Wer eine Zeichnung für eine kundenspezifische Schraube oder einen Bolzen vorliegen hat, sieht sich oft einer Auswahlliste gegenüber, in der Händler, allgemeine Zerspanungsbetriebe und spezialisierte Verbindungselemente-Hersteller mit nahezu identischen Websites gemischt sind.
Die Qualifizierung eines Herstellers von Luftfahrt-Verbindungselementen hängt an vier Prüfpunkten, in dieser Reihenfolge: Legierungsspektrum, Gewindeprozess, Toleranznachweise und Chargenrückverfolgbarkeit.
Diese Prüfpunkte unterscheiden einen Anbieter, der das Teil bearbeiten kann, von einem, der zusätzlich die Unterlagen liefert, die ein Luftfahrtprogramm akzeptiert. Eine Charge kann jedes Maß auf der Zeichnung erfüllen und wird bei der Wareneingangsprüfung trotzdem zurückgehalten, wenn die Nachweise über die Konformität nie erstellt wurden.
Alle vier Prüfpunkte bereits in der Vorauswahl abzufragen kostet nur wenige Dokumentenanfragen – lange bevor eine Bestellung das Programm auf einen Terminplan festlegt.
Was unterscheidet einen Hersteller von Luftfahrt-Verbindungselementen von einem allgemeinen Verbindungselemente-Betrieb?
Die Fertigung von Luftfahrt-Verbindungselementen ist nicht die allgemeine Verbindungselemente-Fertigung mit anschließend verschärfter Prüfung.
Sie beruht auf einem anderen Werkstoffspektrum, einem anderen Aufwand bei der Dokumentation und einem anderen Normenumfeld. Ein Betrieb kann über Jahre enge Toleranzen an Kohlenstoffstahl halten und trotzdem keine Fertigungshistorie für ein Titanbolzen-Programm haben.
Legierungsspektrum und Zerspanungskosten
Das in der Luftfahrt wiederkehrende Legierungsspektrum ist schmal. Titan Ti-6Al-4V, A286, Inconel 718 und Edelstahl 17-4PH decken den größten Teil davon ab. Ein allgemeiner Verbindungselemente-Betrieb arbeitet mit Kohlenstoffstahl und Standard-Edelstahl, und diese beiden Listen überschneiden sich selten.
Der Unterschied liegt hier bei Zykluszeit, Werkzeugverbrauch und realistischer Kalkulation. Ein Lieferant, der diese Legierungen in der Serie verarbeitet hat, gibt einen Preis an, der bis zur Erstmusterprüfung Bestand hat. Ein Lieferant ohne diese Erfahrung kalkuliert häufig auf Basis von Stahl und korrigiert nach oben.
Einkäufer, die CNC-Lohnfertigung für die Luft- und Raumfahrt vergleichen, können zunächst aktuelle Fertigungsaufzeichnungen zu diesen Legierungen anfordern, mit den produzierten Stückzahlen.
Prozesskontrolle und Chargendokumentation
Der zweite Unterschied liegt in der Dokumentation auf Chargenebene, nicht in der Länge der Maschinenliste.
Ein Luftfahrtauftrag geht mit der Erwartung einher, dass jedes Los auf sein Material und seine Prüfergebnisse zurückführbar ist. Diese Erwartung prägt die Planung einer Serie, nicht die nachträgliche Dokumentation.
Normenumfeld: NAS, MS und ISO 9001
Für ein Verbindungselement aus der Luftfahrt gelten zwei Arten von Normen, die Einkäufer oft vermischen. Trennt man sie, lässt sich eine Aussage zur Zertifizierung deutlich leichter einordnen.
NAS-, MS- und AN-Normen regeln das Verbindungselement selbst. Sie legen Abmessungen, Gewindeform, Werkstoff und Festigkeitsklasse für eine bestimmte Teilenummer fest.
ISO 9001 regelt den Lieferanten. Die Norm ist die von SAE International herausgegebene Qualitätsmanagementnorm für die Luftfahrt und zertifiziert ein Managementsystem, kein Bauteil. Ein Lieferant kann nach ISO 9001 zertifiziert sein und dennoch keine Fertigungshistorie in einer bestimmten Legierung haben.
