbs per bout/stud.
Omwille van de duidelijkheid zijn er in dit voorbeeld een aantal factoren weggelaten zoals: Materiaal, cilinderkop-type (Al, GGY etc) en de gebruikt soort koppakking (organisch, MLS etc).
VLOEIGRENS
Elke bout/stud heeft een vloeigrens. Als een bout wordt aangehaald met een kracht die lager is dan de vloeigrens zal de bout/stud weer terugkeren naar zijn oorspronkelijke lengte.
Wordt de bout aangehaald met een kracht die groter is dan de vloeigrens dan zal de bout/stud permanent vervormen en niet meer terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm. De bout/stud zal zijn klemkracht nog behouden maar kan na demontage niet meer gebruikt worden (rekbouten).
MONTAGE
Er zijn verschillende manieren om een bout/stud te monteren:
1 - Trial and Error
Dit betekent zoveel als: "aanhalen op gevoel". Niet erg wetenschappelijk en al helemaal niet betrouwbaar.
2 - Momentsleutel
Een behoorlijke verbetering maar niet optimaal. Vergeet niet dat meer dan 90% van het aanhaalmoment nodig is om de frictie te overwinnen en de bout/stud te draaien. De overige 10% rekt de bout/stud op tot de voorgeschreven lengte. Een goed geoliede en schone bout/stud heeft een 90/10 ratio. Als de bout/stud beschadigd is (draad/kop/aanlegvlak) dan is deze verhouding veel minder 92/8 of misschien nog wel minder.
Denk hier dus aan tijdens montage. Gebruik ook altijd schone onbeschidigde bouten om de verschillen in klemkracht tot een minimum te beperken. Verschillen in klemkracht kunnen de boring vervormen en/of koppakkingen ongelijkmatig klemmen (met alle nadelige gevolgen van dien).
Tenzij anders staat aangegeven wordt aangenomen dat allen bouten/studs worden gemonteerd met 30W motorolie. Als de bouten in direct contact staan met water dan zorgt de voorgeschreven thread-sealer voor de benodigde smering.
Maak ook, indien mogelijk, gebruik van geharde ringen. Deze zijn niet ter bescherimg van de cilinderkop maar geven een uniforme ondergrond aan de bout/stud zodat de klemspanning over alle bouten gelijk is.
METHODE 1 - "AANHALEN-TOT-VLOEIGRENS"
Zo in het midden van de jaren 80 ontstond er een nieuwe manier om bouten/studs aan te halen. Dit was gebaseerd op het principe: "Hoe meer je een bout/stud aandraait, hoe hoger de klemkracht". Uiteraard tot net VOOR de vloeigrens.
Nu kan er ook gewoon gekozen worden voor een dikkere bout/stud om meer klemkracht te krijgen maar zo eenvoudig is het niet.
Een dikkere bout/stud heeft minder rek nodig om tot een hogere klemkracht te komen. Dit betekent dat als de rek afneemt er procentueel meer klemkracht verloren gaat.
Voorbeeld:
een 7/16" bout met een rek van .070" is gelijk aan 11,900 lbs. klemkracht;
een 9/16" bout met een rek van .030" is gelijk aan 11,900 lbs. klemkracht;
Een organische pakking met een gemonteerde dikte van .045" verliest tijdens gebruik 25% van zijn oorspronkelijke dikte (= .011")
Gevolg:
De 7/16" bout verliest 1/7 van zijn klemkracht tot 10,200 lbs
De 9/16" bout verliest 1/3 van zijn klemkracht tot 7,933 lbs
Zoals blijkt is het risico bij de 9/16" bout veel groter dan de 7/16 bout. Hieruit volgt dat hoe groter de rek hoe minder het procentuele verlies aan klemkracht.
Als de bout wordt aangehaald met een kracht die te dicht bij de vloeigrens ligt, in combinatie met een pakking die niet inzakt (MLS), kan het volgende probleem zich voordoen.
Bij een gemiddelde gebruikstemperatuur van 250F (121C) zal de bout nog eens .005" verder rekken. Dit betekent dat de totale klemkracht niet net voor, maar over de vloeigrens gaat. Dit gebeurt elke keer als de motor op gebruikstemperatuur komt. Dit veroorzaakt het het uitharden van de bout en leidt uiteindelijk tot een voortijdige breuk.
METHODE 2 - "AANHALEN-OP-TORQUE-HOEK"
Het is duidelijk dat wanneer we een bout willen aanhalen tot net voor de vloeigrens er een betere methode moet komen dan het meten van de "weerstand-tot-draaien".
In het Engels heet deze methode: "Torque Turn to Tighten", ofwel TTT. Met deze methode worden de bouten met een relatief laag aanhaalmoment vastgezet zodat een gelijke uitgangspositie voor het definitief aanhalen ontstaat. Hierna wordt de bout aangehaald volgens de opgegeven hoek. Op deze manier worden alle variabelen (draad, materiaal, frictie etc.) uitgesloten en is de rek zeer nauwkeurig en gelijk.
