Befestigungselemente

Strido wird von 223 Schrauben in drei Größen (M2, M2.5, M3) zusammengehalten, alle mit Innensechskant-Zylinderkopf. Diese Seite erklärt, wie man eine Schraubenbezeichnung liest, wie eine Schraube in einem gedruckten Loch hält, warum die Vorbohrungen so bemessen sind und wie fest in Kunststoff fest genug ist.

In Strido

Die Liste der Befestigungselemente steht in der Stückliste (bom/README.md, Abschnitte Fasteners und Fasteners by joint); jeder Montageschritt führt seine Schrauben im Teilekasten auf (Montageanleitung). Die Passungsprüfung (python -m strido_verify.fits, Bericht verification/fits.md) prüft jede Schraube gegen die Bereiche in hardware/verification/tolerances.yaml. ADR-009 in decisions.md behandelt die Vorbohrungen der Servohalterungen.

Eine Schraubenbezeichnung lesen

M3 × 10 DIN 912 A2 bedeutet:

Teil	Bedeutung
M3	Metrisches ISO-Gewinde, 3 mm Nenndurchmesser (Außendurchmesser). Regelgewinde, sofern nicht anders angegeben: M2 = 0,4 mm, M2.5 = 0,45 mm, M3 = 0,5 mm pro Umdrehung
× 10	Länge in mm, gemessen von unter dem Kopf bis zur Spitze
DIN 912 / ISO 4762	Zylinderschraube mit Innensechskant: zylindrischer Kopf mit Sechskantöffnung. DIN 912 und ISO 4762 haben dieselbe Form; die Stückliste bestellt DIN 912, das CAD nennt sie iso4762_…
A2	Edelstahlgüte (A2 = austenitisch, Typ 304)

Die Befestigungselemente in diesem Roboter

Alle Schrauben sind Zylinderschrauben mit Innensechskant. Eine Inbusschlüsselgröße pro Gewinde:

Gewinde	Inbusschlüssel	Mutter (Schlüsselweite)	Verwendete Längen	Typische Verwendung
M2	1,5 mm	4,0 mm	5, 10 mm	LCD-Halter, Abstandsbolzen des Spannungsreglers, Kameraplatine
M2.5	2,0 mm	5,0 mm	5, 6 mm	Abstandsbolzen für Pi 5 / PCA9685 / INA260, IMU, LiDAR
M3	2,5 mm	5,5 mm	8, 10, 12, 16, 20, 25, 40 mm	alles Tragende: Rahmen, Servos, Beine, Schalen

Die M3 × 10 ist mit Abstand die häufigste (86 im CAD: Servolaschen, Schulterrahmen, Chassis, Knieachsen). Die längste ist die einzelne M3 × 40 des Kamera-Neigegelenks.

Weitere Befestigungselemente in der Stückliste:

• Sechskantmuttern ISO 4032 / DIN 934 (M2, M2.5, M3): einfache Muttern, davon 56 in M3. Einige sitzen in eingeformten Taschen im gedruckten Teil (zum Beispiel die unverlierbare Mutter in upper_shoulder_frame), sodass Sie nur von der Schraubenseite festziehen.
• Sicherungsmuttern mit Nylonring DIN 985 M3 (17 im CAD): Ein Nylonring klemmt das Gewinde, sodass sich die Mutter nicht löst, selbst wenn sie nicht fest angezogen ist. Deshalb werden sie an beweglichen Gelenken verwendet (Tibia-Gelenke, Bolzen der Tibia-Koppel, Kameragelenk).
• Unterlegscheiben ISO 7089 M3 (16): verteilen die Last unter einem Kopf oder einer Mutter an den Knieachsen, Hüftdrehpunkten und Armbolzen.
• Abstandsbolzen, Innen-Innen: Messing M2.5 × 6 mm (Platinen) und M2 × 8 mm (Spannungsregler). Sie heben Platinen vom Deck ab.

Es werden keine Gewindeeinsätze (Einschmelzmuttern) verwendet: Jede Schraube endet in einer Mutter, einer gedruckten Vorbohrung oder einem Metallgewinde.

Drei Arten, wie eine Schraube endet

Der Passungsbericht zählt, wie jede der 223 Schrauben endet:

Abschluss	Anzahl	Was die Schraube hält
Mutter	105	Eine Sechskantmutter, Sicherungsmutter oder ein Messing-Abstandsbolzen; die gedruckten Teile werden zwischen Kopf und Mutter geklemmt
Gewindeformend	78	Die Schraube schneidet ihr eigenes Gewinde in eine gedruckte Vorbohrung (Servolaschen, Servohalter, Knieachsen, Kurbelbolzen, Hüfthörner, Schalendome)
Herstellergewinde	40	Ein Metallgewinde in einem Kaufteil: Aluminiumhörner (Femur-an-Horn), Servoabtriebswellen (Mittelschrauben), LCD-Sechskantbolzen, LiDAR-Gehäuse

Eine Mutterverbindung ist die stärkste und lässt sich beliebig oft nachziehen. Eine gewindeformende Verbindung ist bequem (keine Mutter zum Gegenhalten), aber Kunststoffgewinde verschleißen, wenn Sie die Schraube oft heraus- und wieder eindrehen.