Kaltstauchen, Gewindewalzen und CNC-Bearbeitung im Vergleich
Die Wahl des Fertigungswegs richtet sich nach Stückzahl und Geometrie, nicht nach der Vorliebe des Lieferanten. Hersteller von Verbindungselementen für die Luftfahrt kalkulieren dieselbe Zeichnung unterschiedlich, je nachdem, welchen Fertigungsweg sie dafür wählen. Ein Verbindungselement, das sich bei 50.000 Stück für das Kaltstauchen eignet, eignet sich bei 50 Stück für die Zerspanung.
Tabelle 1. Vergleich der Fertigungswege
| Route | Stückzahl-Eignung | Geometrie-Eignung | Ermüdungsverhalten | Kostentreiber | Faktor Lieferzeit |
|---|---|---|---|---|---|
| Kaltstauchen | 10.000 Stück und mehr | Standardköpfe auf gleichmäßigen Schäften | Der Faserverlauf folgt dem umgeformten Kopf und erhöht die Festigkeit des Kopfes | Die tooling build | Werkzeug-Lieferzeit vor dem ersten Fertigungslos |
| Gewindewalzen | 1.000 Stück und mehr | Außengewinde auf umgeformten oder gedrehten Rohlingen | Kaltumformung hinterlässt Druckspannungen am Gewindegrund und erhöht die Ermüdungslebensdauer gegenüber geschnittenen Gewinden | Werkzeugzustand und Kalibrierung der Kräfte | Werkzeugwechsel für jede Gewindeform |
| CNC-Bearbeitung, einschließlich Langdrehen | 1 bis 5.000 Stück | Nicht standardisierte Geometrie, Freistiche, Querbohrungen, schlanke Schäfte | Geschnittene Gewinde unterbrechen den Faserverlauf; wenn die Ermüdung ausschlaggebend ist, wird daher in der Regel das Rollen nach der Wärmebehandlung vorgegeben | Stückzeit bei Titan- und Nickellegierungen | Programmierung plus Erstmusterfreigabe |
Kaltstauchen als bevorzugter Fertigungsweg
Die Werkzeugkosten müssen sich über die Serie amortisieren. Diese eine Einschränkung erklärt die Stückzahlschwelle in der Tabelle.
Ein Kaltstauchprojekt erfordert den Werkzeugbau, bevor das erste Teil versandt wird. Auf 50.000 Stück verteilt, macht dieser Kostenanteil nur einen kleinen Teil des Stückpreises aus. Bei einem Erstmuster oder einer Überbrückungsserie von 200 Stück dominiert er das Angebot.
Rohlinge aus Titan- und Nickellegierungen werden in der Regel durch Warm- oder Heißstauchen statt durch Kaltstauchen umgeformt, weil diese Legierungen sich bei Raumtemperatur schlecht umformen lassen. Dadurch wird der Kreis der Lieferanten kleiner, die sie im eigenen Haus umformen können.
Für Einkäufer, die Herstellung kundenspezifischer Verbindungselemente in kleinen Stückzahlen beziehen, bestimmt in der Regel die Wartezeit auf das Werkzeug den Zeitplan, bevor die Werkzeugkosten den Preis bestimmen.
Gewindewalzen als Vorgabe
Das Walzen nach der Wärmebehandlung hinterlässt Druckeigenspannungen am Gewindegrund und erhält den durchgehenden Faserverlauf durch das Profil. Auf Ermüdung ausgelegte Verbindungselemente schreiben diese Reihenfolge bewusst vor, und ihre Umkehr verschenkt einen Großteil des Vorteils.
Gewalzte Gewinde bilden außerdem eine gleichmäßigere Oberfläche als geschnittene Gewinde. Forschung zur Gewindegeometrie von Aerospace Manufacturing and Design bringt diese Gleichmäßigkeit mit einem geringeren Risiko für Kaltverschweißen bei Titan und anderen exotischen Legierungen in Verbindung. Oberflächenbehandlung und Schmierung tragen weiterhin viel zum Schutz vor Kaltverschweißen bei.
