Schraubenverbindung Die Bedeutung der Reibung in Schraubenverbindungen

Der Ingenieur hat ständig mit Reibung zu tun – bewusst und unbewusst. In der Praxis zeigt sich immer wieder, dass die Bedeutung der Reibung falsch eingeschätzt wird. Beim drehmomentgesteuerten Anziehen kann dies fatale Folgen haben. Der Zusammenhang zwischen Anziehmoment und der Zielgröße Montagevorspannkraft ist wesentlich von der Reibung abhängig.

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In der Schraubenverbindung ist eine Reibung unvermeidbar und kann zum Fluch oder Segen werden. Schließlich entstehen durch Reibung und Verschleiß jährlich Verluste in Höhe von etwa 5 Prozent des Bruttosozialproduktes. Doch was ist Reibung und wie wirkt sie sich aus?

Vorgespannte Schraubenverbindung braucht Reibung

Reibung ist der Widerstand gegen eine gewollte oder ungewollte Relativbewegung zweier in Kontakt befindlicher Körper. Die Reibungszahl (µ) ist ein Maß für die Größe der Reibung. Gemäß dem Coulomb’schen Gesetz ergibt sich die Reibungszahl aus dem Verhältnis der zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung einer Relativbewegung erforderlichen Reibkraft zur senkrecht auf die Kontaktflächen wirkenden Normalkraft.

Das Grundprinzip der Befestigungsschraube beruht neben dem Formschluss auf der Selbsthemmung des Gewindes. Diese Selbsthemmung ist vergleichbar mit dem Verhalten eines Körpers auf einer schiefen Ebene. Dazu wird Reibung benötigt. Um die Montagevorspannkraft in der Verbindung aufrechterhalten zu können muss der Steigungswinkel des Gewindes kleiner sein als der Reibungswinkel. Der Reibungswinkel ist um den Flankenwinkel des Gewindes (metrisch: 60°) zu korrigieren, so dass mit der Reibungszahl im Gewindekontakt gilt:

Ohne Reibung wäre also keine vorgespannte Schraubenverbindung möglich. Die Gewindereibung und die Reibung unter dem Schraubenkopf müssen während des Anziehens einer Verbindung überwunden werden. Vom Anziehdrehmoment wird nur ein kleiner Teil in die Montagevorspannkraft umgesetzt, denn der größte Anteil wird für das Überwinden der Reibung gebraucht. So sind es bei einer Reibungszahl von 0,08 unter dem Schraubenkopf und im Gewindekontakt bereits 80 Prozent, die für die Reibung benötigt werden. Daher sollte die unter dem Aspekt des Montageaufwands störende Reibung möglichst klein sein.

Teil 2: Warum die Größe der Montagevorspannkraft entscheidend ist

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