Gewindeformende Schrauben in gedruckten Vorbohrungen

Die normalen Maschinenschrauben der Stückliste werden als gewindeformende Schrauben verwendet: In ein Loch eingedreht, das kleiner als die Schraube ist, verdrängen sie Kunststoff und formen ein passendes Gewinde. Zwei Zahlen entscheiden, ob das funktioniert.

Vorbohrungsdurchmesser

Leitfäden für gewindeformende Schrauben in Thermoplasten empfehlen eine Vorbohrung von etwa $0.8d$ ($d$ = Nenndurchmesser). Strido bewertet die gedruckte Vorbohrung als Verhältnis zu $d$ und berücksichtigt dabei den erwarteten Druckschwund:

$$\frac{D_{\mathrm{printed}}}{d}=\frac{D_{\mathrm{CAD}}-0.15\mathrm{mm}}{d}$$

Gedruckte Vorbohrung / d	Bewertung	Begründung
< 0,70	fail	zu viel Material zu verdrängen: der Dom platzt oder der Schraubenkopf dreht durch
0,70 – 0,90	ok	voller Halt
0,90 – 0,93	warn	schwacher Halt: nach Gefühl festziehen; dreht eine Schraube durch, die Vorbohrung mit dünnflüssigem Sekundenkleber härten und erneut eindrehen
> 0,93	fail	kein Halt

Für M3 bedeutet das: Eine CAD-Vorbohrung von etwa 2,25–2,85 mm ist ok, 2,85–2,94 mm ergibt eine Warnung. Beispiel: Die M3-Vorbohrungen des femur messen im CAD 2,80–2,85 mm, werden also mit etwa 2,65–2,70 mm gedruckt, und $2.70\mathrm{mm}/3\mathrm{mm}=0.90$ (Bereich $0.88$–$0.90d$): ok.

Einschraublänge

Die Einschraublänge ist die Länge, über die das Loch enger als die Schraube ist, also wie viel Gewinde geformt wird. Regel: mindestens $1.5d$ ist ok ($1.5\times 3\mathrm{mm}=4.5\mathrm{mm}$ für M3), $1.0$–$1.5d$ ergibt eine Warnung (nicht zu fest anziehen), unter $1.0d$ schlägt fehl. Die Vorbohrungen des femur haben 4,0 mm Einschraublänge ($4.0/3\approx 1.33d$) und die M2.5-Vorbohrungen des arming_port_bezel 2,5 mm ($1.0d$): beide ergeben eine Warnung, also behutsam festziehen. Warum die Einschraublänge wichtig ist (die Scherfläche des Gewindes wächst mit der eingeschraubten Länge), wird in Festigkeit, Drehmoment und Versagen durchgerechnet.

ADR-009: die Vorbohrungen der Servohalterungen

29 Schrauben der Upstream-Servohalterungsfamilie (left_servo_mount, right_servo_mount, die abgeleiteten Varianten _fl/_fr und servo_mount_top_bracket) greifen in CAD-Vorbohrungen von 2,94–2,97 mm: nach dem Druck 0,93–0,94 d, knapp über dem Bereich für schwachen Halt, mit 4–12 mm Einschraublänge. Upstream-Yertle-Roboter werden mit genau diesen Löchern gebaut; statt sie neu zu konstruieren, dokumentiert das Projekt daher eine akzeptierte Abweichung mit einer Maßnahme für den Erbauer:

1. Bevorzugt: Drucken Sie diese fünf Teile mit X-Y-Lochkompensation −0,15 mm; damit misst die Vorbohrung etwa 2,65 mm (siehe 3D-Druck).
2. Andernfalls: Lassen Sie vor dem Eindrehen jeder Schraube einen Tropfen dünnflüssigen Sekundenkleber (Cyanacrylat) in die Vorbohrung laufen und aushärten; er härtet die Lochwand, sodass die Schraube ein festeres Gewinde formt. Prüfen Sie, dass jede Schraube greift, bevor die Verbindung Last trägt.

Reißt in einer Halterung jemals ein Gewinde aus, sieht das ADR als Ausweichlösung eine Variante mit neuer Vorbohrung von Ø 2,5 mm vor.