CNC-Bearbeitung als bevorzugter Fertigungsweg
Die Zerspanung übernimmt, sobald die Geometrie nicht mehr Standard ist. Hinterschneidungen, Querbohrungen und Schlüsselflächen an Sonderköpfen verlagern die Arbeit auf CNC-Drehen und CNC-Fräsen. Schlanke Schäfte jenseits eines Längen-Durchmesser-Verhältnisses von etwa acht zu eins verlagern die Fertigung auf das Langdrehen.
Kleine Stückzahlen leisten dasselbe. Programme, die CNC-gefertigte Luftfahrtschrauben in Stückzahlen unter 1.000 bestellen, rechtfertigen selten eigenes Werkzeug, und die Bearbeitung fängt Konstruktionsänderungen ohne neues Werkzeug auf.
Werkstoffauswahl für Verbindungselemente in der Luftfahrt
Die Legierungswahl steht meist fest, bevor ein Lieferant angefragt wird. Die Anwendung gibt sie vor, der Einkäufer übernimmt sie. Die entscheidende Frage in der Fertigung von Luftfahrt-Verbindungselementen ist, was diese Legierung mit Preis und Lieferzeit macht.
Tabelle 2. Legierungswahl und Auswirkung auf die Zerspanung
| Legierung | Warum es vorgeschrieben wird | Auswirkung auf die Bearbeitung | Typische Anwendung bei Verbindungselementen |
|---|---|---|---|
| Titan Ti-6Al-4V | Hohes Festigkeit-Gewicht-Verhältnis bei Korrosionsbeständigkeit | Niedrige Schnittgeschwindigkeiten und schneller Werkzeugverschleiß. Gewinde neigen zum Fressen, daher ist die Kontrolle der Oberflächengüte wichtig. | Bolzen für Flugzeugzellen und Strukturschrauben |
| A286 | Festigkeit bleibt bei erhöhter Temperatur erhalten | Verfestigt sich schnell und erfordert steife Aufspannungen und gleichmäßigen Vorschub | Stehbolzen und Schrauben für Triebwerke und Heißbereiche |
| Inconel 718 | Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis etwa 650 °C | Zählen zu den am langsamsten zerspanbaren Legierungen mit hohem Kühlmittelbedarf | Verbindungselemente für Turbinen und Abgasbereiche |
| Edelstahl 17-4PH | Festigkeit durch Ausscheidungshärtung bei Korrosionsbeständigkeit | In Zustand A weicher und nach dem Auslagern härter, daher beeinflusst die Reihenfolge die Kosten | Anschlussstücke, Aktorbauteile und allgemeine Strukturschrauben |
| Aluminium 7075 | Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis bei niedrigeren Materialkosten | Schnell zerspanbar bei geringen Werkzeugkosten | Schrauben für Paneele, Halter und Innenraum außerhalb flugkritischer Bereiche |
Titan Ti-6Al-4V
Titan-Gewinde können bei mäßigem Montagedrehmoment aneinander fressen. Fressen zeigt sich bei der Montage und nicht bei der Prüfung, deshalb taucht es in einem Maßbericht selten auf.
Damit verlagern sich die Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit und die Auswahl der Antifresspaste in die Spezifikation des Verbindungselements selbst. Ein Gewinde, das maßlich passt, kann trotzdem fressen, wenn der Gewindegrund zu rau ist.
Zwei Angebote von einem Hersteller von Titan-Schrauben für die Luftfahrt können sich bei Oberflächenbeschaffenheit und Beschichtungsannahmen ebenso unterscheiden wie bei der Bearbeitungszeit. Wer den gelieferten Oberflächenzustand auf der Zeichnung angibt, hält Angebote für CNC-Bearbeitung von Titan vergleichbar.
A286 und Inconel 718
Beide beantworten dieselbe Frage: Was ist zu spezifizieren, wenn die Einsatztemperatur Titan ausschließt? A286 behält seine Festigkeit bis in mittlere Temperaturbereiche und lässt sich mit steifer Aufspannung gleichmäßig zerspanen. Inconel 718 behält Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit weiter oben im Bereich, auf Kosten längerer Bearbeitungszeit.
Die Zykluszeiten liegen bei beiden um ein Mehrfaches über denen von Stahl, und der Faktor verschiebt sich je nach Merkmal und Aufspannung.
Edelstahl 17-4PH
Die Reihenfolge entscheidet hier über die Kosten. Bearbeitung im Zustand A und anschließendes Auslagern kosten meist weniger, weil das Material beim Zerspanen weicher ist. Das Auslagern lässt das Teil danach leicht schrumpfen, deshalb erhalten enge Merkmale entweder ein Aufmaß oder werden nach dem Auslagern fertigbearbeitet.
Toleranzen und Prüfanforderungen
Die meisten Lieferantenseiten beginnen mit einer einzelnen Toleranzangabe. Für sich genommen sagt diese Zahl einem Einkäufer wenig, denn was erreichbar ist, hängt vom Merkmal, von der Legierung, vom Verhältnis Länge zu Durchmesser und davon ab, ob das Merkmal gedreht oder mit Gewinde versehen wird.
ISO 2768 liefert den Rahmen für Allgemeintoleranzen bei Maßen, die auf der Zeichnung keine Einzeltoleranz tragen. Eine auf der Zeichnung genannte Klasse beseitigt mehr Unklarheit als jede plakative Zahl.
Realistische Toleranzen nach Verfahren
Toleranzen halten an einem einzelnen Teil nicht überall gleich. Ein gedrehter Durchmesser an einem kurzen, gut abgestützten Merkmal hält enger als derselbe Durchmesser am Ende eines schlanken Schafts. Der Flankendurchmesser des Gewindes wird mit einer eigenen Lehre geprüft und nicht über eine Längentoleranz, und der Rundlauf von Kopf zu Schaft hängt davon ab, ob das Teil in einer Aufspannung fertigbearbeitet oder umgespannt wurde.
Yijin Solution hält bei kundenspezifischen Verbindungselementen Toleranzen bis ±0,02 mm und bei präzisen CNC-Merkmalen bis ±0,02 mm. Ob ein bestimmtes Verbindungselement das erreicht, hängt weiterhin von der Legierung, dem Merkmal und der Aufspannung ab. Einkäufer, die CNC-gefertigte Verbindungselemente für Luftfahrtprogramme spezifizieren, können zuerst das maßgebende Merkmal benennen und dann Fähigkeitsdaten dazu anfragen.
Prüfnachweise, die Sie anfordern sollten
Maschinenlisten beweisen für sich genommen wenig. Nachweise sagen mehr, und drei Aufzeichnungen sollten Sie gezielt anfragen.
Koordinatenmessdaten zum maßgebenden Maß zeigen, was der Prozess über eine Charge hinweg tatsächlich gehalten hat. Ergebnisse von Gewindering und Gewindelehrdorn zeigen, dass das Gewinde nach seiner Klasse geprüft und nicht über die Gewindespitzen gemessen wurde. Rundlaufaufzeichnungen zeigen, ob die Ausrichtung von Kopf zu Schaft kontrolliert oder vorausgesetzt wurde.
All das liegt bereits vor, wenn der Lieferant diese Unterlagen routinemäßig erzeugt. Ein Lieferant, der sie eigens für die Anfrage erstellen muss, beschreibt eine Ausnahme und keinen Prozess.
Rückverfolgbarkeit und Chargenkontrolle
Rückverfolgbarkeit ist in einem Beschaffungsgespräch oft die letzte Frage – und doch die günstigste, die sich früh prüfen lässt. Getragen wird sie von zwei Nachweisen: der Kette der Schmelzchargen und dem Erstmusterprüfprotokoll.
Rückverfolgbarkeit der Schmelzcharge bedeutet: Jedes Verbindungselement einer Lieferung lässt sich auf die Schmelze zurückführen, aus der es gefertigt wurde. Das Werkstoffzeugnis nennt die Schmelze, die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften. Die Chargennummer auf der Packliste verbindet die Teile mit diesem Zeugnis.
Ein Wechsel des Stangenmaterials mitten in der Serie hält die Kette nur intakt, wenn er dokumentiert wird – das kostet eine Zeile auf dem Laufzettel. Lieferungen mit mehr als einer Charge werden chargenweise verpackt und gekennzeichnet, damit jedes Teil an sein eigenes Zeugnis gebunden bleibt.