Schraubensicherung

Mittelfeste (blaue) Schraubensicherung ist ein anaerober Klebstoff: Sie härtet unter Luftabschluss zwischen Metallgewinden aus (die Metallionen katalysieren die Aushärtung) und verhindert, dass Vibrationen eine Schraube lösen, erlaubt aber weiterhin das Lösen mit Handwerkzeug. Strido verwendet sie nur bei Metall-auf-Metall-Schrauben: den Schrauben in die Servoabtriebswellen und in die Aluminium-25T-Hörner mit Gewinde: die Mittelschrauben der Hörner, die Femur-an-Horn-M3 × 20, die Hüfthorn-M3 × 8 durch die Servohalterung in das Scheibenhorn und die Armbolzen-M3 × 16 in das Armhorn des Knieantriebs. Jeder Schritt kehrt die Last an einem Horn um, und bei Metall auf Metall gibt es keinen Kunststoff, der das Gewinde klemmt; daher lösen sich diese Schrauben am ehesten.

Ein Tropfen auf das Schraubengewinde genügt.

Keine Schraubensicherung in gedruckten Löchern

Laut Henkels Datenblatt wird Loctite 243 auf Kunststoffen, insbesondere Thermoplasten, normalerweise nicht empfohlen, da Spannungsrisse entstehen können; zwischen Stahlschraube und Kunststoff fehlen ihr außerdem die Metallflächen, die sie zum Aushärten braucht. Verwenden Sie für schwache gedruckte Vorbohrungen stattdessen Lochkompensation oder eine mit Sekundenkleber gehärtete Vorbohrung.

Festziehen in Kunststoff

Eine M3-Stahlschraube kann leicht mehr Klemmkraft erzeugen, als ein gedruckter Dom aufnehmen kann. Der Festigkeitsbericht gibt für jede gedruckte Vorbohrung ein Drehmomentlimit an (0,05–0,35 N·m; die Formeln stehen in Festigkeit, Drehmoment und Versagen). Die Regeln aus der Montageanleitung:

• Schrauben in gedruckte Vorbohrungen (als selbstschneidend markiert): drehen, bis sie satt anliegen, niemals mit vollem Drehmoment. „Satt“ heißt, der Kopf liegt gerade auf und die Teile bewegen sich nicht mehr; hier aufhören.
• Durch dünne Teile: Das Elektronikdeck ist in der Mitte 3 mm dick; seine Schraubenköpfe sitzen in Senkungen, also nicht zu fest anziehen.
• Sicherungsmuttern an beweglichen Gelenken: nur so weit festziehen, bis das Gelenk kein Spiel mehr hat; die Kniekoppeln müssen unter ihrem Eigengewicht schwingen (Schritt 12). Eine Sicherungsmutter hält ihre Position, ohne fest angezogen zu sein.
• Reibgelenke: Das Kameragelenk (M3 × 40 mit Sicherungsmutter) wird festgezogen, bis die Kamera ihren Winkel hält; Referenz ist 15° nach unten.
• Kurze Inbusschlüssel: Halten Sie einen Inbusschlüssel nur zum Lösen am langen Schenkel; verwenden Sie zum Festziehen in Kunststoff den kurzen Schenkel (oder Fingerdruck auf einen Schraubendrehergriff), damit Sie nicht versehentlich zu viel Drehmoment aufbringen.

Anzeichen, dass Sie zu weit gegangen sind: Die Schraube dreht weiter, ohne fester zu werden (Gewinde ausgerissen), um das Loch erscheint eine weiße Spannungsmarke, oder neben dem Dom öffnet sich eine Schichtlinie.

Selbsttest

1. Was sagen Ihnen M2.5 × 6 und ISO 4762?
2. Eine M3-Vorbohrung ist mit 2,80 mm gezeichnet. Mit welchem Maß wird sie gedruckt, und welche Bewertung erhält sie?
3. Warum verwenden die Kniegelenke Sicherungsmuttern DIN 985 statt einfacher Muttern?
4. Welche Schrauben in Strido erhalten standardmäßig Schraubensicherung?
5. Was ist die bevorzugte Maßnahme für den Erbauer bei den Vorbohrungen der Servohalterungen nach ADR-009?

Antworten

1. Metrisches Gewinde mit 2,5 mm Durchmesser, 6 mm lang unter dem Kopf; eine Zylinderschraube mit Innensechskant.
2. Etwa 2,65 mm (2,80 − 0,15), also 0,88 d: ok, voller Halt.
3. Das Gelenk muss sich frei drehen, daher kann die Mutter nicht fest angezogen werden; der Nyloneinsatz verhindert trotzdem, dass sie sich löst.
4. Nur die Metall-auf-Metall-Schrauben in die Servohörner; gedruckte Vorbohrungen erhalten niemals anaerobe Schraubensicherung.
5. Diese Teile mit X-Y-Lochkompensation −0,15 mm drucken, was eine Vorbohrung von etwa 2,65 mm ergibt.

Weiterführende Literatur

• Henkel: Technisches Datenblatt LOCTITE 243
• Passungsbericht: verification/fits.md und Entscheidungen (ADR-009)
• Prusa Knowledge Base: PETG (Material, in dem die Vorbohrungen gedruckt werden)
• Verwandt in diesem Wiki: 3D-Druck, Mechanik, Werkzeug und Werkstatt