Ein Erstmusterprüfprotokoll hat einen anderen Zweck. Es belegt, dass das erste Teil eines bestimmten Rüstvorgangs jedes Maß der Zeichnung erfüllt hat – mit gemessenen Werten statt einer Konformitätserklärung. Es legt die Referenz für die Serie fest und gibt dem Käufer einen Bezugspunkt, falls eine spätere Charge abweicht.
Beide Nachweise sind Teil der Fertigungsplanung. Ein Lieferant, der Chargentrennung, Materialkennzeichnung und Erstmustervermessung vor dem ersten Span plant, erzeugt sie als Nebenprodukt. Bei Programmen, die kundenspezifische Luftfahrt-Schrauben für regulierte Baugruppen bestellen, entscheidet genau diese Planung über die Auswahl.
So bewerten Sie einen Hersteller von Luftfahrt-Verbindungselementen
Jede der folgenden Prüfungen ist eine Dokumentenanfrage und keine Frage. Eine Antwort auf eine Frage kostet nichts. Ein Dokument existiert oder es existiert nicht – und das trennt Hersteller von Luftfahrt-Verbindungselementen schneller als jede Leistungsseite.
Tabelle 3. Checkliste zur Lieferantenbewertung
| Prüfen | Was Sie anfordern sollten | Was die Antwort zeigt |
|---|---|---|
| Erfahrung mit der Legierung | Aktuelle Nachweise aus der Serienfertigung mit der spezifizierten Legierung | Ein Lieferant, der Ti-6Al-4V oder Inconel 718 in der Serienfertigung verarbeitet hat, nennt realistische Zykluszeiten statt optimistischer. |
| Gewindeverfahren | Bestätigung, ob Gewinde gewalzt oder geschnitten werden, und ob das Walzen nach der Wärmebehandlung erfolgt | Walzen nach der Wärmebehandlung deutet auf einen ermüdungsgerechten Prozess hin statt auf eine allgemeine Gewindeeinrichtung |
| Toleranzfähigkeit | Eine Prozessfähigkeitsstudie zum maßgeblichen Merkmal, nicht eine plakative Toleranzangabe | Daten auf Merkmalsebene trennen gemessene Fähigkeit von Marketingzahlen |
| Zertifizierungsumfang | Das Zertifikat selbst mit Geltungsbereichsangabe und Ablaufdatum | Die Formulierung des Geltungsbereichs zeigt, welche Arbeiten das Zertifikat tatsächlich abdeckt – oft ist dieser enger, als das Logo vermuten lässt |
| Rückverfolgbarkeit | Ein Materialzeugnis für ein Muster mit Rückverfolgbarkeit bis zur Schmelzcharge des Hüttenwerks | Die Rückverfolgbarkeit der Schmelzcharge ist die Mindesterwartung bei regulierten Baugruppen |
| Prüfnachweise | Ein Erstmusterprüfprotokoll für ein vergleichbares Bauteil | Das Protokoll zeigt, wie der Lieferant Maße in der Praxis erfasst und steuert |
| Kontinuität der Stückzahlen | Der Weg vom Musterlauf zur Serienfertigung im selben Werk | Ein Fertigungsweg in einem einzigen Werk erspart einen Requalifizierungsschritt, wenn die Stückzahl steigt |
Programmklasse und Zertifizierungsumfang des Lieferanten abstimmen
Flugkritische Bauteile nach NAS- und MS-Spezifikationen erfordern in der Regel einen nach ISO 9001 zertifizierten Lieferanten. Diese Grenze setzen das Programm und seine zulassende Behörde; sie verschiebt sich nicht nach einer Beschaffungspräferenz.
Ein großer Teil der Aufträge für Luftfahrt-Verbindungselemente liegt außerhalb dieser Grenze. Bodenausrüstung, Werkzeuge, Prüfvorrichtungen, Halter und Innenraum-Bauteile tragen Luftfahrtspezifikationen, ohne flugkritisch eingestuft zu sein. Diese Programme qualifizieren Lieferanten über nachgewiesene Fertigungsfähigkeit, Rückverfolgbarkeit und Prüfnachweise.
Bei flugkritischen Bauteilen nach NAS oder MS sollten Einkäufer nur Lieferanten in die Auswahl nehmen, deren Zertifizierungsumfang diese Teileklassifikation abdeckt.
Einen Lieferanten für Luftfahrt-Verbindungselemente zu qualifizieren heißt, seine Papiere ebenso genau zu prüfen wie seine Zerspanung. Beides entsteht in derselben Serie, und eine Lücke an einer der beiden Stellen kann eine Lieferung aufhalten. Yijin Solution fertigt kundenspezifische Luftfahrt-Verbindungselemente in nach ISO 9001, ISO 14001, ISO 13485 und IATF 16949 zertifizierten Qualitätsmanagementsystemen.
Liegt eine Zeichnung für Verbindungselemente vor? Dateien hochladen – unsere Ingenieure erstellen eine DFM-Analyse und ein Angebot für Ihre Luftfahrt-Anwendung.
FAQ zum Hersteller von Verbindungselementen für die Luft- und Raumfahrt
Zertifizierung für Hersteller von Luftfahrt-Verbindungselementen
ISO 9001 ist die von SAE International veröffentlichte Qualitätsmanagementnorm für die Luftfahrt, und sie ist die Zertifizierung, die Luftfahrtprogramme zuerst nennen. Sie baut auf ISO 9001 auf und ergänzt Luftfahrtanforderungen wie Konfigurationsmanagement, Produktsicherheit und die Vermeidung gefälschter Teile. Ob ein Programm sie verlangt, richtet sich nach der Programmklasse und nicht nach dem Branchenetikett.
Mindestbestellmenge für kundenspezifische Luftfahrt-Verbindungselemente
Die Mindestbestellmenge für kundenspezifische Luftfahrt-Verbindungselemente richtet sich nach dem Fertigungsweg und nicht nach einer Lieferantenrichtlinie. Spanend gefertigte Verbindungselemente sind in einstelligen Stückzahlen machbar, weil kein Formwerkzeug nötig ist; kaltgeformte Verbindungselemente brauchen Stückzahlen im Tausenderbereich, um die Werkzeugkosten zu tragen.
Warum Titan-Verbindungselemente mehr kosten als Edelstahl
Bei Titan-Verbindungselementen treiben zwei Faktoren die Kosten: der Rohstoffpreis und die Bearbeitungszeit. Titanstangen kosten pro Kilogramm ein Mehrfaches von Edelstahlstangen. Bei kleinen spanend gefertigten Verbindungselementen dominieren meist die Maschinenstunden den Unterschied, weil das Zeitspanungsvolumen bei Ti-6Al-4V deutlich unter dem von Edelstahl liegt.
Dauer der ersten Serie kundenspezifischer Luftfahrt-Verbindungselemente
Eine erste Serie folgt einem Ablauf, nicht einem festen Kalender. Zuerst kommt die Musterfreigabe, dann der Erstmusterprüfbericht nach Zeichnung, dann die Serienfreigabe. Hersteller von Luftfahrt-Verbindungselementen kalkulieren jede Stufe nach Fertigungsroute und Legierung, daher liegen ein CNC-bearbeitetes Titan-Verbindungselement und ein kaltgestauchtes Edelstahl-Verbindungselement weit auseinander.
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Gavin Yi
Gavin Yi ist einer der führenden Experten für Präzisionsfertigung und CNC-Technologie. Als regelmäßiger Redakteur der Zeitschriften Modern Machine Shop und American Machinist vermittelt er sein Fachwissen über fortschrittliche Bearbeitungsprozesse und die Integration von Industrie 4.0. Seine Forschungsarbeiten zur Prozessoptimierung wurden im Journal of Manufacturing Science and Engineering und im International Journal of Machine Tools and Manufacture veröffentlicht.
Gavin ist Mitglied des Vorstands der National Tooling & Machining Association (NTMA) und hält regelmäßig Vorträge auf der International Manufacturing Technology Show (IMTS). Er verfügt über Zertifizierungen von führenden CNC-Schulungseinrichtungen, darunter das Advanced Manufacturing Programm der Goodwin University. Unter seiner Leitung arbeitet Shenzhen Yijin Solution mit DMG Mori und Haas Automation zusammen, um Innovationen in der Präzisionsfertigung voranzutreiben.
